爆破是非煤矿山开采的首要工序，是矿山劳动密集型最危险的工序。爆破工艺不连续性、安全风险性和行业特殊性，爆破智能化研究和建设相对滞后。目前爆破智能化取得突破性进展，获得了多项从0 到1 的原始创新突破，初步建成了全球首个矿山开采全生产链智能示范工程。

智能爆破建设阶段和总体框架

智能爆破是通过感知系统采集数据，实现爆破全生产工序和全生命周期的自感知、自学习、自执行和自决策的智能化管理，实现爆破全过程全工序感知，实时动态掌握爆破运行动态，为爆破提供安全、少人、本质安全的工作环境。

智能爆破发展阶段

爆破智能化建设从2008 年开始发展分为3 个阶段。

（1） 初级阶段从2008 年汪旭光院士提出信息化是爆破行业发展的必然趋势开始，进入起步和初级阶段。

（2） 中级阶段从2020 成立智能爆破研究中心开始，开展了从0 到1 的原始创新，研究智能爆破的理论，实现地质、穿孔、地面站、装药、堵塞、起爆和安全管理等方面的数据提取感知装备的突破性进展，目前我国智能爆破研究和建设处于中级阶段。

（3） 高级阶段为实现爆破全过程全工序智能化，人工干预决策过渡到智能决策，打造国际领先的安全、高效、绿色、可持续发展的新型现代化爆破模式。

爆破智能化总体架构

爆破智能化总体架构包括1 理论+1 平台+7 关键器材装备和技术+4 算法，智能爆破总体架构如图1所示。

图1　智能爆破总体架构

（1） 1 理论是指炸药能量与岩体破碎能量匹配理论。

（2） 1 平台是指智能露天矿全生产链数据融合决策平台。

（3） 7 关键器材装备和技术是指爆破地质智能探测车、智能钻机、智能混装车、智能堵塞车、智能起爆器材、智能安全管理和智能爆破效果。

（4） 4 算法是指混装炸药能量与岩体破碎能量匹配算法、钻机钻进能耗与岩体破碎能量特征算法、三维块度分布智能算法和爆破价值链共享智能算法。

智能爆破关键技术及装备

为解决传统露天矿爆破作业工艺不连续，机械化、信息化程度低、数字化感知能力差、安全风险高、效率低，难以与生产环节形成全生产链数据融合等问题，研制感知能力强、实时提取数据的智能化设备。

爆破地质智能探测车

爆破地质智能探测车包括超深天线车载控制系统、数据高速采集及传输系统、测距装置、视频模块、天线保护装置、车载机械臂及其控制系统等，各子系统同步控制和采集，胶轮底盘与探测车系统集成，实现低频地质雷达天线有效安全挂载以及智能化探测作业。目前实现探测深度为50 m，天线扫描速度0.03 m/s。主要用于探测爆破区域内岩层分布情况，实现快速采集数据、建立爆破地质数据库，构建爆破地质透明地图，为智能爆破的安全可靠实施提供技术支撑。爆破地质智能探测车如图2 所示，爆破地质智能探测车原理如图3所示。

图2　爆破地质智能探测车                 图3　爆破地质智能探测车原理

智能混装车

露天矿山现场乳化炸药混装车劳动强度大、装药质量较难控制、炸药密度较难实时调整、装药计量不准、工作效率较低、不适合爆区场地、自动化和智能化程度不高等问题，无法实现自动寻找炮孔、装药实时计量、炸药车故障自诊断等功能，传统的现场乳化炸药混装车装药如图4所示。

图4　传统的现场乳化炸药混装车装药

（1） 智能混装车结构

智能混装车主要由底盘系统、动力输出系统、液压控制系统、电气控制系统、敏化系统、乳化基质料仓、泵送系统、装填系统、水汽清洗系统、寻孔和对孔系统等部分组成。整车动力来源于汽车发动机，通过取力器驱动液压油泵，液压油泵、再将压力油泵送到基质泵马达、伸缩油缸、对孔油缸、回转马达、卷筒马达执行机构，智能混装车结构总体示意如图5所示。

图5　智能混装车结构总体示意

（2） 智能混装车技术指标

智能混装车技术指标主要包括：装药效率为70~150 kg/min；主体设备输送压力为0.3~1.2 MPa；劳动定员2 人、驾驶员1 人、中/近距离遥控操作1人；装药范围15.6 m、平面旋转 270°；乳化炸药安全性指标，摩擦感度0%、撞击感度 0%、无雷管感度、热感度合格；乳化炸药性能指标，密度1.0～1.25 g/cm 3 、爆速≥4 000 m/s。

（3） 智能混装车关键技术

智能混装车接收炮区和炮孔参数提示、停放位置和移动轨迹，采用视觉图像处理系统通过控制器实现精准对孔，进行一键式智能装药，自动进行装药量精准计量与退管。配备远程数据管理平台集成了装药密度调节、乳胶基质长距离输送减阻敏化、智能混装车安全智能管理与故障智能诊断功能，高精度装药参数感知流程如图6 所示，装药密度自适应调节流程如图7 所示。

