爆破施工的数字化.pdf

第3 2 卷第3 期 爆破 V 0 1 ．3 2N 。．3 2 0 1 5 年9 月B L A S T I N G S e p ．2 0 1 5 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 5 ．0 3 ．0 0 6 爆破施工的数字化 费鸿禄1 ，郭连军2 1 ．辽宁工程技术大学爆破技术研究院，阜新1 2 3 0 0 0 ； 2 ．辽宁科技大学土木工程学院，鞍山1 1 4 0 5 1 摘要数字化与人工智能成为各行各业发展的必然趋势。在爆破行业科学技术发展的过程中“数字爆 破”发展的目标是使爆破行业数字化、网络化、智能化、精细化和可视化，以推动爆破行业向科学化、可持续 发展。爆破施工的数字化是数字爆破的核心内容，是爆破数字化的现实基础与最终目标。阐述了爆破施工 数字化的发展历史、发展现状与发展前景分析。通过对爆破施工具体内容，包括钻孑L 设计施工、药包装药结 构、起爆系统设计、现场监测、爆破效果综合分析等数字化的方法与可行性的具体分析，提出爆破施工的数字 化的具体发展目标。 关键词爆破施工；数字化；数字爆破；综合分析 中图分类号T D 2 3 5文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 5 0 3 0 0 3 l 一0 9 D i g i t i z a t i o no fB l a s t i n gC o n s t r u c t i o n F E IH o n g ．1 u 1 ．G U OL i a n - j u n 2 1 ．B l a s t i n gT e c h n o l o g yR e s e a r c hI n s t i t u t e ，L i a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e r s i t y ，F u x i n12 3 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．C o l l e g eo fM i n i n gE n g i n e e r i n g ，U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yL i a o n i n g ， A n s h a n11 4 0 5 1 ，C h i n a A b s t r a c t D i g i t i t i z a t i o na n da r t i f i e a li n t e l l i g e n c eb e c o m ea ni n e v i t a b l ed e v e l o p i n gt m n di nm o d e r ni n d u s t r y ．T h e d i g i t a lb l a s t i n gg o a li st om a k ed i g i t i z a t i o n ，n e t w o r k i n g ，i n t e l l i g e n t i a l i z a t i o n ，r e f i n e m e n ta sw e l la sv i s u a l i z a t i o na c c e s s i b l et ob l a s t i n gi n d u s t r y ，f u r t h e rt op a v et h ew h o l ei n d u s t r ym o v ea h e a dt o w a r d ss c i e n t i f i ca n ds u s t a i n a b l eo r i e n t a t i o n i nb l a s t i n gi n d u s t r y ．T h ed i g i t i z a t i o no fb l a s t i n gc o n s t r u c t i o ni st h ec o r ec o n t e n to fd i g i t a lb l a s t i n ga n dt h er e a lb a s i s a sw e l la st a r g e to fb l a s t i n gd i g i t i z a t i o n ．