數(shù)碼電子雷管在露天采礦深孔爆破中的應(yīng)用

韓占占

摘 要：為了滿足我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，爆破作業(yè)廣泛應(yīng)用于礦山、交通建設(shè)、城市建設(shè)拆除、港口疏浚等工程領(lǐng)域。由于工程爆破成本低，爆破作業(yè)施工效率高，越來越多的新爆破技術(shù)和新爆破材料涌入爆破行業(yè)。在露天礦開采中，爆破方法為深孔松動爆破，通常采用雷管孔間延遲差的爆破網(wǎng)絡(luò)。然而，由于低延時雷管的準確性，在爆破產(chǎn)生的振動影響比較大，和爆破后顆粒結(jié)塊性爆破的程度不均勻，機械二次破碎和鏟裝運輸效率低，建筑成本是相對較高的。近年來，隨著大量新型爆破材料進入爆破行業(yè)，數(shù)字電子雷管在各個工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。數(shù)字電子雷管具有操作簡單、延時精度高、安全性好、起爆網(wǎng)絡(luò)可檢測等特點，得到了廣大用戶的認可和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：露天礦山；數(shù)碼電子雷管；安全經(jīng)濟；減震效果

隨著某露天礦山地質(zhì)條件的多樣性及露天現(xiàn)有邊坡的穩(wěn)定性的要求，爆破環(huán)節(jié)對采礦工藝有著重要的意義。數(shù)碼雷管有著精確度高，安全性可靠，節(jié)約成本等優(yōu)點。

一、數(shù)碼電子雷管概述

想要明確數(shù)碼電子雷管在露天采礦深孔爆破的應(yīng)用需要對數(shù)碼電子雷管及其爆破原理有清晰的認知，為此需要對數(shù)碼電子雷管進行相應(yīng)的介紹。

1.數(shù)碼電子雷管簡介及其應(yīng)用現(xiàn)狀。微型電子定時器（集成電路塊）是數(shù)碼電子雷管中最核心的元件，取代了普通電子雷管巾的延期藥與電點火元件，使得延期精度得到了大幅度的提升，還能夠?qū)σ痤^的電想進行控制，能夠在最大限度上縮減因為引火頭能且需求產(chǎn)生的誤差，將每只雷管的延長時間可以在0-100ms的范圍內(nèi)按照毫秒量級進行編程設(shè)定。其延時精度能夠控制在0.2s以內(nèi)。就現(xiàn)狀來看，數(shù)碼電子雷管已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于澳大利亞、南非、瑞典、日本等國的爆破工程實踐中，我國部分露天煤礦也開紿使用。數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)具有高精度、高科技性、延期時間靈活性的特性，另外還能夠?qū)ι漕l電和雜散電流進行控制，使得其成為起爆器材領(lǐng)域中的新秀。

2.數(shù)碼電子雷管的構(gòu)成。數(shù)碼電子雷管也被稱為電子雷管，需要用電子控制模塊（專用芯片）對起爆的過程進行控制。電子雷管中的電子控制模塊就是其專用芯片，被布置在數(shù)碼電子雷管的內(nèi)部，能夠?qū)坠芷鸨难悠跁r間、起爆能量進行控制。除此之外，在數(shù)碼電力雷管中還有自身的身份信息以及起爆密碼。在進行使用之前能夠利用電子雷管對自身的功能、性能、雷管點火元件的電性能進行測試，如果起爆器與控制器進行聯(lián)合還能夠?qū)ζ渌耐獠靠刂圃O(shè)備進行通信的專用電子模塊。數(shù)碼電子雷管專用芯片的內(nèi)部模塊之間存在著難以分割的相互關(guān)系，數(shù)碼電子雷管專用芯片的內(nèi)部模塊分為FSK調(diào)制解調(diào)模塊、編解碼模塊、振蕩器、電源、數(shù)字邏輯以及存儲器這幾部分。精密的構(gòu)成及科技含量較高的零部件使得其具有優(yōu)良的爆破性能。除此之外，內(nèi)部的存儲器為非易失性存儲器，能夠被用作存儲產(chǎn)品的ID編號和延遲參數(shù)等系列信息，能夠有效地保證信息的完整性。

