控制爆破技术在露天铁矿的研究与应用

1 控制爆破应力波传播与岩体破碎机理

控制爆破应力波传播与岩体破碎机理是露天铁矿爆破工艺优化的理论基础。当炸药在炮孔内引爆时，产生的冲击波在岩体中形成以压缩波与剪切波为主体的复合应力场，其传播特性直接影响能量分布与破碎效果。研究表明，应力波在传播过程中遇到自由面或岩体结构面时会发生反射和绕射，这种动态应力场的叠加效应能够显著增强岩体内部裂纹的扩展效率。顾文彬等通过阻抗匹配理论分析指出，不同装药结构会改变爆炸能量传递路径，径向不耦合装药可使更多能量转化为有效破碎功，这一发现为装药方式优化提供了理论支撑。

岩体破碎过程本质上是动态断裂力学与能量耗散的综合作用结果。爆炸荷载作用下，岩体内首先形成以炮孔为中心的粉碎区，随着应力波衰减，径向裂纹沿最大主应力方向延伸。李桐等研究揭示，爆生气体准静态压力对裂纹的二次扩展具有决定性作用，其持续时间与装药结构密切相关。当裂纹尖端遇到节理、层理等结构面时，会发生分叉、转向或止裂现象，这种特性为矿岩界面控制提供了理论依据。通过精确控制起爆时序，可使相邻炮孔产生的应力波在特定区域形成相长干涉，从而定向引导裂纹发展。

装药参数与起爆网路设计直接影响应力波传播形态。径向不耦合装药通过改变耦合介质密度，可调节爆炸能量传递效率，有效降低能量损耗。逐孔起爆技术利用高精度延时控制，使各炮孔产生的应力波形成有序叠加，在岩体内构建动态自由面。这种技术通过增强应力波反射拉伸效应，显著提升二次破碎概率，使岩体破碎更趋均匀。数值模拟研究表明，孔间延时设置为岩体裂隙扩展速度的 1/3 时，应力波叠加效果达到最优，这为起爆参数优化提供了量化依据。

2 智能化控制爆破技术应用实践

2.1 基于数值模拟的爆破参数动态优化系统

智能化控制爆破技术的核心在于构建具备动态优化能力的参数调控体系。本研究开发的爆破参数动态优化系统，通过融合数值模拟技术与实时监测数据，实现了从地质特征识别到爆破方案生成的闭环决策流程。系统采用有限元-离散元耦合算法构建三维爆破模型，能够精确模拟不同装药结构下应力波传播路径与岩体破碎过程，突破了传统经验公式的局限性。

该系统的工作流程始于三维地质建模阶段。利用无人机航测与三维激光扫描技术获取爆区地形地貌、岩体结构及节理分布特征，通过点云数据处理生成具有力学参数标注的数字岩体模型。在参数优化环节，系统依据岩石动态抗压强度、泊松比等关键指标，自动匹配最优孔网参数与装药密度组合。系统引入了机器学习算法，通过历史爆破数据训练形成的智能推荐模块，可在面对复杂地质条件时提供多目标优化方案。

动态反馈机制是本系统的创新亮点。爆破实施过程中，高精度传感器网络实时采集振动速度、空气冲击波等数据，通过边缘计算设备进行特征提取与模式识别。这些现场数据与数值模拟预测值进行对比分析后，系统自动修正材料本构模型中的动态损伤参数，实现爆破模型的持续优化。在河北某露天铁矿的工程实践中，该系统成功解决了层状岩体区域的破碎不均匀问题，通过动态调整间隔装药长度与起爆时序，使爆炸能量分布更贴合岩体结构特征。

该系统的应用显著提升了爆破设计的科学性与适应性。传统爆破设计中难以量化的岩体各向异性特征，在数值模拟中通过正交异性材料模型得以精确表征。针对节理发育区域，系统自动生成差异化装药方案，在主要裂隙延伸方向增强应力波叠加效应。工程对比试验表明，采用动态优化方案后，爆堆块度均匀性显著改善，根底残留现象得到有效控制，同时降低了爆破振动对边坡稳定的影响。

2.2 爆破效果多维度评估与环保控制技术

爆破效果评估体系的构建突破了传统单一指标评价的局限性，形成了涵盖几何形态、能量分布与环境影响的综合评估框架。基于三维激光扫描技术的爆堆形态分析系统，通过点云数据处理可定量获取块度分布曲线、爆堆隆起高度及松散系数等关键参数。该系统结合机器学习算法建立的爆破效果预测模型，能够根据岩体结构特征与爆破参数组合，提前预估不同区域的破碎程度分布规律。

爆破振动控制技术聚焦于能量传播路径优化与衰减机理研究。通过建立岩体-地质构造-传播介质的耦合振动模型，系统分析了不同装药结构对振动频率谱的影响规律。工程实践中采用分层间隔装药与径向不耦合装药组合方案，有效降低了高频振动分量对边坡稳定性的威胁。在起爆时序控制方面，基于应力波干涉原理设计的梯度延时方案，使振动主频段能量分布向安全阈值范围偏移。智能监测系统集成了多类型传感器网络，可实时捕捉振动速度矢量变化，通过边缘计算设备实现振动危害的即时预警与起爆参数动态修正。

粉尘控制技术体系通过源头抑制与过程拦截相结合的方式实现环境友好型爆破。在装药阶段引入高分子抑尘剂与炸药同步装填的创新工艺，使爆炸化学反应过程中生成的水雾与抑尘成分形成复合包裹效应。爆后环境治理方面，研发的智能水雾帷幕系统可根据气象参数自动调节雾滴粒径与覆盖范围，形成动态跟随的粉尘阻隔带。针对爆堆扬尘问题，基于流体力学模型设计的旋转式风水混合喷雾装置，其覆盖半径较传统设备提升显著，且耗水量降低明显。

飞石防控技术通过构建能量定向释放机制与防护体系实现精准控制。数值模拟研究表明，合理设置炮孔堵塞长度与填塞材料密度，可使爆炸气体作用时间延长，有效降低飞石初速度。工程应用中开发的复合防护网系统，采用高强纤维材料与能量吸收结构设计，其抗冲击性能较传统金属网提升显著。智能预测模块通过融合地质雷达数据与爆破参数，可提前识别潜在飞石危险区域，并自动生成防护方案优化建议。

爆破效果评估与环保控制技术的集成应用，标志着露天铁矿爆破作业进入智能化新阶段。通过构建多源数据融合分析平台，实现了爆破效果预测、过程监测与结果评估的闭环管理。在辽宁某铁矿的实践案例中，该技术体系使边坡振动速度峰值下降显著，作业区粉尘浓度持续优于国家环保标准。

结语

在露天铁矿爆破技术体系的经济效益评估中，全生命周期成本分析揭示了技术创新的综合价值。与传统爆破工艺相比，智能化爆破设计系统通过三维地质建模与参数优化，显著缩短了方案设计周期，同时将矿岩分选精度提升至新高度。这种技术革新直接降低了二次破碎作业频率，使铲装设备燃油消耗与维护成本同步下降。更为关键的是，高精度电子雷管与逐孔起爆技术的协同应用，有效控制了超挖欠挖现象，减少了边坡修整工程量，从源头降低了开采过程中的资源浪费。

参考文献

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