T h ed e v e l o p m e n th i s t o r y ，p r e s e n ts i t u a t i o na n dt h ea n a l y s i so fp r o s p e c t sa r e d i s c u s s e di nt h i ss t u d y ．S p e c i f i cd e v e l o p m e n tg o a lo fd i g i t i z a t i o no fb l a s t i n gc o n s t r u c t i o na r ep u tf o r w a r d ，b ym e a n so f ac o n c r e t ea n a l y s i so nt h ef e a s i b i l i t yo fd i g i t a l m e t h o d s ，i n c l u d i n gd r i l l i n gc o n s t r u c t i o n ，c h a r g es t r u c t u r e ，i n i t i a t i o n s y s t e md e s i g n ，f i e l dm o n i t o n i n ga n dc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fb l a s t i n ge f f e c t ． K e yw o r d s b l a s t i n gc o n s t r u c t i o n ；d i g i t i z a t i o n ；d i g i t a lb l a s t i n g ；c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s 现今计算机、网络、软件、网格、通信等信息技术 的迅猛发展和无限应用，数字化与人工智能成为各 行各业发展的必然趋势。先进的卫星导航定位系 统、计算机网络技术、信息通信技术、智能钻机、数码 收稿日期2 0 1 5 0 7 1 5 作者简介费鸿禄 1 9 6 3 一 ，男，教授、博士、博士生导师，从事工程 爆破、地下工程教学和科研工作， E - m a i l f e i h o n g l u 1 6 3 ． t o m 。 雷管等新型的爆破器材与智能爆破技术相结合，使 得爆破施工的数字化已成为现实。爆破施工的数字 化可以使爆破工程更科学，更精确、更安全、更绿色 环保、更经济合理。在十八大报告提出的“推动 信息化和工业化深度融合”指导思想下，加快、加深 爆破施工数字化的研究，对促进爆破行业变革，加快 国家经济的发展具有极为重要的战略意义。 万方数据 3 2 爆破2 0 1 5 年9 月 1 现状评述 1 ．1 爆破现场测量与数字化绘图 测量工作是关系到爆破施工是否成功的一个重 要准备工作，对爆破效果起着决定性的作用。测量 工作的数字化是爆破施工的数字化的前提。数字化 测量工作与普通测量工作相比，极大的提高了测量 结果准确性，更能满足爆破的精度要求，主要是将全 站仪测得的数据输入到C A S S 5 ．1 地形图处理软件 中，通过软件数字化成图。黄彬才针对硐室爆 破⋯，采用C A S S 5 ．1 数字化绘图，并对其精度进行 分析，结果表明，在硐室爆破测量中运用数字测图， 既有利于用图单位设计计算，又大大提高了测图精 度，缩短了成图时间，提高了测图效率。刘军在大规 模硐室爆破中旧J ，针对爆区地形图和爆堆实测成 图，均采用C A S S 5 ．1 测绘软件进行处理，在满足设 计要求的同时大大加快了成图速度。提高了爆破测 量的准确性在整个测图的全过程中，原始数据的精 度毫无损失，从而获得高精度测量成果，能很好地满 足硐室爆破测量的精度要求。 1 ．2 钻孔定位与岩性测试技术 1 ．2 ．1 钻孔参数的精确获取 穿孔的精确定位对于提高爆破质量具有十分重 大的意义，利用G P S 导航系统来进行钻孔定位，已 经成为数字化爆破施工的重要内容。 