智能臺(tái)階爆破的基本框架及未來(lái)發(fā)展

李萍豐，謝守冬，張兵兵，趙建宇

(1.宏大爆破工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，廣州 510623；2.遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

智能爆破是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略及爆破行業(yè)發(fā)展的最新目標(biāo)，采用5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，將爆破的設(shè)計(jì)、施工、管理、服務(wù)等各環(huán)節(jié)生產(chǎn)活動(dòng)相聯(lián)結(jié)與融合，建立具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能特性的綜合集成爆破技術(shù)，解決人類(lèi)專(zhuān)家才能處理的爆破問(wèn)題，達(dá)到安全、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、高效的工程目的[1-4]。智能爆破發(fā)展需求體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1)黨和國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略要求：黨的十九屆五中全會(huì)[5]提出：“2021年起，我國(guó)進(jìn)入新發(fā)展階段，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，國(guó)際力量對(duì)比深刻調(diào)整；國(guó)際形勢(shì)不穩(wěn)定不確定性明顯增加，世界百年未有之大變局進(jìn)入加速演變期；堅(jiān)定不移建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)、質(zhì)量強(qiáng)國(guó)、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)，推進(jìn)能源革命，加快數(shù)字化發(fā)展”。將能源革命與數(shù)字化智能化發(fā)展掛鉤，表明智能化發(fā)展已上升至國(guó)家戰(zhàn)略層面。

2)智能礦山高質(zhì)量發(fā)展要求：近年來(lái)，智能礦山建設(shè)如火如荼，許多礦山企業(yè)形成了具有特色的智能礦山建設(shè)模式，引領(lǐng)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。但礦山爆破作為智能化礦山建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，在爆破設(shè)計(jì)、自動(dòng)穿孔裝藥、爆破效果評(píng)價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、安全管理等智能化方面仍有進(jìn)步空間。

3)安全生產(chǎn)和用工壓力大：礦山建設(shè)在一定程度上屬于高危行業(yè)，安全生產(chǎn)壓力一直考驗(yàn)著技術(shù)及管理人員。而爆破環(huán)節(jié)涉及到炸藥、雷管等火工品，危險(xiǎn)性相對(duì)更大，安全和反恐一直是高懸在涉爆企業(yè)頭頂?shù)睦麆?；“十四五”期間，中國(guó)勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)數(shù)量和質(zhì)量的雙重變動(dòng)趨勢(shì)，勞動(dòng)力出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，人工老齡化持續(xù)加劇[6]，如圖1所示。中國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，勞動(dòng)力數(shù)量的萎縮使得原有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式受阻，勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)因?yàn)閯趧?dòng)力價(jià)格的上升而失去競(jìng)爭(zhēng)力。智能化設(shè)備的升級(jí)替代了大量人工崗位，使得勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化為資本密集型和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，爆破行業(yè)用工緊缺性不斷加劇。只有實(shí)現(xiàn)少人化或無(wú)人化才能實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全和可持續(xù)發(fā)展。

圖1 2019～2050 年全國(guó)勞動(dòng)年齡人口規(guī)模和比例變動(dòng)

4)爆破行業(yè)發(fā)展要求：在當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)不斷加重、全力應(yīng)對(duì)危機(jī)、調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的形勢(shì)下，推動(dòng)爆破技術(shù)的智能化，尤為重要。它是數(shù)字爆破和精細(xì)爆破等概念的集成與升華，爆破行業(yè)在露天礦山智能臺(tái)階爆破研究方面，開(kāi)展了一系列科技攻關(guān)工作，智能爆破內(nèi)涵不斷完善，短板方面有所改善，涌現(xiàn)了一批先進(jìn)爆破信息管理系統(tǒng)及智能化裝備，將為我國(guó)爆破行業(yè)確定長(zhǎng)期的戰(zhàn)略目標(biāo)；可為爆破技術(shù)研發(fā)單位指明發(fā)展方向；為爆破企業(yè)提供創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展提供主要源泉和動(dòng)力；為涉及爆破行業(yè)的設(shè)備制造廠商指明技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的方向和時(shí)機(jī)，能快速實(shí)現(xiàn)技術(shù)的跨越，引領(lǐng)世界采礦技術(shù)。

