數(shù)碼電子雷管技術(shù)在露天爆破中的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展

姜兆新，徐洪艷，高 蓓，賈世杰，趙國(guó)強(qiáng)

（1.新疆雪峰科技（集團(tuán)）股份有限公司，新疆 烏魯木齊830000；2.新疆雪峰爆破工程有限公司，新疆 烏魯木齊830000）

引言

傳統(tǒng)上，工業(yè)雷管有火雷管、電雷管和非電雷管等。隨著工業(yè)爆破技術(shù)不斷發(fā)展，20 世紀(jì)80 年代一系列新型工業(yè)雷管不斷研發(fā)，這其中具有代表性的產(chǎn)品有無(wú)起爆藥雷管、磁電雷管、沖擊片雷管、數(shù)碼電子雷管等[1]。當(dāng)前，國(guó)家工信部指出：工業(yè)雷管向安全可靠、高精度、智能型、環(huán)保型方向發(fā)展，電雷管向?qū)П芾坠芊较虬l(fā)展，研制電子雷管及智能起爆[2]系統(tǒng)。因此，研究數(shù)碼電子雷管的技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展勢(shì)在必行。

數(shù)碼電子雷管是采用電子控制模塊對(duì)起爆過(guò)程進(jìn)行控制的電雷管。以雪峰公司研制的第三代XF 型數(shù)碼電子雷管為例（圖1），與傳統(tǒng)電雷管相比，數(shù)碼電子雷管具有強(qiáng)大的抗干擾能力、良好的公共安全性、延期時(shí)間更為精確、可大規(guī)模的組網(wǎng)等優(yōu)勢(shì)[2]，安全可靠度更高，先后在新疆巴州、塔城、克州等地區(qū)封閉應(yīng)用，陸續(xù)在全疆其他地區(qū)開(kāi)放使用。事實(shí)證明，數(shù)碼電子雷管作為一種安全可靠、高精度、智能型、環(huán)保型性能優(yōu)良的起爆器材，可滿足復(fù)雜爆破工程的微差減震要求，是實(shí)現(xiàn)大型爆破作業(yè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和微差干擾減震的理想產(chǎn)品。本文針對(duì)數(shù)碼電子雷管在工程爆破中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及發(fā)展作綜述類研究。

圖1 第三代XF 型數(shù)碼電子雷管示意圖

1 數(shù)碼電子雷管在爆破工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

科學(xué)技術(shù)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷完善和發(fā)展，利用信息化技術(shù)在工程爆破中的研發(fā)主流產(chǎn)品當(dāng)屬數(shù)碼電子雷管[3]。本小節(jié)介紹數(shù)碼電子雷管在工程爆破中的應(yīng)用典型，對(duì)比傳統(tǒng)電雷管與數(shù)碼電雷管爆破效果。

覃翔[4]在廣西某露天礦山進(jìn)行開(kāi)采爆破試驗(yàn)，分別采用導(dǎo)爆管雷管、電子數(shù)碼雷管起爆網(wǎng)路做分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)爆管雷管起爆破后局部礦石破碎嚴(yán)重或塊度很大，增加破碎成本；而采用高精度數(shù)碼電子雷管爆破后礦塊均勻，機(jī)車(chē)鏟裝、清掃效率大大提升。同時(shí)，采用數(shù)碼電子雷管爆破振動(dòng)較傳統(tǒng)電雷管起爆后爆破振動(dòng)有效降低29.57%，主振頻率提高，這有助于保護(hù)周?chē)ㄖ?。在神華集團(tuán)新疆某露天薄煤層區(qū)域開(kāi)采難以實(shí)現(xiàn)安全高效開(kāi)采，葛創(chuàng)[5]利用煤巖同爆技術(shù)，結(jié)合ShotPlus5 和i-kon 數(shù)碼電子雷管系統(tǒng)設(shè)計(jì)起爆網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)煤與巖石爆堆區(qū)域分離，在實(shí)際爆破作業(yè)中采用高精度數(shù)碼電子雷管減少爆破循環(huán)次數(shù)和中斷時(shí)間，生產(chǎn)率提高60%，降低煤層貧化率，使得煤礦資源安全高效的利用。

