數(shù)碼電子雷管在露天礦山爆破中的應(yīng)用

胡勇，寧德兵，黃帝

(四川中鼎爆破工程有限公司， 四川 成都 610000)

0 引言

近幾年，隨著爆破行業(yè)新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝、新材料應(yīng)用發(fā)展，爆破作業(yè)由原粗獷式轉(zhuǎn)向精細(xì)化。起爆器材向高強(qiáng)度、高精度、高安全方向發(fā)展，延期雷管的延期時(shí)間變得更加精確，誤差時(shí)間更小。雖然目前國內(nèi)自主研發(fā)制造的數(shù)碼電子雷管逐步進(jìn)入成熟化生產(chǎn)線，但在實(shí)際應(yīng)用中普及率并不高。從 2014年開始，在露天爆破中引入數(shù)碼電子雷管，在露天金屬礦（主要是鐵礦）、非金屬礦（主要是石灰石礦）、一般巖土（主要是平基、道路建設(shè)料場等）中應(yīng)用，由于電子雷管延期時(shí)間精確到毫秒，延期時(shí)間可以任意設(shè)計(jì)，爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)具有較大空間，現(xiàn)場應(yīng)用也能夠更好地達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過近一年多的原始數(shù)據(jù)的收集、爆破效果分析，總結(jié)出大量的電子雷管應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。

1 數(shù)碼電子雷管

1.1 數(shù)碼電子雷管工作原理

數(shù)碼電子雷管采用微電子集成芯片技術(shù)，完成組件與控制裝置的通訊，接收、儲存控制裝置發(fā)送的信息和執(zhí)行控制器下達(dá)的指令，并將自身狀態(tài)反饋給控制裝置，從而實(shí)現(xiàn)組件狀態(tài)智能檢測和精確授時(shí)、延期，延期結(jié)束后驅(qū)動儲能裝置釋放能量，完成點(diǎn)火。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 雅化數(shù)碼電子雷管性能指標(biāo)

（1）內(nèi)置唯一身份信息，內(nèi)置起爆密碼。

圖1 數(shù)碼電子雷管結(jié)構(gòu)

（2）可現(xiàn)場進(jìn)行延期編程，延期時(shí)間范圍：0～18 000 ms，可編程延期的最小時(shí)間間隔：1 ms。

（3） 延期誤差為0～18 000 ms，偏差小于1.5 ms或總設(shè)定時(shí)間的1‰。

（4）在線檢測功能。可在線進(jìn)行內(nèi)部狀態(tài)檢測；組網(wǎng)方式為并聯(lián)組網(wǎng)，雙線無極性通訊。

（5）抗靜電能力。在電容為 500 pF、串聯(lián)電阻為5000 Ω及充電電壓為25 kV的條件下，對電子雷管的腳線－腳線、腳線－管殼放電，電子雷管不應(yīng)發(fā)生爆炸；在電容為2000 pF、串聯(lián)電阻為0 Ω及充電電壓為 8 kV的條件下，對電子雷管的腳線－腳線、腳線－管殼放電，電子雷管不應(yīng)發(fā)生爆炸。

（6）抗交流性能。向數(shù)碼電子雷管施加 220 V/50 Hz交流電壓，保持10 s，雷管不應(yīng)發(fā)生爆炸。

（7）抗直流性能。向數(shù)碼電子雷管施加48 V直流電壓，保持10 s，雷管不應(yīng)發(fā)生爆炸。

（8）使用溫度范圍為-40℃～+85℃。

（9）射頻感度。在通訊狀態(tài)下，按照 GB/T 27602的方法進(jìn)行檢測。向電子雷管注入10 W的射頻功率，在腳線－腳線及腳線－管殼兩種發(fā)火模式下，電子雷管均不發(fā)生爆炸。

（10）其它符合《工業(yè)數(shù)碼電子雷管標(biāo)準(zhǔn)》。

2 數(shù)碼電子雷管應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 高安全性

（1）數(shù)碼電子雷管抗靜電、抗交流電，使用安全、可靠。

（2）雷管腳線強(qiáng)度極高，具有較好的對抗拉和抗水等性能。

（3）可以單發(fā)檢測、網(wǎng)路檢測，預(yù)防早爆、誤爆及盲炮。

（4）專用起爆器起爆，可以內(nèi)置起爆密碼，若發(fā)生非正常起爆，可實(shí)現(xiàn)雷管自毀芯片失效，即使流失，造成的社會危害性也較小。

2.2 高準(zhǔn)爆性

數(shù)碼電子雷管質(zhì)量狀態(tài)隨時(shí)可查。在實(shí)際爆破應(yīng)用中使用專用檢測設(shè)備可以在入孔前、填塞前和組網(wǎng)后檢測，實(shí)現(xiàn)全過程檢測，保證數(shù)碼電子雷管正常起爆。

（1）裝入炮孔前，進(jìn)行單發(fā)檢測，可以剔除質(zhì)量有問題的數(shù)碼電子雷管，保證入孔的數(shù)碼電子雷管質(zhì)量。

（2）裝完孔內(nèi)炸藥填塞前，可以進(jìn)行孔內(nèi)檢測，對數(shù)碼電子雷管質(zhì)量有問題的孔，重加起爆藥包，保證起爆。

（3）聯(lián)網(wǎng)完畢后，可以檢測整個(gè)起爆網(wǎng)絡(luò)，顯示漏聯(lián)、錯(cuò)聯(lián)的炮孔，以及時(shí)更正，保證起爆系統(tǒng)的可靠性。

