爆破作為礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的重要施工環(huán)節(jié)，直接影響到礦產(chǎn)資源開采的安全、效率、成本及“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實現(xiàn)。現(xiàn)階段數(shù)字化信息化智能化是露天礦山采礦技術(shù)的重要發(fā)展方向，在地下礦山及露天礦山均取得了顯著進(jìn)展。爆破作為礦山智能化建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，近年來在爆破設(shè)計、自動穿孔、自動裝藥、自動堵塞、網(wǎng)絡(luò)連接、爆破效果評價、現(xiàn)場安全管理和現(xiàn)場爆破警戒等施工智能化方面已經(jīng)有了很大提升，但整體智能化水平仍不夠高，人工干預(yù)過多。礦山爆破涉及炸藥、雷管等火工品，屬于高危行業(yè)，且隨著人工老齡化加速，爆破行業(yè)將難以避免地出現(xiàn)大面積用工荒，只有從源頭上應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)少人或無人，才能實現(xiàn)爆破行業(yè)本質(zhì)安全與可持續(xù)發(fā)展。

目前，工業(yè)電子雷管（以下簡稱“電子雷管”）在礦山爆破作業(yè)中得到了全面推廣應(yīng)用，尤其是在減振及安全管控方面，可靠性大幅提升，可從根本上解決電子雷管在生產(chǎn)、流通、使用中的安全管理問題。但是與之配套的起爆系統(tǒng)仍然是傳統(tǒng)的有線起爆網(wǎng)絡(luò)，爆破作業(yè)場地存在著導(dǎo)線交錯復(fù)雜、數(shù)字化和智能化程度低的缺點，存在著爆破網(wǎng)絡(luò)連接失誤或能量不足造成電子雷管盲炮，以及因某些誤操作造成電子雷管早爆的安全隱患。因此，電子雷管安全、智能化的發(fā)展與起爆系統(tǒng)落后的矛盾日益突出。

在智能礦山建設(shè)進(jìn)程不斷加快與礦山本質(zhì)安全要求越來越高的大背景下，爆破領(lǐng)域數(shù)字化、智能化爆破技術(shù)的研究與應(yīng)用勢在必行。宏大爆破工程集團(tuán)有限責(zé)任公司、非煤露天礦山安全智能開采國家礦山安全監(jiān)察局重點實驗室李萍豐團(tuán)隊開展了露天礦山智能無線起爆技術(shù)研究與應(yīng)用，相關(guān)成果發(fā)表在《金屬礦山》2025年第7期“礦山爆破”特色欄目。

（1）綜合采用現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的信息通信技術(shù)，與露天礦山爆破施工相結(jié)合，研制了智能無線起爆模塊、智能起爆控制器及無人機(jī)搭載的中繼器，并構(gòu)建了無線起爆控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)安全性能突出，抗干擾能力強，具備操作簡單、數(shù)字化智能化水平高的特點，可有效解決單臺起爆器一次起爆電子雷管數(shù)量限制以及復(fù)雜地理環(huán)境下起爆站位置設(shè)置受限難題

（2）在廣東肇慶大排項目現(xiàn)場進(jìn)行了無線起爆的地表空爆試驗和臺階爆破試驗，驗證了無線起爆控制系統(tǒng)性能。系統(tǒng)無線雙向通信正常，節(jié)省了人工連接網(wǎng)路時間，應(yīng)用效果良好，反映出該系統(tǒng)在露天礦山應(yīng)用切實可行，本質(zhì)安全性能突出，為實現(xiàn)智能礦山全生產(chǎn)鏈場景建設(shè)奠定了良好基礎(chǔ)。

???無線起爆控制系統(tǒng)架構(gòu)

智能無線起爆控制系統(tǒng)主要由智能無線起爆模塊、中繼器、智能起爆控制器、電子雷管和智能無線起爆系統(tǒng)平臺軟件等組成。

智能無線起爆控制系統(tǒng)操作流程

智能無線起爆控制系統(tǒng)組成

??智能無線起爆模塊

智能無線起爆模塊主要由供電電路、主控電路、無線通信電路、升壓電路、MBus通信控制電路和MBus驅(qū)動電路等組成。既有穩(wěn)壓電路也有升壓電路，具備的功能為：與電子雷管、智能起爆控制器（或中繼器）雙向通信，超低壓(3.7 V)組網(wǎng)方式，為電子雷管提供起爆初始時間和起爆能量。

起爆模塊整體結(jié)構(gòu)

智能無線起爆模塊

??中繼器

中繼器控制電路主要包括電源電路、中繼主控電路、藍(lán)牙電路、無線收發(fā)電路和定位模塊。主要功能是通過對數(shù)據(jù)信號的重新發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)，信號具有放大再生的功能，從而擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)傳輸距離。在露天礦山爆破施工環(huán)節(jié)，為了更好地擴(kuò)大中繼器信號覆蓋范圍，可采用無人機(jī)搭載中繼器的模式。

信號中繼器整體結(jié)構(gòu)

