高 靜

(中國(guó)安能集團(tuán)第三工程局有限公司，四川 成都 611135)

1 綠色數(shù)字智能爆破

自從我國(guó)古人發(fā)明了黑火藥，人類(lèi)文明和進(jìn)步有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，1867～1875年，諾貝爾發(fā)明了硝化甘油炸藥、硝化棉炸藥和雷管，強(qiáng)力推進(jìn)了爆破技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)人類(lèi)經(jīng)歷了兩次世界大戰(zhàn)，對(duì)炸藥進(jìn)行的研究達(dá)到了一個(gè)空前的高度。上世紀(jì)50年代，乳化炸藥、導(dǎo)爆管起爆、微差爆破、靜態(tài)爆破、控制爆破等技術(shù)逐漸發(fā)展并走向成熟。進(jìn)入新世紀(jì)，科技發(fā)展日新月異，全球信息化和智能化突飛猛進(jìn)，為工業(yè)技術(shù)帶來(lái)了一場(chǎng)新革命，工程爆破技術(shù)亦產(chǎn)生了新的飛躍，我國(guó)的爆破技術(shù)在大量工程和理論研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)馮叔瑜、汪旭光、盧文波、謝賢啟等的努力，提出了精細(xì)爆破概念，并于2008年3月30日在武漢召開(kāi)了中國(guó)工程爆破學(xué)會(huì)“精細(xì)爆破[1]”研討會(huì)。目前，數(shù)字化、智能化、綠色工程爆破技術(shù)的研究已起步，期待著我們?nèi)プ灾鲃?chuàng)新、實(shí)現(xiàn)爆破技術(shù)的新突破。

數(shù)字智能爆破系指建立在數(shù)字基礎(chǔ)之上，利用智能化的手段對(duì)爆破能量和爆破作用過(guò)程實(shí)施精確的控制，以實(shí)現(xiàn)爆破效果和爆破危害的智能控制。數(shù)字智能爆破主要利用數(shù)字技術(shù)和智能技術(shù)，注重爆破力學(xué)、巖石動(dòng)力學(xué)、材料力學(xué)和工程爆破等相關(guān)學(xué)科的最新研究成果，利用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)、數(shù)字模擬技術(shù)、智能技術(shù)，對(duì)爆破設(shè)計(jì)、施工方案和參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化、智能化，以求精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)爆破意圖。

2 綠色數(shù)字智能爆破的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 爆破材料的數(shù)字化和智能化

對(duì)于爆破器材，特別是雷管從火雷管、瞬發(fā)電雷管到秒雷管、毫秒雷管，再到數(shù)碼雷管[2]，現(xiàn)實(shí)起爆時(shí)間從無(wú)法控制到精準(zhǔn)數(shù)字控制。目前，對(duì)于炸藥，各國(guó)也做了很多工作，例如：俄羅斯研發(fā)了一種可用于光面爆破的低能炸藥，其在傳統(tǒng)乳化炸藥中摻入高分子聚苯乙烯顆粒，密度為0.52 g/cm3，爆速為2 440 m/s。印度在地下工程光面爆破中所用的低能炸藥(摻惰性材料)：密度為0.6～0.7 g/cm3，爆速為1 800～2 220 m/s。

目前，對(duì)爆破器材的數(shù)字化、智能化等的研究方興未艾，發(fā)展十分迅猛。

總的來(lái)說(shuō)，進(jìn)入新世紀(jì)后，新型炸藥的研發(fā)也進(jìn)入了嶄新階段，對(duì)高性能可調(diào)炸藥、高性能炸藥、低爆速炸藥、高威力炸藥、水下爆破專(zhuān)用炸藥以及零氮和零碳排放的綠色炸藥的研究方興未艾。但其最主要的問(wèn)題是：對(duì)炸藥的智能開(kāi)發(fā)仍然是瓶頸，炸藥實(shí)現(xiàn)能量的控制還有相當(dāng)大的難度，特別是針對(duì)不同的巖土體或爆破體能智能的控制能量的釋放仍有許多工作需要研發(fā)，有很多問(wèn)題需要研究。

