基于无线同步技术的矿山爆破技术

时间：2022-07-25

行业背景

随着现代社会工业化进程的不断加快，人们对于矿山开采的规模和速度要求越来越高。为了快速推进矿山的开采作业，人们对于炸药威力的要求越来越高。

考虑到生产、运输和存储等各个方面的安全性以及国家有关方面的强制要求，雷管的火药填装量是有严格限制的，不允许随意加大。因此人们转而采用将多个雷管“并联”的方式来加大其爆炸威力；这样在生产，运输和存储等各个环节雷管都是单独管理的，可以满足安全性方面的要求，到了矿山现场，将这些雷管密集的安装在矿山的不同位置，然后让他们同时起爆，就可以起到一个“**大型雷管”的效果，但是这种技术带来了一个新的挑战，那就是雷管的同步点火问题。

传统爆破方式的困境

我们都知道，雷管属于一种烈性炸药，其爆炸瞬间可以产生非常强烈的冲击波，可以将方圆十几米范围之内的土层掀翻，如果附近的雷管因为点火时间不同步，那么先爆炸的炸药就会将还没有来得及点火的炸药给炸飞了，这些被炸飞的雷管就白白的被损坏掉，失去了任何爆炸的能力，因此为了确保这些分点安装的炸药能够不被周围的炸药给炸飞，只能让它们同时点火，同时起爆，这样其爆炸威力才有一种强烈“共振”的效果，因此人们发明了一种通过双绞线并联组网的技术，来控制其同步点火过程。

无线爆破技术概述

该技术自诞生以来经过多年的不断优化迭代，其同步精度目前已经可以做到一毫秒，在大量的工业现场都取得了良好的爆炸效果，其爆炸威力比同等当量的
单个雷管效果好得多，安全性也很不错，经济效益也十分明显。

这种组网方式在施工过程中需要大量的引线将所有的雷管连接起来，这种连接方式可以是星型，也可以是树形，也可以是菊花链状，十分灵活；但是这也带来了一个严重的问题，那就是现场混乱不堪，排查和验证起来还十分的困难，一旦有的点位没有接触良好，可能导致部分炸点，甚至局部某一个片区完全脱网，这会导致该区域完全无法起爆，其整体爆炸效果大打折扣，严重情况下会使得爆破作业完全失败，需要二次作业。

在大量的工程实践中，人们发现很多的爆破失效都是因为负责组网的导线接触不良所致，糟糕的是，一旦某根干线接触不良，所有挂接在该干线下的分支节点都会因为脱离网络而失去控制；近些年来无线技术的不断发展引起了人们的重视，从理论上来讲，无线技术可以摆脱导线连接方面的困扰，但是无线技术本身存在一些固有的缺陷：

（1）信号传输可靠性问题

（2）延时和同步精度问题

（3）电池供电和功耗问题

在传统的有线组网方案中，导线既是信号传输线，也是电源线；在无线方案中，电力供应就成为首先需要解决的问题。

近些年由于90纳米以下的低功耗半导体技术的高速发展，支持电磁波唤醒技术的无线电通讯模块已经可以做到微安级的功率消耗，完全可以依靠一节 CR2032 的纽扣电池待机数年时间，因此问题（3）实际上已经可以解决了。

无线爆破的核心——休眠与唤醒

WiMinet经过多年的潜心研究，逐步发展出一整套完整的无线组网协议栈，内置了组网算法和TCP/UDP通讯协议，特别是构建于UDP数据包基础之上的WOR（Wake On Radio）电磁波唤醒技术可以很好的解决雷管组网的高精度同步和信号传输可靠性问题。

如下图所示，每一个雷管都配置一个小型的无线模块，这些无线模块由一块 CR2032的纽扣电池驱动，在协议栈的控制下，射频感应电路周期性的被周期性的唤醒，在唤醒的过程中不断的搜索空中是否有唤醒的无线电信号。如果没有发现电磁波唤醒信号则转入休眠状态，等待下一个唤醒周期在此醒来，该过程如同图中黄色的脉冲线所示。

一旦检测到电磁波唤醒信号，则比较唤醒报文的安全特征码；如果特征码不匹配，则重新进入休眠状态；否则转入安全接收过程，如图中的绿色脉冲线所示。

考虑到每一个无线模块上电激活的时间不同，因此每一个模块内部的计数器都是不一样的，并且其定时休眠唤醒的时间也不可能完全同步，因此在收到主站的同步点火起爆指令之后，无线模块需要从任意接收时刻开始自动的推算唤醒报文的结束时间，然后执行高精度的时钟校准，在微秒计时器计时结束之后送出雷管点火指令，实现同步起爆。

无线爆破的浅层模式：

无线控制爆破的核心是休眠唤醒功能。其浅层过程如下：

矿山爆破执行前，在预定地点安置完成炸点，这些炸点都具有独立的无线信号接收装置以及彼此独立的无线唤醒机制。在单位时间内，均在休眠和唤醒之间切换。当爆破指令发出，每个炸点的接收装置，在不同的时间节点接收到由无线发射机发出的无线起爆信号，待所有炸点均接收完成信号，便开始“炸前准备”。准备完成，进入爆炸阶段，这一阶段所有炸点均在相同的时间T时刻，同步爆炸。同步延迟可控制在0.5ms以内。

WiMinet研发的远程无线控制爆破技术依托WM300A无线技术模块的强大功能，实现了工业施工**爆破中信号的无线传输、针对各个点位的高精度控制。

无线爆破的优势

无线控制爆破在安全性、使用便捷性、使用经济性方面具有*特优势，是传统爆破无法比拟的。其优势主要体现在以下的方面：

（1）组网能力强，可一次完成大规模爆破，采用快速无线连接，网络连接方便快捷，加快工程进度，为爆破施工节约时间及人力、物力；

（2）延期精度高，通过合理的爆破设计，可减少5%～15%炸药使用量，提高炸药使用效率，降低爆破成本；

（3）能有效降低振动，减少对周边生产设备及设施、房屋的破坏；

（4）减少矿石大块率，减少铲装运输成本，后期加工方便，节约耗电，提高综合效率。

无线爆破的技术手段是工业无线应用的一个缩影，无线技术在工业的应用及其广泛，无线远程控制的开发是将来工业信息化的重要途径。

WiMinet的优势项目是无线技术开发及应用，自始至终贯彻，安全、高效、可靠的企业理念和产品研发准则，力争上游，精益求精。我们相信，在国内工业化发展势头强劲的大背景下，远程无线控制技术及其应用必将大有可为。

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