數(shù)碼電子雷管深水起爆性能試驗(yàn)研究?

李春軍 崔廣強(qiáng) 陳士海 郭雅芳

①長(zhǎng)江重慶航道工程局(重慶，400011)

②華僑大學(xué)土木工程學(xué)院(福建廈門，361021)

引言

長(zhǎng)江上游朝天門至涪陵河段航道整治工程位于長(zhǎng)江上游三峽水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)中下段，施工現(xiàn)場(chǎng)水深湍急，施工難度大。由于施工工藝復(fù)雜，水下炸礁歷來是爆破施工的難點(diǎn)；而在復(fù)雜條件下實(shí)施大規(guī)模的水下炸礁，同時(shí)又要滿足較高的技術(shù)要求，其難度更大。數(shù)碼電子雷管具有延期精度高、安全性好、可靠性高、可檢測(cè)性好、可追溯性強(qiáng)和起爆性能好等優(yōu)點(diǎn)，在水下爆破工程中得到廣泛應(yīng)用[1-3]。但是在水壓、水流和復(fù)雜環(huán)境的影響下，數(shù)碼電子雷管容易出現(xiàn)拒爆失效等嚴(yán)重的問題，導(dǎo)致爆破效果不佳，進(jìn)而影響清挖效率和爆破安全[4-6]。因此，對(duì)數(shù)碼電子雷管的起爆可靠性、抗水性、延期時(shí)間的精確性進(jìn)行深水模擬試驗(yàn)研究是十分必要的。

已有不同學(xué)者對(duì)數(shù)碼雷管在水下爆破工程中的應(yīng)用進(jìn)行了系列試驗(yàn)研究[7-11]，但沒有針對(duì)數(shù)碼電子雷管在復(fù)雜水下爆破工程環(huán)境的抗壓能力、起爆能力、延期精度進(jìn)行系列試驗(yàn)。

為了更好地發(fā)揮爆破效果，保證工程施工順利進(jìn)行，針對(duì)目前水下爆破施工中數(shù)碼電子雷管存在的問題，結(jié)合水下爆破清礁工程特點(diǎn)，開展了相應(yīng)的耐壓防水性試驗(yàn)，以期為工程施工提供參考。

1 深水模擬試驗(yàn)原理和方法

水下工程的爆破設(shè)計(jì)一般參考類似的工程爆破經(jīng)驗(yàn)。以往工程在不超過10 m的水深中，數(shù)碼電子雷管能夠順利地完成爆破任務(wù)；但是大于10 m水深、長(zhǎng)時(shí)間水壓下儲(chǔ)存，沒有相關(guān)的資料可以查閱，也沒有相關(guān)的方法能夠檢驗(yàn)在這種工作環(huán)境下數(shù)碼電子雷管的工作能力。為了滿足這一實(shí)際需求，進(jìn)行數(shù)碼電子雷管的深水模擬試驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬數(shù)碼電子雷管的工作環(huán)境，并在相應(yīng)的工作環(huán)境下進(jìn)行工作能力的檢驗(yàn)。試驗(yàn)中，需要用到壓力罐和數(shù)碼電子雷管。爆破安全和雷管的使用要嚴(yán)格遵守公安部門的管控，因此，試驗(yàn)借助爆破器材公司的試驗(yàn)場(chǎng)所和儀器進(jìn)行。經(jīng)過和爆破器材公司的前期溝通，為了試驗(yàn)安全，浸水后的雷管在壓力罐外再進(jìn)行試爆試驗(yàn)。

所用壓力罐為西安慶華廠實(shí)驗(yàn)室自有設(shè)備，罐體高60 cm，直徑40 cm，壁厚1 cm，可以承受的最大壓力為0.5 MPa。試驗(yàn)時(shí)，將數(shù)碼電子雷管浸入壓力罐的水中，然后向罐中施加一定的空氣壓力；經(jīng)過一定時(shí)間的浸水，取出數(shù)碼電子雷管進(jìn)行性能試驗(yàn)，以判定數(shù)碼電子雷管的抗水耐壓能力。

當(dāng)雷管放入水中時(shí)，雷管表面受到的總壓強(qiáng)p總為水的壓強(qiáng)p水和加壓氣體壓強(qiáng)p氣之和，即:

p總與入水深度h和外界氣體壓強(qiáng)有關(guān)。常壓情況下，p總隨入水深度h的增加而增加。研究中，首先固定雷管的入水深度，改變外界氣體壓強(qiáng)，使雷管表面承受的壓力與深水條件下相同，從而在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬深水爆炸環(huán)境。

外加氣壓為0、0.1、0.2、0.3、0.4 MPa。外加氣壓每增加0.1 MPa，相當(dāng)于增加了10 m水深，以此模擬不同水深的影響。

2 數(shù)碼電子雷管試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目及分析

2.1 耐水抗壓測(cè)試

選用西安慶華廠生產(chǎn)的SJ-JJ-10S型數(shù)碼電子雷管。將選定數(shù)量的數(shù)碼電子雷管浸泡于壓力罐的水中；向壓力罐中分別施加0.1、0.2、0.3、0.4 MPa的氣壓，并保證每級(jí)壓力持續(xù)時(shí)間不少于48 h；48 h后，取出數(shù)碼電子雷管，進(jìn)行發(fā)火試驗(yàn)。耐水抗壓試驗(yàn)裝置原理如圖1所示，具體試驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖1 耐水抗壓試驗(yàn)裝置Fig.1 Water resistance and compression test device