隨著新興信息科學(xué)技術(shù)及多學(xué)科融合發(fā)展不斷加快，礦業(yè)開(kāi)采也從其他領(lǐng)域引入了越來(lái)越多的新概念，智能礦山發(fā)展理念逐漸深入人心，涌現(xiàn)眾多應(yīng)用于礦山的智能化技術(shù)。2012年汪旭光院士提出了智能爆破理念[4]，2020年11月國(guó)內(nèi)第一家“智能爆破研究中心”正式成立。在受全球疫情影響的情況下，智能化礦山場(chǎng)景的應(yīng)用能夠有效節(jié)省人力資源，體現(xiàn)了一定的優(yōu)勢(shì)[3]。目前我國(guó)露天臺(tái)階爆破信息化建設(shè)，初步完成部分業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、分析等功能，但從發(fā)展進(jìn)程上來(lái)看仍處于較為初級(jí)的建設(shè)階段。因此，加速智能化礦山發(fā)展，致力于實(shí)現(xiàn)礦山少人甚至無(wú)人化的安全生產(chǎn)與高效管理，并逐步推廣到礦山全生命周期中，應(yīng)當(dāng)引起廣大從業(yè)者的重視。

智能爆破的發(fā)展成為了爆破工程領(lǐng)域又一項(xiàng)重大革新，筆者結(jié)合臺(tái)階爆破特點(diǎn)給定智能臺(tái)階爆破的定義，深入剖析智能臺(tái)階爆破技術(shù)在工程爆破全生命周期中的重要性，分析了智能臺(tái)階爆破技術(shù)現(xiàn)狀和瓶頸問(wèn)題，提出了解決思路，旨在緊跟智能爆破時(shí)代發(fā)展步伐，應(yīng)用于爆破全生命周期中，不斷豐富智能爆破生態(tài)鏈內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)全流程的降本增效，為爆破行業(yè)的本質(zhì)安全可持續(xù)發(fā)展注入新的活力。

1 智能臺(tái)階爆破的定義

從臺(tái)階爆破生產(chǎn)要素角度來(lái)看，智能臺(tái)階爆破的本質(zhì)是將跨越二次工業(yè)革命的信息化技術(shù)與爆破施工設(shè)備與技術(shù)深度融合，通過(guò)爆破設(shè)計(jì)、布孔、鑿巖、裝藥、連線、填塞、起爆、監(jiān)測(cè)等環(huán)節(jié)的信息化和礦山機(jī)械的智能化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)臺(tái)階爆破勞動(dòng)生產(chǎn)率的大幅度提高，整體生產(chǎn)成本的大幅度降低。

從系統(tǒng)論、控制論、信息論角度來(lái)看，智能臺(tái)階爆破是致力于將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)和智能應(yīng)用技術(shù)等與現(xiàn)代工程爆破技術(shù)緊密相結(jié)合，構(gòu)成人與人、人與物、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)詳盡地描述并控制工程爆破全生命周期，以高效、安全、綠色爆破為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)工程爆破的可持續(xù)發(fā)展。

智能臺(tái)階爆破是采用計(jì)算機(jī)、無(wú)人機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)手段，引入系統(tǒng)工程、深度學(xué)習(xí)等研究思想，在臺(tái)階爆破施工的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)管、匯報(bào)、反饋等傳統(tǒng)工序中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化，形成以人員為核心、以信息為紐帶、以智能為目標(biāo)的臺(tái)階爆破新概念。

2 智能臺(tái)階爆破發(fā)展現(xiàn)狀

智能臺(tái)階爆破應(yīng)遵循“數(shù)字化—自動(dòng)化—智能化”的發(fā)展過(guò)程，在數(shù)字化、自動(dòng)化逐步實(shí)施的基礎(chǔ)上，采用5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，推動(dòng)爆破行業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，構(gòu)建智能臺(tái)階爆破的基本理論、支撐平臺(tái)、關(guān)鍵技術(shù)、基本框架及體系設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)爆破施工過(guò)程中狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)控制系統(tǒng)，解決設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)過(guò)程中的復(fù)雜性和不確定性問(wèn)題，提高資源配置效率，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化。

