21世纪以来，各领域科技革新持续推进。云计算、物联网等高新技术，以及无人机、三维激光扫描仪等新兴设备在矿业领域的集成应用，加快了我国数字化、智能化矿山建设的步伐。爆破作为矿山生产的重要环节，也逐渐走向信息化、细致化，伴随着先进仪器设备、实用软件及技术体系的进步，矿山爆破工程已由传统的“控制爆破”迈向“精细爆破”的新阶段。
Q
什么是精细爆破？
2008年，谢先启院士首先提出精细爆破的理念，精细爆破是指通过定量化的爆破设计、精心的爆破施工和精细化的管理，进行炸药爆炸能量释放与介质破碎、抛掷等过程的精密控制，既达到预期的爆破效果，又可以实现爆破有害效应的有效控制，最终实现安全可靠、技术先进、绿色环保及经济合理的爆破作业。
精细爆破是传统爆破的衍生，是一种新的爆破理念。精细爆破是一项系统工程，是一种技术体系，不仅要求作业设备和设计软件的精准与科学，更重要的在于各技术的紧密配合能否形成完整的爆破生产体系。精细爆破的核心即关键技术，包括定量化参数设计、现场精细化施工与管理及效果实时反馈等方面。
定量化参数设计
矿山基础数据是采矿设计的根本依据，数据的准确与否直接关系到设计参数的科学性、可行性。三维激光扫描、无人机等摄影测量技术及Dimine等数字矿山软件的应用，使矿山爆区地形、岩体结构及开采环境变得更为直观，同时以此为基础的矿山爆破设计、测量数字自动成图、数字化的资源储量管理等工作，极大地提高了地质、测量、采矿等各专业工作的精度和效率。
三维激光扫描点云图
矿坑三维立体模型
矿山无人机航拍
DEMINE 数字矿体模型
基于矿山可视化数据，国内外各机构与研发单位相继开发了各具特色的智能爆破设计系统，协助矿山爆破方案设计。澳大利亚澳瑞凯公司研发的SHOT-Plus系列软件可以实现炸药类型、装药方式、起爆网络及孔网参数的自主选取，并可以调整模型参数，从而确定最佳爆破方案。江西九江华易软件有限公司研发的爆破设计云系统借鉴了SHOT-Plus的设计功能，并在数学建模方面进行了软件优化。北京科技大学团队研发的Blast-Code系统，具备根据地形、矿岩、炸药性能、岩石可爆性指数及台阶自由面条件自动进行爆破设计和效果预测等功能。CDEM是李世海团队自主研发的连续—非连续数值模拟方法，将连续介质模型与非连续介质模型进行有机结合，可精确施加爆炸载荷，实现爆破载荷下岩体破裂破碎、破碎块体间碰撞及堆积过程的高效计算。
起爆网络设计
装药结构设计
爆破设计云系统
Blast-Code 模型基本结构
爆破初期
爆破后期
CDEM 模拟岩体破碎运动过程
现场精细化施工
精细化的关键在于现场施工设备的精度是否满足设计要求，而先进仪器设备是是现场精细化施工的关键手段。引进并发展先进的工程爆破施工装备，提高爆破作业的机械化、自动化和智能化水平，对提高矿山生产效率及实现现场高质量作业具有极大的实用价值。
近十年来，国内计算机技术、自动控制技术和传感器技术的快速发展，使潜孔钻机、露天液压钻机、凿岩台车等大型设备在节能、高效、作业精度等方面有了很大提高，为精细爆破的实现提供了强有力的技术支撑。阿特拉斯·科普柯公司的PowerROC系列全液压潜孔式露天钻机，配置高风压空压机，适用于露天矿山、采石场等各种软岩、中硬岩及极硬岩石的钻孔作业，生产效率高，在业内广受好评。SmartROC钻机是安百拓公司自主研发的单孔全过程自动化智能露天钻机，该钻机拥有先进钻机自动控制系统、钻孔导航系统，辅助定位控制等功能，可大幅度提高钻孔效率、精度和质量，同时SmartROC智能钻机可以搜集钻孔数据预设布孔图，实现精准爆破。
PowerROC 全液压露天钻机
SmartROC 露天智能钻机
牙轮钻机较潜孔钻机孔径更大，钻孔效率更高，配合大斗容装载设备、电铲等进行作业，可提高生产效率，降低生产成本。山特维克 DR416i 牙轮钻机具有21米的单根杆钻孔深度，是同类产品中最长的单行程钻塔，其车载自动功能（例如自动钻孔和自动循环）可确保孔与孔之间的一致性，提高工作平台的平整度，给露天生产带来安全的高产量生产环境。同时，该公司研制的DD422iE自动化凿岩台车也已投入市场，这是矿山行业首款行走靠蓄电池驱动的凿岩台车，装配3D扫描导航功能，可实现自动扫描超挖和欠挖，设备的现场施工提高了凿岩精确度并缩短了钻孔周期时间，为精细化爆破提供了设备支撑。
