淺談電子雷管在露天鐵礦臺(tái)階深孔爆破中的應(yīng)用

何運(yùn)華，呂長(zhǎng)帥，李秋石

(本鋼歪頭山鐵礦，遼寧 本溪 117006)

電子雷管，又稱數(shù)碼電子雷管、工業(yè)數(shù)碼電子雷管，是一種采用電子控制模塊對(duì)起爆過(guò)程進(jìn)行控制的電雷管。電子雷管的延期精度可精確到1 ms，不僅延期時(shí)間可在爆破現(xiàn)場(chǎng)由爆破作業(yè)人員對(duì)電子雷管實(shí)施編輯設(shè)定，而且起爆之前可對(duì)電子雷管起爆網(wǎng)路進(jìn)行檢測(cè)，以確保電子雷管起爆網(wǎng)路的安全性。

電子雷管技術(shù)的研究開發(fā)源于20世紀(jì)90年代國(guó)外少數(shù)高科技爆破器材廠商，代表當(dāng)時(shí)最高端的新型雷管產(chǎn)品。隨著電子雷管技術(shù)不斷發(fā)展與完善，其技術(shù)優(yōu)越性在全世界爆破行業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的認(rèn)識(shí)，特別是新型電子雷管生產(chǎn)成本的不斷下降，其生產(chǎn)應(yīng)用已從早期的拆除控制爆破、稀有和貴重礦物開采領(lǐng)域擴(kuò)大到普通礦山和采石場(chǎng)。在我國(guó)，從2009年2月“隆芯一號(hào)”電子雷管及其起爆網(wǎng)路通過(guò)工信部和公安部組織的科技成果鑒定，到2015年4月工信部發(fā)布《工業(yè)數(shù)碼電子雷管》(WJ 9085-2015)〔1〕行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即說(shuō)明電子雷管已開始國(guó)產(chǎn)化、大規(guī)模批量生產(chǎn)，并在民用爆破領(lǐng)域顯現(xiàn)出相比非電導(dǎo)爆管雷管的較多優(yōu)勢(shì)。

1 電子雷管在遼寧某露天鐵礦臺(tái)階深孔爆破中應(yīng)用

1.1 電子雷管起爆網(wǎng)路與高精度非電導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路的成本對(duì)比

根據(jù)遼寧某露天鐵礦2020年6月實(shí)際采購(gòu)電子雷管情況：2 m腳線長(zhǎng)度的電子雷管市場(chǎng)價(jià)15元，在此基礎(chǔ)上雷管腳線每增加1 m增加成本0.5～0.7元。由此以“12 m臺(tái)階高度、15 m孔深、孔網(wǎng)參數(shù)7×7 m、250 mm孔徑”露天臺(tái)階的60孔爆區(qū)為例，對(duì)比電子雷管起爆網(wǎng)路與高精度非電導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路的爆破器材成本(見表1)，發(fā)現(xiàn)其爆破器材使用成本基本相近。

表1 電子雷管起爆網(wǎng)路與高精度非電導(dǎo)爆管雷管

1.2 電子雷管的延期時(shí)間準(zhǔn)確性

根據(jù)《工業(yè)數(shù)碼電子雷管》(WJ9085-2015)〔1〕，電子雷管延期時(shí)間的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是“在-20 ℃、70 ℃以及常溫試驗(yàn)條件下，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150 ms時(shí)，相對(duì)誤差不大于±1%”。雖然國(guó)產(chǎn)電子雷管低于國(guó)際上電子雷管的延期精度1 ms，但它仍遠(yuǎn)高于非電導(dǎo)爆管雷管的延期精度(普通非電導(dǎo)爆管雷管誤差大于10 ms)，高精度非電導(dǎo)爆管雷管的精度約為±2%。又因?yàn)榉请妼?dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路孔內(nèi)、孔外兩組雷管的網(wǎng)路連接特點(diǎn)，為保證其地表網(wǎng)路的安全傳爆，孔內(nèi)必須采用高延期時(shí)間雷管，以孔內(nèi)400 ms延期的非電導(dǎo)爆管雷管為例，可推算其孔內(nèi)延時(shí)精度誤差至少為8 ms。