智能臺(tái)階爆破是現(xiàn)代爆破不可或缺的組成部分，但爆破技術(shù)的一些問(wèn)題仍未解決，例如，爆破理論仍未有根本性突破、爆破過(guò)程的多元異質(zhì)信息難以獲取、缺乏有效的爆破環(huán)境感知技術(shù)、爆破施工精度需要進(jìn)一步提高、缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互與信息處理機(jī)制。

當(dāng)前，我國(guó)智能臺(tái)階爆破研究正處于初級(jí)階段[7]，正在進(jìn)行單個(gè)系統(tǒng)、單項(xiàng)技術(shù)的智能化(一個(gè)系統(tǒng)、一個(gè)崗位的“點(diǎn)上的少人”)技術(shù)研究，多個(gè)系統(tǒng)的智能化集成(部分系統(tǒng)的集成，“面上的少人”)研究仍沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)爆破全生命周期的智能化集成建設(shè)，如何構(gòu)建智能臺(tái)階爆破總體建設(shè)框架，打造“國(guó)際一流、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先”的“安全、高效、綠色、可持續(xù)發(fā)展”的現(xiàn)代露天采礦智能臺(tái)階爆破，是擺在所有爆破從業(yè)者面前的主要任務(wù)。

2.1 臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)

在新興信息時(shí)代，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，爆破對(duì)象的描述將發(fā)生根本的變化。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)斷面的精細(xì)剖分，可精確地設(shè)計(jì)炮孔的間排距和炮孔的裝藥結(jié)構(gòu)。在爆破設(shè)計(jì)系統(tǒng)研發(fā)方面，北京礦冶研究總院、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、武漢科技大學(xué)、中南大學(xué)等高校、科研院所與企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一大批爆破設(shè)計(jì)系統(tǒng)[8]，例如，臺(tái)階爆破優(yōu)化系統(tǒng)、臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)、基于三維激光掃描技術(shù)的臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)軟件、Dimine軟件、3Dmine軟件等?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用效果良好，省時(shí)省力，簡(jiǎn)單地形環(huán)境下的爆破設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度大幅提升。

2.2 填塞系統(tǒng)

在露天礦山爆破中炮孔填塞是影響爆破效果的重要因素之一，炮孔填塞物成分、性質(zhì)、填塞質(zhì)量、填塞長(zhǎng)度和填塞物運(yùn)動(dòng)規(guī)律等對(duì)藥柱爆轟波的傳播、炮孔中爆生氣體壓力的變化、巖體中的應(yīng)力波強(qiáng)度、爆破效果和爆破安全等都有重要的影響。從目前檢索發(fā)現(xiàn)，研究炮孔填塞機(jī)理、填塞長(zhǎng)度、填塞物運(yùn)動(dòng)規(guī)律、填塞材料性質(zhì)、填塞作用對(duì)爆破效果影響學(xué)者非常多，但對(duì)填塞的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化的研究非常少。

智能填塞系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)良好爆破效果的重要方面，是實(shí)現(xiàn)爆破智能化的必經(jīng)之路。主要是由北斗自動(dòng)定位系統(tǒng)、填塞車(chē)通訊系統(tǒng)、智能行走系統(tǒng)及智能填塞計(jì)量系統(tǒng)共同組成?；诒倍吠ㄓ嵍ㄎ患夹g(shù)及控制系統(tǒng)軟件的日趨成熟，填塞車(chē)定位、通訊及行走已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，將逐步取代露天礦山耗時(shí)耗力的人工填塞模式。但在智能填塞計(jì)量系統(tǒng)方面，如何實(shí)現(xiàn)填塞長(zhǎng)度的精準(zhǔn)控制及動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保填塞合理可靠，而不是均一化填塞，仍需進(jìn)一步研究。

2.3 爆區(qū)三維建模技術(shù)

爆破臺(tái)階的爆區(qū)地形及時(shí)更新與數(shù)字化處理，對(duì)爆破效果起著決定性的作用，是實(shí)現(xiàn)智能化的首要前提，傳統(tǒng)的臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)、施工是基于CAD二維地形圖，過(guò)多依賴(lài)于人工處理[9]。隨著無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)、三維激光掃描、雷達(dá)探測(cè)等技術(shù)引入露天礦山領(lǐng)域[10]，爆區(qū)三維建模成為現(xiàn)實(shí)，點(diǎn)面體結(jié)合快速重建，地形更新速度顯著加快，為智能臺(tái)階爆破系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)[11]。

