電子雷管在內(nèi)河航道水下炸礁中的應用*

張韓濤

(湖南省航務工程有限公司,湖南 長沙 410001)

水下炸礁由于施工環(huán)境復雜,對起爆器材的防水性能有較高的要求,長期以來水下炸礁都使用導爆管雷管進行爆破施工。導爆管雷管的防水性能可以滿足絕大部分水下炸礁的爆破施工要求。2021年11月,工信部根據(jù)《“十四五”民用爆炸物品行業(yè)安全發(fā)展規(guī)劃》,要求2022年6月底前停止生產(chǎn)、8月底前停止銷售除工業(yè)數(shù)碼電子雷管外的其它工業(yè)雷管,并于2022年7月發(fā)布了《關于進一步做好數(shù)碼電子雷管推廣應用工作的通知》,因此,導爆管雷管退出市場不再銷售,各類爆破工程已全面使用數(shù)碼電子雷管。

1 爆破方案

沅水洪江至辰溪航道建設工程土建一標,主要工程內(nèi)容為洪江樞紐下游河道河床形態(tài)調整及船閘下游引航道連接段炸礁工程,主要爆破施工區(qū)域位于沅水河洪江樞紐下游,水下炸礁工程量約13.89萬m3。炸礁區(qū)域位于沅水河中,部分礁石裸露出水面。重點保護對象為爆區(qū)南北兩岸沿線民房,爆區(qū)距民房最近距離約65 m。爆區(qū)距離上游洪江水電站最近距離約343 m,洪江水電站每日正常發(fā)電。南北方向有多條跨河而過的高壓電線及高壓桿塔,爆破環(huán)境較復雜。

本工程爆破作業(yè)為水陸交接或水下環(huán)境,巖質為石灰?guī)r,溶洞較為發(fā)育,炮孔內(nèi)充滿水,并且河床形態(tài)復雜,凹凸不平,部分施工區(qū)水深低于50 cm,不滿足船舶施工條件,因此本工程選用以下爆破方案。

(1) 本項目為水下炸礁工程,位于河道中央,根據(jù)水下炸礁爆區(qū)的周邊環(huán)境和爆區(qū)的巖石結構特點,為盡量加快爆破施工進度,確保破碎的效果和減少爆破振動對岸上保護建筑物的影響,利用鉆機船對爆破區(qū)域采取沿水流方向分斷面施工。采用數(shù)碼電子雷管逐孔起爆技術,對礁石進行松動爆破。

(2) 對于部分裸露出水面的礁石,利用水下鑿巖設備進行施工,對于硬度較高且成片的礁石,則采用人工手風鉆進行水上作業(yè)。由于受到水下鑿巖設備及手風鉆機械性能的影響,水下作業(yè)深度有限,無法將礁石清除到設計標高,待礁石清渣后,仍需鉆機船進行后續(xù)作業(yè)。

2 爆破參數(shù)

內(nèi)河航道水下炸礁工程因其施工環(huán)境復雜,應盡量減少二次爆破。本項目工期較為緊張,設計采取一次爆破至設計的河底標高,不進行分層爆破,同時為了降低爆破欠挖,不留根底,鉆孔超深值一般較陸上巖土爆破更大。根據(jù)現(xiàn)有施工船舶的性能及施工經(jīng)驗,確定爆破參數(shù)如下。

(1) 孔徑。采用100 型潛孔鉆機船,鉆孔直徑為90 mm。

(2) 孔距、排距。參照現(xiàn)有施工船舶的性能及相關工程經(jīng)驗,結合本工程的三角形布孔方式,鉆孔間排距均取2.0 m。

(3) 孔深及裝藥結構。由于本工程河道底部高低不平,具體鉆孔深度根據(jù)現(xiàn)場測量結果確定。采用防水性能較好的乳化炸藥,藥卷直徑為70 mm,長度為0.4 m,重量為1.6 kg。采用不耦合裝藥結構,且炮孔裝藥長度為孔深的2/3～4/5,同時根據(jù)《爆破安全規(guī)程》GB 6722—2014)相關規(guī)定,采用粒徑小于2.0 cm 的碎石或粗砂填塞炮孔,填塞長度不少于0.5 m。

