數(shù)碼電子雷管在露天深孔爆破中的應(yīng)用試驗(yàn)

王華

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

數(shù)碼電子雷管在露天深孔爆破中的應(yīng)用試驗(yàn)

王華

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

本文介紹了國(guó)產(chǎn)某型號(hào)數(shù)碼電子雷管針對(duì)德興銅礦露天深孔爆破的復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境所做的常規(guī)測(cè)試、安全性試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)，以及工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)情況。通過(guò)爆破振動(dòng)測(cè)試分析和爆破效果分析，說(shuō)明了數(shù)碼電子雷管在露天深孔爆破中控制爆破振動(dòng)、改善爆破效果等方面的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。

數(shù)碼電子雷管;露天礦;深孔爆破;爆破振動(dòng);試驗(yàn)

1 前言

在20世紀(jì)90年代，國(guó)外電子雷管及其起爆系統(tǒng)已趨于成熟并進(jìn)入工程爆破實(shí)用階段［1］，應(yīng)用結(jié)果表明，電子雷管不僅具有精確的延時(shí)和本質(zhì)安全性能，而且在降低爆破振動(dòng)和改善巖石破碎上有明顯效果［2］。2006年在我國(guó)三峽圍堰爆破中Orica公司i－konTM數(shù)碼電子雷管及其起爆系統(tǒng)得到成功應(yīng)用［3］。2009年i－konTM數(shù)碼電子雷管在神華集團(tuán)黑岱溝露天煤礦拋擲爆破技術(shù)中使用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和安全效益［4］。

2001年，國(guó)內(nèi)第一代電子雷管通過(guò)技術(shù)鑒定和設(shè)計(jì)定型。2007年元月，北京北方邦杰科技發(fā)展有限公司“隆芯1號(hào)”數(shù)碼雷管通過(guò)國(guó)防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目驗(yàn)收，作為第二代電子雷管，其主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平［1］。

德興銅礦是中國(guó)最大的露天銅礦，年爆破礦巖總量達(dá)1.3億t，是一個(gè)特大細(xì)脈浸染型斑巖銅礦。隨著開(kāi)采深度的增加，露天采區(qū)最高出露邊坡已超400m，下部難爆礦巖的面積增大，對(duì)爆破振動(dòng)控制和難爆區(qū)爆破質(zhì)量也有更新要求。自2003年引進(jìn)Orica公司EXELTM高精度導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)，德興銅礦的爆破技術(shù)取得巨大進(jìn)步［5］。近年來(lái)，由于導(dǎo)爆管雷管有其固定延時(shí)，爆破技術(shù)人員優(yōu)化爆破參數(shù)的空間已很有限。為熟悉和檢驗(yàn)國(guó)產(chǎn)數(shù)碼電子雷管產(chǎn)品在深孔爆破中的實(shí)用性能，促進(jìn)礦山爆破技術(shù)的提升，2009年底國(guó)產(chǎn)“隆芯1號(hào)”數(shù)碼電子雷管在德興銅礦進(jìn)行了深孔爆破應(yīng)用試驗(yàn)。

試驗(yàn)過(guò)程中使用的設(shè)備主要有:專用數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)，包括EBC－908型銥缽起爆器、EBR－908型銥缽檢測(cè)表、EBtronicPLUS爆破設(shè)計(jì)軟件等;爆破振動(dòng)測(cè)試儀器采用6臺(tái)成都中科測(cè)控TC－4850測(cè)振儀、3臺(tái)四川托普測(cè)振儀。

2 地表試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

德興銅礦露天采區(qū)深孔爆破炮孔一般深17.5m，雨季大部分孔內(nèi)有酸性水;用現(xiàn)場(chǎng)混裝車裝乳化炸藥，入孔炸藥初始溫度達(dá)65℃，爆區(qū)周邊有鉆機(jī)交流6kV高壓電纜?？紤]到數(shù)碼電子雷管在深孔爆破實(shí)際使用條件下的復(fù)雜周邊環(huán)境，在制定地表試驗(yàn)方案時(shí)，除對(duì)數(shù)碼電子雷管進(jìn)行常規(guī)秒量測(cè)試、起爆可靠性試驗(yàn)外，還模擬雷管使用環(huán)境，安排特別的安全性試驗(yàn)和環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。

