台阶爆破发展趋-于老师

台阶爆破发展趋-于老师第一页，共47页。台阶爆破是爆破的主要方式之一，广泛地应用于采矿、水利水电、交通运输等国民经济各个部门的爆破作业中。台阶爆破的发展与这些部门的发展密不可分。例如：露天开采的发展方向是设备大型化、生产集约化、绿色环保化和工业连续化。作为露天开采主要工序的穿爆作业必然朝着设备大型化、自动化的方向发展。第二页，共47页。当今时代是信息化时代，信息时代就是信息产生价值的时代。信息化是当今时代发展的大趋势，代表着先进生产力。信息社会与农业社会和工业社会的最大区别，就是不再以体能和机械能为主，而是以智能为主。信息时代爆破技术的发展也必然遵循这一规律。第三页，共47页。信息时代爆破技术的发展趋势就是爆破数字化，在发展步骤上可分为三阶段，即爆破作业自动化、爆破作业数字化和爆破作业智能化。爆破作业自动化是爆破作业数字化的基础，爆破作业的智能化是爆破作业数字化发展的高级阶段。第四页，共47页。1.爆破作业自动化1.1自动化的定义《中国大百科全书》的解释机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环节中解放出来，而且能扩大人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。此定义包含三层意思：一是机器是在无人干预的情况下运转的；二是机器的运行是按照程序或指令进行的；三是自动化延伸了人类的器官功能，包括体力的或部分脑力的功能。第五页，共47页。1.2台阶爆破自动化的核心技术1.2.1穿孔、爆破、铲装、运输四大作业设备的自动化技术（1）对钻机、挖掘机采用精确的GPS设备定位技术

国内牙轮钻机穿孔直径为250mm和310mm，国外已有直径559mm的牙轮钻机。有些矿山在钻机、挖掘机安装高精度（<1cm）的GPS系统，可以使钻机的钻孔深度随着标高的变化而变化，保证了底板的平整度；可以使挖掘机保持在最大作业率的水平，使其返工率达到最小。第六页，共47页。（2）装药车的自动计量、装药系统、

从硝酸铵工厂大规模的集中制备乳胶基质和多孔粒状硝酸铵，向爆破现场直接配送。利用装药车的自动计量、装药系统在爆破现场进行混装装药，以满足每个炮孔和整个爆区对爆破能量的不同需求。第七页，共47页。（3）先进测量技术的应用、使爆破作业进入自动化阶段

根据钻机数据统计分析，得出实际钻孔的坐标偏差；生成三维数字化爆区；根据爆区不同岩性进行差异性和个性化的爆破设计与施工。第八页，共47页。（4）采用先进的信息技术建立现代调度系统

采用先进的GPS定位系统、物联网RFID射频识别技术、GPRS技术、视频抓拍技术、自动计量技术及软件管理技术，对传统的人工调度系统及管理体制进行改造，通过采集生产设备动态信息，适时监控和优化调度卡车、电铲等设备的运行，从而形成一种自动化、信息化、智能化的新型现代调度控制系统和全方位的生产管理控制自动化决策平台。第九页，共47页。1.2.2穿孔、爆破、铲装、运输四大作业设备的遥控技术（1）工作人员在操纵室内遥控穿孔、爆破、铲装、运输设备的运转，既安全又高效利用远程遥控起爆器，爆破员可以在距爆区1km以外起爆，确保人员安全。司机可以在地面遥控操作井下铲运机等运输设备，既安全又高效。第十页，共47页。（2）机器人在矿山等危险行业自动化中的应用

