摘要：分析了“精细爆破”概念的形成过程，针对目前精细爆破在露天矿山还很少应用的现状，就精细爆破在矿山爆破中的应用提出了几条建议，一是提高现场混装车的计量精度，二是利用无人机、爆破软件等，构建数字化矿山，三是做好不同施工单位的衔接。
关键词：精细爆破；露天矿山
1 引言
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。精细爆破秉承了传统控制爆破的理念，但二者又存在显著的区别。精细爆破的目标比传统控制爆破的目标更高，既要求爆破过程或效果更加可控、危害效应更低、安全性更高，又要求爆破过程对环境影响更小、经济效果更佳。
2 “精细爆破”概念的形成
半个多世纪以来, 在爆破作用的控制与利用技术研究方面已取得了一定的进展, 爆破技术已广泛用于岩土和其它介质的破碎 、压实 、疏松 、切割等作业 ,以及在特殊环境(如闹市区建(构)筑物的拆除、人体内胆结石的破碎)、特殊条件(如高温 、高压)、特殊要求(如爆炸加工、爆炸合成、地震勘探)等情况下的爆破工程 。从利用少至 0.3mg 炸药对人体内胆结石的破碎到万吨级药量的硐室大爆破 , 都反映了炸药能量控制与利用技术的进步 。爆破基础理论研究的突破、计算机技术的应用、爆破器材的革新、检测技术的进步以及钻爆机具的改进等方面的进展, 为精细爆破的实现提供了强有力的技术支撑。
2.1 爆炸力学等基础理论的成熟与计算机数值模拟技术的发展
近年来 ,随着爆炸力学、岩石动力学 、工程力学和工程爆破技术等基础理论研究领域的不断进展,借助飞跃发展的计算机技术 、爆破实验和测量技术的进步, 使得定量化的爆破设计成为可能 。定量化的爆破设计不仅仅限于设计计算过程的定量化, 还要强调爆破效果及爆破负面效应的可预见性。例如, 采用 FEM 、DEM 、DDA 和 AEM 等数值方法,基于运动学和结构力学的基本理论 ,已能对高层框架结构楼房定向或多向折叠倾倒、高耸钢筋混凝土烟囱双向折叠倾倒的运动、触地解体及振动诱发等力学行为进行较精确的预测和仿真 , 从而对爆破切口高度和范围、多切口间起爆时差等关键参数的选择提供定量参考。
2.2施工机械化和自动化水平的提高
爆破工程施工中机械化水平和自动化水平的提高,尤其是以 3S 技术(RS 、GIS 、GPS)为代表的信息技术在爆破工程的应用, 使得爆破工程测量放线、钻孔精度 、装药填塞等各项工序的精细程度大大提高,为精细爆破施工提供了施工技术支持 。
例如, 国外大型矿山采用的潜孔钻机或牙轮钻孔设备, 携带 GPS 系统 ,可实现钻孔的自动定位;依靠钻机上装备的测量及控制系统, 可实现钻孔过程孔向及倾角的自动调整及控制。又如, 高大烟囱爆破时 ,为确保定向窗的开凿精度,可以采用水钻取心法来完成。
2.2爆破器材的不断发展
适应不同岩性和爆破条件的高性能及性能可调控炸药 、不同爆速导爆索、高精度延迟雷管及电子雷管的研制成功,使得对炸药爆炸能量的释放、使用及转化过程的有效控制成为可能。
例如性能可调控炸药的出现 , 为真正实现炸药与岩石阻抗相匹配创造了条件,从而可以大大地提高炸药能量的利用率;低爆速导爆索的研制成功,大大地降低了大理石等石材开采中的爆破损伤,从而可提高石材的开采率和利用率, 可有效地节约资源。又如高精度延时雷管和电子雷管的研制成功 ,将在控制结构倒塌过程、改善岩石破碎效果、实现抛掷堆积控制以及降低爆破振动效应等方面可发挥显著作用 。
3 精细爆破技术体系