2.2 常規(guī)測(cè)試和試驗(yàn)

由于雷管在出廠時(shí)已經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量測(cè)試和相關(guān)試驗(yàn)，這里常規(guī)測(cè)試中主要對(duì)數(shù)碼電子雷管延期時(shí)間的精確性進(jìn)行抽樣測(cè)試，并進(jìn)行雷管組網(wǎng)起爆可靠性和引爆起爆彈試驗(yàn)。

2.2.1 秒量測(cè)試

從庫(kù)內(nèi)取規(guī)定數(shù)量的試驗(yàn)樣品，用數(shù)碼電子雷管專用測(cè)時(shí)發(fā)火設(shè)備對(duì)樣品進(jìn)行發(fā)火測(cè)時(shí)。測(cè)時(shí)結(jié)果應(yīng)滿足指標(biāo)要求。

對(duì)進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的部分樣品，同樣做秒量測(cè)試，分析使用環(huán)境對(duì)數(shù)碼電子雷管延時(shí)精度可能產(chǎn)生的影響。

部分秒量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

2.2.2 起爆可靠性試驗(yàn)

取一定數(shù)量的試驗(yàn)樣品，用專用的數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)做并聯(lián)發(fā)火試驗(yàn)，應(yīng)按照設(shè)定的延時(shí)序列可靠發(fā)火。

對(duì)進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的樣品，同樣做起爆可靠性試驗(yàn)，分析使用環(huán)境對(duì)數(shù)碼電子雷管起爆可靠性可能產(chǎn)生的影響。

起爆可靠性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 數(shù)碼電子雷管起爆可靠性試驗(yàn)表

2.3 安全性試驗(yàn)

數(shù)碼電子雷管用電發(fā)火，而露天采區(qū)電鏟鉆機(jī)等采礦設(shè)備都用高壓供電，為確認(rèn)工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)的安全，在檢測(cè)數(shù)碼電子雷管安全性能時(shí)重點(diǎn)做3個(gè)電加載試驗(yàn)項(xiàng)目。

2.3.1 交流電壓加載試驗(yàn)

調(diào)節(jié)交流調(diào)壓器輸出電壓，加載到雷管兩腳線間，并保持5s。記錄電壓值，觀察樣品是否發(fā)火，不發(fā)火時(shí)，檢測(cè)樣品電性能。交流電壓加載試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 交流電壓加載試驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 直流電壓加載試驗(yàn)

在雷管兩腳線間加載高于50V的直流電壓，保持5s。記錄電壓值，觀察樣品是否發(fā)火，不發(fā)火時(shí)，檢測(cè)樣品電性能。直流電壓加載試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 直流電壓加載試驗(yàn)表

2.3.3 普通電雷管起爆器激發(fā)試驗(yàn)

將雷管兩腳線分別連接到電雷管起爆器的接線端子上，電雷管起爆器充電，記錄充電電壓，并激發(fā)，觀察樣品是否發(fā)火，不發(fā)火時(shí)，檢測(cè)樣品電性能。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 普通電雷管起爆器激發(fā)試驗(yàn)

2.4 環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)

環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)是模擬在露天深孔爆破應(yīng)用中所處的復(fù)雜外部環(huán)境，如壓力酸性水、油相、炸藥及其高溫水相等，對(duì)數(shù)碼電子雷管在應(yīng)用環(huán)境中可能發(fā)生的性能改變進(jìn)行較為嚴(yán)格的檢驗(yàn)。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

(1)浸水試驗(yàn)

在采區(qū)選擇水深10m以上的炮孔，將樣品放入炮孔，浸水72h后取出，檢測(cè)樣品性能。

(2)浸炸藥試驗(yàn)

在采區(qū)選擇合適的炮孔，模擬現(xiàn)場(chǎng)使用，將樣品放入炮孔，用炸藥車裝入乳化炸藥，放置72h后取出，檢測(cè)樣品性能。

圖1 環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)流程圖

(3)浸油試驗(yàn)

將樣品浸入－35號(hào)柴油，室溫并保持72h后取出，檢測(cè)樣品性能。

(4)浸高溫硝酸銨飽和溶液試驗(yàn)