3.數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)的優(yōu)越性。數(shù)碼電子雷管的延時秒量十分精準，能夠?qū)ρ悠诘臅r間自由的進行設(shè)定。利用設(shè)定合理延期時間的方式達到爆破噪聲低、音頻低、爆破震動感低等目的，減少因爆破帶來的一系列公害。同時能夠爆發(fā)出較大的爆破能量，有效避免炸藥消耗大且效果差的現(xiàn)象，實現(xiàn)高效率的爆破工作。數(shù)碼電子雷管的在實際應(yīng)用中的流程是經(jīng)過組網(wǎng)進行掃碼然后進行編程，編程結(jié)束之后進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測，當(dāng)這些程序都完成之后才可以進行起爆。數(shù)碼電子雷管采用了CAN總線技術(shù)，能夠有效地抗擊干擾，就算是在很復(fù)雜的環(huán)境下也能夠進行有效爆破，在遠距離也能夠?qū)ζ鸨鬟M行控制。因此，數(shù)碼電子雷管有安全性高、爆破效率高、公害少等一系列優(yōu)良的性能。目前，在進行露天采礦深孔爆破時由于缺乏對周邊環(huán)境的調(diào)查使得爆破后的管理工作無法與整個爆破工程接軌，而利用數(shù)碼電子雷管進行爆破則能很好的避免這一問題的出現(xiàn)，因為數(shù)碼電子雷管在進行爆破時能夠減輕所帶來的一些危害，減少爆破后期管理的難度與工作量，使得爆破工程能夠順利完成，避免在爆破后出現(xiàn)局部地殼或土地松散的現(xiàn)象。

二、數(shù)碼電子雷管優(yōu)勢

數(shù)碼電子雷管屬于民用爆破器材的高尖端產(chǎn)品，與普通延時雷管相比，具有安全性好、性能優(yōu)良、操作便捷、應(yīng)用效益明顯、延時精度高等優(yōu)點。從市場反饋和技術(shù)發(fā)展方向來看，數(shù)碼電子雷管取代普通雷管將會是必然趨勢。

1.安全監(jiān)管可控。數(shù)碼電子雷管產(chǎn)品采用多重加密控制指令和抗干擾保護設(shè)計，內(nèi)置唯一身份編碼，實現(xiàn)“雷管ID碼、起爆密碼、雷管殼體碼”三碼綁定；通過將全國電子雷管密碼中心、數(shù)碼電子雷管現(xiàn)場作業(yè)身份識別系統(tǒng)、爆破設(shè)計施工信息化服務(wù)平臺進行功能對接，有利于安全監(jiān)管向縱深推進，提高安全監(jiān)管的及時性、完整性和準確性，實現(xiàn)了精準管控。

2.產(chǎn)品性能優(yōu)良。數(shù)碼電子雷管內(nèi)置高品質(zhì)智能芯片，具有低功耗、高精度、時鐘溫度補償、器件功率優(yōu)化、起爆能量控制、自適應(yīng)能力強、抗干擾等特性，可在線檢測每發(fā)數(shù)碼電子雷管通訊狀態(tài)，延時精度可精確到1ms或1%以內(nèi)；經(jīng)過發(fā)火可靠性設(shè)計與驗證，實現(xiàn)了芯片和點火元件的可靠匹配，準爆率達99.99%。

3.現(xiàn)場操作便捷。數(shù)碼電子雷管注冊機與專用起爆器采用分離式設(shè)計，爆破設(shè)計方案可導(dǎo)入注冊機，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對炮孔與雷管的身份進行快速精確匹配，實現(xiàn)了雷管延時時間的批量自動設(shè)定，消除了延時時間設(shè)定的誤操作可能，極大縮短了聯(lián)網(wǎng)時間。

4.應(yīng)用效益明顯。基于某公司爆破設(shè)計施工信息化服務(wù)平臺的數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)，將數(shù)碼電子雷管與爆破智能設(shè)計、專家支持系統(tǒng)深度融合，充分發(fā)揮數(shù)碼電子雷管延時精度高等性能優(yōu)勢，運用爆破數(shù)值仿真、爆破施工大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，提高爆破能量利用率，降低爆破成本，控制爆破振動，改善爆破效果，提高鏟裝效率，降低破碎能耗，推進施工過程管理一體化。

三、案例分析

1.工程概況。該露天礦山位于某市，距二級公路10 km，并有簡易公路與之相通，礦區(qū)交通運輸條件較好。礦區(qū)南東側(cè)經(jīng)多年開采已形成一大采空區(qū)，東側(cè)約50 m有鄉(xiāng)村道路經(jīng)過，道路外為山地；南側(cè)為礦區(qū)工業(yè)場地；西側(cè)為開闊地，約29.4 m有高壓線經(jīng)過；北側(cè)為山地，約14.9 m有高壓線經(jīng)過；爆破區(qū)域周邊環(huán)境較為簡單，需要保護的建構(gòu)筑物為高壓線。區(qū)域地質(zhì)條件：礦區(qū)屬于巖溶峰林地貌，開采礦石的設(shè)計最高標高271 m，設(shè)計最低標高150 m，地形較為陡峭，礦區(qū)出露地層較為穩(wěn)定，巖石較堅硬。礦區(qū)地表沒有發(fā)現(xiàn)溶洞，也未發(fā)現(xiàn)較大的斷層、褶曲等構(gòu)造破碎帶。采區(qū)全為石灰?guī)r，厚度大，出露完好，礦層連續(xù)、穩(wěn)定，礦石為粉晶、細晶、中晶結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，致密堅硬，裂隙發(fā)育，局部為方解石細脈充填。該露天礦山開采出的礦石碳酸鈣含量平均達45%以上，是較為優(yōu)質(zhì)的水泥煅燒原料。

