視角·觀點┃李萍豐院士：智能爆破關鍵技術裝備創新與工程應用

2025年04月14日 15:32 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

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爆破是非煤礦山開采的首要工序，是礦山勞動密集型最危險的工序。爆破工藝不連續性、安全風險性和行業特殊性，爆破智能化研究和建設相對滯后。目前爆破智能化取得突破性進展，獲得了多項從0到1的原始創新突破，初步建成了全球首個礦山開采全生產鏈智能示范工程。

文章來源：《智能礦山》2025年第3期"視角·觀點"欄目

作者簡介：李萍豐，俄羅斯工程院外籍院士，正高級工程師，博士、博士生導師，現任宏大爆破工程集團有限責任公司副總經理、總工程師，主要從事工程爆破、礦山開采等相關方面的研究。E-mail：hdbplpf@163.com

作者單位：宏大爆破工程集團有限責任公司；中國礦業大學（北京）；山東大學；湖南金聚能科技有限公司

引用格式：李萍豐，許獻磊，趙國瑞，等.智能爆破關鍵技術裝備創新與工程應用[J].智能礦山，2025，6(3)：11-17.

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智能爆破建設階段和總體框架

智能爆破是通過感知系統采集數據，實現爆破全生產工序和全生命周期的自感知、自學習、自執行和自決策的智能化管理，實現爆破全過程全工序感知，實時動態掌握爆破運行動態，為爆破提供安全、少人、本質安全的工作環境。

1.1 智能爆破發展階段

爆破智能化建設從2008年開始發展分為3個階段。

（1）初級階段從2008年汪旭光院士提出信息化是爆破行業發展的必然趨勢開始，進入起步和初級階段。

（2）中級階段從2020成立智能爆破研究中心開始，開展了從0到1的原始創新，研究智能爆破的理論，實現地質、穿孔、地面站、裝藥、堵塞、起爆和安全管理等方面的數據提取感知裝備的突破性進展，目前我國智能爆破研究和建設處于中級階段。

（3）高級階段為實現爆破全過程全工序智能化，人工干預決策過渡到智能決策，打造國際領先的安全、高效、綠色、可持續發展的新型現代化爆破模式。

1.2 爆破智能化總體架構

爆破智能化總體架構包括1理論+1平臺+7關鍵器材裝備和技術+4算法，智能爆破總體架構如圖1所示。

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圖1 智能爆破總體架構

（1）1理論是指炸藥能量與巖體破碎能量匹配理論。

（2）1平臺是指智能露天礦全生產鏈數據融合決策平臺。

（3）7關鍵器材裝備和技術是指爆破地質智能探測車、智能鉆機、智能混裝車、智能堵塞車、智能起爆器材、智能安全管理和智能爆破效果。

（4）4算法是指混裝炸藥能量與巖體破碎能量匹配算法、鉆機鉆進能耗與巖體破碎能量特征算法、三維塊度分布智能算法和爆破價值鏈共享智能算法。

智能爆破關鍵技術及裝備

為解決傳統露天礦爆破作業工藝不連續，機械化、信息化程度低、數字化感知能力差、安全風險高、效率低，難以與生產環節形成全生產鏈數據融合等問題，研制感知能力強、實時提取數據的智能化設備。

2.1 爆破地質智能探測車

爆破地質智能探測車包括超深天線車載控制系統、數據高速采集及傳輸系統、測距裝置、視頻模塊、天線保護裝置、車載機械臂及其控制系統等，各子系統同步控制和采集，膠輪底盤與探測車系統集成，實現低頻地質雷達天線有效安全掛載以及智能化探測作業。目前實現探測深度為50m，天線掃描速度0.03m/s。主要用于探測爆破區域內巖層分布情況，實現快速采集數據、建立爆破地質數據庫，構建爆破地質透明地圖，為智能爆破的安全可靠實施提供技術支撐。爆破地質智能探測車如圖2所示，爆破地質智能探測車原理如圖3所示。

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圖2 爆破地質智能探測車

圖3 爆破地質智能探測車原理

2.2 智能混裝車

露天礦山現場乳化炸藥混裝車勞動強度大、裝藥質量較難控制、炸藥密度較難實時調整、裝藥計量不準、工作效率較低、不適合爆區場地、自動化和智能化程度不高等問題，無法實現自動尋找炮孔、裝藥實時計量、炸藥車故障自診斷等功能，傳統的現場乳化炸藥混裝車裝藥如圖4所示。

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圖4 傳統的現場乳化炸藥混裝車裝藥

（1）智能混裝車結構

智能混裝車主要由底盤系統、動力輸出系統、液壓控制系統、電氣控制系統、敏化系統、乳化基質料倉、泵送系統、裝填系統、水汽清洗系統、尋孔和對孔系統等部分組成。整車動力來源于汽車發動機，通過取力器驅動液壓油泵，液壓油泵、再將壓力油泵送到基質泵馬達、伸縮油缸、對孔油缸、回轉馬達、卷筒馬達執行機構，智能混裝車結構總體示意如圖5所示。

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圖5 智能混裝車結構總體示意

（2）智能混裝車技術指標

智能混裝車技術指標主要包括：裝藥效率為70~150kg/min；主體設備輸送壓力為0.3~1.2MPa；勞動定員2人、駕駛員1人、中/近距離遙控操作1人；裝藥范圍15.6m、平面旋轉270°；乳化炸藥安全性指標，摩擦感度0%、撞擊感度0%、無雷管感度、熱感度合格；乳化炸藥性能指標，密度1.0~1.25g/cm、爆速≥4000m/s。