东青阐述了一种新型的牙轮钻机数字化辅助穿 孔爆破系统”1 ，系统主要优势在于可精确执行穿孔 计划，系统对每个孑L 都有详尽的记录；保证穿孔深 度，系统实时测量设备和识别软件杜绝了过钻、欠钻 的情况发生；穿孔钻进过程中，利用一组传感器记录 和显示转速、轴压、扭矩和空气压力等穿孑L 参数，这 套系统能对钻机穿孔过程中的钻孑L 深度、钻速、钻 压、扭矩、空气压力等都能精确的显示和记录下来， 使爆破施工能够更加精准。 吴浩对基于G N S S 的牙床钻机钻孑L 导航定位模 型与系统进行了研究MJ ，该系统可提供牙轮机钻头 的实时三维空间位置，指导钻孔作业全过程，不仅保 证了爆破孑L 网参数的准确性和爆破效果，而且减轻 人员工作强度，提高穿孔的工作效率。 1 ．2 ．2 岩石质量的监测 对岩石质量的进行监测，进行分析便可以获得 岩石的可钻性与可爆性’5 j ，这对提高钻机钻孔的精 确程度，改善爆破的质量有着较大的实用价值。 岳中琦提出了能够完善和提升现有工程岩体质 量评价的现场钻孑L 过程监测 D P M 技术∞1 ，对钻孑L 过程时空数据使用快速直观的时间序列分析方法， 发现了钻头进深随时间曲线呈分段线性变化，每段 钻进速度是常数，每一常数钻速段代表一个均匀抗 钻岩石 岩块 ，常数钻速之间的突变点或低钻速段 分别为钻孔穿过岩块间断面的截点或截段‘7 I 。 对工程岩体质量的正确认识和定量描述，是任 何岩土工程得以安全，有效，合理进行的基础和重要 环节旧。10 | 。D P M 可以提供工程岩体质量评价完善 和提升所需要的新的测量方法和数据，从而可以快 速、有效、定量地测量到岩石块体的单轴抗压强度、 大小和地下分布，以及岩石块体之间界面断面的产 状、延伸、凸凹起伏平整度、厚度和充填物质的物理 和力学性质。 1 ．3 爆破设计的数宇化 中国工程院汪旭光院士在中国第十届工程爆破 学术会议报告中国爆破技术现状与发展中指出， “研究炸药能量转化过程中的精密控制技术，提高 炸药能量利用率，降低爆破有害效应是新世纪工程 爆破的发展战略”川。 以爆破对象的数字化研究与应用为切人点，开 展精细爆破与信息化技术的融合研究，摒弃传统依 赖图纸的爆破设计，在新信息时代，随着数字化技术 的发展，爆破对象的描述将发生根本的变化。通过 计算机辅助设计技术，进行设计断面的精细剖分，进 而可精确地设计炮孑L 的间排距和炮孔的装药结构， 实现炸药药量和爆炸过程的精确控制，实现对复杂 结构的爆破加工或实现复杂的特种爆破过程。 1 ．3 ．1 装药结构、炸药品种 利用计算机布置炸药，事先将装药结构参数输 入计算机，在计算机运行前，输入不同品种的炸药， 在施工装药时，计算机通过计算获得炮孔布置方案， 确定各排炮孔采取何种炸药，及装药方式。有实用 价值的炸药品种均可存入计算机，随时可取出进行 比较。 1 ．3 ．2 孔网参数 炮孔在岩面上布置，形成炮孔网路，炮孔之间相 互位置关系即为孔网参数。岩性参数作为原始数据 输入计算机，它包括岩石密度P 、岩石的波速C 、普氏 系数 孔网参数视具体条件而定，当钻孔工作完成 时，各孔网参数作为原始数据输入计算机，它包括底 盘抵抗线、孑L 间距、排距、总临近系数等。当钻孔工 作尚未进行时，按优化参数计算。 现场布置炮孔时应注意①炮孔方向不要与最 小抵抗线方向重合，以免产生冲天炮，降低爆破效 果；②充分利用地形，尽量利用和创造临空面以减小 爆破阻力；③炮孑L 应尽量垂直于岩石的层面、节理和 裂缝，且不要穿过较宽的裂缝以免漏气。 万方数据 第3 2 卷第3 期费鸿禄，郭连军爆破施工的数字化 1 ．3 ．3 炸药单耗 炸药单耗选取是爆破设计的关键环节，炸药单 耗取值过小，爆破岩体得不到充分破碎，容易产生大 块，需要进行二次处理，不仅增加成本，而且影响后 续施工效率；炸药单耗取值过大，增加了炸药成本， 且爆破后的松散岩体堆积不集中，容易产生飞石、爆 破振动过大等安全隐患。炸药单耗的取值主要取决 于爆破对象的性质、采用爆破技术手段以及使用的 炸药类型和性能等因素2 | 。 数字爆破中，设计工程师在设计终端选定爆破 区域，设计终端机会自动在采场数字模型和M G I S 中提取相应的岩石结构、力学性质等3 | ，通过计算 机计算炸药最佳单耗，实现单耗最优选取，合理有效 利用炸药，保证施工安全，达到理想爆破效果。 1 ．4 装药系统的数字化 爆破作业系统包括设计参数传输到牙轮钻机， 钻机自动精确定位，钻孔参数实时回传，设计模块根 据钻机回传数据进行炮孑L 装药量重新计算，形成最 终爆破方案。