PHED-1型電子雷管在露天深孔爆破中的應用?

張萬斌 李玉景 張 華 張寶亮 滕昭威 王付景 倪吉倫

①貴州開源爆破工程有限公司(貴州貴陽，551400)②貴州省公安廳治安警察總隊(貴州貴陽，550000)

引言

電子雷管，又稱數(shù)碼電子雷管、數(shù)碼雷管或工業(yè)數(shù)碼電子雷管，即采用電子控制模塊對起爆過程進行控制的電雷管。電子雷管的研發(fā)始于20世紀80年代，當時諸如澳大利亞Orica公司、南非AEL公司、瑞典Dynamit Nobel公司等世界著名制造商和企業(yè)都研制開發(fā)出了新型電子雷管[1]。我國從1985年開始研制電子延期超高精度雷管，1988年完成了我國第一代電子雷管[2]。2006年，我國在長江三峽圍堰拆除爆破工程中第一次將電子雷管應用到工程爆破中[3-5]。此后，電子雷管在我國逐步發(fā)展，2009年，德興銅礦采用隆芯1號數(shù)碼電子雷管，在德興銅礦銅礦采區(qū)和富家塢采區(qū)成功進行了多次爆破作業(yè)，標志著具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的電子雷管在露天礦爆破應用中取得了圓滿成功[6]。研究和應用實踐表明，使用電子雷管可以降低爆破振動，在隧道爆破、城鎮(zhèn)爆破中有明顯優(yōu)勢[7-9]。2015年，趙根等將電子雷管應用于巖塞爆破中，有效地控制了爆破的有害效應[10]。

1 PHED-1型電子雷管及其起爆系統(tǒng)

目前，每個廠家生產(chǎn)的電子雷管需要與自己生產(chǎn)的起爆系統(tǒng)配套使用。早期的電子雷管起爆系統(tǒng)有Orica公司的I-konTM、AEL公司的DigiShotTM、北京邦杰的隆芯1號起爆系統(tǒng)等。近年來，電子雷管在國內(nèi)迅速發(fā)展，并形成了一些自主研發(fā)的電子雷管起爆系統(tǒng)，如 JL系統(tǒng)[11]、CHDL-I系統(tǒng)[12]、SF-A系統(tǒng)[13]、PHED-1系統(tǒng)等。

PHED-1型電子雷管的核心組件是數(shù)碼電子雷管模組，采用自主設計的專用芯片，具有計時電路和儲能元件，當接收到起爆指令后，能夠獨立工作并按設定的延期時間引爆雷管。PHED-1型電子雷管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該電子雷管延時范圍可以在0～16 000 ms內(nèi)設置任意整數(shù)毫秒。PHED-1型電子雷管的起爆系統(tǒng)由電子雷管、母線(兩根銅芯絕緣電導線)和起爆器組成。所有雷管全部并聯(lián)在母線上，母線再與起爆器連接，起爆系統(tǒng)的示意圖見圖2。

圖1 PHED-1型電子雷管結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of PHED-1 electronic detonator

圖2 PHED-1型電子雷管起爆系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of initiation system of PHED-1 electronic detonator

該起爆系統(tǒng)可以在雷管起爆完成后，自動獲取雷管的有關(guān)信息(如雷管編碼、起爆時間、起爆點經(jīng)緯度、登記的項目名稱與施工單位名稱)，并將其上傳至網(wǎng)上監(jiān)管平臺。

2 爆破應用

礦山爆破是工程爆破中的一個重要部分。在大型露天礦山，一般都采用深孔爆破來實現(xiàn)覆巖的松動爆破。穿巖洞礦位于貴州省甕安縣，是隸屬于甕福磷礦公司的一座超大型露天磷礦山。從2016年開始，該礦山使用 PHED-1型電子雷管作為爆破起爆器材。本文中，以一次具體的爆破工程為例，介紹PHED-1型電子雷管在該礦山的使用情況。

2.1 穿孔與裝藥參數(shù)