图6　高精度装药参数感知流程

图7　装药密度自适应调节流程

智能混装车无线起爆系统

智能混装车无线远距离起爆系统包括无线起爆模块、起爆控制器、中继器，主要包括5 个特点，智能混装车无线起爆原理如图8所示。

图8　智能混装车无线起爆原理

（1） 基于工业电子雷管的无线起爆系统保留工业电子雷管三码绑定，信息可追溯、起爆控制安全。

（2） 通过起爆控制器以无线传输方式与中继器、无线起爆模块及数码电子雷管进行通信。

（3） 无线起爆模块通过有线与工业电子雷管连接，考虑成本、效率、操作人员的熟练程度以及爆破作业环境，工业电子雷管可单独连接，也可每20发工业电子雷管串联后与无线起爆模块连接。

（4） 无线起爆模块和中继器（无人机搭载） 采用频段为2.400 0～2.483 5 GHz、射频功率0.65 W、通信带宽最大600 Mbit/s。

（5） 中继器（无人机搭载） 和起爆控制器采用频率为433 Hz的LoRa无线技术。

智能混装车无线远距离起爆系统突破了3 项关键技术。

（1） 无线起爆模块集成了双向通信、读取工业电子雷管信息、提供工业电子雷管起爆能量，同时可实现工业电子雷管超低压安全检测，提高了爆破作业现场检测的本质安全性。

（2） 起爆控制器与工业电子雷管实现无线双向通信，确保了爆破作业现场复杂电磁环境下的正常通信、可靠起爆。

（3） 无人机搭载中继器的无线起爆模式，解决了单台起爆器1 次起爆雷管数量限制，扩大了爆破作业规模，降低了爆破作业人员的劳动强度，解决了复杂地理环境下起爆站位置设置受限的难题。

全生产链智能矿山示范工程应用

露天矿山全生产链智能化建设在华润肇庆大排砂石骨料矿（简称大排矿） 工程示范应用，主要实现测量、穿孔、爆破（装药、堵塞、连线、起爆）、运输、安全管理等功能，以下工程应用情况主要针对测量、爆破（装药、堵塞、连线、起爆） 的部分器材和装备。

爆破地质智能探测车工业应用

2023 年5 月17—22 日，爆破地质智能探测车在大排矿共完成探测25 条测线。工作时采用直接耦合法，天线平放于地面，探测开始后拖动天线，爆破地质智能探测车工业性实验场景如图9 所示。在大排矿西采区+300 平台东西方向等间距布置9 条测线，浅部存在1 处岩性分界面和2 处裂缝发育异常，西采区+300 平台岩石分界面、裂缝分布见表1，西采区+300 平台岩性分界面雷达图谱如图10所示。

表1　西采区+300 平台岩石分界面、裂缝分布

图9　爆破地质智能探测车工业性试实验场景

图10　西采区+300 平台岩性分界面雷达图谱

智能混装车工业应用

对比人工条装成品装药、普通混装炸药车和智能混装车比较结果见表2。分析可知总装药工效（每人、每分钟装药量） 智能混装车是普通混装车的 2 倍、人工装药的 4.7~7.0 倍。

表2　条装成品药、混装车与智能混装车效率比较

无线起爆器工业应用

无线起爆器从2022 年3 月起在大排项目部进行常态化工业应用，共计使用工业电子雷管760 发，起爆炸药约91 200 kg，全部安全顺利起爆，爆破效果良好。2023 年6 月30 日深孔+浅孔爆破无盲炮，无飞石，爆堆整体向上隆起，达到预期效果。爆堆表面仅有少量大块（表面超过1 m约3 块），爆堆松散，平均挖运效率4 min/车，爆堆内大块率小于1.5%，大排项目部无线起爆常态化试验场景如图11所示，起爆方式对比见表3。

表3　起爆方式对比

图11　大排项目部无线起爆常态化试验场景

无线起爆器材现场试验数据与传统的人工连接相比，无线智能起爆技术简单快捷，减少了进入爆破作业区域的人数和时间，取消物理导线后，起爆站设置不受地形制约，可设在最方便和较远位置完成远程起爆，使得爆破工程向本质安全爆破作业更进一步。

总 结

（1） 智能爆破是提高爆破企业核心竞争力、实现爆破行业可持续发展的必要条件，智能爆破关键器材和装备具有全面感知、自动提取、少人操作、连续作业等特点，在大排矿进行了多次现场试验和工业应用，初步实现了爆破施工多场景、全工序感知、互联与协同的工业应用，具有良好的效果。

（2） 在大排矿的工业应用中，爆破地质探测车识别岩层分界面与裂隙异常，智能混装车工效达普通混装车的2 倍（总装药效率14 kg/min），无线起爆系统缩短起爆准备时间至18 min，减少作业人员暴露风险。建成了全球首个全生产链智能示范工程，推动爆破工序向少人化、连续化与本质安全转型，为矿山智能化升级提供关键技术支撑。

策划：李金松 编辑：钱小静