探槽爆破施工中電爆網(wǎng)路外來電流預(yù)防技術(shù)

孫宗席

(武警警種學(xué)院，北京 102202)

0 引言

武警某部官兵承擔(dān)著國家區(qū)調(diào)礦調(diào)和多金屬勘查任務(wù)，點多線長面廣，施工區(qū)遍布全國各地，不管是在寒冷的東北還是多雨的南方或是干旱的西部，人工挖掘探槽都相當(dāng)困難，效率低下，所以，挖掘探槽主要依靠爆破施工來提高效率。但由于電爆網(wǎng)路中外來電流來源復(fù)雜，預(yù)防困難，經(jīng)常導(dǎo)致早爆事故的發(fā)生，不單使工期延誤，造成經(jīng)濟損失，甚至還發(fā)生多起亡人事故。究其原因主要是外來電流入侵電爆網(wǎng)路造成的，這一技術(shù)難題已困擾了部隊多年，一直沒能得到很好的解決，對官兵生命安全威脅很大。因此，解決好“探槽爆破施工電爆網(wǎng)路中外來電流的入侵問題”，是當(dāng)前之急需、官兵之期盼，對確保部隊安全順利施工和官兵生命安全具有十分重要的意義，同時也可為其它類似工程施工提供借鑒。

1 外來電流的成因

凡一切與專用起爆電流無關(guān)而流入電雷管或電爆網(wǎng)路中的電流都稱之為外來電流。因施工區(qū)極其分散，施工環(huán)境復(fù)雜，外來電流產(chǎn)生的原因也是多種多樣。在爆破作業(yè)中，因電爆網(wǎng)路被雷擊或由此網(wǎng)路中產(chǎn)生感應(yīng)電流；因動力電源漏電與大地連通或工業(yè)區(qū)散布于大地表面的各種雜散電流；物體之間摩擦產(chǎn)生的靜電或作業(yè)人員穿著化纖衣物之間摩擦產(chǎn)生的靜電放電；無線電工業(yè)區(qū)各種頻率的強大射頻電場發(fā)生變化使電爆網(wǎng)路產(chǎn)生感應(yīng)電流等等，均能產(chǎn)生外來電流。若探槽爆破施工區(qū)的電爆網(wǎng)路流入外來電流，且外來電流的強度超出電雷管起爆的安全電流就會引起早爆事故的發(fā)生。

2 外來電流的類型及特點解析

據(jù)調(diào)查分析，近十多年來在部隊探槽爆破施工包括外包工程，因外來電流引起的早爆事故近20起，已造成多人傷亡事故。筆者認(rèn)為，探槽爆破施工中電爆網(wǎng)路可能遇到的外來電流類型主要可分為：雷電、雜散電流、靜電和射頻電4種類型。

2.1 雷電

雷電是野外施工中遇到的最常見現(xiàn)象。雷電的形成起源于帶有大量電荷的“雷雨云”，當(dāng)電荷積累到一定程度時就會產(chǎn)生放電現(xiàn)象。雷雨放電時間短促，能量高度集中，放電電流可達幾萬到幾十萬安培，溫度高達2×104℃。如果雷電直接擊中電爆網(wǎng)路，因電雷管腳線絕緣能力低，易被高壓電擊穿，在被擊穿瞬間，網(wǎng)路與大地之間有電流流過，從而引爆網(wǎng)路中的全部炮孔或部分炮孔。即使遠(yuǎn)離雷擊點的爆區(qū)，因閃電產(chǎn)生的強大電流引起的電場強度突變，也可能通過電磁感應(yīng)引爆起爆網(wǎng)路。