控制单元将把爆破方案传输到相关作 业单元，如爆破器材库、装药车等，装药车将根据逐 孔药量设计自动控制炮孑L 装药量。当控制模块收到 爆破准备完成并申请起爆请求后，即发出爆破预警 信息，在确认人员及设备信标均已全部在安全警戒 范围外时，通过无线网络向起爆器传送数字解锁密 码，起爆员通过手控或无线遥控开启起爆器并实施 爆破㈣。 装药车模块具有跟踪、定位、数字信号控制等功 能，使炸药使用流程更规范，有效规避安全隐患。通 过建立三维可视化系统来实时监测钻孔、布孔、爆破 参数优化设计，通过合理布置炮孔、优化装药结构、 调整炮孔单耗等同时结合数值模拟技术动态再现、 分析炮孔动态爆破形态及爆破后的效果4 I 。 1 ．5 起爆系统的数字化 1 ．5 ．1 数码电子雷管 数码电子雷管用电子延时芯片取代传统延期药 实现延期，具有延期精度高、安全性好、网络可检测 等优点H5 I 。上世纪8 0 年代初，南非A E L 和瑞典 D y n a m i tN o b e l 公司分别发布了各自的第一代电子 延期起爆系统D y n a t r o n i c 和E x E x l 0 0 0 。1 9 9 9 年 德国D y n a m i tN o b e l 公司和澳大利亚O r i c a 研制开 发出I ．K o n 电子起爆系统 即E B S ，2 0 0 6 年I - K o n T M 数码电子雷管及其起爆系统在我国三峡围堰爆 破中得到了应用，随后，世界范围内陆续出现了其他 种类的数码电子雷管系统，如E D D 、S m a r t d e t 、E l e c ． t r o d e t 数码电子雷管系统6 | 。 中国数码电子雷管的研究工作于9 0 年代末期 开始，经历十余年的发展，主流产品性能指标已达国 际领先水平甚至有赶超之势，技术标准已自成体系， 知识产权布局已见雏形。 2 0 0 7 年1 月1 1 日，北京北方邦杰科技发展有 限公司 北方邦杰 研发的隆芯1 号数码电子雷管 技术通过了原国家国防科学技术工业委员会组织的 技术鉴定和项目验收，标志着我国自主研发的具有 在线可编程功能的数码电子雷管技术诞生，也标志 着我国数码电子雷管技术达到了国际先进水平。与 此同时，贵州久联民爆器材发展股份有限公司 贵 州久联 、四川雅化实业集团股份有限公司 四川雅 化 和四川久安芯电子科技有限公司 四川久安 芯 、新疆雪峰科技 集团 股份有限公司 新疆雪 峰 和新疆创安达电子科技发展有限公司 新疆创 安达 等多家企业也先后推出了不同档次的数码电 子雷管。特别值得一提的是，中国的数码电子雷管 内置密码和身份码，符合国家行业发展规划，符合民 爆器材和公安涉爆产品流量流向监控和管理的要 求，能够从技术上最大程度地实现对雷管爆破作业 的监控管理‘1 引。 1 ．5 ．2 电子起爆系统 数字化电子起爆系统 E I S ，由数码电子雷管 E I M 、编码器 D L D 和起爆器 D B M 3 部分组成。 电子起爆系统 E I S 操作流程分为2 个部分爆 前操作和起爆准备。爆前操作步骤有雷管分发与 装孔、漏电检测、雷管编程、分支检测、联网、数码电 子雷管信息传输到起爆器；起爆准备步骤有起爆器 开机、输入开机密码、网路检测、充电、起爆。为了提 高起爆系统的可靠性，电子雷管加入了在线检测技 术。在爆破网路连接之前，将雷管连接铱钵表进行 在线识别和注册登记；在爆破网路连接完成后，由起 爆器通过各铱钵表与每发雷管进行通讯，检测每发 雷管的工作性能及爆破支网路或整个网路的连接状 态，大大提高起爆系统的可靠性ⅢJ 。 数码电子雷管起爆系统与普通延期雷管起爆系 统相比具有非常大的优势，是未来起爆系统的必然 发展趋势，具体体现如下 1 高安全性，抗静电8 | 、抗射频、抗杂散电流、 抗交直流，智能密码起爆，防止非法起爆，具有本质 安全性。 2 采用专用起爆设备，有双向通讯功能，能对 雷管进行在线状态检测、网路故障诊断，准确定位到 每个炮孑L ，防止漏连、操作不当、误操纵等原因而引 起起爆网路破坏带来的爆破质量事故，确保网路的 安全、可靠起爆。 3 实现现场编程，延期时间任意设置，有利于 万方数据 3 4爆破 2 0 1 5 年9 月 爆破参数的优化。 4 改善爆破效果，爆破后岩石块度更均匀。 5 数码电子雷管实现逐孔起爆网路连接时， 不需要地表传爆雷管，网路安全性更高。 1 ．6 爆破效果的监测与数字化 1 ．6 ．