導爆管雷管起爆網路逐孔起爆設計

張光權， 吳春平， 汪旭光， 陶鐵軍

(1. 中國礦業(yè)大學(北京) 力學與建筑工程學院, 北京 100083； 2. 北京礦冶研究總院, 北京 100160；3. 貴州新聯爆破工程集團有限公司, 貴陽 550002)

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導爆管雷管起爆網路逐孔起爆設計

張光權1， 吳春平2， 汪旭光2， 陶鐵軍3

(1. 中國礦業(yè)大學(北京) 力學與建筑工程學院, 北京 100083； 2. 北京礦冶研究總院, 北京 100160；3. 貴州新聯爆破工程集團有限公司, 貴陽 550002)

摘要：提出了逐孔起爆網路各炮孔孔內雷管起爆時間計算公式，并通過計算機編程設計，快捷方便地計算出了在既定延時導爆管雷管組合下各孔的起爆時間，并清楚地顯示出點燃陣面；計算出了不同段別導爆管雷管在不同組合情況下的各炮孔孔底起爆時間。據此，可根據實際情況選擇合適的延時時間，從而選擇合理的雷管組合和聯網方式，實現使用導爆管雷管實現不同延時時間的逐孔起爆，為導爆管雷管起爆網路逐孔起爆設計提供參考。

關鍵詞：導爆管雷管； 逐孔起爆； 編程設計； 延時時間； 點燃陣面

1引言

逐孔起爆技術在國外礦山中已成功使用多年，該技術核心是單孔延時起爆〔1〕，實現在爆區(qū)內任何一個炮孔都按照一定的起爆順序單獨起爆，為每個炮孔準備最充分的自由面。實踐表明，逐孔起爆技術對于改善爆破效果、降低大塊率、提高鏟裝效率、降低爆破振動、減少邊坡穩(wěn)定維護費用和降低采礦綜合成本效果顯著〔2-5〕。近年來，國內外學者對逐孔起爆技術進行了大量的研究，取得了豐富的成果。璩世杰〔6〕等基于孔間毫秒延時起爆技術的作用原理，分別對等腰三角形布孔和矩形布孔條件下炮孔抵抗線分布的基本特征進行了分析。這些研究成果對逐孔起爆技術的理論發(fā)展和推廣使用起到了促進作用，然而逐孔起爆技術受起爆器材的制約。從技術和爆破效果角度來講，數碼電子雷管是實現逐孔起爆最佳的起爆器材，但在現有技術條件下，數碼電子雷管的生產成本相對較高，其價格是普通導爆管雷管的數倍；同時由于數碼電子雷管聯網及起爆系統(tǒng)相比導爆管雷管復雜，難以在短期內得到廣泛應用。如何在不增加或少增加成本和操作便捷的前提下使用導爆管雷管實現不同延時時間的逐孔起爆便成為一個亟待解決的問題?，F有文獻主要從逐孔起爆效果的角度進行研究，論證逐孔起爆技術或延時時間對爆破效果的改善程度，對于如何使用導爆管雷管實現不同的延時時間方面的研究并不多，本文將試圖探討并初步解決這一問題。

2導爆管逐孔起爆網路及單孔起爆時間計算

在實際爆破生產中，可采用地表傳爆雷管與孔底雷管組合接力傳爆的方式來實現單孔單響、逐孔起爆，如圖1所示。

圖1　起爆網路示意圖Fig.1　Schematic diagram of initiation network

若按照圖1進行聯網，則各孔的孔內雷管起爆時間為Ti,j，可按下式進行計算：

Ti,j=t0+(i-1)tc+(j-1)tr+th

(1)

式中：t0為網路初始起爆時間；tc為排間延時時間；tr為孔間延時時間；th為孔內延時時間；i為炮孔所在排數；j為炮孔所在列數。

由導爆管逐孔起爆網路可看出，網路初始起爆時間對每各炮孔孔內雷管之間的起爆延時時間沒有影響，可令t0=0,則式(1)可簡化為：

Ti,j=(i-1)tc+(j-1)tr+th

(2)

3逐孔起爆網路中孔底起爆時間的編程計算

3.1既定雷管組合方案下孔底起爆時間計算

為計算網路中各炮孔孔內雷管的起爆時間，可將T視作二維矩陣，矩陣的每一個元素Ti,j即為對應炮孔的起爆時間，矩陣各元素值Ti,j按式(2)進行計算，為逐次計算每一個Ti,j值，對i和j進行循環(huán)取值。

若孔間延時雷管為MS3，延時時間50ms,排間延時雷管為MS5，延時時間110ms, 孔內延時雷管為MS15，延時時間880ms,對有5排10列炮孔的爆區(qū)進行計算，則計算程序如下：

tr=50;

tc=110;

th=880;

fori=1∶5;

forj=1∶10;

T(i,j)=(i-1)*tc+(j-1)*tr+th;

end;

end.

