塑料導(dǎo)爆管雷管井下?lián)舭l(fā)的起爆方法研究

張青成

(金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司， 北京 100070)

1 前言

某磷礦的基建和采切等工程在2015年和2016年的掘進(jìn)量均在60 000m以上，即全年爆破次數(shù)達(dá)25 000次以上，目前爆破起爆方式為起爆器+爆炮母線+起爆針+3發(fā)1段導(dǎo)爆管雷管(腳線長(zhǎng)度為30m)串聯(lián)+爆破網(wǎng)絡(luò)，其中3發(fā)大段導(dǎo)爆管雷管只是為了滿(mǎn)足爆破作業(yè)的安全距離。而起爆不僅滿(mǎn)足安全性和可靠性的要求，還要考慮該起爆工藝的經(jīng)濟(jì)性[1-2]，因此，本文以導(dǎo)爆管雷管的擊發(fā)方式為研究對(duì)象，尋找到一種既經(jīng)濟(jì)又安全的起爆方法。

2 起爆方法簡(jiǎn)述

工程爆破技術(shù)被廣泛應(yīng)用于礦業(yè)工程和隧道工程等領(lǐng)域，這些工程實(shí)踐也促使了爆破器材的不斷更新?lián)Q代。當(dāng)前非煤礦山在井下爆破網(wǎng)絡(luò)多采用多發(fā)孔內(nèi)雷管并聯(lián)與單發(fā)(或多發(fā))孔外雷管串聯(lián)的形式，然后使用相關(guān)起爆器材起爆孔外雷管，當(dāng)前非煤礦山主要有以下4種起爆方法。

1)電雷管起爆方法

電雷管起爆系統(tǒng)由發(fā)爆器、電雷管、普通導(dǎo)爆管雷管組成。電雷管價(jià)格低，系統(tǒng)起爆成本低，操作簡(jiǎn)單，起爆電流小，但抗雜散電流的性能差[3-4]。經(jīng)大量實(shí)踐檢驗(yàn)，該起爆方法可靠性差，安全風(fēng)險(xiǎn)大，目前也在逐漸被淘汰。

2)加長(zhǎng)塑料導(dǎo)爆管擊發(fā)起爆方法

近距離擊發(fā)起爆導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆管遠(yuǎn)距離傳爆的起爆系統(tǒng)由發(fā)爆器、起爆針、塑料導(dǎo)爆管和普通導(dǎo)爆管雷管等組成。非電導(dǎo)爆管自身有很好的安全性，具有抗雜散電流的能力，可以避免早爆等安全事故; 但導(dǎo)爆管不可重復(fù)使用，起爆成本高，每次爆破前都要重新連線，準(zhǔn)備工作時(shí)間長(zhǎng)、操作難度大[3-4]。客觀上講，每起爆一次，起爆針銅質(zhì)內(nèi)芯放電端都要產(chǎn)生一定的氧化作用，會(huì)使下一次的放電狀態(tài)發(fā)生改變，每放電一次，需用細(xì)砂紙輕輕打磨一次起爆針端部來(lái)去掉氧化層。這種方法可靠性較差，同時(shí)巷道掘進(jìn)中起爆針還有可能被爆破后石塊砸壞，因此，起爆針在高頻次的爆破作業(yè)的環(huán)境下，其經(jīng)濟(jì)性不佳。

3)鉛管延期雷管起爆方法

起爆系統(tǒng)由發(fā)爆器、鉛管延期雷管、普通導(dǎo)爆管雷管等組成。延期雷管是依靠藥劑使用量來(lái)控制燃燒時(shí)間，以達(dá)到延時(shí)的目的，但是延時(shí)藥劑在低段位的雷管中延時(shí)較準(zhǔn)確，但通常是藥劑使用量較小，延時(shí)較短(一般在毫秒級(jí)或是秒級(jí))。而延時(shí)藥劑大的高段位的雷管中極易發(fā)生斷燃、速燃等不可靠情況，會(huì)帶來(lái)極大的安全隱患，該雷管的批發(fā)價(jià)約為25元/發(fā)，成本較高。

4)電子數(shù)碼雷管起爆方法

起爆系統(tǒng)由電子雷管專(zhuān)用發(fā)爆器、芯片、電子雷管以及普通導(dǎo)爆管雷管等組成。電子數(shù)碼雷管抗靜電干擾性能強(qiáng)，安全性較好，但其價(jià)格太高，國(guó)產(chǎn)電子雷管批發(fā)價(jià)約為30元/發(fā)，電子數(shù)碼雷管起爆器約為3 000元/臺(tái)，適用于一次或是少次爆破工程。對(duì)高頻次的爆破作業(yè)來(lái)講，起爆成本也太高。

綜上所述，當(dāng)前的4種起爆方法針對(duì)高頻次的爆破作業(yè)環(huán)境都存在經(jīng)濟(jì)成本較高的特點(diǎn)，需要適當(dāng)改進(jìn)。

3 導(dǎo)爆管雷管起爆方法

3.1 起爆方法試驗(yàn)設(shè)計(jì)

結(jié)合某磷礦井下爆破作業(yè)時(shí)普遍采用加長(zhǎng)導(dǎo)爆管起爆的方法，以“遠(yuǎn)距離擊發(fā)起爆導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆管近距離傳爆”為原則，采用超細(xì)絕緣導(dǎo)線代替塑料導(dǎo)爆管和自制起爆針的方法，以“起爆器+爆破母線+超細(xì)絕緣導(dǎo)線(斷路)+單發(fā)導(dǎo)爆管雷管+爆破網(wǎng)絡(luò)”的起爆方式，即“1發(fā)1段導(dǎo)爆管雷管+90m的超細(xì)絕緣導(dǎo)線”代替原來(lái)的“3發(fā)大1段導(dǎo)爆管雷管”，起爆進(jìn)行4次試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)超細(xì)絕緣導(dǎo)線的材料及規(guī)格見(jiàn)表1。