另外，除工業(yè)炸藥外的新的破碎能，如液態(tài)二氧化碳、激光、高壓脈沖、高壓射流等正在得到應(yīng)用和研究，已成為新型的破碎能源或補(bǔ)充能源。

2.2 爆破設(shè)計(jì)的智能化和自動(dòng)化

主要包括以下幾方面的設(shè)計(jì)：

(1)爆破總體方案的智能設(shè)計(jì)。主要針對(duì)不同的爆破對(duì)象智能選取爆破方案。例如高邊坡開(kāi)挖，可以根據(jù)邊坡的高度、巖石的類(lèi)別等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，智能比較選取爆破方案，如淺孔梯段爆破，還是深孔梯段爆破，或者其他爆破方式。

(2)爆破參數(shù)的智能化設(shè)計(jì)。就是在爆破總體方案的基礎(chǔ)上對(duì)鉆孔直徑、深度、孔間排距、炸藥選型、單耗、單孔裝藥、總藥量、一次起爆藥量等進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)。

(3)炸藥選型的智能化設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的巖土體、不同部位、巖石的強(qiáng)度、巖體的結(jié)構(gòu)特征和巖石的賦存狀態(tài)，結(jié)合爆破后的塊度要求，智能選取不同能量和爆速的炸藥。

(4)起爆系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)。對(duì)于起爆系統(tǒng)，目前ORICA等公司做了很多研究，基于現(xiàn)代智能技術(shù)設(shè)計(jì)了起爆網(wǎng)路，基本上能實(shí)現(xiàn)智能起爆。

(5)能量傳播的智能控制設(shè)計(jì)。根據(jù)前期對(duì)巖土體的勘查與認(rèn)識(shí)，得到了精準(zhǔn)的數(shù)字，如巖石的硬度、節(jié)理裂隙的分布和性質(zhì)、地下水狀態(tài)、圍巖地應(yīng)力等，合理設(shè)計(jì)裝藥結(jié)構(gòu)，采取智能炸藥或智能控制裝置，引導(dǎo)能量的釋放和傳播。

2.3 施工過(guò)程的數(shù)字化和智能化

施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)爆破智能設(shè)計(jì)要求，對(duì)設(shè)備選型、鉆孔、驗(yàn)孔、裝藥、連網(wǎng)、警戒、起爆和炮后處置進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃。設(shè)備必須具備感知器，對(duì)巖石情況和鉆孔過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化處理；具備圖像傳輸功能，全面收集并整體采集收據(jù)。裝藥主要是在收集鉆孔資料和智能化識(shí)別的基礎(chǔ)上對(duì)爆破設(shè)計(jì)做出智能優(yōu)化設(shè)計(jì)，智能起爆是智能精準(zhǔn)控制能量的傳爆和釋放。

2.4 爆破監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)的智能化

爆破監(jiān)測(cè)主要是監(jiān)測(cè)爆破的有害效應(yīng)，特別是地震波和有毒有害氣體等。目前，地震波的數(shù)字模擬(圖1)和監(jiān)測(cè)技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)了智能化、自動(dòng)化。爆破效果的評(píng)價(jià)主要集中在爆破成型質(zhì)量和對(duì)巖體的損傷，對(duì)于這方面的數(shù)字智能評(píng)價(jià)業(yè)已起步，但評(píng)價(jià)體系的完備性、快捷性和科學(xué)性仍需進(jìn)一步研發(fā)。

圖1 爆破振動(dòng)地震波傳播的數(shù)字模擬

3 數(shù)字智能綠色爆破在地下水封油庫(kù)的應(yīng)用前景與展望

我國(guó)地下油、氣儲(chǔ)庫(kù)的起步相對(duì)較晚，實(shí)際起步于上世紀(jì)90年代，隨著戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備計(jì)劃的實(shí)施，越來(lái)越多的大型地下水封油庫(kù)[3]已經(jīng)新建或規(guī)劃籌建。由于其屬于地下洞室群，體積大、洞室交叉多(圖2)，對(duì)開(kāi)挖提出了嚴(yán)格的要求，因此，必須有效降低對(duì)巖體的損傷和破壞，確保洞室穩(wěn)定和巖體的完好性，有效保護(hù)圍巖的滲透性[4]。某大型地下水封石油洞庫(kù)布置圖見(jiàn)圖2。