將樣品浸入80℃的硝酸銨飽和溶液中，放置72h后取出，檢測(cè)樣品性能。

環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果反映在延期秒量精確度和起爆可靠性上，見(jiàn)表1和表2。

2.5 地表試驗(yàn)結(jié)果分析

從表1至表2的試驗(yàn)結(jié)果，可以看到數(shù)碼電子雷管在延時(shí)精確度和安全性上的優(yōu)越性能，0～100 ms范圍，延時(shí)偏差最大0.23ms，最小0.01ms;在101～16，000 ms范圍，延時(shí)偏差最大5.80ms，百分比為0.58%。能在標(biāo)稱交直流電壓內(nèi)保持完好，即使遠(yuǎn)超電壓范圍，也不會(huì)引爆。在經(jīng)過(guò)耐油、耐水及模擬炮孔浸藥72h的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)后，數(shù)碼電子雷管延時(shí)精確度沒(méi)有變化。組網(wǎng)起爆可靠，如存在問(wèn)題，因數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)有雙向通訊功能，在檢測(cè)時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

在進(jìn)行浸高溫硝酸銨飽和溶液試驗(yàn)時(shí)20發(fā)中，出現(xiàn)1發(fā)滲水，在可靠性試驗(yàn)時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，分析認(rèn)為硝銨溶液滲入雷管造成內(nèi)部短路，雷管的密封塞高溫防水性能仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

地表試驗(yàn)結(jié)果表明，這批數(shù)碼電子雷管已滿足露天深孔爆破工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)基本要求。

3 工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)

3.1 爆區(qū)概況及爆破參數(shù)

露天深孔爆破臺(tái)階高度15m，炮孔直徑250mm，按三角形布置鉆豎直孔，設(shè)計(jì)孔深17.5m，每孔分上下兩處各放置一發(fā)起爆彈，用現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥車裝乳化炸藥，人工充填，充填料為鉆孔碎屑。在銅廠采區(qū)和富家塢采區(qū)共進(jìn)行了四次數(shù)碼電子雷管的應(yīng)用試驗(yàn)，具體爆破參數(shù)見(jiàn)表6。

表6 數(shù)碼電子雷管工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)爆破參數(shù)

3.2 數(shù)碼電子雷管現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程

對(duì)數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)在應(yīng)用試驗(yàn)中的使用步驟按順序歸納為四步:

(1)雷管注冊(cè)和延時(shí)的設(shè)計(jì)。

雷管運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后先使用依缽表進(jìn)行注冊(cè)，把雷管的編碼讀入并存儲(chǔ)在依缽表內(nèi)，根據(jù)炮孔布置圖給定編號(hào)，并給雷管貼上相應(yīng)編號(hào)的標(biāo)簽。

(2)雷管發(fā)放和加工。

雷管由負(fù)責(zé)該面炮爆破設(shè)計(jì)的技術(shù)人員發(fā)放，按雷管標(biāo)簽編號(hào)和炮孔布置圖的孔編號(hào)對(duì)應(yīng)發(fā)放;在雷管和起爆彈的加工時(shí)，需要將雷管腳線穿過(guò)起爆彈空孔后再打個(gè)結(jié)，確保起爆彈放入孔內(nèi)時(shí)雷管與起爆彈不會(huì)損壞和脫落。

(3)炮孔裝藥和充填后雷管的檢測(cè)。

為分析裝藥或充填對(duì)雷管及其腳線可能造成的損壞，試驗(yàn)時(shí)在裝藥和充填后分別檢測(cè)一次，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)分析處理。

(4)網(wǎng)絡(luò)連接、檢測(cè)和起爆。

裝藥充填完成后，根據(jù)爆破設(shè)計(jì)圖放主干線，雷管的腳線通過(guò)專門的線卡連接到主干線。依缽表通過(guò)主干線讀取每發(fā)雷管，檢測(cè)每發(fā)雷管是否都完好，有問(wèn)題雷管編號(hào)會(huì)在依缽表上反映，可以直接找到問(wèn)題雷管。主線延伸到避炮點(diǎn)，銥缽起爆器通過(guò)依缽表對(duì)網(wǎng)絡(luò)再次進(jìn)行檢測(cè)，將編程輸入的延期時(shí)間發(fā)送到每發(fā)雷管。在起爆前，銥缽起爆器通過(guò)控制銥缽表，對(duì)通過(guò)檢查的雷管解除保險(xiǎn)，并確認(rèn)可以爆炸點(diǎn)火。