2.爆破對比試驗。為了分析及研究采用不同起爆網(wǎng)路時的爆破振動效應(yīng)及爆后效果，在礦區(qū)分別采用導(dǎo)爆管雷管及數(shù)碼電子雷管進行了兩次爆破對比試驗。（1）爆破設(shè)計參數(shù)。根據(jù)礦區(qū)周圍環(huán)境，通過反復(fù)論證，依據(jù)以往相關(guān)工程的經(jīng)驗，確定對該露天礦山采用深孔臺階爆破，臺階高度H=10 m，采用潛孔鉆機鉆鑿直徑d=90 mm的炮孔，爆破區(qū)域采用垂直布孔的方式，炮孔深度L、超深h、底盤抵抗線W 1、孔間間距a、排間間距b、堵塞段長度l，按下述方法確定。1）炮孔深度L、超深h。開采礦區(qū)采用深孔臺階爆破技術(shù)，一次開采臺階高度H=10 m，則孔深L為：

L=H/sinα+h=10/sin90°+1=11 m。

其中，L為炮孔的深度，取11 m，采用垂直布孔；α=90°；h為炮孔的超深，h=（8～12）d=11×0.09=0.99 m，炮孔的超深h取1 m。2）底盤抵抗線W 1。底盤抵抗線W 1按下式計算：

其中，d為炮孔直徑，0.09 m；Δ為炸藥密度，1.24 g/cm3；τ為裝藥系數(shù)，一般取值為0.35～0.65，本工程取0.4；m為炮孔密集系數(shù)，一般m=1.2～1.5，本工程取1.2；q為單位炸藥消耗量，松動爆破取0.25 kg/m3～0.35 kg/m3，本工程取0.3；H為臺階高度，取10 m；L為炮孔深度，取11 m；W 1為底盤抵抗線，取3 m。3）孔間距a、排距b。為了提高炮孔的利用率，設(shè)計采用梅花形（三角形）布孔方式，孔間間距a及排間間距b可按照下式計算：

a=mW 1=（1～1.5）W 1=1.2×3=3.6 m；

b=（0.8～1）a=0.8×3.6=2.88 m。

其中，m為炮孔密集系數(shù)，取1.2；a取3.6 m；b取2.9 m。

4）堵塞長度。為了爆破作業(yè)時不發(fā)生沖孔及產(chǎn)生飛散物，需要保證炮孔的有效堵塞長度，有效炮孔堵塞長度l可按照下式計算：

l=zW 1=0.8×3=2.4 m。

其中，z為炮孔的堵塞系數(shù)，垂直布置的炮孔z取0.7～0.8，傾斜布置的炮孔取0.9～1.0，為了避免爆破作業(yè)時發(fā)生沖孔及產(chǎn)生大量的飛散物，該礦區(qū)爆破區(qū)域的堵塞長度l需要不小于3 m。炮孔深度L=11 m，超深h=1 m，底盤抵抗線W 1=3 m，有效的堵塞長度應(yīng)不小于3 m，炮孔孔間間距a=3.6 m，排間間距b=2.9，采用梅花形形式布置炮孔。炸藥選用二號巖石乳化炸藥，藥卷直徑70 mm，兩次爆破分別采用導(dǎo)爆管雷管和數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路。（2）起爆網(wǎng)路設(shè)計。第一次采用導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路，設(shè)計采用孔內(nèi)延時多孔間微差的起爆技術(shù)，低段位3段的導(dǎo)爆管雷管用于孔外微差傳爆連接，高段位15段用于孔內(nèi)延時，每3發(fā)雷管為一束簇聯(lián)。第二次采用高精度電子數(shù)碼雷管逐孔起爆技術(shù)，孔間微差時間為50 ms。（3）爆破振動監(jiān)測點。為了對比分析導(dǎo)爆管雷管及數(shù)碼電子雷管在露天礦山爆破中各自產(chǎn)生的振動的特點，第一次爆破時采用導(dǎo)爆管雷管進行裝藥，第二次爆破時采用數(shù)碼電子雷管進行裝藥作業(yè)，兩次爆破時均在礦山所在的生活區(qū)及高壓線樁基上布置兩個監(jiān)測點，監(jiān)測點采用TC-4850爆破測振儀對爆破振動進行監(jiān)測，