電子雷管的延期時(shí)間準(zhǔn)確性這一優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在爆破降震方面。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)〔2〕中爆破振動(dòng)的安全允許距離公式R=(K/V)1/α·Q 1/3 ，可知在爆破距離、地形及地質(zhì)等爆區(qū)條件相同時(shí)，某一爆區(qū)的爆破震動(dòng)主要取決于爆區(qū)中最大同段藥量的大小。下面根據(jù)遼寧某露天鐵礦開溝40孔爆區(qū)(見圖1)，對(duì)比使用不同起爆網(wǎng)路時(shí)同段炮孔的數(shù)量。

圖1 使用高精度非電導(dǎo)爆管雷管的40孔開溝爆區(qū)起爆網(wǎng)路圖

通常高精度非電導(dǎo)爆管雷管在起爆網(wǎng)路中將8 ms延時(shí)時(shí)間內(nèi)視為同段，見表2。

表2 40孔開溝爆區(qū)高精度非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路同段炮孔數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

從表2可看到，使用高精度非電導(dǎo)爆管的40孔開溝爆區(qū)同段炮孔最高為4個(gè)。若使用電子雷管按同樣的延期時(shí)間布置起爆網(wǎng)路，再根據(jù)電子雷管延期時(shí)間的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推算“電子雷管延期時(shí)間在150 ms之內(nèi)視1.5 ms之內(nèi)為同段、150～200 ms視2 ms之內(nèi)為同段、201～300 ms視3 ms之內(nèi)為同段、301～400 ms視4 ms之內(nèi)為同段”，進(jìn)而測(cè)算出同段炮孔數(shù)量，得出表3。

表3 40孔開溝爆區(qū)電子雷管起爆網(wǎng)路同段炮孔數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

將表3與表2對(duì)比得知，40孔開溝爆區(qū)在采用同樣的延期時(shí)間布置起爆網(wǎng)路時(shí)，電子雷管可將最大同段起爆孔數(shù)4孔縮減至3孔。同時(shí)，若利用電子雷管起爆延期時(shí)間的可控性，再將表3中同段炮孔的延期時(shí)間按照2～3 ms的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，則可以做到將同段起爆炮孔縮減至僅為1孔。因此，在實(shí)踐中確認(rèn)電子雷管在爆破降震上顯現(xiàn)出相比非電導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

1.3 電子雷管的延期時(shí)間可控性

電子雷管具備起爆延期時(shí)間的可控性，如遼寧某露天鐵礦使用的國(guó)產(chǎn)電子雷管為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置型電子雷管，其延期時(shí)間可在0～16 000 ms范圍內(nèi)任意設(shè)置。我們知道，逐孔起爆技術(shù)原理即“爆區(qū)內(nèi)處于同一排的炮孔按照設(shè)計(jì)好的延期時(shí)間從起爆點(diǎn)依此起爆，同時(shí)爆區(qū)排間炮孔按另一延期時(shí)間依次向后排傳爆，使爆區(qū)內(nèi)相鄰炮孔的起爆時(shí)間錯(cuò)開，從而增強(qiáng)爆破破碎效果”，逐孔起爆技術(shù)的核心在于選擇合理的延期時(shí)間和使用延期時(shí)間精準(zhǔn)的起爆器材。顯然，利用電子雷管延期時(shí)間可控性的特點(diǎn)，即可為爆破設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造更合理、更完美的逐孔起爆爆破設(shè)計(jì)方案的必要條件。

遼寧某露天鐵礦通常使用的高精度非電導(dǎo)爆管雷管為固定段別—孔外延期時(shí)間：9 ms、17 ms、25 ms、42 ms、65 ms、100 ms。在使用電子雷管后，爆破設(shè)計(jì)人員不僅可以根據(jù)不同礦巖性質(zhì)選擇不同于高精度非電導(dǎo)爆管雷管相對(duì)固定的延期時(shí)間搭配方式，而且各炮孔的起爆延期時(shí)間還能按實(shí)際穿鑿的孔網(wǎng)參數(shù)適當(dāng)調(diào)整。下面舉例說(shuō)明：

原設(shè)計(jì)爆區(qū)布孔、起爆時(shí)間、巖石拋擲方向和等時(shí)線如圖2所示。但實(shí)際2號(hào)孔位因特殊原因無(wú)法穿孔，分別向左側(cè)偏移2 m和向右側(cè)偏移3 m穿鑿形成A孔和B孔。為保證巖石拋擲方向與原設(shè)計(jì)一致，根據(jù)國(guó)外地表起爆網(wǎng)路延期時(shí)間的選擇經(jīng)驗(yàn)：孔間最佳延期時(shí)間=3～8 ms/m，排間最佳延期時(shí)間=8～15 ms/m，計(jì)算得出A、B兩孔的合理延期時(shí)間為32 ms和57 ms，這時(shí)若使用非電導(dǎo)爆管雷管則不能實(shí)現(xiàn)A、B兩孔理想的延期時(shí)間，但在使用電子雷管后，爆破設(shè)計(jì)人員可以直接將其延期時(shí)間調(diào)整為理想數(shù)值(見圖3)，以保證起爆延期等時(shí)線均勻，進(jìn)而獲得更好的爆破破碎效果。