(4) 鉆孔超深?？紤]到二次爆破成孔較困難,在水下開挖不進行分層爆破,在施工中應一次鉆至設計深度。為了保證設計深度內(nèi)巖體均勻破碎,不留根底,鉆孔應有一定的超深,以克服底盤巖石的夾制作用?？紤]到水下鉆孔爆破作業(yè)效率低,其超深值一般較陸域大。本工程鉆孔超深值設定為1.5 m。

(5) 炸藥單耗。根據(jù)內(nèi)河航道炸礁經(jīng)驗及本項目巖石性質,確定炸藥單耗為1.0～1.2 kg/m3。

3 電子雷管起爆網(wǎng)路

本項目采用電子雷管起爆網(wǎng)路。使用并聯(lián)型電子雷管,逐孔起爆。根據(jù)經(jīng)驗,本項目采用的孔間延時為25 ms。每孔裝入一發(fā)數(shù)碼電子雷管,每排4孔,起爆排數(shù)根據(jù)分區(qū)大小確定。爆破網(wǎng)路連接比較簡單,向上打開電子雷管尾線卡,將專用起爆母線分開卡入電子雷管腳線尾線卡內(nèi),向下合上尾線卡即可。

本項目使用集中控制器(起爆器)起爆數(shù)碼電子雷管。起爆網(wǎng)路傳爆順序如圖1所示。起爆器具有延時方案、起爆控制、爆破授權、爆破記錄等功能,設定好延時方案后,還可以對起爆網(wǎng)路進行雷管檢測,查看已連接雷管與延時方案列表中的雷管匹配數(shù)量,確保起爆質量。起爆前需進行授權驗證,通過驗證方可起爆,以確保起爆安全。

圖1 爆破網(wǎng)路

4 數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路安全保護措施

(1) 針對數(shù)碼電子雷管腳線線頭為卡口式,不具備防水性能,在下雨或是有水的環(huán)境中會造成網(wǎng)路電阻偏大,從而導致盲炮的問題,本項目前期使用普通電子雷管,連接起爆網(wǎng)路時利用泡沫浮標,將線卡固定在浮標上進行防水。線卡集中接入母線后,使用塑料膜(袋)包裹卡扣進行防水。雖針對性采取了多環(huán)節(jié)的防水處理措施,但遇到水流過急、風浪較大時,線卡處仍然出現(xiàn)積水,導致出現(xiàn)電阻偏大的情況。水中起爆網(wǎng)路故障排查工序繁瑣,對施工效率有一定影響。施工后期,雷管廠家生產(chǎn)了無孔防水線夾取代原有線夾,雖然防水效果得到改善,但母線連接處仍然無法完全防水,為確保可靠起爆,施工中,起爆母線連接后,在母線與線卡連接處、上下蓋縫隙處擠注硅脂進行防水,取得了較好的防水效果。

(2) 數(shù)碼電子雷管起爆母線抗拉能力有限。數(shù)碼電子雷管的起爆母線直徑只有0.6 mm,抗張拉能力小,本項目施工區(qū)域距離洪江樞紐僅300 m,水流流速較大,起爆母線無法承受河水的沖擊。藥包進行加工時,將條形藥卷對接,并用竹片把藥卷夾好、綁緊,每條藥包長度控制在3 m 內(nèi),安裝1個雷管,最后將雷管腳線與吊炮繩綁扎在一起,有效保護好雷管腳線。雷管腳線引上浮標桶后,將母線卡入接緊,并對接口縫隙處進行防水處理,然后用膠布將起爆母線與Φ7 mm 錦綸尼龍牽引繩綁緊在一起,與1.5 mm2單芯護套線連接,使用1.5 mm2單芯護套線做起爆主線,牽引至起爆點進行起爆。