目前，机器人在矿山自动化的应用尚处于初级阶段，但是随着机器人研究的不断深入和发展，矿山机器人应用的领域将越来越宽广。特别是在一些危险作业中将首先得到应用，例如：特殊煤层采掘机器人、凿岩机器人、井下喷浆机器人、瓦斯、地压巡检机器人、抢险救灾机器人等。相信随着人工智能、传感器技术、计算机技术、通信技术等机器人关键技术的发展，在未来实现无人化矿井方面机器人将发挥关键作用。第十一页，共47页。（3）机器人在全矿山自动化建设中的应用机器人除了完成上述任务以外，进一步发展是突破过去关于单种机器人的单兵作战的概念，在建设全矿山自动化过程中，要从整体矿山与全作业流程的自然控制、协调、适应、保护、调整、修复甚至再生的角度出发，采用分布式协调、智能决策等技术实现多种类、多数量机器人编班协同工作，真正实现整个生产、管理工程的自动化，而不是单个机器人的“孤军作战”。第十二页，共47页。（4）遥控爆破在矿山自动化建设中的作用地下开采设备的发展方向是遥控化、微型化和大型化。遥控铲运机的出现不但大大降低了作业的难度，而且降低了生产成本。微型铲运机在地下危险部位和小空间区域的作业可以发挥了重要的作用。另一方面，地下载重汽车与电动铲运机朝着大型化方向发展。第十三页，共47页。露天开采设备的发展方向是大型化、液压化。露天开采设备大型化有利于提高矿床资源的采出量。据统计，国外露天开采液压设备使用率较高，其中液压挖掘机的使用率达25%，液压电铲的使用率接近50%不难看出，随着新技术的发展，无论是地下开采还是露天开采，将会实现从穿孔、装药、爆破、铲装和运输全过程的遥控化。第十四页，共47页。1.2.3建立现代生产过程的控制、指挥系统将高精度的GPS测量系统、设备定位和矿体地图集成，通过自动化调度（如INTELLIMINE），自动地控制、指挥各项生产活动，例如：装载设备进行挖掘、钻机定位、对中和控制孔深、矿石堆放、汽车运输、推土机平整场地等作业。第十五页，共47页。将来自设备传感器上的数据和生产作业成本的变化结合在一起，把不同炸药方案选择所造成的影响转为定量化表示。例如：汽车数量、运输距离、循环时间等，各种参赛变化都能和生产率的不同标准进行对比，对生产过程控制作出最佳选择生产过程控制的目的就是保持生产作业稳定和最佳化，即投入最小的生产成本，而获得最大的经济效益。第十六页，共47页。1.3全矿山自动化的内容利用远程通讯系统对生产程序和生产管理进行监控设备一边执行程序，一边收集信息，并将信息发展到各计划、程序、模型和最优化程序上，形成一个闭路控制系统。例如：远程通讯系统对现场机械管理，将钻孔关键数据（钻孔开始时间、结束时间和钻孔效率等）及时地传输給生产管理者，便于有效地管理。随着远程通讯系统的发展，人们将会只需坐在办公室里控制操作杆，就能操作现场的穿爆、铲装设备的运转，实现无人爆破，无人开采。第十七页，共47页。1.3.2采矿计划编制采矿计划就是以精确的数据建立科学的矿山模型并且以此模型帮助决策者做出最佳决策，从而使矿山生产经营活动得到最佳效果。好的采矿计划，能在“正确的时间、地点开采出效益最佳的矿石”。地理信息系统（GIS）、三维图形显示和计算机辅助设计等数据收集和分析技术是采矿计划编制的有效工具。当矿山设计、生产计划、矿堆进度计划、设备应用以及规模扩大等各方面参数发生变化时，管理人员可以利用上述技术全面细致地研究和分析客观情况，保证公司投资实现最佳化。第十八页，共47页。设备保养监控和故障诊断系统设备保养和维修提高到新高度，不是被动地去保养、去维修，而是与操作相互作用，设备中的维修程序带有预见性，不会产生灾难性的事故。集成系统在机器计算机系统里的预期诊断功能，将机器可靠性提高到一个新水平。潜在的错误将被事先发现，使问题在恶化成意外停工之前得到解决。第十九页，共47页。