本次爆破為覆巖剝離爆破，使用的炸藥為現(xiàn)場混裝銨油炸藥，使用起爆具作為中繼起爆器材，用于制作起爆藥包。設計炮孔總數(shù)234個，裝藥總量約50 t，主要的穿孔與裝藥參數(shù)如表1所示。

表1 爆破參數(shù)Tab.1 Blasting parameters

2.2 裝藥結(jié)構(gòu)與起爆網(wǎng)路

采用柱狀連續(xù)耦合裝藥，用2發(fā)雷管與一個起爆具制作起爆藥包，起爆藥包置于炮孔靠近底部的地方，裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Charge diagram

電子雷管起爆網(wǎng)路不需要地表管，網(wǎng)路延時全部由孔內(nèi)管設置，時間設置靈活，試用過的延時網(wǎng)路有以下幾組:孔間43 ms，排間61 ms；孔間 45 ms，排間70 ms；孔間71 ms，排間113 ms；等等。 本次爆破延時網(wǎng)路采用孔間71 ms，排間184 ms，如圖4所示。圖4中，圓圈表示炮孔，旁邊的數(shù)字表示該炮孔的延期時間。延期時間設置在雷管注冊時完成。

圖4 網(wǎng)路延時示意圖(單位:ms)Fig.4 Network delay diagram(unit:ms)

2.3 施工流程

施工流程如圖5所示。雷管入孔后先注冊，給雷管賦延期時間，待裝藥、填塞完成后，即可進行網(wǎng)路連接，只需要將所有雷管用一條母線(主線)連接起來，再將母線拉到起爆點即可，如圖6所示。在起爆點將母線與起爆器進行連接，警戒完成后，即可進行組網(wǎng)檢測。如果在雷管注冊過程中，有雷管漏注冊，或者在網(wǎng)路連接中，有雷管漏連，在組網(wǎng)檢測中均會發(fā)現(xiàn)。組網(wǎng)檢測成功后，即可進行充電起爆。起爆成功后，用起爆器將起爆信息上傳至網(wǎng)上信息系統(tǒng)，便于公安部門對雷管流向信息的監(jiān)管。

圖5 施工流程圖Fig.5 Construction flow diagram

圖6 電子雷管網(wǎng)路連接示意圖Fig.6 Schematic diagram of electronic detonator network connection

在施工中，有以下注意事項:

1)雷管注冊時，要防止漏注冊，同時還要注意延期時間的設置要與設計的一致。為了防止出現(xiàn)這兩個問題，可以一邊注冊，一邊用紙條寫上已經(jīng)注冊的雷管的信息(包括該雷管注冊在第幾排、第幾個孔、延期時間是多少等)，然后將紙條放置在炮孔的旁邊。

2)控制單臺起爆器帶載的雷管數(shù)量。單臺起爆器可帶載的雷管數(shù)量在300發(fā)左右。但是當爆區(qū)水孔較多時，應適當減少單臺起爆器帶載的雷管數(shù)量，如果需要起爆的雷管數(shù)量較多，可以用多臺起爆器級聯(lián)模式。

3)如果使用機械裝藥，要防止裝藥車輛碾壓損壞雷管腳線。

4)用起爆器上傳雷管數(shù)據(jù)時，要確保起爆器內(nèi)的網(wǎng)卡有足夠的費用，如果欠費，則數(shù)據(jù)上傳無法完成。上傳數(shù)據(jù)時盡量將起爆器放置于空曠的地方，不要在室內(nèi)、車內(nèi)上傳，否則可能因為信號不好而上傳失敗。

3 效果與分析

本次爆破取得圓滿成功，無盲炮、無飛石、無大塊，爆破效果良好，見圖7。爆破中，實際裝藥炮孔234個，使用起爆具234發(fā)，電子雷管468發(fā)，銨油炸藥49.75 t，完成爆破方量約12萬m3。

圖7 爆后效果圖Fig.7 Outcome after explosion

3.1 PHED-1型電子雷管的優(yōu)越性

與我國早期的電子雷管相比較，PHED-1型電子雷管及其起爆系統(tǒng)主要有以下6個創(chuàng)新點:

1)雷管采用雙電容設計，一個是工作電容，另一個是起爆電容。檢測、注冊時采用工作電容供電，供電電壓為6 V，低于雷管的起爆發(fā)火電壓，確保施工中的安全；起爆時由起爆電容供電，供電電壓12 V，保證起爆能量。

2)采用4級防護設計，起爆電路設有充電開關(guān)、放電開關(guān)、起爆開關(guān)和充電限流電路，保證非正常情況下不誤爆，保障人員安全。

3)設有溫度自校準電路，保證－40～85℃溫度范圍內(nèi)延時精度。

4)設計了微電流橋絲通斷測試電路，保證生產(chǎn)檢測過程中不發(fā)火、不誤爆。

5)設有干擾防護電路，有效消除雜散電流、靜電等干擾，保證在生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)不誤爆，在隧道、礦山等復雜環(huán)境下電子雷管穩(wěn)定、可靠地起爆。

6)該雷管所配置的起爆系統(tǒng)，具有自動獲取雷管信息并上傳的功能。這可以讓公安部門在雷管的流向管理中，實現(xiàn)閉環(huán)管理，具體流程如下:爆破作業(yè)單位申請使用雷管→公安部門審批→雷管出庫(出庫時登記雷管數(shù)量及編碼)→雷管在工地被起爆→雷管起爆信息被上傳至網(wǎng)上信息系統(tǒng)。上傳至網(wǎng)上的信息包含項目名稱、施工單位名稱、雷管編碼、起爆時間、起爆點經(jīng)緯度、起爆狀態(tài)(正?；虍惓?等。信息上傳后，系統(tǒng)會自動將收到的信息與雷管出庫時的信息進行比對，一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)就會自動預警，嚴重時系統(tǒng)會自動鎖閉。比如，在一起爆破施工中，雷管出庫時登記的數(shù)量為100發(fā)，而在起爆完成后，上傳至網(wǎng)上的信息中只有99發(fā)雷管的信息，則系統(tǒng)就會立即出現(xiàn)預警。

3.2 存在的問題

雖然PHED-1型電子雷管在試用中總體表現(xiàn)優(yōu)異，但是仍然存在一些不足，需要進一步改進。

1)單臺起爆器的起爆能力需要提高。目前，單臺起爆器最多可以起爆的雷管數(shù)量在300發(fā)左右，如果一次需要起爆更多的雷管，就需要使用多臺起爆器級聯(lián)的模式，給施工帶來不便。對于大多數(shù)的市政、公路等工程爆破，一次起爆的雷管數(shù)量都少于300發(fā)，但是對于一些大型露天礦山，一次起爆的雷管數(shù)量會超過300發(fā)。因此，需要開發(fā)出具有更大能力的起爆器，以更好地滿足大型露天礦山的爆破需求。

2)探索更加合理的延時網(wǎng)路。不同的延時網(wǎng)路對于爆破效果、振動控制都有一定的影響，而電子雷管的延期時間可以任意設置，這為不斷優(yōu)化延時網(wǎng)路提供了可能。因此，今后需要不斷探索更加合理的延時網(wǎng)路，達到改善爆破效果、降低炸藥單耗、減小爆破振動的目的。

4 結(jié)語

PHED-1型電子雷管及其起爆系統(tǒng)，既具有傳統(tǒng)電子雷管的優(yōu)點，如可檢測性、延時設置靈活等，又有很多創(chuàng)新，如采用雙電容設計、起爆系統(tǒng)具有自動獲取雷管信息并上傳的功能等。這些優(yōu)點使得它在改善爆破效果、減輕爆破振動、提高施工安全性、做好公共安全監(jiān)管等方面具有獨特的優(yōu)勢。

近兩年時間累計使用PHED-1型電子雷管近4萬發(fā)，使用炸藥2 000多t，爆破效果良好。單次起爆的雷管數(shù)量，最多的一次達到800多發(fā)。使用期間沒有出現(xiàn)任何安全事故，獲得了業(yè)主方和公安部門的高度認可。PHED-1型電子雷管在甕福磷礦的成功應用，說明該雷管在露天深孔爆破中具有較好的應用前景。