中繼器

??智能起爆控制器

智能起爆控制器主要包含12 V電池、充電電路、3.3 V降壓穩(wěn)壓電路、無線通信模塊、GPS模塊、藍(lán)牙通信模塊、EEPROM存儲、FLASH存儲、LCD液晶顯示、按鍵矩陣電路、開關(guān)機(jī)控制電路、蜂鳴器、指示燈、掃描槍等。其中，12 V電池給智能起爆控制器提供充足的能量，充電電路可有效保證智能起爆控制器循環(huán)使用，3.3 V穩(wěn)壓電路提供給各個模塊及LCD液晶等工作，按鍵矩陣電路用于用戶操作及參數(shù)的輸入與設(shè)置。

智能起爆控制器

智能起爆控制器主要實現(xiàn)的功能為：與手機(jī)端、中繼器或智能無線起爆模塊雙向通信、定位、存儲資料、與手機(jī)端APP“爆破助手”實現(xiàn)雙向資料傳輸?shù)裙δ堋Ｆ渥陨聿痪邆浣o電子雷管起爆的功能，只是給智能無線起爆模塊發(fā)送起爆命令，消除了電子雷管因為起爆能量不足造成盲炮的安全隱患。此外，采用的現(xiàn)場注冊機(jī)制保證起爆網(wǎng)絡(luò)的排他性和封閉性，有效防止黑客入侵。采用的通信方式為：智能無線起爆模塊采用2.4 G無線通信與中繼器和智能起爆控制器通信。中繼器采用2.4 G無線通信與智能無線起爆模塊通信，采用433 MHz無線LoRa與智能起爆控制器通信。

???無線起爆控制系統(tǒng)性能特征

??技術(shù)特征

i智能無線起爆模塊集成了雙向通信、讀取電子雷管信息、提供電子雷管起爆能量、實現(xiàn)電子雷管超低壓安全檢測等功能。具有良好的抗干擾能力及復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力，改變了爆破施工中導(dǎo)線傳統(tǒng)的連接方式，有效減少了因起爆能量不足引起的拒爆現(xiàn)象。

ii智能起爆控制器終端與電子雷管實現(xiàn)無線雙向通信，確保爆破作業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境下的正常通信、可靠起爆，可實現(xiàn)工作碼申請、授權(quán)、組網(wǎng)檢測等信息處理功能。相比于傳統(tǒng)起爆器，智能起爆控制器可靠性更高，連續(xù)運行時間長，起爆有效距離可達(dá)1 000 m以上。

iii應(yīng)用無人機(jī)中繼器的無線起爆模式，擴(kuò)大爆破作業(yè)規(guī)模，降低爆破作業(yè)人員的勞動強度，解決起爆站位置設(shè)置受限的難題，提高作業(yè)效率。

??安全性特征

i物理層。采用的LoRa技術(shù)可在20 dB噪聲環(huán)境下解調(diào)，普通設(shè)備難以檢測和干擾 LoRa信號。

ii網(wǎng)絡(luò)層。LoRa信號在本地進(jìn)行處理和數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)受網(wǎng)絡(luò)所有者完全控制，安全可靠。

iii數(shù)據(jù)加密?；贚oRa技術(shù)的透傳特性，可架設(shè)獨立的安全引擎，添加硬加密芯片，并進(jìn)行深度的定制化處理，安全性得到了有效保證。

iv應(yīng)用層。LoRa在爆破網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)上具有很強的靈活性，可配合網(wǎng)絡(luò)層及加密算法，實現(xiàn)整個應(yīng)用層的整體安全保障。

???無線起爆控制系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用實踐

在無線起爆現(xiàn)場試驗階段，采用一個智能無線起爆模塊連接10發(fā)電子雷管的方式，并用智能無線起爆模塊指示燈檢測出其是否有電子雷管連接。通過智能起爆控制器紅外掃描槍掃描智能無線起爆模塊上的二維碼，實現(xiàn)延時設(shè)置，生成對應(yīng)的延時列表，進(jìn)行組網(wǎng)檢查，確保所有電子雷管信息無誤。設(shè)置完畢后，人員遠(yuǎn)離炮區(qū)，確認(rèn)通信距離在可靠范圍內(nèi)，可以利用無人機(jī)搭載中繼器進(jìn)行遠(yuǎn)程起爆。

無線起爆操作流程

地表空爆試驗是指將電子雷管埋在土中，用智能無線起爆模塊連接，進(jìn)行模擬爆破試驗，測試智能無線起爆模塊的可靠性。在廣東肇慶大排項目+300 m、+315 m平臺試驗表明，無線起爆模式下的電子雷管均起爆正常，驗證了無線雙向通信的可靠性。

地表空爆試驗

臺階爆破無線起爆試驗

臺階爆破試驗是將電子雷管插入起爆藥包安放在炮孔內(nèi)，在孔口用智能無線起爆模塊連接，測試無線起爆的可靠性。每次測試規(guī)模根據(jù)爆破孔數(shù)確定，深孔爆破每個孔需要2發(fā)電子雷管。操作過程中，不再需要將導(dǎo)線拉至爆區(qū)200 m以外，可根據(jù)實際需要在固定場所進(jìn)行引爆，較好地保證了安全起爆，人工勞動強度大幅降低。