1 爆堆形态预测 爆堆形态是衡量爆破效果的重要指标，它不仅 反映了爆破参数、装药结构的合理性，而且直接影响 铲装、运输效率和经济效益。要对爆破施工效果进 行数字化，关于爆堆形态的数字化就必不可少。三 维激光扫描仪的精度已经达到0 ．0 0 8m m ，扫描距离 能够达到1 5 0 0m 。爆堆形态的数字化方法主要有 建立理论模型或数值方法来预测爆堆形态等。韩亮 等引入W e i b u l l 模型对实测爆堆曲线进行模拟9 | ， 将试验中影响爆堆形态的参数与模拟得到的 W e i b u l l 控制参数及松散系数作为输人输出层建立 B P 神经网络，在此基础上预测爆堆形态。于亚伦等 采用弹道理论模型和W e i b u l l 模型来预测爆堆形 态ⅢJ ，提出了弹道理论的分条方法及抛掷轨道的计 算公式。同时将W e i b u l l 概率分布函数成功地引入 爆堆形态的分布计算中，根据实测值提出了爆堆初 始高度的修正方法。苏都都等采用P F C 2 D 数值方 法预测台阶爆破的爆堆形态旧1 | ，并采用该方法对爆 堆形态与爆破参数的关系进行了研究。李祥龙等使 用三维激光扫描仪完成了高台阶抛掷爆破爆堆形态 的分类和高台阶抛掷爆破爆堆形态模拟的W e i b u l l 模型的建立嵋2 | ，能较准确的模拟高台阶抛掷爆破的 爆堆形态。丁小华等通过非线性理论分析爆破样 本旧3 | ，得到抛掷爆破效果的主要影响因子，以此为 基础并加以聚类分析、回归分析、线性插值等数字化 方法来预测爆堆形态。 1 ．6 ．2 爆破块度预测 爆破效果的评价还与爆破后岩石块度大小有 关，一般情况下，爆破后小而均匀的岩石块度，不仅 可以提高铲装、运输效率，减少相应的机械磨损及维 修费用，而且可以降低二次破碎的成本。岩石块度 大小的数字化主要体现在岩石块度的数值方法和理 论模型。张力民等在对以往爆破块度预测方法进行 分析的基础上ⅢJ ，提出了一种新的岩石爆破块度预 测方法数值流形方法，与其他方法相比，该方法 不需要以往的测试数据，而仅在知道爆破载荷大小 和岩石力学性质的条件下，就能够对岩石爆破后的 块度分布有一个大致的预测。段宝福等在神经网络 理论的基础上旧5 | ，建立了爆破块度预测的神经网络 模型，并在台阶爆破中应用通过网络模型与R R 分 布式和G ．G S 经验模型的比较，验证了利用神经网 络模型预测爆破块度的可靠性。等运用分形几何理 论研究了岩体爆破块度的分形特性旧6 | ，从岩体的爆 破块度具有良好的分形结构着手，利用分形理论推 导出块度分布与分形维数的关系，并建立了炸药单 耗与块度分维数间的二次关系式。 1 ．6 ．3 爆破飞石的控制 爆破飞石是爆破的重要危害之一。由于爆破飞 石飞行方向无法预测，飞行距离难以准确计算，往往 会给爆区附近的人员、建筑物及设备等造成严重威 胁。对爆破飞石进行数字化分析，主要是确定影响 爆破飞石事故的各项因素，来对飞石距离和危害做 预测。刘庆等利用爆破施工过程中收集的原始资料 和爆破飞石监测数据拉7 【，对建立的B P 神经网络模 型进行了训练，B P 神经网络这一理论模型对爆破飞 石距离进行了预测。张义平等采用事故树这一数理 逻辑分析方法确定了影响爆破飞石事故的主要因 素∽8 | ，并提出相应的控制措施；王丹丹等利用事故 树分析法对某棚户区改造爆破飞石伤人事故进行了 分析旧9 | ，确定了引起顶上事件发生的因素；吴春平 等利用量纲分析法对爆破飞石产生过程进行了研 究⋯，得出了特定情况下爆破飞石抛掷距离的预测 公式；贾玉洁等运用层次分析法对爆破飞石伤人事 故的故障树模型进行了风险分析和演算旧1 | ，得出了 影响爆破飞石伤人的主要因素，并提出了有效控制 措施；潘涛等从系统工程的角度出发∞2 I ，应用未确 知测度理论，将各爆破飞石危害效应的影响因素的 未确知程度数字化，对爆破飞石的危害效应进行评 价。 1 ．6 ．4 爆破振动监测的数字化 爆破振动安全是爆破工程技术人员在进行爆破 施工时必须考虑的问题，是评估爆破安全性的一个 重要因素。国内外已经相继的研制出多种数字式爆 破振动分析仪，如加拿大i n s t a n t e l 公司生产的b l a s t m a t e Ⅲ型振动监测仪，美国E G G 公司研制的s t r a t a v i e wT M 型高分辨率振动仪以及怀特地震工业公 司生产的M I N I S E I S 振动仪。