2.3 提高施工效率

（1）數(shù)碼電子雷管在一個(gè)作業(yè)項(xiàng)目基本上只需采購一個(gè)品種即可，沒有復(fù)雜的品種、規(guī)格和段別區(qū)分，雷管的管理十分方便。

（2）電子雷管操作便捷，檢測方便，施工作業(yè)效率高。

（3）提高炮孔利用率，降低炸藥單耗。

（4）改善爆破破碎效果，塊度較均勻，提高挖裝效率。

（5）提高底板平整度，減少爆破根底。

2.4 控制爆破振動

數(shù)碼電子雷管延期精度高，且可自由設(shè)定延期時(shí)間，通過優(yōu)化延期時(shí)間，既可能將低頻地震波轉(zhuǎn)換為均勻分布的高頻地震波，更可以將爆破振動的疊加減小到最小，故能有效降低爆破振動。

3 工程應(yīng)用效果

3.1 工程概況

四川攀枝花是中國釩鈦磁鐵礦的主要成礦帶，包括攀枝花、白馬、太和、紅格4大釩鈦磁鐵礦礦區(qū)。礦區(qū)地處青藏高原與云貴高原交界的橫斷山脈，北高南低，由西北向東南傾斜，境內(nèi)河谷深切，溪流交錯(cuò)，地形以溝壕交錯(cuò)的山地地貌為主。

礦區(qū)從最初使用普通導(dǎo)爆管雷管到嘗試使用高精度導(dǎo)爆管雷管，到現(xiàn)在使用數(shù)碼電子雷管。爆破參數(shù)不斷優(yōu)化，起爆網(wǎng)路從普通導(dǎo)爆管雷管的排間微差到高精度雷管的逐孔起爆，到現(xiàn)在數(shù)碼電子雷管的逐孔起爆及孔內(nèi)微差起爆，通過應(yīng)用優(yōu)良的起爆器材，明顯降低了炸藥單耗、大塊率、爆破振動。

3.2 主要爆破參數(shù)

（1）礦山爆破使用現(xiàn)場混裝乳化炸藥，炮孔布置為梅花型布孔，巖石硬度系數(shù)為 8～12。應(yīng)用數(shù)碼電子雷管的主要爆破參數(shù)見表1。

（2）逐孔起爆微差時(shí)間。依據(jù)一段時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，對比爆破效果，得出此礦較為合理的微差時(shí)間?？组g延期時(shí)間為30 ms，排間延期時(shí)間85 ms。

表1 主要爆破參數(shù)

3.3 單耗分析

經(jīng)過一段時(shí)間的使用，分別統(tǒng)計(jì)采用普通導(dǎo)爆管雷管、高精度導(dǎo)爆管雷管、數(shù)碼電子雷管的單耗情況，同條件爆破中，電子雷管單耗最低。具體數(shù)據(jù)見表2～表4。

表2 普通導(dǎo)爆管雷管的單耗

表3 高精度導(dǎo)爆管雷管的單耗

表4 數(shù)碼電子雷管的單耗

如圖2所示，通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，數(shù)碼電子雷管相比高精度導(dǎo)爆管雷管單耗降低0.022 kg/m3，約降低了3.8%，相比普通導(dǎo)爆管雷管單耗降低0.050 kg/m3，約降低了8.6%。

圖2 不同雷管單耗對比

3.4 大塊分析

通過一段時(shí)間內(nèi)普通導(dǎo)爆管雷管、數(shù)碼電子雷管的使用，統(tǒng)計(jì)大塊數(shù)量的變化。發(fā)現(xiàn)同規(guī)模、同條件爆破中，數(shù)碼電子雷管比普通導(dǎo)爆管雷管大塊率下降約50%。具體數(shù)據(jù)見表5～表6。

如圖3所示，通過對不同粒徑的大塊進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)使用電子雷管爆破產(chǎn)生的粒徑 1.3 m～1.6 m和＞1.6 m的占比明顯小于普通導(dǎo)爆管雷管，說明電子雷管爆后塊度更均勻。

表5 普通導(dǎo)爆管雷管大塊情況（爆破量63 256 m3）

表6 電子雷管大塊情況（爆破量38 812 m3）

圖3 不同大塊占比分布

3.5 爆破振動分析

在爆破參數(shù)相同及地質(zhì)條件差不多的情況下，電子雷管爆破的最大振動速率約為普通導(dǎo)爆管雷管最大振動速率的50%。

（1）數(shù)碼電子雷管具有高精度和大范圍延時(shí)的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、大范圍逐孔起爆，不出現(xiàn)多孔同時(shí)起爆。

（2）降低單孔孔內(nèi)同響藥量，采用孔內(nèi)間隔裝藥分段延時(shí)起爆，孔外按逐孔起爆網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)控制最大單響藥量，降低爆破振動。

（3）控制爆破振動頻率，有效降低爆破振動，通過優(yōu)化延期時(shí)間，將低頻地震波轉(zhuǎn)換為均勻分布的高頻地震波。

4 結(jié)語

數(shù)碼電子雷管延時(shí)精度和可靠性較高，通過幾年的應(yīng)用，對比分析發(fā)現(xiàn)，數(shù)碼電子雷管在降低炸藥單耗、減少大塊、降低振動等方面具有巨大的優(yōu)勢，在降低礦山的綜合生產(chǎn)成本和保證本質(zhì)安全方面具有顯著成效，能更大限度地滿足業(yè)主的需要。因此，數(shù)碼電子雷管不僅具有較高的安全性和可靠性，更在降低爆破成本和礦山開采部分成本上具有較大的競爭優(yōu)勢，隨著主管部門監(jiān)管力度的加強(qiáng)和安全管理形勢的嚴(yán)峻，應(yīng)用前景將十分廣闊。