1.3.4爆破作业自动化是全矿山自动化的重要内容以计算机为核心的自动化技术是当前台阶爆破乃至整个土石方爆破的发展主流。计算机辅助设计、计算机优化设计和管理信息系统的应用已显示出巨大的生命力。以检测、采样、计量、操作控制、数据分析处理、参数优化以及图文信息显示和输出等功能组成的集成系统已成为矿山自动化的发展模式。爆破作业作为矿山开采的主要工序之一，它的自动化必然成为矿山自动化的内容之一，它的发展也促进了矿山自动化的发展。第二十页，共47页。2爆破作业数字化数字爆破源于数字地球，数字中国、数字矿山。是数字地球，数字中国、数字矿山的引伸。2.1数字爆破的引入第二十一页，共47页。数字地球的概念是美国副总统戈尔于1998年1月31日在加利福尼亚科学中心所作的“数字地球—认识21世纪我们这棵星球”的演讲中提出的新概念。数字地球是指充分利用地球的所有信息，以促进社会进步和经济发展。他认为现在我们一方面拥有大量的可以发挥积极作用的信息，一方面又让它闲置起来慢慢地过时而变得无用。正像一方面众多人群面临着饥饿死亡的威胁，一方面大量的粮食堆积在地窖霉烂变质一样。解决这一矛盾的方法，便是建立“数字地球”。（1）数字地球第二十二页，共47页。（2）数字中国江泽民主席在1998年6月1日接见两院院士时说：前几年提出了“信息高速公路”，随后又提出“知识经济”，最近美国副总统戈尔又提出了“数字地球”的概念，真是日新月异啊。数字地球的概念提出后，在一些国家中引起积极的反响。从本质上讲，数字地球不是一个孤立的项目，而是一项整体性的、导向性的发展战略措施，它反映了科学技术乃至经济和社会的跨世纪发展的国家目标。在中国跨世纪的发展中，从国家目标出发我们也迫切需要一个“中国数字地球”，或“数字中国”。第二十三页，共47页。建设数字中国，是保证我国走向可持续发展道路的重要保证。人口多、土地资源有限、农业生产仍以传统方式为主、自然灾害频繁是我国基本国情。为改变上述情况，“数字中国”可发挥重要作用。第二十四页，共47页。（3）数字矿山概念数字地球、数字中国、数字城市的概念被提出之后，数字矿山的研究和探索就成为研究的重点。数字矿山是由数字地球、数字中国引伸而来。第二十五页，共47页。图2.管控一体化系统管控一体化目标基础支撑条件第二十六页，共47页。（2）目标长远目标——实现资源与开采环境数字化、技术装备智能化、生产过程控制可视化及自动化、信息传输网络化、生产管理与决策科学化。具体目标——有如下两点：①采用成熟的计算机软件系统，实现从矿山资源、开采方案优化、设计、生产计划与开采环境的数字化、模型化与可视化。②建立以光纤、泄露电缆或无线通讯为主体的多媒体通讯网络，形成语音、视频与数据同网传输的网络体系，实现矿山数据的分布式共享。第二十七页，共47页。（3）理论基础矿山科学技术信息科学人工智能计算机科学（4）支撑条件高新矿山观测网络技术第二十八页，共47页。（5）我国数字矿山建设的现状①数字化建设促进安全生产和提高管理效益正成为矿山企业发展战略的重要组成部分。②数字化矿山系统正从分散孤立向集成方向发展。例如：神华宁夏煤业集团公司、北京天大天科科技发展公司、天地（常州）自动化股份公司三家合作开发了“数字化矿山建设集成技术研究”，实现了矿井现场作业环境和生产过程环节的可视化，实现了安全生产实时数字在线分析。③安全生产的关键环节已成为数字矿山建设的重要切入点和突破口。第二十九页，共47页。④专业化的数字化服务产业正在逐步扩大、⑤目前，国际上占主导地位的三维数字化矿山软件有英国的Datamine、加拿大的Grecom、美国的Minsight及澳大利亚的Surpac和Micromine等。