同時(shí)，隧道爆破對(duì)施工要求極為嚴(yán)格，數(shù)碼電子雷管較之傳統(tǒng)電雷管更有利于隧道爆破掘進(jìn)。都安高公路T10 合同段大坪山隧道圍巖屬于III 級(jí)，田仁永[3]采用數(shù)碼雷管增加爆破網(wǎng)絡(luò)分段（表1），爆破振動(dòng)影響明顯降低，爆破后巖石破碎均質(zhì)，單尺循環(huán)炸藥用量降低10%；棋盤(pán)山隧道掘進(jìn)采用光面爆破方式，李志榮[6]以傳統(tǒng)電雷管爆破振動(dòng)為參照，利用電子雷管起爆測(cè)試振動(dòng)曲線（圖2），對(duì)比數(shù)碼雷管爆破振動(dòng)效果如表2 所示，降振效果顯著，這在貴廣鐵路牛王蓋隧道、西秦嶺中山區(qū)的關(guān)子嶺隧道掘進(jìn)中均有體現(xiàn)；馬堰隧道位于煤層高瓦斯地帶，危險(xiǎn)等級(jí)為2 級(jí)，楊譯[7]等人利用數(shù)碼雷管延遲時(shí)間任意性特點(diǎn)，符合施工進(jìn)度及煤礦安全規(guī)定的雷管使用不超過(guò)5段條件，達(dá)到安全爆破要求。同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些高瓦斯隧道如貴州境內(nèi)發(fā)耳隧道、洪福隧道使用數(shù)碼電子雷管爆破完全適用高瓦斯環(huán)境，工程順利進(jìn)行。

另外，水下爆破工程在復(fù)雜條件下對(duì)爆破技術(shù)要求較高，施工難度大，受制于毫秒雷管時(shí)間間隔、起爆精度及爆孔網(wǎng)參數(shù)等因素，爆破效果難以控制[8]，而數(shù)碼電子雷管精準(zhǔn)、安全性高等優(yōu)勢(shì)在水下爆破工程作業(yè)中應(yīng)用廣泛。我國(guó)2006 年在三峽圍堰拆除爆破中初次引入澳瑞凱數(shù)碼電子雷管，取得良好的爆破效果及經(jīng)濟(jì)效益，而后在特種爆破工程中逐步推廣。田小寶[8]等人針對(duì)水下大直徑巖塞貫通關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，確保60m 水壓下爆破系統(tǒng)可靠性及一次性貫通巖塞，優(yōu)化起爆方案，驗(yàn)證數(shù)碼電子雷管起爆延遲時(shí)間精準(zhǔn)及防水性能，爆破試驗(yàn)后降低單響炸藥量，減小爆破振動(dòng)影響，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；賀早亮[9]等人以陸豐核電廠北導(dǎo)流堤不良巖石條件為背景進(jìn)行基槽炸碉工程作業(yè)，優(yōu)化爆破網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，利用高精度的數(shù)碼電子雷管科學(xué)控制延遲時(shí)間，逐孔、逐排起爆效果良好，達(dá)到工程要求。

圖2 數(shù)碼電子雷管爆破振動(dòng)曲線

表1 不同段延遲時(shí)間一覽表

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

結(jié)合露天爆破工程實(shí)際，介紹數(shù)碼電子雷管在使用過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)：（1）降低爆破單耗；（2）降低人工成本；（3）降低雷管及相應(yīng)火工材料成本；（4）降低爆破振動(dòng)影響；（5）改善爆破效果、降低大塊率等，充分體現(xiàn)數(shù)碼電子雷管的實(shí)際應(yīng)用效果。