2.2 雜散電流

凡散布于大地中各種雜亂無章的電流統(tǒng)稱為雜散電流。當(dāng)爆區(qū)或爆區(qū)附近有電源(如：發(fā)電機、電池、變壓器)輸出電流時，電流經(jīng)動力線路輸入到各種用電設(shè)備以后，總會通過各種通道返回電源。電流通道主要有：(1)大地本身；(2)與大地絕緣的專用導(dǎo)體，如電線、電纜等；(3)與大地不絕緣的導(dǎo)體，如礦區(qū)鐵軌、裸線等。如果用電設(shè)備和電源之間的回路被切斷，那么電流就要用大地作為回路，從而產(chǎn)生強度很大的雜散電流。采用架線式電機車運輸?shù)牡貐^(qū)普遍存在雜散電流，因為架線式電機車均使用軌道作為回路，鐵軌與大地接觸，其中就有一部分電流流入大地而形成雜散電流。當(dāng)設(shè)備和導(dǎo)線的絕緣性遭受破壞產(chǎn)生漏電，也可產(chǎn)生雜散電流。另外，在裝藥過程中，散落在地面上的硝銨類炸藥遇有水時可離解成帶正電的銨離子和帶負(fù)電的硝酸根離子，在大地自然電流的作用下形成化學(xué)電源，其電位差可達幾十毫安。如果爆破施工時雷管的腳線或電爆網(wǎng)路中流入雜散電流，就容易造成早爆事故的發(fā)生。

2.3 靜電

靜電是由物體之間相互摩擦和接觸過程中產(chǎn)生的。得到電子的物體帶負(fù)電，失去電子的物體帶正電。當(dāng)靜電荷積累到一定程度時，就可能產(chǎn)生靜電放電。當(dāng)放電電流超過電爆網(wǎng)路的安全電流時，就可能引起電雷管早爆造成事故。在探槽爆破作業(yè)中，最常見的靜電早爆事故主要是作業(yè)人員穿著化纖或其它絕緣的工作服相互摩擦所產(chǎn)生的靜電和壓氣裝藥系統(tǒng)所產(chǎn)生的靜電引起。研究表明：在相對溫度為50%，穿有羊毛內(nèi)衣和尼龍內(nèi)衣且摩擦面積為1 m2，人體電容為200 μF條件下，可產(chǎn)生高達2000多伏的靜電，人體帶電量可達0.1 mJ，而衣服之間的摩擦可達13 mJ，所以化纖衣物之間摩擦產(chǎn)生的靜電引爆電雷管的危險性比較大。壓氣裝藥在輸藥過程中，積累起來的靜電電壓最高可達3萬V，有的甚至可達5萬V。以上兩種情況積累的靜電荷主要集中在3處：(1)操作者身上；(2)裝藥器及附屬設(shè)備上；(3)炮孔內(nèi)及電雷管腳線上。若這3個部位與大地絕緣，當(dāng)靜電荷積累到一定程度時就會突然產(chǎn)生放電，引起電雷管和炸藥粉塵爆炸。

2.4 射頻電

射頻電通常是指一種高頻交流變化的電磁波簡稱。如電視臺、無線電廣播電臺、雷達站等都發(fā)射強大的射頻電磁場?？罩袀鞑サ臒o線電波會被接收天線接收。沒有任何屏蔽的電雷管和電爆網(wǎng)路，不管它們是開路還是短路，也不管它們是否連接到電路中，如果處在強大射頻電的電磁場內(nèi)，都起著接收天線的作用，都能接收到射頻電能。如果這種電能產(chǎn)生的電流強度超過了電雷管的安全電流，就可能引起電雷管早爆。電爆網(wǎng)路距離射頻發(fā)射源越近，發(fā)射機功率越大，電爆網(wǎng)路早爆的危險性越大。

3 電爆網(wǎng)路中外來電流的預(yù)防技術(shù)

為給部隊官兵及合作施工單位提供一個安全的技術(shù)保障，盡快解決電爆網(wǎng)路中因外來電流入侵引起電雷管早爆的問題，課題小組分別在黑龍江大興安嶺、青海三江源、甘肅文縣、西藏日喀則及新疆南疆昆侖山等地區(qū)不同環(huán)境條件下，進行了大量電爆網(wǎng)路安全起爆試驗200余次，對不同環(huán)境條件下的外來電流的預(yù)防技術(shù)進行了全面分析研究，并在實踐中反復(fù)應(yīng)用，取得了非常好的效果。