2.4 臺(tái)階爆破仿真技術(shù)

智能臺(tái)階爆破仿真技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能臺(tái)階爆破的必要條件?，F(xiàn)階段以VR(虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù))為代表的仿真技術(shù)發(fā)展迅速，在露天礦山建模、渲染、漫游、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等方面取得了一定的成績(jī)。智能臺(tái)階爆破仿真的目的是要構(gòu)建有效的全流程化的仿真系統(tǒng)，減少人為干預(yù)，分析不同工況條件下破碎巖石塊度級(jí)配曲線、炮孔不同部位的巖塊在爆堆的具體位置；優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)整體方案，得出不同工況下的最優(yōu)方案。從巖石性質(zhì)、炸藥特性、爆破參數(shù)等不同工況條件入手，借助云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，智能還原特定條件露天礦山臺(tái)階爆破的全過(guò)程。

2.5 鉆機(jī)技術(shù)

智能鉆機(jī)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能爆破的基礎(chǔ)，組成部分如圖2所示。目前，許多鉆機(jī)廠商推出了多款適用性良好的露天礦山智能化鉆機(jī)設(shè)備，如山河智能SWDB系列鉆機(jī)、長(zhǎng)沙礦山研究院CS165E型潛孔鉆機(jī)、阿特拉斯ROCL830型潛孔鉆機(jī)等。在北斗通訊技術(shù)及控制系統(tǒng)的雙重作用下，尤其是在5G通訊技術(shù)引入至礦山領(lǐng)域[12]，自動(dòng)定位系統(tǒng)、鉆機(jī)通訊系統(tǒng)、智能行走系統(tǒng)、智能推進(jìn)和沖擊系統(tǒng)、自動(dòng)控制和更換鉆桿系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)量鉆孔參數(shù)系統(tǒng)、自動(dòng)尋孔系統(tǒng)等均取得了較大的突破[13-14]，智能鉆機(jī)作業(yè)水平和施工效率大幅提高，礦山少人化作業(yè)模式得以實(shí)現(xiàn)。

圖2 智能鉆機(jī)成套設(shè)備技術(shù)的構(gòu)成

3 智能臺(tái)階爆破建設(shè)基本框架

3.1 爆破網(wǎng)路系統(tǒng)

①按照露天采礦計(jì)劃和生產(chǎn)調(diào)度指令，智能臺(tái)階爆破指揮中心的爆破設(shè)計(jì)終端篩選數(shù)據(jù)庫(kù)中類(lèi)似的地質(zhì)情況進(jìn)行爆破參數(shù)設(shè)計(jì)；②經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)爆破仿真系統(tǒng)計(jì)算調(diào)整，確定爆破設(shè)計(jì)參數(shù)；③鉆機(jī)將通過(guò)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收到的穿孔數(shù)據(jù)讀入鉆機(jī)工控機(jī)內(nèi)，鉆機(jī)根據(jù)相關(guān)傳感器數(shù)據(jù)自動(dòng)完成設(shè)計(jì)孔深的鉆孔工作，并將實(shí)際穿孔情況、巖石性質(zhì)和巖石的能量情況傳送給指揮中心；④爆破設(shè)計(jì)終端修改炸藥參數(shù)設(shè)計(jì)，將炸藥參數(shù)數(shù)據(jù)傳送給裝藥車(chē)；⑤根據(jù)北斗定位模塊和裝藥車(chē)自動(dòng)化設(shè)備，逐孔定量化裝藥，并將裝藥情況反饋至指揮中心；⑥指揮中心將數(shù)據(jù)傳給填塞車(chē)進(jìn)行填塞；⑦在裝藥過(guò)程時(shí)，無(wú)人機(jī)始終在制高點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)安全管理；⑧填塞完畢后無(wú)人機(jī)起飛爆破警戒，警戒完畢通知指揮中心可以實(shí)施爆破；⑨指揮中心下達(dá)起爆指令后，無(wú)人機(jī)激活無(wú)線起爆網(wǎng)絡(luò)，遙控起爆；⑩爆破完成后，無(wú)人機(jī)進(jìn)行爆破效果檢查，并將所有數(shù)據(jù)保存在智能爆破實(shí)例管理數(shù)據(jù)庫(kù)中，如圖3所示。