3.3 爆破效果分析

與高精度導(dǎo)爆管雷管起爆系統(tǒng)的爆堆相比，數(shù)碼電子雷管應(yīng)用試驗(yàn)的爆堆破碎均勻，松散性好，難爆區(qū)表面大塊明顯減少，電鏟挖掘效率也得到提高。試驗(yàn)爆破效果見(jiàn)表7。

表7 數(shù)碼電子雷管應(yīng)用試驗(yàn)效果

3.4 爆破測(cè)試情況及其分析

數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)在工程爆破中不僅能改善爆破效果，其突出優(yōu)勢(shì)還在于能有效控制爆破振動(dòng)。在工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)中布設(shè)爆破振動(dòng)測(cè)試儀器。

測(cè)振點(diǎn)布置在與爆區(qū)側(cè)方同一水平上，沿一條直線布置1#～6#測(cè)振點(diǎn)，采用三通道并行采集數(shù)據(jù)，采樣頻率為1～50kHz，測(cè)量爆區(qū)側(cè)方爆破振動(dòng)強(qiáng)度及其規(guī)律。為取得單孔爆破振動(dòng)圖譜作比較，在做爆破微差設(shè)計(jì)時(shí)特將最后一個(gè)炮孔增加延時(shí)300ms。

3.4.1 爆破振動(dòng)圖譜比較分析

第一次爆破試驗(yàn)中，1#測(cè)振點(diǎn)(距離爆區(qū)中心88m)垂向振動(dòng)圖譜見(jiàn)圖2;第二次爆破試驗(yàn)中，1#測(cè)振點(diǎn)(距離爆區(qū)中心70m)垂向振動(dòng)圖譜見(jiàn)圖3。

圖2表明，第一次爆破試驗(yàn)中采用孔間延時(shí)20ms，排間延時(shí)70ms，最短起爆間隔時(shí)間為10ms，有效降低了爆破振動(dòng);第二次爆破試驗(yàn)中采用與導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)相同的延期時(shí)間，該面炮中有三個(gè)時(shí)點(diǎn)有2～3個(gè)孔起爆間隔只3～5ms，在圖3中反映出振動(dòng)的加強(qiáng)。

經(jīng)過(guò)比較得出，利用數(shù)碼電子雷管精確延時(shí)，合理的方案設(shè)計(jì)，可以把爆破振動(dòng)降低到單個(gè)炮孔振動(dòng)水平之下。

圖4是第二次爆破試驗(yàn)當(dāng)天，相鄰臺(tái)階采用高精度導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)的TC80－06－35爆破時(shí)1#測(cè)振點(diǎn)的垂向振動(dòng)圖譜。與數(shù)碼電子雷管起爆的振動(dòng)圖譜有明顯不同，導(dǎo)爆管雷管起爆造成的振動(dòng)幅度穩(wěn)定在較大幅度上。

圖4 TC80－06－35導(dǎo)爆管系統(tǒng)爆破1#測(cè)振點(diǎn)垂向振動(dòng)圖譜

通過(guò)傅里葉變換，對(duì)圖3和圖4振動(dòng)圖譜進(jìn)行頻譜分析，圖3中的振動(dòng)主頻為37.38Hz，圖4中的振動(dòng)主頻為21.11Hz?？梢?jiàn)使用數(shù)碼電子雷管系統(tǒng)可以提高爆破振動(dòng)主頻，有效地避免建筑物共振，保障建筑物安全。

3.4.2 爆破振動(dòng)速度比較分析

第二面爆破試驗(yàn)中，4#～6#測(cè)振點(diǎn)的振速見(jiàn)表8。作為比較，在同一區(qū)域，選擇爆破參數(shù)相同，總計(jì)40孔的TC95－12－40次炮，采用高精度導(dǎo)爆管雷管起爆系統(tǒng)，爆破振動(dòng)測(cè)試結(jié)果同列于表8。比較可見(jiàn)，在距爆心477m左右，數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)的爆破振速比高精度導(dǎo)爆管雷管起爆系統(tǒng)的爆破振速低0.18cms－1，降低了30%。