DR416i 牙轮钻机
DD422iE 凿岩台车
2020年底，澳大利亚澳瑞凯公司和安百拓联合推出了全球首款双臂、半自动、全机械化炸药输送系统样机Avatel，集成了安百拓的BoomerM2掘进凿岩台车与澳瑞凯公司最新的爆破技术，可实现矿山开辟和生产爆破过程的自动装药和全无线远程起爆。该项技术综合了先进的爆破设计软件及用于优化爆破设计和执行的数字工具，可对矿山的每次爆破进行有针对性的设计和实施，并将其与下游作业的要求相结合，有助于实现更好的安全性、更优化的岩石破碎、更高效的能源利用以及更低的矿山运营成本。
Avatel半自动化、全机械化矿山设备
同时，高精度起爆器材作为微差爆破的重要基础设备，在时间与空间上提高爆破精度、实现爆破预期效果起着至关重要的作用。数码电子雷管具有延时精度高、安全性能好、网路可检测、延时可编程等优点，同时具备定位跟踪、密码绑定等安全监管优势，已经在露天深孔台阶爆破领域得到了广泛推广与应用。采用数码电子雷管可主动控制爆破振动效应，有效改善岩石爆破效果，并且满足国家对民爆物品使用的精准管控要求。
数码电子雷管
现场混装炸药车主要装置由取力组件、乳胶基质箱、燃油系统、螺杆泵送系统、液压系统、计算机数字控制系统等部分组成，通过输送泵，后部伸缩悬臂，输料管进行系统作业，可在炮孔精准装填合理配比的炸药。现场混装炸药车具有本质安全性较高、计量准确误差小、装药效率高、爆破效果好、生产成本低等优点。该设备配备的自动监测系统可对炸药各参数进行动态监测，运用智能跟踪配比手段，针对爆破不同的岩石，动态调整炸药的密度、爆速、爆炸威力等参数，使炸药波阻抗与岩石波阻抗与之匹配，实现爆破效果最优化。
现场混装炸药车
现场精细化管理
现场精细化管理通过对爆破作业中的人员、设备进行管理与控制，以确保现场爆破作业安全进行、达到爆破质量最优化。运用先进的管理工具和手段，对爆破作业中各项任务进行数字化、规范化、程序化、标准化管理，根据部门职责、岗位任务安排相关人员将预期目标落实，确保爆破作业能精确、高效、协同和持续运行。
爆破作业工序复杂、程序繁多，从爆前的炮孔钻凿准备，爆区清理与测量，再到鸣笛起爆及爆后的各项检查都需做到精细化作业。按照时间顺序可构成爆破施工基本工艺流程，工艺流程图的建立有利于爆破作业流程化建设，更加有利于实现爆破设计数字化、凿岩施工规范化、炸药炮泥装填程序化、质量安全检查标准化，确保爆破任务顺利进行。
精细爆破施工工艺流程图
展望
近年来，随着大型凿岩设备和爆破器材的发展，矿山爆破技术取得了较大突破，矿山爆破逐渐踏上了规模大型化、设计智能化、施工精细化的高质量发展道路，但目前相关技术仍不成熟。
(1)在智能爆破设计方面，当前软件产品研发深度与工程应用范围还较为局限。需整合各方资源，面向工程爆破行业研发一套集爆破方案选择、爆破参数设计、起爆网路优化、爆破过程模拟、爆破效果预测和有害效应评估等功能于一体的智能化爆破设计平台。
(2)应探索装药结构、起爆网路等方面的新技术，加强化学、材料、力学等多学科理论的交叉融合，实现炸药爆炸能量释放过程的精细控制，提高炸药能量利用率，降低爆破有害效应。
(3)开展工程爆破与云计算、物联网、大数据、高速移动互联网等现代信息化技术的融合发展，研发智慧监管平台，实现爆破器材生产、销售、运输、使用等全寿命周期的实时监管。
参考文献
[1] 谢先启,黄小武,姚颖康等.露天深孔台阶精细爆破技术研究进展[J].金属矿山,2022(07):7-18.
[2] 谢先启.精细爆破发展现状及展望[J].中国工程科学,2014,16(11):14-19.
[3] 李国清,王浩,侯杰等.地下金属矿山智能化技术进展[J].金属矿山,2021(11):1-12.
[4] 母永烨,李祥龙等.精细爆破技术在矿山的研究与应用[J].有色金属(矿山部分),2020,72(02):13-18+88.
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