这些软件从空间数字库的建立、地质体边界的圈定和连接、储量计算、开采评估和生产管理等多方面对矿业发展起到了巨大的推动作用。⑥国内矿业界比较普及的的软件是AutoCAD和MAPGis，这两款软件以二维绘图为主要开发目的，重点在解决过去手工绘图的效率和工作强度。日前，MAPGis已经是国土资源部指定资料汇编的软件之一。在储量计算方面，多数是沿用了国内传统的块段法。第三十页，共47页。(6)实例——大红山铜矿数字化建设大红山铜矿位于云南省玉溪市境内，是一座大型的采选联合矿山，2006年起，全面启动了矿山数字化建设。通过数字矿山建设实现了矿区的三维可视化和数字化、建立了以综合通讯平台为基础的矿山生产管理与调度、生产数据在线采集的数字化矿山管理平台（图3～图5）。第三十一页，共47页。①三维地质建模及开采环境可视化通过应用Dimine数字矿山软件平台，建立了矿山地质模型和工程实体模型，以三维形态直观可视的反应矿山的地质情况及开采环境。并以此为基础开展三维采矿设计、测量数字自动成图、数字化的资源储量管理等应用工作，极大地提高了地质、测量、采矿等各专业工作的精度和效率。第三十二页，共47页。②基于光纤和WiFi接入点的有线/无线综合通信平台大红山铜矿综合通信平台主要基于光纤通信技术、WiFi无线网络技术、TCP/IP技术，是一个包括语音、视频、数据同网传输的综合平台。该平台由冗余环网单模光纤干线、各分区光电复合缆、无线接入点等组成。第三十三页，共47页。③井下语音、跟踪定位和视频应用系统井下语音通讯系统，由WiFi手机、SVP服务器、DHCP服务器、PBS等设备组成，实现无线IP电话之间、IP电话及公网电话之间的无线通话。跟踪定位系统由WiFi电子标签、跟踪定位服务器及虚拟现实分析组成。在三维虚拟环境下，系统动态地显示井下人员或设备移动状态及移动轨迹，并将监控数据保存在SQLSERVER数据库中。系统提供查询和统计功能。根据监控数据对生产效率、设备能力等进行统计和分析。视频监视系统由网络摄像机、视频服务器和电视墙组成。通过遍布于井下各关键区域的63部网络摄像机，实现对重要工作场地的实时视频监视。第三十四页，共47页。图3.矿山三维可视化模型第三十五页，共47页。图4.三维采矿模型第三十六页，共47页。图5.矿山调度指挥中心第三十七页，共47页。2.2.3数字爆破(1)定义数字爆破是爆破行业进行信息化建设的一项重大专项工程。在爆破行业应用计算机、通讯、软件、数据库、网络、网格、GPS/GIS（卫星定位技术/地理信息）、CA身份认证（数字认证）等高新技术，以行业数据库为基础，利用行业资源和数据信息，实现信息互联互通、资源共享，为爆破行业快速发展服务。第三十八页，共47页。(2)当前工作内容①中爆专网建设②行业数据库建设③行业应用系统软件研究④数字档案馆⑤远程测振平台⑥数字爆破器材的研发与应用第三十九页，共47页。(3)建设“数字爆破”的几项工作①网站集群建设②数据库集群技术③行业网站域名技术④爆破行业电子认证服务中心⑤数字档案馆⑥数字测振第四十页，共47页。2.3智能爆破智能是知识和智力的综合。其中知识是一切智能行为的基础，而智力是获取知识并运用知识求解问题的能力，是头脑中思维活动的具体体现。《现代汉语词典》对智能的解释是智慧和能力。生活和生产中冠以“智能”的例子越来越多，例如：目前已从智能手机、智能家具发展到智能爆破测振仪、矿井智能爆破监控系统等。爆破设计、施工和管理的智能化、可视化已成为爆破技术发展的方向。第四十一页，共47页。2.3.1定义智能爆破是以物联网为核