在廣東肇慶大排項目+300 m、+315 m平臺試驗表明，無線起爆模式下的電子雷管起爆正常，爆破效果良好，確保了爆破作業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境下的正常通信與可靠起爆。

（a）安裝起爆模塊

（b）掃描電子雷管

（c）無人機(jī)搭載中繼器

無線起爆現(xiàn)場試驗

現(xiàn)場試驗表明：與傳統(tǒng)的人工連接相比，無線智能起爆技術(shù)更為簡單快捷，減少了進(jìn)入爆破作業(yè)區(qū)域的人數(shù)和時間。同時取消物理導(dǎo)線后，起爆站設(shè)置不再受地形制約，可以設(shè)在最有利的和較遠(yuǎn)的位置，甚至在辦公室內(nèi)實現(xiàn)遠(yuǎn)程起爆，使得爆破工程進(jìn)一步向本質(zhì)安全爆破作業(yè)方向邁進(jìn)

試驗階段，僅需將智能無線起爆模塊和孔口電子雷管腳線夾相連接，智能起爆控制器便可自動檢查無線智能起爆模塊和電子雷管的連接情況，同時按指令進(jìn)行組網(wǎng)，出現(xiàn)漏連時自動顯示孔號，方便快速查錯。組網(wǎng)成功后，即可在安全位置控制無人機(jī)搭載中繼器傳遞起爆指令，受中繼器發(fā)射功率大小影響，無人機(jī)搭載中繼器需要保持在爆區(qū)中心50 m以內(nèi)，通過設(shè)置起爆延遲指令時間，確保在信號穩(wěn)定的前提下，下達(dá)指令后，無人機(jī)迅速飛離爆區(qū)，撤離至安全區(qū)域。較傳統(tǒng)爆破網(wǎng)絡(luò)連接方式節(jié)省了人工聯(lián)網(wǎng)時間以及爆區(qū)向起爆站連接導(dǎo)線的時間，提高了工作效率。

作者簡介

李萍豐

正高級工程師，國務(wù)院政府特殊津貼專家，俄羅斯工程院外籍院士

現(xiàn)任非煤露天礦山安全智能開采國家礦山安全監(jiān)察局重點實驗室主任，兼任中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會副理事長、國家礦山安全監(jiān)察局礦山智能化建設(shè)專家委員會專家、中國爆破行業(yè)協(xié)會專家委員會專家。

在爆破和采礦領(lǐng)域工作30余年，累計完成采礦、剝離巖石總量超300億t，承擔(dān)深地國家科技重大專項課題、工業(yè)與信息化部重點研發(fā)項目以及多項國家戰(zhàn)備、能源儲備重大工程的施工任務(wù)。創(chuàng)建“共享爆破”礦山開采新模式，構(gòu)建高寒露天礦山全工序智能爆破開采示范工程，提出“透明爆破”設(shè)計與施工管理體系，成功破解礦山“盲盒爆破”世界難題，實現(xiàn)“所需塊度即所得”的爆破革命，完成了爆破作業(yè)由經(jīng)驗粗放向透明精準(zhǔn)、人員密集向少人無人的蝶變，使作業(yè)人員減少83%~95%、人均效率提升3~25倍、巖石能耗降低25%~28%，本質(zhì)安全水平實現(xiàn)量級提升，相關(guān)成果被納入《礦產(chǎn)資源節(jié)約和綜合利用先進(jìn)適用技術(shù)目錄》《礦山領(lǐng)域機(jī)器人典型應(yīng)用場景》，推動智能爆破從理論走向工程應(yīng)用，是我國智能爆破領(lǐng)域主要開拓者之一。

出版專著4部，發(fā)表論文35篇，授權(quán)發(fā)明專利14項，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4項；獲中國爆破行業(yè)協(xié)會科技進(jìn)步特等獎1項（排名第1）、一等獎3項（均排名第1），中國有色金屬協(xié)會科技進(jìn)步一等獎2項（排名第1/2）等行業(yè)重要獎項16項。同時擔(dān)任《金屬礦山》《巖石力學(xué)與巖土工程學(xué)報（英文）》等核心期刊編委。

成果閱讀

李萍豐，張兵兵，謝守冬，等.露天礦山智能無線起爆技術(shù)研究及應(yīng)用[J].金屬礦山，2025（7）：100-105.

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學(xué)會主辦，主編為中國工程院王運敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來源期刊）、中國百強報刊、RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學(xué)文摘（CA）、美國劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機(jī)電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價值或工程推廣價值的研究成果，優(yōu)先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國科技信息研究所發(fā)布的《2024中國科技期刊引證報告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術(shù)學(xué)科核心期刊第1位；根據(jù)中國知網(wǎng)發(fā)布的《中國學(xué)術(shù)期刊影響因子年報》（2024版），《金屬礦山》學(xué)科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。

編排：余思晨

審核：王小兵

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