精细爆破不是一项单纯的爆破技术，它是一项系统工程，是一种技术体系。笔者提出的精细爆破技术体系包括：目标、关键技术、支撑体系、综合评估体系和监理体系五个方面，其中，目标是方向，关键技术是核心，支撑体系是基础，综合评估体系和监理体系是保障。精细爆破的核心即关键技术，主要包括四个部分，即定量化设计、精心施工、精细管理和实时监测与反馈等：a. 定量化设计：包括爆破对象的综合分析、爆破参数的定量选择与确定、爆破效果和爆破有害效应的定量预测与预报；b. 精心施工：包括精确的测量放样、钻孔定位与炮孔精度控制、爆破设计与爆破作业流程的优化；c. 精细管理：运用程序化、标准化和数字化等现代管理技术，实施人力资源管理、质量安全管理和成本管理等，使爆破工作能精确、高效、协同和持续地工作；d. 实时监测与反馈：包括爆破块度和堆积范围等爆破效果的快速量测、爆破效应的跟踪监测与信息反馈以及基于反馈信息的爆破方案和参数优化。精细爆破技术体系略图如图1所示。
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图1 精细爆破技术体系略图
4精细爆破在矿山爆破中的应用建议
我国的矿山露天爆破目前总体上还比较粗放，装药量的控制，主要是靠工人的经验，炸药单耗比较高。在矿山爆破中引入精细爆破理念，可以降低炸药单耗，实现节能降耗。露天矿山的精细化爆破可以从以下几个方面进行突破：
4.1提高现场混装车的计量精度
现场混装炸药广泛应用与矿山露天爆破，现场混装炸药具有高安全、低成本、易于实现机械化装药等优点，非常适合大型露天矿山的爆破工程。但是，目前一些现场混装车的计量精度太低，误差太大，对施工造成较大影响。有时候为了防止制药计量误差带来的影响，不得不把炸药先用包装袋装起来，然后人工倒入炮孔，通过工人的经验控制装药量，这样大大降低了装药速度，增加了工人的劳动强度。如果能把炸药车的计量精度提高，就能解决这些问题，也可以降低炸药单耗。
4.2利用无人机、爆破软件等，构建数字化矿山
一些爆破辅助软件，可以根据爆区地形图，自动设计炮孔布置、装药量等，既可以大大减轻工程技术人员的负担，又可以节能降耗，改善爆破效果。还可以利用无人机进行边坡扫描，精确计算炮孔的底盘抵抗线，从而更加精确地计算装药量，既可以节省炸药，又能确保安全。矿山爆破中要善于引进这些现金技术，构建数字化矿山。
4.3做好不同施工单位的衔接
一些矿山，钻孔、爆破与挖运由不同的单位实施，不同单位之间的衔接不够紧密。比如钻孔单位在钻孔时，没有与爆破单位做好沟通与对接，结果可能会出现钻孔的孔排距不合理、抵抗线过大、超深过大或不够、炮孔排数太多等问题，在爆破单位进行爆破时，即使发现了炮孔布置的不合理之处，也只能根据已经布置好的炮孔进行爆破，这样势必会增加炸药单耗，或者降低爆破效果。针对钻孔、爆破与挖运由不同单位实施的情况，可以用下列办法加强几家单位的协作：（1）布孔。钻孔之前，由爆破施工单位进行布孔，设计出炮孔的排数、孔数、孔排距、炮孔深度等参数，然后对钻孔单位进行技术交底。（2）验孔。钻孔完成后，由爆破单位对炮孔进行验收，测量炮孔的深度、孔排距等参数。验孔过程中，钻孔单位要对爆破单位进行技术交底，告知其哪些炮孔在钻凿过程中，遇到了溶洞、采空区等特殊的地质条件。（3）实施爆破。（4）挖运。挖运中如果遇到根底、大块较多等情况，及时向爆破单位进行反馈。
5结束语
精细爆破是在21世纪随着科学技术的不断发展而逐渐发展并提出出来的，是爆破行业未来发展的趋势。但是目前国内大部分矿山露天还停留在传统爆破上，距离精细爆破还有很长的路要走。相信随着大数据、人工智能、数字化矿山技术的不断发展，精细爆破在露天矿山也将得到广泛的应用。
参考文献:
[1] 谢先启. 精细爆破[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2010
[2]中国工程爆破协会.中国工程爆破行业中长期科学和技术发展规划(2006 ～ 2020 年)[ R] .2006 .