在国内，有四川动态 测试研究所研制的I D T S 系列，中科测控有限公司研 制的T C 系列，中爆网科技有限公司研制的C B S D ． V M - 0 1M 网络测振仪。 娄建武等通过对爆破振动信号反应谱曲线的积 分值R s I 与信号各特征量之间的关系分析来评估爆 破振动破坏效应旧3 I ，是一种全面和可行的数字化方 法。张建华等利用L S - D Y N A 显式动力分析软件建 立数学模型模拟爆破对边坡的影响㈣J ，得出爆破地 振波在岩石中的传播衰减规律公式和动态响应，并 提出了有效的防振措施。邵良杉等建立了露天采矿 万方数据 第3 2 卷第3 期 费鸿禄，郭连军爆破施工的数字化 爆破振动对民房破坏的L S ．S V M 预测模型口5 | ，为露 天采矿爆破振动对民房破坏预测提供了一种行之有 效的新方法。黄文华等利用小波变换_ 36 I ，将信号在 各个频带上的主振相能量按加权系数合成作为爆破 地振危害判据。张义平等将H i l b e r t H u a n g 变换 H H T 法应用于爆破振动信号分析与处理中∞7 ‘，有 效地提取了爆破振动信号的时频特征。凌同华等将 爆破振动信号的时能密度曲线积分值T E D I 与爆破振 动三要素进行综合分析。38 I ，初步建立了考虑爆破振 动三要素综合作用效应的爆破振动损伤安全判据。 对爆破振动进行数字化，就是分析爆破信号的 数字特征，建立数学模型对其模拟，对爆破振动危害 进行主动控制。建立专门的振动监测数据库，收集 储存实际工程爆破中采集到的振动数据，将实际工 程场地情况进行模型化处理，数据化存储，以及相应 的爆破监测结果，效果进行总结，在以后进行的爆破 工程中，除常规的检测手段外，还可以进行工程类 比，在爆破之前参考性的预测振动结果。 1 ．7 爆破管理的数字化 数字矿山对于爆破施工过程的精确控制能够提 高工程的施工效率，安全性和经济效益旧9 I 。顾保虎 对数字化矿山的物联网爆破技术进行了分析研 究㈣。，结合卫星遥控技术建立了物联网爆破系统，系 统由数据采集、爆破发生装置、数据最终处理中心等 系统组成。对整个矿山的开采、挖掘、运输，实行远程 数字化遥控指挥实现了对爆破过程进行全程监控，不 仅能够获得详细的爆破参数，预防爆破事故的发生， 还能为以后的爆破过程提供更加完备的经验‘4 1 I 。 “数字爆破”发展的目标是使爆破行业数字化、 网络化、智能化、精细化和可视化。爆破行业近几年 在信息化建设与应用方面所做的工作内容包括中爆 专网、行业应用系统软件、行业数据库集群、网站集 群、数字档案馆、测振网格、数字化产品等的建设、研 发和应用。 从2 0 0 2 年起，在中国工程爆破协会及爆破行业 各位院士、专家和同行的支持下，通过6 年来的不懈 努力，中爆网 广州中爆安全网科技有限公司 已初 步完成建设，具备数据交换、语音、视频、移动办公、 G P S ／G I S 、行业信息查询、行政审批、电子邮箱等功 能，研发完成民用爆破器材、危险化学品、安全生产 监察监管等系列行业应用软件，完成行业数据库整 体框架规划、设计和基础建设工作H2 I 。 中爆专网由各级节点及硬件设备和网络链路组 成，形成爆破行业信息高速公路，为行业管理部门和 企业提供电子政务、电子商务、监察监管、公共信息、 企业E R P 、呼叫中心等功能服务。节点分为国家级 节点、区域级节点和用户级节点，各节点机房的仪器 和设备按照业务需求和数据量进行配置，传输网络 采用光纤专线或互联网。目前，我国互联网应用比 较广泛和方便，各个电讯运营商都提供上网线路，网 络资源非常丰富。为了保证网络安全，中爆专网采 用V P N 技术和C A 身份认证技术 数字证书 构建 专网，消除了用户对网络安全的担心H2 I 。 2 前景分析 2 ．1 新型钻机的研究 数字化爆破技术的发展离不开爆破器材，而爆 破器材的不断发展与创新显得至关重要。钻机的发 展是其中很重要的一环，新型钻机应与包括计算机、 通讯网络、彩色显示装置和数据输入盘在内的集成 网络控制系统相结合。这样，使钻机很容易达到最 优的钻进性能。 计算机化控制装置能感知岩层条件变化，并可 相应地调节推进和冲击速度。操纵杆控制装置可使 得这类钻机更易于使用，而且钻杆的接拆和更换、推 进方向的找准和炮孔深度的自动控制功能可改善炮 孔直度和岩石破碎效果。 系统能够连续监测显示所有钻孔参数，以便为 采矿和爆破设计提供有关信息；能够监测钻孔方向， 随时改变轴压力修正偏移，能够监测、诊断和报警各 工作系统的故障；可进行设备完好状态的监视，如故 障诊断、检测、趋势分析和预防性维修等。 