1.2.1 降低爆破單耗

利用電子雷管延期精度高、延期時(shí)間可以任意設(shè)定的優(yōu)勢(shì)，在安能爆破白銀露天項(xiàng)目進(jìn)行露天臺(tái)階爆破使用數(shù)碼電子雷管解決露天礦爆破高單耗、高大塊率、爆破振動(dòng)大等問(wèn)題，優(yōu)化爆破參數(shù)進(jìn)行爆破試驗(yàn)，結(jié)果表明，利用XF 型數(shù)碼電子雷管起爆增加單孔爆破方量，降低爆破單耗。相較使用塑料導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行爆破施工單耗降低約12.5%。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

此外，重慶渝北的棚戶區(qū)粉質(zhì)砂巖周?chē)嬖诖罅可铰范钙拢こ瘫粕婕帮w石及爆破振動(dòng)問(wèn)題，方承崗[10]結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行4 次導(dǎo)爆管與數(shù)碼電子雷管爆破試驗(yàn)對(duì)比研究，從巖石破碎程度、炸藥消耗量及安全性方面分析，結(jié)果表明利用數(shù)碼電子雷管起爆后巖石破碎均質(zhì)，爆堆高度和炮孔推出距離合理，操作安全，炸藥消耗量從0.32kg/m3降低至0.28kg/m3，為大規(guī)模爆破工程提供理論支持。

1.2.2 降低人工成本

傳統(tǒng)爆破使用的塑料導(dǎo)爆管雷管網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)需敷設(shè)塑料導(dǎo)爆管、地表傳爆雷管，操作復(fù)雜，需投入的爆破專員較多，延長(zhǎng)時(shí)間消耗。而使用電子雷管網(wǎng)絡(luò)連接，僅需要敷設(shè)爆破母線，將電子雷管連接到爆破母線即可，操作簡(jiǎn)單，省時(shí)省力。

根據(jù)雪峰爆破五彩灣項(xiàng)目近年來(lái)爆破施工數(shù)據(jù)分析，使用塑料導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行爆破施工，年人均爆破方量約為69 萬(wàn)方，使用電子雷管進(jìn)行爆破施工，年人均爆破方量約為102 萬(wàn)方，年人均爆破方量較導(dǎo)爆管增幅為47.82%，同等爆破方量，可為公司節(jié)約32%的人工成本。

1.2.3 降低爆破振動(dòng)

露天礦山單次起爆炸藥消耗量較多，爆破振動(dòng)對(duì)周?chē)鷺?gòu)筑物影響大。使用導(dǎo)爆管雷管起爆由于延時(shí)固定難以降低單響炸藥量，而使用數(shù)碼電子雷管延時(shí)精度高、靈活設(shè)定，可逐孔起爆，降低單響藥量，從而減小爆破振動(dòng)影響。在疆納礦業(yè)辦公樓進(jìn)行的爆破振動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，在露天礦山爆破中采用電子雷管比塑料導(dǎo)爆管雷管爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度峰值降低25%，振動(dòng)主頻提升45%。

1.2.4 降低雷管及相應(yīng)火工材料成本

例如使用15 段15 米腳線塑料導(dǎo)爆管雷管，同等腳線長(zhǎng)度下，電子雷管比塑料導(dǎo)爆管雷管單價(jià)高出90%。為保證爆破效果，導(dǎo)爆管雷管通常需單孔雙發(fā)，這與單孔單發(fā)的電子雷管費(fèi)用基本一致。但因電子雷管延期精度高、高準(zhǔn)爆率，延期時(shí)間可以任意設(shè)定的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)，減少炮孔數(shù)量，也減少了電子雷管及爆破母線的使用數(shù)量，整體降低了火工品成本。

安能爆破白銀項(xiàng)目近年來(lái)爆破施工使用的塑料導(dǎo)爆管雷管及塑料導(dǎo)爆管成本約為0.214 元/方，電子雷管及爆破母線成本約為0.210 元/方，相應(yīng)火工品成本降低約2%。同時(shí)，雪峰爆破五彩灣項(xiàng)目爆破施工的數(shù)據(jù)表明，塑料導(dǎo)爆管雷管及塑料導(dǎo)爆管成本約為0.099 元/方，電子雷管及爆破母線成本約為0.096 元/方，使用電子雷管后，相應(yīng)火工品成本降低約3%。

