绿色数字智能爆破在地下水封石油洞库的应用探讨

高 静

(中国安能集团第三工程局有限公司，四川 成都 611135)

1 绿色数字智能爆破

自从我国古人发明了黑火药，人类文明和进步有了长足的进展，1867～1875年，诺贝尔发明了硝化甘油炸药、硝化棉炸药和雷管，强力推进了爆破技术的发展。20世纪人类经历了两次世界大战，对炸药进行的研究达到了一个空前的高度。上世纪50年代，乳化炸药、导爆管起爆、微差爆破、静态爆破、控制爆破等技术逐渐发展并走向成熟。进入新世纪，科技发展日新月异，全球信息化和智能化突飞猛进，为工业技术带来了一场新革命，工程爆破技术亦产生了新的飞跃，我国的爆破技术在大量工程和理论研究的基础上，通过冯叔瑜、汪旭光、卢文波、谢贤启等的努力，提出了精细爆破概念，并于2008年3月30日在武汉召开了中国工程爆破学会“精细爆破[1]”研讨会。目前，数字化、智能化、绿色工程爆破技术的研究已起步，期待着我们去自主创新、实现爆破技术的新突破。

数字智能爆破系指建立在数字基础之上，利用智能化的手段对爆破能量和爆破作用过程实施精确的控制，以实现爆破效果和爆破危害的智能控制。数字智能爆破主要利用数字技术和智能技术，注重爆破力学、岩石动力学、材料力学和工程爆破等相关学科的最新研究成果，利用计算机信息处理技术、数字模拟技术、智能技术，对爆破设计、施工方案和参数进行数字化、智能化，以求精准实现爆破意图。

2 绿色数字智能爆破的几项关键技术

2.1 爆破材料的数字化和智能化

对于爆破器材，特别是雷管从火雷管、瞬发电雷管到秒雷管、毫秒雷管，再到数码雷管[2]，现实起爆时间从无法控制到精准数字控制。目前，对于炸药，各国也做了很多工作，例如：俄罗斯研发了一种可用于光面爆破的低能炸药，其在传统乳化炸药中掺入高分子聚苯乙烯颗粒，密度为0.52 g/cm3，爆速为2 440 m/s。印度在地下工程光面爆破中所用的低能炸药(掺惰性材料)：密度为0.6～0.7 g/cm3，爆速为1 800～2 220 m/s。

目前，对爆破器材的数字化、智能化等的研究方兴未艾，发展十分迅猛。

总的来说，进入新世纪后，新型炸药的研发也进入了崭新阶段，对高性能可调炸药、高性能炸药、低爆速炸药、高威力炸药、水下爆破专用炸药以及零氮和零碳排放的绿色炸药的研究方兴未艾。但其最主要的问题是：对炸药的智能开发仍然是瓶颈，炸药实现能量的控制还有相当大的难度，特别是针对不同的岩土体或爆破体能智能的控制能量的释放仍有许多工作需要研发，有很多问题需要研究。

另外，除工业炸药外的新的破碎能，如液态二氧化碳、激光、高压脉冲、高压射流等正在得到应用和研究，已成为新型的破碎能源或补充能源。

2.2 爆破设计的智能化和自动化

主要包括以下几方面的设计：

(1)爆破总体方案的智能设计。主要针对不同的爆破对象智能选取爆破方案。例如高边坡开挖，可以根据边坡的高度、岩石的类别等现场实际情况，智能比较选取爆破方案，如浅孔梯段爆破，还是深孔梯段爆破，或者其他爆破方式。

(2)爆破参数的智能化设计。就是在爆破总体方案的基础上对钻孔直径、深度、孔间排距、炸药选型、单耗、单孔装药、总药量、一次起爆药量等进行智能化设计。

(3)炸药选型的智能化设计。针对不同的岩土体、不同部位、岩石的强度、岩体的结构特征和岩石的赋存状态，结合爆破后的块度要求，智能选取不同能量和爆速的炸药。

(4)起爆系统的智能化设计。对于起爆系统，目前ORICA等公司做了很多研究，基于现代智能技术设计了起爆网路，基本上能实现智能起爆。

(5)能量传播的智能控制设计。根据前期对岩土体的勘查与认识，得到了精准的数字，如岩石的硬度、节理裂隙的分布和性质、地下水状态、围岩地应力等，合理设计装药结构，采取智能炸药或智能控制装置，引导能量的释放和传播。