能在最小作业成本的基础上使钻进参数最佳化； 钻孑L 时能识别岩石特性，包括岩石可钻性、可爆性和 可挖| 生等；能记录炮孔的方位、倾角等参数便于以后 对每个炮孑L 进行爆破分析。接杆钻进时自动控制和 更换钻杆；钻机自动调平、G P S 卫星定位系统对钻机 现场定位导航及障碍探测，为履带行走装置编制控制 程序，从而实现炮孔精确定位和调整钻机位置。 钻机通讯系统可以将岩性信息及钻机工作状态 信息实时传输到矿山数据仓库，并作为钻机参数优 化和数字化爆破设计的重要参考。 2 ．2 装药系统的数字化发展前景 装药系统在爆破中可谓是重中之重，炸药的选 取、定量关系着爆破能否成功，效果是否理想，是爆 破施工中的重要环节。中国现有大中型露天矿深孔 爆破的钻孔、装药、填塞、铲装、运输工序已实现了机 械化作业，而国外一些主要矿山已采用计算机辅助 设计，利用钻孔采集的地质资料，调整设计参数和装 药结构我们结合国外爆破生产的先进技术装备H3 I ， 加强机械设备运行的数据采集、计算机处理、优化爆 破方案设计，改进爆破效果。发展炸药现场混装车， 万方数据 爆破 2 0 1 5 年9 月 进一步提高装药、填塞机械化水平，推广预装药爆破 技术，即在钻机钻孔的同时，利用装药车装填已钻好 的炮孔，边钻孑L 边装药和起爆器材。对一些特种爆 破，还应尽快研究开发新的机械，采用机械手、机器 人和遥控技术，以满足高空、高温、低温、深井、地下、 水下和有毒气环境下进行爆破施工作业的有效与安 全。加快中国爆破行业的技术进步和安全技术管理 的水平。 2 ．3 激光起爆器材前景分析 2 ．3 ．1 激光起爆技术 近几年来，激光起爆技术在基础研究和工程化 方面都取得了巨大的进步，激光起爆技术的能量起 爆方式独特，具有常规电起爆无可比拟的优势，主要 如下‘44 I 1 对电磁场、静电放电或杂散电源等意外点 火源免疫。 2 可以在不影响系统确信性的情况下，完成 整个起爆系统的自检。 3 烟火剂等对光敏感材料，起爆阈值较低，可 以使用激光二极管点火。 4 激光输出水平可以大幅度提高，从而实现 钝感炸药点火。 5 不存在桥丝，消除桥丝烧蚀引起的失效，起 爆器寿命增长，发火后电导性消除。 6 激光起爆器的体积和质量低于相应的桥丝 装置。 7 激光起爆系统可以多次使用。 8 容易实现系统集成和多点同步点火。 9 激光起爆系统可以实现直列式点火。 1 0 可以用作支撑其他方面的研究，如微尺 度爆轰实验、新型炸药研制等。 按照激光起爆方式的不同主要分为激光直接起 爆方式和激光驱动飞片起爆方式；按照激光传输方式 的不同主要分为空间几何光束传输方式和光纤传输 方式。目前研究者更倾向于基于光纤传能的激光驱 动飞片起爆技术的研究。激光直接起爆为一个爆燃 转爆轰的过程，从脉冲发出到实现起爆的作用时间较 长，而激光驱动飞片点火是冲击波转爆轰过程，作用 时间很短，响应速度快，满足现代引信的需求H 5 I 。 目前，激光起爆技术在军事领域这项技术已经发 展得较为成熟，但是在民用爆破领域的发展较为迟 缓。日本在上世纪9 0 年代初进行激光起爆系统工程 爆破试验，目前还未发现其它关于使用激光起爆技术 实现工程爆破的实例。但激光起爆技术拥有无可比 拟的优势，若将其应用于爆破行业，使其与数字爆破 完美结合必将更加促进爆破施工数字化的发展。 2 ．3 ．2 激光起爆系统与激光雷管 激光起爆系统是由激光器、光能传输分配网络 及激光雷管几个部分组成ⅢJ 。可将激光起爆系统 分为3 个部分可重复使用部分 激光器及光分路 器 、部分可重复利用部分 传输光缆 及一次性使 用部分 激光雷管 。 国内外的雷管结构主要有光纤脚型、宝石／玻璃 窗口型、透镜窗口型。其中光纤脚型结构采用的光 纤成本较低，且玻璃金属封接及钎焊技术都已经发 展成熟，采用这种工艺制作光纤脚可以实现批量化 生产，而其它两种结构采用的宝石和透镜窗口本身 价格高，且产品结构和生产工艺都较复杂，不利于批 量化生产。因此，在民用工程爆破中应用的激光雷 管应该首选光纤脚结构。 2 ．4 监测技术的数字化 数字技术的发展丰富了工程爆破施工过程中的 监测手段，利用三维激光断面仪进行隧道掌子面自 动监测。目前，三维激光扫描仪的精度已经达到 0 ．0 0 8m m ，扫描距离能够达到1 5 0 0 m 。