圖2 某大型地下水封石油洞庫(kù)布置圖

3.1 對(duì)圍巖的保護(hù)

傳統(tǒng)爆破主要采用的是預(yù)裂爆破和光面爆破等控制爆破手段，但其鉆孔過(guò)程對(duì)圍巖的感知是粗放的。由于地下水封油庫(kù)對(duì)圍巖的成型和損傷要求特別高，如果采用數(shù)字智能綠色爆破，可以通過(guò)鉆孔自動(dòng)成像和硬度感知器等對(duì)鉆孔的過(guò)程進(jìn)行數(shù)字記錄，根據(jù)鉆孔過(guò)程收集到的數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)和選擇合適的爆破器材，智能化調(diào)整爆破設(shè)計(jì)，已成為保護(hù)圍巖的必由之路。

數(shù)字智能綠色爆破的發(fā)展必將對(duì)圍巖的保護(hù)起到十分重要的作用，特別是可視化爆破設(shè)計(jì)的逐漸成熟(圖3)，圍巖保護(hù)將更加可靠。鉆孔可視化成像情況見(jiàn)圖3。

圖3 鉆孔可視化成像圖

3.2 對(duì)塊度的理想化

地下水封油庫(kù)的地質(zhì)條件一般很好，所開(kāi)挖的石材具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可加工成砂石骨料或用于其他用途，故其爆破塊度在一定程度上決定著經(jīng)濟(jì)效益，如果塊度能達(dá)到合理的范圍，爆破效益必然顯著增加，通過(guò)爆破作業(yè)全過(guò)程的智能優(yōu)化，從鉆孔過(guò)程的信息的收集和處理、對(duì)生產(chǎn)率到收益率都會(huì)起到良好的作用。爆破巖石粒徑成像監(jiān)控情況見(jiàn)圖4。

3.3 對(duì)有害效應(yīng)的智能控制

美麗中國(guó)、綠色中國(guó)的建設(shè)需要減排節(jié)能，爆破采用環(huán)保綠色的炸藥亦為值得研究的重要課題。在大型地下水封油庫(kù)施工過(guò)程中，由于通風(fēng)排煙和煙氣無(wú)害化處理是施工的難點(diǎn)，因此，需要采用零氮和零碳排放的綠色炸藥以達(dá)到氮和碳等有毒有害氣體零排放、有效保護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)的空氣質(zhì)量，對(duì)預(yù)防空氣污染、爆破沖擊波、爆破飛散物、爆破噪音[5]等進(jìn)行智能控制。但這些方面的研究還存在很多問(wèn)題，尚需我們進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 語(yǔ)

進(jìn)入21世紀(jì)，人類(lèi)開(kāi)啟了數(shù)字時(shí)代、智能時(shí)代和綠色時(shí)代，綠色數(shù)字智能爆破是時(shí)代的產(chǎn)物和必然要求，在地下水封油庫(kù)采用這一技術(shù)符合時(shí)代發(fā)展要求，探討這一技術(shù)的應(yīng)用可以得出以下結(jié)語(yǔ)：

(1)數(shù)字智能綠色爆破技術(shù)是一種全新的技術(shù)，值得在地下水封油庫(kù)的建設(shè)中應(yīng)用和發(fā)展，其必將為地下工程帶來(lái)一次技術(shù)革命。

(2)數(shù)字智能綠色爆破尚處于研發(fā)起步階段，雖然取得了一定的進(jìn)展，但仍有許多問(wèn)題值得研究和探討。

(3)這一技術(shù)的研發(fā)和實(shí)踐需要成本，需要參建各方的共同努力，研發(fā)時(shí)其局部的投資可能增大，需要比常規(guī)爆破研發(fā)更多的資金，但該項(xiàng)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。

總之，數(shù)字智能綠色爆破技術(shù)已經(jīng)起航，前景可期，筆者僅對(duì)其現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述與探討，更多的工作需要加大人、財(cái)、物的投入，才能為地下水封油庫(kù)的建設(shè)作出貢獻(xiàn)。