圖3 智能爆破網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.2 裝藥系統(tǒng)

智能裝藥成套技術(shù)在爆破中可謂是重中之重[15]，炸藥性能、炸藥數(shù)量決定著爆破能否成功，效果是否理想，是實(shí)現(xiàn)智能爆破的核心，組成部分如圖4所示。

圖4 智能裝藥成套設(shè)備技術(shù)的構(gòu)成

現(xiàn)階段，在自動(dòng)定位系統(tǒng)、裝藥車(chē)通訊系統(tǒng)、智能行走系統(tǒng)等方面研究較少。少人化甚至無(wú)人化裝藥還要在以下幾方面突破。

1)在智能計(jì)量系統(tǒng)研究方面，需要大力研究采集銨油炸藥重量變化的專(zhuān)用管道質(zhì)量波動(dòng)計(jì)量?jī)x器、專(zhuān)用管道質(zhì)量波動(dòng)計(jì)量?jī)x器的抗干擾和自平衡技術(shù)、銨油炸藥混裝車(chē)精確計(jì)量的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算平臺(tái)的研發(fā)工作，提高智能裝藥計(jì)量的準(zhǔn)確性。

2)在炸藥性質(zhì)與巖石特性自動(dòng)匹配系統(tǒng)方面，需要做到不同工況下的炸藥參數(shù)與巖性參數(shù)定量化匹配，實(shí)現(xiàn)炸藥能量的合理分配，取代以經(jīng)驗(yàn)法為主的炸藥與巖性匹配方式，確保礦山臺(tái)階爆破效果[16]。

3)在爆破網(wǎng)路連接無(wú)線化技術(shù)研究方面，爆破網(wǎng)路連接是制約智能臺(tái)階爆破的場(chǎng)景建設(shè)的重要因素，若臺(tái)階面敷設(shè)大量的導(dǎo)爆管或電線，會(huì)給機(jī)器人的行走帶來(lái)不便，故需要革新現(xiàn)有的有線式爆破網(wǎng)路。礦山爆破不再采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)聯(lián)網(wǎng)，極大地降低爆破網(wǎng)路連接存在的安全隱患，將所有起爆網(wǎng)路放入至遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)中，檢查更為方便快捷，安全性得以提高[17-18]。

4)在無(wú)線網(wǎng)路的遠(yuǎn)程遙控起爆技術(shù)研發(fā)方面，取代現(xiàn)有的接觸式、短距離起爆方式，可在陸地較遠(yuǎn)處甚至空中實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)路的遠(yuǎn)程遙控起爆，如圖5所示，降低爆破危害效應(yīng)的影響，保證作業(yè)人員的安全。

圖5 無(wú)線網(wǎng)路的遠(yuǎn)程遙控起爆場(chǎng)景構(gòu)想

3.3 安全管理與爆破警戒系統(tǒng)

礦山爆破安全是實(shí)現(xiàn)安全管理的重要方面，電子圍欄、人臉識(shí)別等安全管理技術(shù)在其他領(lǐng)域應(yīng)用是非常成熟的，爆破現(xiàn)場(chǎng)安全管理可以引進(jìn)成套系統(tǒng)，在炸藥流通管理、炸藥庫(kù)管理、臨時(shí)堆放場(chǎng)所管理等方面，搭建并不斷完善安全管理系統(tǒng)[19]。

傳統(tǒng)的安全警戒主要依賴(lài)人工現(xiàn)場(chǎng)巡查，但受制于露天礦山工作面分散、作業(yè)人員多，耗時(shí)耗力，可能存在監(jiān)控和管理死角，因此構(gòu)建智能爆破安全警戒輔助系統(tǒng)尤為重要，確保人員及時(shí)撤離爆破影響區(qū)域。融合無(wú)人機(jī)飛行控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、5G通信、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航、可視化巡檢、可靠預(yù)警、驅(qū)離記錄四位一體的爆破安全智慧警戒模式，主要是通過(guò)以下技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)：①使用電子圍欄技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)外界闖進(jìn)人員設(shè)備報(bào)警及外出人員設(shè)備告知；②實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡航辨識(shí)人員，可視化遠(yuǎn)程遙控巡航警戒；③利用無(wú)人機(jī)紅外熱成像儀攝像技術(shù)，開(kāi)發(fā)嵌入式綜合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)爆破警戒范圍內(nèi)人員實(shí)時(shí)辨識(shí)、視頻判讀和廣播驅(qū)離。