此外，通过 爆破震动测试能有效地监测爆破施工过程，目前国 内的研究也取得了较好的效果，例如四川动态测试 研究所研制的I D T S 系列，北京矿冶研究总院研制的 D S V M 系列，重庆大学的廖识研究了U B O X 5 0 1 6 爆 破监测仪在地铁爆破监测中的应用等。 这些数字化震动监测仪器，都普遍具有较强的 软件分析功能，一般地都能够对波形进行快速傅里 叶变换，微积分处理，最大振动速度值得寻找和爆破 安全评估。而且这些软件大多数采用了W i n d o w s 操 作方式进行输入，储存和打印，具有极好的人机对话 窗口和多种数据输入输出方式，为爆破震动分析时 进行再处理带来了极大方便。 数字化的远程视频监控技术利用中国爆破网络 信息平台，爆破行业数据中心和爆破数字档案馆等 软硬件已经达到了直观，准确地了解工程爆破作业 现场情况；随时监控工程爆破场所施工生产。 2 ．5 爆破效果的数字化前景 随着我国现代化建设的发展，爆破作业环境越 来越复杂，对爆破安全的要求越来越高。不仅要严 格控制爆破的振动效应、爆破冲击波、噪声、飞石、粉 尘等对爆破周围边坡、隧道、水利、住房的影响，还要 控制爆破对生态环境的威胁，如水下爆破对渔业资 源的影响、爆炸冲击波对动物的影响、爆破产生的毒 气对植被的影响。近几年来，在爆破器材、钻孔技 术、测量技术、安全技术等方面都发展很快例如高精 度非电雷管、电子雷管、现场炸药混装车等，在计算 机模拟爆破效果技术方面，也已经有了一系列理论 万方数据 第3 2 卷第3 期 费鸿禄，郭连军爆破旅工的数字化 3 7 成果，有的已在爆破工程中试用，有的需要进一步推 广。虽然在上述领域，已经取得长足的技术进步，但 在工程实践中，往往提出新的要求，需要我们针对上 述领域，不断开发创新。将爆破效果数字化控制，足 [ 6 ] 经济、质量、进度三方面的要求。 3 总结 爆破施工的数字化主要是依靠先进的科学技 术，特别是卫星定位导航技术和计算机数值模拟技 术，将爆破过程中可能涉及到的技术参数全部定量 化的表示出来，以此来精确指导爆破施工，提高爆破 施工的效率，经济效益和安全性。但是在爆破的理 论方面还缺乏进一步的研究，应该加强基础理论方 面的研究，理论的创新才能够推进实践技术的创新， 才能更好，更快的推进爆破技术的发展。在爆破器 材的研究方面，也应该加强技术创新，使器材更加符 合爆破施工的要求，精确性更高，爆破施工的效果更 好并且争取能够做到绿色爆破。还应加强数字爆破 施工现代化和标准化建设，即在爆破施工中使用先 进的科学技术设备和爆破器材，现场还应拥有一套 先进的管理体制，使爆破施工能够井然有序的进行， 另外建立一支专业的数字化爆破队伍，能够让爆破 工程更好，更快，更绿色环保，更精确的完成。 [ 2 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 4 ] [ 5 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 黄彬才．数字化测图在硐室爆破测量中的应用[ J ] ．矿 业快报，2 0 0 6 4 4 0 4 4 4 5 ． H U A N GB i n - c a i ．A p p l i c a t i o no fd i g i t a lm a p p i n gi nc a v e r n b l a s t i n gm e a s u r e m e n t [ J ] ．E x p r e s sI n f o r m a t i o no fM i n i n g I n d u s t r y ，2 0 0 6 4 4 0 4 4 ．4 5 ． i nC h i n e s e 刘军，李巧莲．浅谈中原第一爆的工程测量工作 [ J ] ．采矿技术，2 0 0 3 ，6 1 9 8 - 9 9 ． L I UJ u n ，L IQ i a o l i a n ．I n t r o d u c t i o nt ot h e t h ef i r s te x p l o ． s i o ne n g i n e e r i n gm e a s u r e m e n t so fc e n t r a lp l a i n s [ J ] ．M i n i n gT e c h n o l o g y ，2 0 0 3 ，6 1 9 8 - 9 9