圖2 設(shè)計(jì)布孔位置和起爆延期時(shí)間

圖3 實(shí)際布孔位置和起爆延期時(shí)間的調(diào)整

1.4 起爆安全性和可靠性

從遼寧某露天鐵礦臺(tái)階深孔爆破中應(yīng)用電子雷管的情況看，電子雷管起爆安全性、可靠性體現(xiàn)在：(1)在爆破作業(yè)時(shí)，電子雷管的起爆必須通過(guò)專用起爆器檢測(cè)該電子雷管的起爆密碼、UID碼和雷管殼體碼三者全部相符方能實(shí)施爆破；(2)電子雷管必須在民爆網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)GPS定位的備案范圍內(nèi)實(shí)施爆破，不在備案范圍爆破區(qū)域的電子雷管無(wú)法使用；(3)電子雷管的入庫(kù)、出庫(kù)和爆破使用均在民爆網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)留有記錄，且電子雷管要求在出庫(kù)后72小時(shí)內(nèi)必須爆破使用并將起爆信息上傳至網(wǎng)絡(luò)；(4)電子雷管具備起爆網(wǎng)路可檢測(cè)性。電子雷管起爆網(wǎng)路連接完畢后，可用起爆器檢測(cè)起爆網(wǎng)路連接是否正常，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理，能夠完全規(guī)避非電起爆網(wǎng)路的漏連、網(wǎng)路破損中斷造成爆區(qū)拒爆的發(fā)生。

1.5 電子雷管起爆網(wǎng)路存在的問(wèn)題

以上分析電子雷管起爆網(wǎng)路在露天礦臺(tái)階深孔爆破應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，但它也存在一些問(wèn)題。該網(wǎng)路不能用于爆區(qū)地表積水多和雨雪天氣，在地表積水多和雨雪天氣時(shí)，電子雷管極易受水或潮濕空氣侵入母線線卡造成起爆網(wǎng)路短路和漏電故障。電子雷管起爆網(wǎng)路孔內(nèi)短路在含水較多的爆區(qū)偶有發(fā)生。通常露天鐵礦臺(tái)階深孔爆破每個(gè)炮孔采用上、下兩發(fā)雷管引爆炸藥。若炮孔內(nèi)僅短路故障1發(fā)雷管，可

由另1發(fā)雷管引爆此炮孔內(nèi)炸藥；若炮孔內(nèi)兩發(fā)雷管均出現(xiàn)短路故障，可直接判定此炮孔為盲炮。臺(tái)階深孔爆破的盲炮處理工作技術(shù)難度大，且存在一定的安全隱患。

2 電子雷管在露天鐵礦臺(tái)階深孔爆破中應(yīng)用的實(shí)踐

(1)采用起爆器“離線模式”的下載密碼方式，相比“在線模式”減少了電子雷管的逐個(gè)掃碼下載密碼的操作，大大提高了電子雷管起爆網(wǎng)路的爆破施工作業(yè)效率；

(2)電子雷管裝入起爆具時(shí)多纏繞一圈(如圖4、圖5)，能夠避免電子雷管密封塞和腳線連接的抗拉受力薄弱處受力，使其改變?yōu)閷?duì)電子雷管腳線受力，從而提高電子雷管的抗拉強(qiáng)度，保證其使用的安全可靠性。

圖4 電子雷管裝入起爆具的底部示意圖

圖5 電子雷管裝入起爆具的上部示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

從電子雷管在遼寧某露天鐵礦臺(tái)階深孔爆破的實(shí)踐上看，采用電子雷管起爆網(wǎng)路同傳統(tǒng)的非電導(dǎo)爆管雷管網(wǎng)路相比，爆破震動(dòng)明顯降低，爆破后巖體破碎塊度更均勻，起爆網(wǎng)路的安全可靠性和采掘設(shè)備的鏟裝效率均有所提高，因此電子雷管值得在露天礦山推廣應(yīng)用。