2.3 施工过程的数字化和智能化

施工过程中，应根据爆破智能设计要求，对设备选型、钻孔、验孔、装药、连网、警戒、起爆和炮后处置进行详细规划。设备必须具备感知器，对岩石情况和钻孔过程进行数字化处理；具备图像传输功能，全面收集并整体采集收据。装药主要是在收集钻孔资料和智能化识别的基础上对爆破设计做出智能优化设计，智能起爆是智能精准控制能量的传爆和释放。

2.4 爆破监测和评价的智能化

爆破监测主要是监测爆破的有害效应，特别是地震波和有毒有害气体等。目前，地震波的数字模拟(图1)和监测技术基本实现了智能化、自动化。爆破效果的评价主要集中在爆破成型质量和对岩体的损伤，对于这方面的数字智能评价业已起步，但评价体系的完备性、快捷性和科学性仍需进一步研发。

图1 爆破振动地震波传播的数字模拟

3 数字智能绿色爆破在地下水封油库的应用前景与展望

我国地下油、气储库的起步相对较晚，实际起步于上世纪90年代，随着战略储备计划的实施，越来越多的大型地下水封油库[3]已经新建或规划筹建。由于其属于地下洞室群，体积大、洞室交叉多(图2)，对开挖提出了严格的要求，因此，必须有效降低对岩体的损伤和破坏，确保洞室稳定和岩体的完好性，有效保护围岩的渗透性[4]。某大型地下水封石油洞库布置图见图2。

图2 某大型地下水封石油洞库布置图

3.1 对围岩的保护

传统爆破主要采用的是预裂爆破和光面爆破等控制爆破手段，但其钻孔过程对围岩的感知是粗放的。由于地下水封油库对围岩的成型和损伤要求特别高，如果采用数字智能绿色爆破，可以通过钻孔自动成像和硬度感知器等对钻孔的过程进行数字记录，根据钻孔过程收集到的数据，及时调整爆破参数和选择合适的爆破器材，智能化调整爆破设计，已成为保护围岩的必由之路。

数字智能绿色爆破的发展必将对围岩的保护起到十分重要的作用，特别是可视化爆破设计的逐渐成熟(图3)，围岩保护将更加可靠。钻孔可视化成像情况见图3。

图3 钻孔可视化成像图

3.2 对块度的理想化

地下水封油库的地质条件一般很好，所开挖的石材具有较高的经济价值，可加工成砂石骨料或用于其他用途，故其爆破块度在一定程度上决定着经济效益，如果块度能达到合理的范围，爆破效益必然显著增加，通过爆破作业全过程的智能优化，从钻孔过程的信息的收集和处理、对生产率到收益率都会起到良好的作用。爆破岩石粒径成像监控情况见图4。

3.3 对有害效应的智能控制

美丽中国、绿色中国的建设需要减排节能，爆破采用环保绿色的炸药亦为值得研究的重要课题。在大型地下水封油库施工过程中，由于通风排烟和烟气无害化处理是施工的难点，因此，需要采用零氮和零碳排放的绿色炸药以达到氮和碳等有毒有害气体零排放、有效保护施工现场的空气质量，对预防空气污染、爆破冲击波、爆破飞散物、爆破噪音[5]等进行智能控制。但这些方面的研究还存在很多问题，尚需我们进一步研究。

4 结 语

进入21世纪，人类开启了数字时代、智能时代和绿色时代，绿色数字智能爆破是时代的产物和必然要求，在地下水封油库采用这一技术符合时代发展要求，探讨这一技术的应用可以得出以下结语：

(1)数字智能绿色爆破技术是一种全新的技术，值得在地下水封油库的建设中应用和发展，其必将为地下工程带来一次技术革命。

(2)数字智能绿色爆破尚处于研发起步阶段，虽然取得了一定的进展，但仍有许多问题值得研究和探讨。

(3)这一技术的研发和实践需要成本，需要参建各方的共同努力，研发时其局部的投资可能增大，需要比常规爆破研发更多的资金，但该项技术的大规模应用将产生巨大的社会效益。

总之，数字智能绿色爆破技术已经起航，前景可期，笔者仅对其现状进行了阐述与探讨，更多的工作需要加大人、财、物的投入，才能为地下水封油库的建设作出贡献。