3.4 爆破效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)

爆破效果分析主要對(duì)有無(wú)盲炮、后沖情況、爆破飛石、爆破振動(dòng)、爆堆形狀、爆堆塊度等進(jìn)行分析[20-21]，智能爆破效果評(píng)價(jià)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能爆破的保證。

3.4.1 盲炮識(shí)別

受地質(zhì)條件和炸藥器材性能等因素影響，爆破后可能出現(xiàn)盲炮現(xiàn)象[22]，需要及時(shí)排查處理，而現(xiàn)階段盲炮識(shí)別主要依賴(lài)于人工依靠經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別，可能出現(xiàn)判斷失誤或者難以識(shí)別等問(wèn)題，且人工排查安全風(fēng)險(xiǎn)大。

將有保護(hù)殼的專(zhuān)用盲炮檢測(cè)無(wú)源RFID標(biāo)簽附著在炸藥表面，價(jià)格低廉且操作簡(jiǎn)單方便，不會(huì)對(duì)炸藥性能造成不良影響，也不會(huì)被爆破沖擊波破壞，爆破后可通過(guò)發(fā)射低頻脈沖波進(jìn)行有效識(shí)別RFID標(biāo)簽，自動(dòng)獲取盲炮的數(shù)量及位置信息，進(jìn)而解決礦山爆破后盲炮識(shí)別困難的問(wèn)題。

盲炮識(shí)別系統(tǒng)主要解決：①有保護(hù)殼的專(zhuān)用盲炮檢測(cè)無(wú)源RFID標(biāo)簽；②脈沖大功率遠(yuǎn)距離無(wú)線供能技術(shù)；③高靈敏度無(wú)源RFID標(biāo)簽的信號(hào)讀取技術(shù)；④無(wú)人機(jī)智能掃描及重建模技術(shù)等。

3.4.2 爆堆分析

露天礦山臺(tái)階爆破后形成的爆堆，其形狀、塊度分布、松散性等是分析爆破效果重要方面，它不僅反映了爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)的合理性，而且直接影響鏟裝、運(yùn)輸效率和經(jīng)濟(jì)效益[23]?，F(xiàn)階段在識(shí)別精度、快速識(shí)別等方面研究仍不能滿(mǎn)足智能爆破的設(shè)想。為了實(shí)現(xiàn)快速真實(shí)還原爆堆信息、快速診斷和評(píng)價(jià)，建議從以下幾方面不斷深入研究：①研制爆堆巖塊多角度二維圖像數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)采集的專(zhuān)用塊度測(cè)試儀；②無(wú)人機(jī)采集爆堆圖像拼接技術(shù)和全景圖像中巖塊的分割提取技術(shù)；③整體爆堆塊度分布的二維全景圖像數(shù)據(jù)；④三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)算法技術(shù)。

3.4.3 爆破飛石預(yù)報(bào)

露天臺(tái)階爆破需要嚴(yán)格控制飛石，防止產(chǎn)生飛石傷人、砸壞設(shè)備建(構(gòu))筑物等，大量專(zhuān)家學(xué)者在利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、事故樹(shù)、量綱分析法、層次分析法、未確知測(cè)度理論等做了大量的研究工作，確定了影響爆破飛石事故的各項(xiàng)因素，并對(duì)飛石距離和危害給出了預(yù)測(cè)[24-27]。但是也同樣存在實(shí)時(shí)和精度的問(wèn)題。

3.4.4 爆破振動(dòng)評(píng)價(jià)