5 數(shù)碼電子雷管的優(yōu)勢

(1) 數(shù)碼電子雷管可靈活設置不同的延時方案,可針對不同的施工環(huán)境隨時調整延期方案,可在0～16 000 ms的范圍內(nèi)任意設置延時時間,延期段別數(shù)量可達數(shù)百乃至上千個,而且爆破網(wǎng)路設計簡單。水下炸礁考慮清渣及挖泥船的開挖能力,每次爆破的炮孔一般不超過10排,電子雷管設置延期段別完全可以滿足水下炸礁施工的需要。

(2) 數(shù)碼電子雷管延時精度高,延期時間150 ms的延時誤差在1.5 ms以內(nèi),延期時間大于150 ms的延時誤差不大于0.1%。

本次水下炸礁爆破采用電子雷管后,由于延期精度的提高,相對于傳統(tǒng)的導爆管雷管,逐孔起爆的誤差得到了控制,真正意義上實現(xiàn)了逐孔起爆,提高了炸藥的利用率。逐孔起爆很好地控制了巖石移動速度,爆破振動峰值小范圍疊加作用在相鄰炮孔間,破碎率高,炸藥利用率高,爆破的塊度大小均勻,爆堆松散,避免了產(chǎn)生根底,較好地改善了破碎效果。開挖完畢后,采用GPS全球定位系統(tǒng)和回聲測深儀進行檢測,檢測結果表明,爆破效果良好。

(3) 本項目主要對爆破施工區(qū)域兩岸沿線民房、水電站進行爆破振動監(jiān)測。在距爆破區(qū)域65 m處的民房監(jiān)測的數(shù)據(jù)結果表明,爆破振動速度最大值為1.4295 cm/s,對應的頻率為55.56 Hz,滿足爆破安全要求。數(shù)碼電子雷管在一定程度上能降低爆破振動有害效應。

(4) 數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路可檢測,可靠性高。原來的非電導爆管雷管網(wǎng)路基本上只能通過有損檢測的方法進行檢測,然而,這種檢查方式十分依賴于現(xiàn)場施工人員的經(jīng)驗、技術及責任心,主觀性比較強。而且在組網(wǎng)過程中施工人員還會出現(xiàn)漏接、誤接等情況,從而降低起爆網(wǎng)路的可靠性,導致爆破效果受到影響。而使用數(shù)字電子雷管,可以有效地規(guī)避此種情況,首先在數(shù)碼電子雷管使用前,可以使用控制器對數(shù)碼電子雷管進行單發(fā)檢測,檢測其是否合格。同時在完成組網(wǎng)工作后,可通過控制器檢測雷管數(shù)量、雷管工作情況,有效避免因雷管拒爆造成盲炮,排除漏連、誤接問題,確保起爆網(wǎng)路的可靠性。

(5) 斷線起爆,起爆器發(fā)出起爆信號后,即使母線被斷開,到了預定時間,雷管依然能夠正常起爆,可防止因爆破網(wǎng)路被破壞而產(chǎn)生拒爆的現(xiàn)象。

(6) 安全性高。電子雷管安全系數(shù)高,對外部雜散電流有屏蔽作用,可抵御雜散電流、靜電、雷電、感應電和射頻電等外來電干擾,能有效防止因雜散電流入侵而導致的早爆事故,極大地消除了爆破安全隱患。

6 結論

(1) 在河道水下炸礁工程中,采用浮標桶集中連接數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路,采用塑料袋或塑料膜進行包裹防護,采用廠家防水尾線卡后進一步采用加注硅脂加強防水,取得了良好的防水效果,保證了電子雷管的可靠起爆。

(2) 數(shù)碼電子雷管在靈活性、可靠性、精確性、安全性等方面與非電導爆管雷管相比具有明顯的優(yōu)勢,克服了傳統(tǒng)導爆管延期時間精度不足及高段別間延期時間太大的弊端,采用孔間25 ms延時逐孔起爆,明顯改善了爆破效果,避免了大塊和根底的產(chǎn)生。

(3) 采用Φ7 mm 錦綸尼龍繩加強起爆母線抗拉強度,采用Φ0.6 mm 銅芯起爆母線連接1.5 mm2單股銅芯護套線做起爆主線,較好地解決了河道水環(huán)境中起爆母線抗拉強度不足而容易被拉斷的問題。