3.1 雷電引起電雷管早爆的預(yù)防

通過調(diào)查分析，我們發(fā)現(xiàn)雷電引起的早爆事故中均有雷擊出現(xiàn)。為確保作業(yè)安全，可在爆破作業(yè)區(qū)安裝雷爆監(jiān)測儀，尤其是在雷雨高發(fā)季節(jié)和地區(qū)，更要高度重視此項工作，以此監(jiān)測雷電的距離。在雷電來臨時，報警器會發(fā)出警報。當(dāng)雷電距離爆區(qū)40 km時，要做好隨時撤離的準(zhǔn)備；當(dāng)雷電距離爆區(qū)15 km時，應(yīng)當(dāng)將爆材留在爆區(qū)，撤離所有工作人員至安全區(qū)，待雷電遠(yuǎn)離爆區(qū)后再返回爆區(qū)工作。如在連線時突遇雷雨天氣，應(yīng)立即停止作業(yè)，迅速將電爆網(wǎng)路的母線與連接線或區(qū)域線斷開，嚴(yán)防網(wǎng)路形成閉合回路，隨后人員迅速撤離至安全地點。在做好上面工作的同時，還應(yīng)采取以下措施預(yù)防電雷管早爆事故的發(fā)生：(1)及時收聽或查閱當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報信息，結(jié)合觀察天氣氣象變化，避免在雷雨天氣施工作業(yè)；(2)在爆區(qū)內(nèi)設(shè)立避雷針系統(tǒng)，以便在雷電來臨時將雷電引到安全距離之外；(3)在雷電來臨之前，暫時切斷一切通往爆區(qū)的導(dǎo)體，如：電線、金屬管道等；(4)應(yīng)盡量縮短爆破作業(yè)時間，爭取在雷電來臨之前起爆。通過以上各項措施及先進設(shè)備在實踐中的應(yīng)用，取得了非常好的應(yīng)用效果，沒有出現(xiàn)雷電早爆事故。

3.2 雜散電流引起電雷管早爆的預(yù)防

通過研究和大量實驗，我們發(fā)現(xiàn)在均質(zhì)的同類巖層中存在的雜散電流，其強度很弱，不具備引爆電雷管的能力。這是因為巖層的電阻率較高，彼此靠近的兩點間電位差較小，但是當(dāng)電爆網(wǎng)路的導(dǎo)線或電雷管腳線與導(dǎo)電地層、鐵軌、金屬管道或其它導(dǎo)體接觸時，就有可能出現(xiàn)危險性很大的雜散電流。為防止電雷管早爆，在探槽爆破施工中，應(yīng)采取積極措施進行預(yù)防。主要措施有：(1)檢測爆區(qū)雜散電流。敷設(shè)電爆網(wǎng)路之前，可采用B-1型、ZS-1型或701型等雜散電流測定儀檢測爆區(qū)內(nèi)雜散電流的大小。若其值超過30 mA，則必須采用抗雜散電流的電雷管而不能采用普通電雷管。國產(chǎn)無橋絲抗雜毫秒電雷管和低電阻大電流的電雷管，其安全電壓和安全電流可達到5.0 V和2.8 A，可完全滿足探槽爆破施工需要。(2)盡量減少雜散電流的來源?？刹捎脽o軌運輸方式，如蓄電池機車、電纜機車、內(nèi)燃機無軌運輸；進行大規(guī)模爆破時，可采用局部停電或全部停電的方式，減少漏電及雜散電流的產(chǎn)生；裝藥爆破時，防止硝銨類炸藥散落在潮濕的地面上，以免產(chǎn)生化學(xué)電源。(3)采用防雜散電流的電爆網(wǎng)路?？稍陔姳W(wǎng)路與電源主線的連接處加裝一個降壓元件，如氖燈、電容、二極管、互感器、繼電器和非線性電阻等，均可達到抗雜散電流的目的。這些元件的特點是：低壓時可阻止直流或交流電流流入電爆網(wǎng)路，在高壓時可瞬間將強大的電流輸入電爆網(wǎng)路，達到起爆的目的。通過以上措施的應(yīng)用，在探槽爆破施工中，再無一例因雜散電流引起的早爆事故發(fā)生。