1.2.5 改善爆破效果、降低大塊率

利用數(shù)碼電子雷管靈活設(shè)定起爆時(shí)間的優(yōu)勢(shì)，選擇合理的延期時(shí)間，逐孔起爆有效改善塊，提高鏟運(yùn)機(jī)車(chē)運(yùn)礦效率，減少二次爆破量。某礦業(yè)單位規(guī)定礦徑超過(guò)60cm 的為大塊，在平臺(tái)的設(shè)計(jì)坡底標(biāo)高上的體積超過(guò)2m3為根底。采用數(shù)碼電子雷管起爆后，較塑料導(dǎo)爆管雷管起爆大塊率有效降低1.8%，礦塊均質(zhì)，爆堆松散且無(wú)散落浮石。

表2 不同類別雷管爆破振動(dòng)效果對(duì)比

表3 安能爆破白銀項(xiàng)目爆破施工數(shù)據(jù)

2 發(fā)展趨勢(shì)

科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，爆破器材隨著時(shí)代發(fā)展及社會(huì)需求不斷革新。理論進(jìn)步促使爆破器材從毫秒延時(shí)藥劑、非電導(dǎo)爆管到無(wú)起爆藥雷管的轉(zhuǎn)變。如今，數(shù)碼電子雷管在安全性、實(shí)用性、精準(zhǔn)性等性能上在各類工程爆破中體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。在國(guó)家政策的引導(dǎo)及芯片產(chǎn)業(yè)化不斷發(fā)展，數(shù)碼電子雷管必將成為爆破器材的主流產(chǎn)品，主要體現(xiàn)[11]在：

2.1 非電起爆數(shù)碼雷管

非電數(shù)碼雷管原理：通過(guò)導(dǎo)爆管的能量轉(zhuǎn)化為電能，激發(fā)電子延遲芯片對(duì)芯片輸出端設(shè)計(jì)電壓調(diào)節(jié)電路，為發(fā)火元件提供足夠的起爆能量，最后發(fā)火元件引爆主裝藥。將導(dǎo)爆管使用安全與數(shù)碼電子雷管精準(zhǔn)延遲優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，避免數(shù)碼電子雷管組網(wǎng)、使用過(guò)程的不便，大大降低雷管使用成本。

2.2 無(wú)線自組網(wǎng)數(shù)碼雷管

自組網(wǎng)作為一種無(wú)中心分布控制網(wǎng)絡(luò)，是一種自治的無(wú)線多跳網(wǎng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有固定的基礎(chǔ)設(shè)施，可以在不能利用或不便利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下提供一種通信支撐環(huán)境。同時(shí)，基于無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)出無(wú)線自組網(wǎng)數(shù)碼雷管，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼電子雷管進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程定位，有利于施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)碼電子雷管的管理和使用，增強(qiáng)了使用的安全性。

2.3 可賦碼的數(shù)碼電子雷管

通過(guò)二維碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼電子雷管生產(chǎn)、銷售、使用等全程進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，可準(zhǔn)確有效地管理數(shù)碼電子雷管的使用狀況，增加雷管的使用安全性。同時(shí)也避免了施工方聘用生產(chǎn)商特定專業(yè)技術(shù)人員管理的情況，降低了使用成本。

3 結(jié)論

數(shù)碼電子雷管在各個(gè)爆破工程領(lǐng)域中的應(yīng)用是大勢(shì)所趨，其高穩(wěn)定性、高精準(zhǔn)度、高效率、低成本等優(yōu)勢(shì)必將取代傳統(tǒng)導(dǎo)爆管成為主流起爆產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中可優(yōu)化爆破網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，降低振動(dòng)頻率，取得良好的爆破效果與社會(huì)效益。