露天臺(tái)階爆破中，由于單次爆破量較大，導(dǎo)致很強(qiáng)的振動(dòng)效應(yīng)，振動(dòng)波對(duì)爆破近區(qū)的邊坡產(chǎn)生危害效應(yīng)，并對(duì)周?chē)ㄖ?、人員也將產(chǎn)生很大損害，根據(jù)爆破現(xiàn)場(chǎng)施工情況，可以從以下方面入手：①研究爆破振動(dòng)信號(hào)分解方法，結(jié)合環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)及工程爆破振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)建立振動(dòng)智能評(píng)價(jià)模型；②研發(fā)爆破振動(dòng)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，提高爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)精確度；③建立爆破振動(dòng)危害預(yù)警系統(tǒng)，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)因爆破振動(dòng)產(chǎn)生的事故發(fā)生。

4 智能臺(tái)階爆破未來(lái)發(fā)展

智能爆破作為我國(guó)爆破行業(yè)新時(shí)代發(fā)展的主流方向，已得到廣大爆破專(zhuān)家學(xué)者及從業(yè)人員的高度認(rèn)可，智能臺(tái)階爆破科研攻關(guān)項(xiàng)目布局正在進(jìn)行，爆破行業(yè)信息化、數(shù)字化、智能化發(fā)展的趨勢(shì)不斷延伸，逐步將在爆破不同場(chǎng)景下開(kāi)展實(shí)踐?，F(xiàn)階段礦山領(lǐng)域，控制爆破及精細(xì)爆破發(fā)展較為成熟，數(shù)字爆破處在研究中期階段，而智能爆破發(fā)展仍處于探索階段，也面臨著一些技術(shù)瓶頸需要克服，需要爆破界同仁的長(zhǎng)期不懈努力。為了加快智能爆破的發(fā)展速度，建議可從以下幾個(gè)方面開(kāi)展相關(guān)工作。

1)加大宣傳力度，使智能爆破理念深入礦山行業(yè)、爆破行業(yè)管理人員和專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員內(nèi)心。2021—2022年，在中國(guó)爆破行業(yè)協(xié)會(huì)旗下組建全國(guó)智能爆破技術(shù)研究中心，匯聚高校、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)各方資源，踐行產(chǎn)學(xué)研用一體化模式；確立智能爆破研究框架，組織人力、聚集財(cái)力，梳理編制重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目名錄并組織技術(shù)攻關(guān)。

2)2023～2025年，建立智能爆破技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)體系。實(shí)現(xiàn)爆破施工的各工序數(shù)字化，為最終實(shí)現(xiàn)智能爆破奠定基礎(chǔ)。

3)2026～2028年，建成2個(gè)智能化示范爆破場(chǎng)景，初步形成爆破器材、爆破設(shè)計(jì)、穿孔裝藥、爆破警戒、爆破效果分析等主要環(huán)節(jié)的數(shù)字化傳輸、智能化決策、自動(dòng)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)部分系統(tǒng)、部分崗位的無(wú)人值守及遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4)2029～2030年，全面建成以智能爆破為支撐的爆破工業(yè)體系，構(gòu)建爆破及上下游多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的智能化系統(tǒng)，全面突破爆破智能化核心關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)爆破全過(guò)程的智能決策和自動(dòng)化運(yùn)行，主要作業(yè)崗位基本實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

1)提出了智能臺(tái)階爆破定義，即智能臺(tái)階爆破是采用計(jì)算機(jī)、無(wú)人機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)手段，引入系統(tǒng)工程、深度學(xué)習(xí)等研究思想，在臺(tái)階爆破施工的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)管、匯報(bào)、反饋等傳統(tǒng)工序中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化，形成以人員為核心、以信息為紐帶、以智能為目標(biāo)的臺(tái)階爆破新概念。

2)智能臺(tái)階爆破應(yīng)遵循“數(shù)字化—自動(dòng)化—智能化”的發(fā)展過(guò)程，在數(shù)字化、自動(dòng)化逐步實(shí)施的基礎(chǔ)上，分析了智能臺(tái)階爆破層次間關(guān)系、建設(shè)原則和分期建設(shè)的智能臺(tái)階爆破系統(tǒng)。

3)組建全國(guó)智能爆破技術(shù)研究組織、確立智能臺(tái)階爆破框架、建立智能臺(tái)階爆破技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)體系、建設(shè)智能化示范臺(tái)階爆破場(chǎng)景等是突破技術(shù)瓶頸的主要方法，為智能臺(tái)階爆破發(fā)展提供了建議，對(duì)促進(jìn)爆破行業(yè)的本質(zhì)安全、高質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展具有借鑒意義。