（3）智能混裝車關鍵技術

智能混裝車接收炮區和炮孔參數提示、停放位置和移動軌跡，采用視覺圖像處理系統通過控制器實現精準對孔，進行一鍵式智能裝藥，自動進行裝藥量精準計量與退管。配備遠程數據管理平臺集成了裝藥密度調節、乳膠基質長距離輸送減阻敏化、智能混裝車安全智能管理與故障智能診斷功能，高精度裝藥參數感知流程如圖6所示，裝藥密度自適應調節流程如圖7所示。

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圖6 高精度裝藥參數感知流程

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圖7 裝藥密度自適應調節流程

2.3 智能混裝車無線起爆系統

智能混裝車無線遠距離起爆系統包括無線起爆模塊、起爆控制器、中繼器，主要包括5個特點，智能混裝車無線起爆原理如圖8所示。

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圖8 智能混裝車無線起爆原理

（1）基于工業電子雷管的無線起爆系統保留工業電子雷管三碼綁定，信息可追溯、起爆控制安全。

（2）通過起爆控制器以無線傳輸方式與中繼器、無線起爆模塊及數碼電子雷管進行通信。

（3）無線起爆模塊通過有線與工業電子雷管連接，考慮成本、效率、操作人員的熟練程度以及爆破作業環境，工業電子雷管可單獨連接，也可每20發工業電子雷管串聯后與無線起爆模塊連接。

（4）無線起爆模塊和中繼器（無人機搭載）采用頻段為2.4000～2.4835GHz、射頻功率0.65W、通信帶寬最大600Mbit/s。

（5）中繼器（無人機搭載）和起爆控制器采用頻率為433Hz的LoRa無線技術。

智能混裝車無線遠距離起爆系統突破了3項關鍵技術。

（1）無線起爆模塊集成了雙向通信、讀取工業電子雷管信息、提供工業電子雷管起爆能量，同時可實現工業電子雷管超低壓安全檢測，提高了爆破作業現場檢測的本質安全性。

（2）起爆控制器與工業電子雷管實現無線雙向通信，確保了爆破作業現場復雜電磁環境下的正常通信、可靠起爆。

（3）無人機搭載中繼器的無線起爆模式，解決了單臺起爆器1次起爆雷管數量限制，擴大了爆破作業規模，降低了爆破作業人員的勞動強度，解決了復雜地理環境下起爆站位置設置受限的難題。

全生產鏈智能礦山示范工程應用

露天礦山全生產鏈智能化建設在華潤肇慶大排砂石骨料礦（簡稱大排礦）工程示范應用，主要實現測量、穿孔、爆破（裝藥、堵塞、連線、起爆）、運輸、安全管理等功能，以下工程應用情況主要針對測量、爆破（裝藥、堵塞、連線、起爆）的部分器材和裝備。

3.1 爆破地質智能探測車工業應用

2023年5月17—22日，爆破地質智能探測車在大排礦共完成探測25條測線。工作時采用直接耦合法，天線平放于地面，探測開始后拖動天線，爆破地質智能探測車工業性實驗場景如圖9所示。在大排礦西采區+300平臺東西方向等間距布置9條測線，淺部存在1處巖性分界面和2處裂縫發育異常，西采區+300平臺巖石分界面、裂縫分布見表1，西采區+300平臺巖性分界面雷達圖譜如圖10所示。

圖9 爆破地質智能探測車工業性試實驗場景

表1 西采區+300平臺巖石分界面、裂縫分布

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圖10 西采區+300平臺巖性分界面雷達圖譜

3.2 智能混裝車工業應用

對比人工條裝成品裝藥、普通混裝炸藥車和智能混裝車比較結果見表2。分析可知總裝藥工效（每人、每分鐘裝藥量）智能混裝車是普通混裝車的2倍、人工裝藥的4.7~7.0倍。

表2 條裝成品藥、混裝車與智能混裝車效率比較

3.3 無線起爆器工業應用

無線起爆器從2022年3月起在大排項目部進行常態化工業應用，共計使用工業電子雷管760發，起爆炸藥約91200kg，全部安全順利起爆，爆破效果良好。2023年6月30日深孔+淺孔爆破無盲炮，無飛石，爆堆整體向上隆起，達到預期效果。爆堆表面僅有少量大塊（表面超過1m約3塊），爆堆松散，平均挖運效率4min/車，爆堆內大塊率小于1.5%，大排項目部無線起爆常態化試驗場景如圖11所示，起爆方式對比見表3。

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圖11 大排項目部無線起爆常態化試驗場景

表3 起爆方式對比

無線起爆器材現場試驗數據與傳統的人工連接相比，無線智能起爆技術簡單快捷，減少了進入爆破作業區域的人數和時間，取消物理導線后，起爆站設置不受地形制約，可設在最方便和較遠位置完成遠程起爆，使得爆破工程向本質安全爆破作業更進一步。

總結

（1）智能爆破是提高爆破企業核心競爭力、實現爆破行業可持續發展的必要條件，智能爆破關鍵器材和裝備具有全面感知、自動提取、少人操作、連續作業等特點，在大排礦進行了多次現場試驗和工業應用，初步實現了爆破施工多場景、全工序感知、互聯與協同的工業應用，具有良好的效果。

（2）在大排礦的工業應用中，爆破地質探測車識別巖層分界面與裂隙異常，智能混裝車工效達普通混裝車的2倍（總裝藥效率14kg/min），無線起爆系統縮短起爆準備時間至18min，減少作業人員暴露風險。建成了全球首個全生產鏈智能示范工程，推動爆破工序向少人化、連續化與本質安全轉型，為礦山智能化升級提供關鍵技術支撐。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