起爆工藝中，起爆器采用礦用電容式，可同時(shí)起爆200發(fā)電雷管，圖1所示為發(fā)爆器示意圖，發(fā)爆器參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 試驗(yàn)時(shí)的超細(xì)絕緣導(dǎo)線的材料及規(guī)格

圖1 發(fā)爆器示樣圖

表2 發(fā)爆器技術(shù)指標(biāo)

起爆導(dǎo)爆管雷管的方式為自制起爆針(超細(xì)絕緣導(dǎo)線斷路)在發(fā)爆器的正負(fù)極下電離產(chǎn)生的電火花，引爆導(dǎo)爆管內(nèi)壁的炸藥，炸藥的爆轟波在導(dǎo)爆管內(nèi)傳播引發(fā)雷管[5]，起爆工藝如圖2所示[6]。

圖2 起爆方式示意圖

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1)起爆針

起爆針制作時(shí)，兩根超細(xì)絕緣導(dǎo)線擰緊插入割開(kāi)的導(dǎo)爆管，插入深度為1cm為宜，必須使用絕緣膠布包實(shí)封口，防止異物進(jìn)入，之后安放在無(wú)水、無(wú)電纜線的地方。在剪導(dǎo)爆管時(shí)禁止使用物體敲擊導(dǎo)爆管，嚴(yán)格使用美工刀或剪刀，起爆針示意圖如圖3所示。

圖3 起爆針示意圖

試驗(yàn)1有2次未起爆，試驗(yàn)2中的3次起爆均失敗。分析認(rèn)為試驗(yàn)1中的鋁包銅線制作工藝有問(wèn)題，局部用鋁量偏大，導(dǎo)致起爆時(shí)無(wú)法形成電火花；試驗(yàn)2中的銅線截面面積太大，在起爆針插入導(dǎo)爆管中時(shí)，也將導(dǎo)爆管內(nèi)壁的炸藥磨掉，導(dǎo)致電火花無(wú)藥可點(diǎn)[7]。

因此，起爆針可選用截面面積為2.5mm2的銅線來(lái)制作。

2)超細(xì)絕緣導(dǎo)線

本著循序漸進(jìn)的試驗(yàn)原則，進(jìn)行了試驗(yàn)3和試驗(yàn)4共9次起爆全部成功。試驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)的起爆工藝性能穩(wěn)定，可以做為井下爆破起爆的一種方式。

對(duì)該起爆方式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，原起爆方式為“起爆針+3發(fā)1段導(dǎo)爆管雷管(腳線長(zhǎng)度為30m)串聯(lián)”，起爆針批發(fā)價(jià)為1.5元/只，長(zhǎng)腳線1段導(dǎo)爆管雷管的批發(fā)價(jià)約為10元，則總成本約為31.5元，現(xiàn)起爆方式100m的超細(xì)絕緣銅導(dǎo)線的價(jià)格約為20元，即一次爆破可節(jié)約成本10.5元。

3.3 超細(xì)絕緣導(dǎo)線的極限長(zhǎng)度探討

超細(xì)絕緣導(dǎo)線起爆方式采用的是電容放電，以FD200SA型起爆器為例進(jìn)行發(fā)明，根據(jù)表2中起爆器技術(shù)指標(biāo)，發(fā)爆電壓均為6V，最大允許電阻為1 220Ω，若接2.5mm2的銅線，根據(jù)電阻的計(jì)算公式為

(1)

取銅的電阻率為1.75×10-8Ωm，瞬時(shí)做功狀態(tài)下，在不考慮熱交換時(shí)，當(dāng)R為1 220Ω時(shí)，l為6 500m。當(dāng)熱量耗散50%時(shí)，銅線的最長(zhǎng)長(zhǎng)度為3 250m，即該類(lèi)起爆方式也適應(yīng)于深豎井鑿巖爆破的起爆工藝，也經(jīng)過(guò)了實(shí)踐驗(yàn)證[8]，較傳統(tǒng)的導(dǎo)爆管加爆破母線或其他方法都經(jīng)濟(jì)，且可靠度高。

4 結(jié)論

(1)從安全可靠性和經(jīng)濟(jì)適用性的角度出發(fā)，分析了采用電雷管起爆、加長(zhǎng)塑料導(dǎo)爆管起爆、鉛管延期雷管起爆和電子數(shù)碼雷管起爆4種導(dǎo)爆管雷管的起爆方法，在非煤礦山井下高頻次的爆破作用中不合適。

(2)經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，尋找了即經(jīng)濟(jì)又安全可靠的起爆方法，即“起爆器+放炮母線+超細(xì)絕緣導(dǎo)線(斷路)+單發(fā)導(dǎo)爆管雷管+爆破網(wǎng)絡(luò)”的起爆方法。其中，建議超細(xì)絕緣導(dǎo)線采用2.5mm2的銅線。

(3)由起爆器性能和選取的2.5mm2的銅線的屬性，推導(dǎo)出該種起爆方法也適用于長(zhǎng)距離起爆，同時(shí)在相關(guān)深豎井鑿巖爆破的爆破網(wǎng)絡(luò)的起爆中得到了驗(yàn)證。