表1 數(shù)碼電子雷管耐水抗壓試驗(yàn)Tab.1 Water resistance and compression test results of digital electronic detonator

從表1可以看出，將數(shù)碼電子雷管浸入空氣壓力為0.4 MPa的水中，保持48 h取出后，電子雷管仍能正常起爆，滿足施工現(xiàn)場(chǎng)水深40 m的要求；浸泡48 h可以正常起爆也符合了水下炸礁工程裝藥工藝的要求。

2.2 鉛板試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)數(shù)碼電子雷管在水壓作用下的起爆能力，對(duì)數(shù)碼電子雷管進(jìn)行鉛板試驗(yàn)。數(shù)碼電子雷管鉛板試驗(yàn)按《工業(yè)雷管鉛板試驗(yàn)方法》進(jìn)行。將浸泡于壓力罐中承受0.1、0.2、0.3、0.4 MPa的氣壓的雷管進(jìn)行鉛板試驗(yàn)。試驗(yàn)中做到:將試驗(yàn)裝置平穩(wěn)放置于試驗(yàn)地點(diǎn)；雷管應(yīng)位于鉛板中心并垂直于鉛板，腳線固定于鐵架上；人員撤到安全地點(diǎn)并發(fā)出信號(hào)，通電起爆；起爆后，取下鉛板，用鋼尺量取所穿孔徑的最大值與最小值，取平均值。如平均值大于雷管直徑，即認(rèn)為雷管起爆能力合格；雷管不爆、爆炸不完全或鉛板穿孔直徑小于雷管直徑，均為不合格。每組試驗(yàn)3發(fā)雷管。雷管直徑7.2 mm。具體試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 數(shù)碼電子雷管鉛板試驗(yàn)Tab.2 Lead plate test results of digital electronic detonator

從表2可以看出，該數(shù)碼電子雷管能炸穿5 mm厚的鉛板，穿孔直徑大于電子雷管外徑。說明浸水承壓后的數(shù)碼電子雷管起爆能力沒有減弱，可以正常起爆，滿足工程需要。

2.3 延期時(shí)間測(cè)試

延時(shí)爆破能有效地控制爆破沖擊波、爆破振動(dòng)以及爆破個(gè)別飛散物等；操作簡(jiǎn)單、安全、快速；爆后巖石的破碎程度較好，爆堆集中，減少二次破碎的工作量；可以提高爆破的效率和提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

為了驗(yàn)證水下施工中水壓對(duì)數(shù)碼電子雷管的延期精度的影響，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室延期精度試驗(yàn)。將試驗(yàn)中承受0.4 MPa水壓的數(shù)碼電子雷管，達(dá)到24、48 h浸泡時(shí)間后分別取出，用編碼器將2組對(duì)比試驗(yàn)的數(shù)碼電子雷管分別設(shè)定為相同的起爆時(shí)間，用雷管延時(shí)測(cè)試儀進(jìn)行浸水24、48 h后的實(shí)際起爆延期時(shí)間測(cè)試，具體延時(shí)試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，相同的設(shè)定時(shí)間，不浸水、浸水24 h和浸水48 h后測(cè)得的延期時(shí)間與浸水時(shí)間是隨機(jī)變化的。在1～200 ms的設(shè)定時(shí)間內(nèi)，實(shí)測(cè)到的最小時(shí)間誤差為0.1 ms，最大時(shí)間誤差為0.5 ms；在大于200 ms的設(shè)計(jì)延期時(shí)間樣本中，誤差率最大，為0.66%。西安慶華廠生產(chǎn)的數(shù)碼電子雷管(SJ-JJ-10S型)的控制標(biāo)準(zhǔn):延期時(shí)間不大于150 ms時(shí)，誤差不大于±1.5 ms；延期時(shí)間大于150ms時(shí)，誤差率不大于±1.0%。對(duì)照此標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試樣本的延期精度完全達(dá)標(biāo)。經(jīng)過實(shí)際工程驗(yàn)證，該型號(hào)的數(shù)碼電子雷管符合水下炸礁工程的應(yīng)用要求。

表3 數(shù)碼雷管浸水24 h與48 h后的延期時(shí)間測(cè)試Tab.3 Test results of delay time of digital detonator after immersion for 24 h and 48 h

3 結(jié)論

1)利用壓力罐模擬深水條件進(jìn)行數(shù)碼電子雷管的抗水性、起爆能力、延期精度測(cè)試是一種快速有效的試驗(yàn)方法。

2)采用模擬水深試驗(yàn)，可以模擬40 m水深情況進(jìn)行試驗(yàn)，彌補(bǔ)現(xiàn)有工程經(jīng)驗(yàn)的不足，為類似工程提供必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3)試驗(yàn)用數(shù)碼電子雷管具有很好的抗水壓能力，在40 m水深條件下起爆能力不受影響，延期精度符合要求。

4)分別模擬了水深10、20、30、40 m 4種情況對(duì)數(shù)碼電子雷管延期精度的影響，延期精度均符合要求，試驗(yàn)結(jié)果還有待于工程現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。