3.3 靜電引起電雷管早爆的預(yù)防

通過對靜電產(chǎn)生的原因進行分析，在探槽爆破作業(yè)中，靜電引起的早爆事故主要是施工人員穿的化纖衣物或其它絕緣的工作服相互摩擦所產(chǎn)生的靜電和壓氣裝藥系統(tǒng)所產(chǎn)生的靜電引起的。針對以上原因，可采取以下措施對靜電進行預(yù)防：(1)爆破現(xiàn)場作業(yè)人員嚴(yán)禁穿著化纖、毛與化纖混紡的衣物，特別是不能將毛衣與化纖衣物重疊穿著；(2)采用半導(dǎo)體輸藥軟管，作為向大地排泄靜電荷的通路；(3)采用金屬裝藥器和金屬附屬設(shè)備，確保裝藥系統(tǒng)與大地之間的連通性；(4)為將炮孔中積累在炸藥顆粒上的靜電荷通過炮孔壁排泄到大地中去，炮孔中嚴(yán)禁采用非電炮孔套管；(5)采用抗靜電電雷管。其特點是電雷管的塞栓采用導(dǎo)電體制作，使塞栓和腳線之間成為導(dǎo)體，形成靜電及各種雜散電流沖擊時的泄放通道，可以有效地防止靜電引起電雷管早爆的現(xiàn)象。

通過以上措施有針對性地對靜電進行預(yù)防，在爆破施工中效果非常顯著，基層官兵和承包單位非常滿意，事故率為零。

3.4 射頻電引起電雷管早爆的預(yù)防

在探槽爆破施工中，采用電爆網(wǎng)路時，為確保不因射頻電發(fā)生早爆事故，對射頻電的預(yù)防可采取以下4個方面措施：(1)確定合理的安全距離。如果爆區(qū)附近有無線電發(fā)射臺或發(fā)射機時，必須調(diào)查清楚發(fā)射機的類型、功率大小及離爆區(qū)的距離。若兩者的距離小于最小安全距離，則應(yīng)放棄電起爆而改用非電起爆系統(tǒng)。通過現(xiàn)場反復(fù)試驗，最終確定了電力起爆網(wǎng)路的爆區(qū)與電視臺或廣播電臺等發(fā)射機發(fā)射的強大射頻電磁場的允許安全距離(見表1～3)。從以上可以看出安全距離不但與發(fā)射機的功率有關(guān)，也與發(fā)射頻率有關(guān)。(2)如在爆區(qū)運輸電雷管或采用配有無線電發(fā)射機的交通運輸工具時，應(yīng)該注意2點：一是電雷管應(yīng)當(dāng)裝在密閉的金屬箱內(nèi)，金屬箱應(yīng)符合當(dāng)?shù)剡\輸電雷管的有關(guān)規(guī)定；二是開啟金屬箱取出或放入電雷管時應(yīng)關(guān)閉發(fā)射機。(3)電爆網(wǎng)路的主線應(yīng)采用雙股絞線或相互平行且盡量靠攏的單股線，導(dǎo)線敷設(shè)于地面，盡量不使電雷管的兩根腳線形成偶極天線或長天線。(4)在加工起爆藥包、裝藥、堵塞及連線時，爆破現(xiàn)場均不得使用手機、對講機等通訊設(shè)備，以防產(chǎn)生感應(yīng)電流，引起早爆事故。

表1 調(diào)頻廣播(FM)、甚高頻(VHF)和超高頻(UHF)電視發(fā)射機的允許安全距離

表2 中長波調(diào)幅(AM)廣播電臺的允許安全距離

表3 移動式調(diào)頻(FM)發(fā)射機的允許安全距離

4 結(jié)語

電爆網(wǎng)路中外來電流的預(yù)防技術(shù)一直是爆破施工中的一個難題，尤其是地表的探槽爆破施工，因其露天作業(yè)氣候多變、施工環(huán)境復(fù)雜等原因，外來電流來源廣泛，控制電爆網(wǎng)路中外來電流的入侵有一定的難度。通過在大興安嶺、三江源、文縣、日喀則及昆侖山等地區(qū)的大量現(xiàn)場爆破試驗和技術(shù)攻關(guān)，結(jié)果表明，只要根據(jù)爆區(qū)周邊環(huán)境和天氣變化情況，合理運用各種手段對外來電流進行綜合預(yù)防，是可以達到理想效果的。近5年來，爆破施工早爆事故率下降100%，創(chuàng)下了爆破施工無一人傷亡的歷史性記錄。為部隊和承包單位節(jié)約了施工經(jīng)費數(shù)十萬元，確保了人員施工安全，深受部隊官兵和地方施工單位的歡迎。

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