經運算可得各炮孔孔底雷管起爆時間，見表1。

由表1的計算結果可知，上述雷管組合可實現孔間延時50ms，排間延時110ms的逐孔起爆，前排第三個炮孔起爆后其后一排炮孔開始從第一個炮孔逐次起爆，如此以階梯形點燃陣面向前傳爆推進，各個炮孔均單獨起爆，實現了單孔單響。

3.2非特定段別雷管組合下孔底起爆時間計算

前述方法計算出了既定雷管組合下各炮孔孔內雷管的起爆時間，但通常情況下，需要根據不同的工程地質條件和爆破施工目的，選擇不同的延時時間以獲取更優(yōu)的爆破效果。采用導爆管雷管實現不同延時時間的逐孔起爆，需要變換雷管組合方式來進行調整，若采用人工方法進行試算調整，工作量大、效率和可靠性相對較低。為此，可通過編程，自動計算出各種組合下的炮孔起爆時間和點燃陣面，為實現不同延時時間的逐孔起爆方案提供選擇和參考。

選取第1系列毫秒雷管的MS4、MS5、MS9、MS11和MS15進行任意組合，共有5×5×5=125種組合，即有125種方案，但這些方案中并不都是逐孔起爆，有些即使是逐孔起爆、單孔單向，但傳爆方向和點燃陣面形式不利于爆破效果的改善，通過編程可以方便地計算出各種組合下的炮孔起爆時間，從而根據實際情況選擇適當的組合。

為計算不同組合下的延時時間，首先將125種組合存放在二維數組中，以便計算時調用。然后按前述程序計算每種組合的炮孔起爆時間，每種組合對應的各炮孔孔底雷管起爆時間序列矩陣對應一個二維數組，即得出125個二維數組，為方便計算和讀取這125種組合的孔底起爆時間序列的二維數組，定義一個三維數組來進行存放和讀取。仍以5排、10列的爆區(qū)為例進行編程，計算程序如下：

tr=[75,110,310,460,880];

tc=[75,110,310,460,880];

th=[75,110,310,460,880];

p=1;

forl=1∶5;

form=1∶5;

forn=1∶5;

t(p,:)=[tc(1,l),tr(1,m),th(1,n)];

p=p+1;

end;

end;

end;

forq=1∶125;

fori=1∶5;

forj=1∶10;

T(i,j,q)=(i-1)*t(q,1)+(j-1)*t(q,2)+t(q,3);

end;

end;

end.

通過上述程序計算，可得到一個125×3的二維數組t及其對應的5×10×125的三維數組T，三維數組T中的125個5×10的二維數組即為不同雷管組合下各炮孔的孔底起爆時間，查看125×3的二維數組t即可得知其對應的雷管組合。圖2為部分雷管組合方案數組，圖3為相應的孔底起爆時間數組。

圖2　部分雷管組合方案數組Fig.2　Part of detonator combination sheme array

圖3　部分孔底起爆時間數組Fig.3　Part of initiation time of the bottom in the hole

方案選擇時可以在125種孔底起爆時間中選擇合適的延時時間和點燃陣面形式，然后在雷管組合方案數組中找到與之相應的組合方案。如圖3中的29號孔底起爆時間數組val(:,:,29)表示孔間延時時間75ms,排間延時時間110ms，前排第二個炮孔起爆后其后一排炮孔開始起爆，點燃陣面呈階梯形推進，與之相對應的方案為圖2中的29號方案，即第29行，該方案排間延時雷管為MS5，孔間延時雷管為MS4,孔底延時雷管為MS11。結合實際情況，還可以在其他124組方案中選擇合適的雷管組合。

上述算例計算了有5種雷管可供選擇的情況下，各種組合的延時時間、5排10列爆區(qū)各炮孔孔底起爆時間。通過改變相關參數，可以計算任意雷管組合下、任意排數和列數時的孔底起爆時間和延時時間，并能直觀地顯示出點燃陣面。

4結論

(1)通過對導爆管逐孔起爆網路的分析，得出了各炮孔孔底起爆時間的計算公式。

(2)通過編程方便快捷地計算出了在既定雷管組合方案下，各炮孔孔底起爆時間，清楚地顯示出爆區(qū)點燃陣面。

(3)通過計算結果顯示的爆區(qū)各炮孔的孔底起爆時間，了解相互臨近炮孔的延時時間，對于臨近炮孔延時時間過小的方案可及時進行調整。

(4)通過該算法和計算程序，可以自動排列出多種組合，并顯示出相應的孔底起爆時間序列矩陣，工程實踐中可以根據實際的工程地質情況和爆破工程目的，選擇合適的起爆時間序列矩陣及其對應的雷管組合，為逐孔起爆雷管段別的選擇及組合方案提供了參考，可大大簡化導爆管雷管逐孔起爆網路的設計工作程序，提高設計效率和可靠性。

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文章編號：1006-7051(2016)03-0027-04

收稿日期：2016-02-20

基金項目：863課題“地下金屬礦智能采礦爆破技術與裝備”(2011AA060405)

作者簡介：張光權(1981-)，男，博士、講師，主要從事爆破參數優(yōu)化、爆破安全技術及采礦工藝等方面的研究。 E-mail： zhangguangquanone@126.com

中圖分類號：TD235.1+2

文獻標識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.03.005

Hole-by-holeinitiationnetworkwithnoneldetonator

ZHANGGuang-quan1，WUChun-ping2，WANGXu-guang2，TAOTie-jun3

(1.SchoolofMechanics&CivilEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing10083,China; 2.BeijingGeneralResearchInstituteofMining&Metallurgy,Beijing100160,China;3.GuizhouXinlianBlastEngineeringGroupCo.,Ltd.,Guiyang550002，China)

ABSTRACT：A calculation formula of initiation time of detonator in the hole for hole-by-hole initiation network was put forward. Initiation time of each hole was figured out easily and quickly under given nonel detonator combination through programming design. It could also show the burning front distinctly. Initiation time of the bottom in each hole under various combinations with different segment of nonel detonator was worked out. Appropriate initiation time could be chosen according to actual situation. Through selecting suitable detonator combination and way of network connection, hole-by-hole initiation with different delay time was achieved by using nonel detonator. It could provide a reference for design of hole-by-hole initiation network with nonel detonator.

KEY WORDS:Nonel detonator； Hole-by-hole initiation； Programming design； Delay time； Burning front