表8 爆破振動(dòng)速度測(cè)試結(jié)果比較

3.5 工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)情況小結(jié)

在露天深孔爆破應(yīng)用試驗(yàn)中，數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)表現(xiàn)出化學(xué)延期雷管起爆系統(tǒng)所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì):

(1)采用專用起爆設(shè)備，有雙向通訊功能，智能密碼起爆，具有本質(zhì)安全性。

(2)可以根據(jù)地質(zhì)條件，進(jìn)行微差間隔時(shí)間的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)兩點(diǎn)同時(shí)起爆，提高炸藥能效，進(jìn)一步改善難爆區(qū)爆破效果。

(3)通過(guò)科學(xué)設(shè)置微差間隔時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)干擾降震，減少對(duì)采區(qū)高陡邊坡和臨近建筑物的影響。

(4)爆破振動(dòng)主頻普遍提高10Hz以上，有利于保障爆區(qū)臨近建筑物的安全。

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)施工過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)雷管加工時(shí)掉入孔內(nèi)，在裝藥或充填過(guò)程中雷管失效，存在比導(dǎo)爆管雷管起爆系統(tǒng)操作復(fù)雜等一些問(wèn)題，也反映了產(chǎn)品還有需要不斷改進(jìn)和完善之處。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)數(shù)碼電子雷管在德興銅礦露天采區(qū)深孔爆破中的應(yīng)用試驗(yàn)，驗(yàn)證了數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)具有延時(shí)高精度、時(shí)間設(shè)定靈活、網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)智能、安全性能可靠等特點(diǎn)，能提高炸藥能效、有效改善礦巖破碎、顯著降低爆破振動(dòng)，也為促進(jìn)國(guó)產(chǎn)數(shù)碼電子雷管產(chǎn)品的成熟及其在露天礦山的推廣應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

數(shù)碼電子雷管因其近乎理想的延時(shí)精度，給了爆破工程技術(shù)人員在爆破設(shè)計(jì)優(yōu)化上無(wú)限的想象空間。也相信國(guó)產(chǎn)數(shù)碼電子雷管在工程應(yīng)用中不斷成熟和推廣，必將對(duì)爆破產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，推動(dòng)國(guó)內(nèi)工程爆破理論和技術(shù)的飛躍［6］。

［1］國(guó)內(nèi)電子(數(shù)碼)雷管發(fā)展概況.http://wenku.baidu.com/ view/cfe0910b79563c1ec5da7159.html.

［2］王鵬.可編程電子延期雷管研究［D］.2007.3

［3］趙根，吳新霞等.數(shù)碼雷管起爆系統(tǒng)在三峽三期碾壓混凝土圍堰拆除爆破中的應(yīng)用［J］.工程爆破，2007，13(4):72－75.

［4］宋日，馮寧.I－kon數(shù)碼雷管在露天煤礦拋擲爆破技術(shù)中的應(yīng)用［J］.爆破器材，2009，38(4):28－29.

［5］吳朝陽(yáng).導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)在德興銅礦露天爆破中的應(yīng)用［J］.銅業(yè)工程，2007，(3):4－7.

［6］張樂(lè)，顏景龍等.隆芯1號(hào)數(shù)碼電子雷管在露天采礦中的應(yīng)用［J］.工程爆破，2010，16(4):73－76.

Application and Tests of Digital Electronic Detonator in Open Pit Long－h(huán)ole Blasting

WANG Hua

(JCC Dexing Copper Mine，Dexing，Jiangxi，China 334224)

Aiming at the complex field environment of open－pit long－h(huán)ole blasting in Dexing Copper Mine，regular tests，safety tests，field adaptability tests and industrial application tests of a domestic model digital electronic detonator are presented.The superiority and prospect of digital electronic detonator in decreasing blasting vibration and upgrading blasting effects are demonstrated by analyzing the test data.

digital electronic detonator;open pit;long－h(huán)ole blasting;blasting vibration;test

TD854+.2

B

1009－3842(2011)04－0022－06

2011－04－26

王華(1973－)，男，漢族，江西會(huì)昌人，工程碩士，采礦工程師，主要從事采礦技術(shù)管理工作，E－mail:wanghwua@126.com