3.爆破效果分析。第一次爆破作業(yè)時采用導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路，第二次采用數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路，通過兩次對比試驗得出了兩次爆破作業(yè)所產(chǎn)生的爆破振動峰值速度大小，以及爆破后的效果。（1）爆破振動效應(yīng)。兩次爆破作業(yè)時所產(chǎn)生的爆破振動峰值速度及爆破振動頻率如表1所示。

表1爆破振動測試結(jié)果

根據(jù)表1可以得出，采用導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)延時多孔間微差的起爆網(wǎng)路進行爆破作業(yè)時，所產(chǎn)生的爆破振動峰值速度高于采用數(shù)碼電子雷管逐孔起爆網(wǎng)路所產(chǎn)生的振動峰值速度；且爆破振動峰值速度與爆源距呈負相關(guān)關(guān)系；采用數(shù)碼電子雷管時，所產(chǎn)生的爆破振動主振頻率低于采用導(dǎo)爆管雷管，根據(jù)GB 6722—2014爆破安全規(guī)程，主頻越大的振動速度安全允許值越大，提高爆破振動主振頻率對于保護建構(gòu)筑物具有積極意義。

（2）爆破效果。根據(jù)對兩次爆破后的效果進行分析，發(fā)現(xiàn)采用導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路進行爆破時，爆破后個別礦石塊度較大且局部又存在過粉碎的現(xiàn)象，增加了部分礦石的二次破碎工作量，且浪費了部分過粉碎的礦石；采用高精度數(shù)碼電子雷管進行爆破作業(yè)時，爆破效果較好，礦石的塊度較為均勻，且產(chǎn)生的根底較少，機械的鏟裝及清運效率較高，二次破碎的工作量較小，礦石的利用率也有所增加。

四、數(shù)碼電子雷管在某露天礦爆破中的應(yīng)用實踐

1.試驗背景。為了能夠與導(dǎo)爆管和數(shù)碼雷管的各個參數(shù)進行對比，需要對該露天礦的某一個區(qū)域內(nèi)的同一地段進行現(xiàn)場爆破的試驗。在進行試驗時選擇了直徑不同的數(shù)碼電子雷管、不同位置的爆破震動檢測點，采用對照試驗的方式進行試驗。經(jīng)過試驗之后發(fā)現(xiàn)，在全部參數(shù)要素大致相同的時候，如果使用的雷管不同那么質(zhì)點振動的振幅和振動速度就不一樣，經(jīng)過比較得出數(shù)碼電子雷管與導(dǎo)爆雷管先相比其質(zhì)點振動幅度和振動速度都較低且達到振動主頻峰值的間隔時間較長。

2.擴大性試驗。通過擴大性試驗?zāi)軌蜻M一步獲得在不同的巖石性質(zhì)下導(dǎo)爆管和數(shù)碼電子雷管之間的性能差異，在進行試驗時主要采用的方法就是正交法。該礦場巖石種類較多，因此能夠便于獲得更科學(xué)的數(shù)據(jù)進行爆破效果的比較。在具體進行試驗時可以采用生產(chǎn)試驗研究法對數(shù)碼電子雷管以及導(dǎo)爆雷管的起爆網(wǎng)絡(luò)及聯(lián)系組網(wǎng)方式、雷管延期時間和精度、炸藥單耗及平均年炸藥消耗量進行對比分析。

3.成本分析。在同參數(shù)試驗和擴大性試驗之后，可以得出一系列精準科學(xué)的數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)首先可以對起爆器材消耗量及其成本進行對比，數(shù)碼電子雷管的用量僅僅比導(dǎo)爆雷管的少了1/3，因此就數(shù)量來說可以少用13200個，按照30元每個的價格來算，每年節(jié)省的經(jīng)濟成本就將近40萬。除此之外，使用數(shù)碼電子雷管也不需要進行大量的穿孔，因此在理論上還可以進一步減少雷管的使用量，更進一步節(jié)約成本。最重要的是，數(shù)碼電子雷管的爆破效率高能夠一次性完成爆破工作，因此就避免了爆破工作不到位進行第二次爆破的麻煩也節(jié)省了炸藥的用量以及穿孔的工程量。其次，進行穿孔也是需要耗費成本的。穿孔的成本受到穿孔量很大的影響，然而對穿孔量影響最大的就是孔網(wǎng)參數(shù)，由于數(shù)碼電子雷管的高精準性使得穿孔量大大減少，因而帶來成本的縮減。最后，對數(shù)碼電子雷管在露天采礦深孔爆破中的應(yīng)用不能只關(guān)注其成本的縮減，還要注意到對其爆破震動效果的評估，使用數(shù)碼電子雷管進行深孔爆破能夠做到精準的逐孔爆破，同時爆破產(chǎn)生的震動較小，因此對露天礦周圍邊坡的破壞影響較小。

總之，數(shù)碼電子雷管在露天礦山開采中能保障施工安全、節(jié)約作業(yè)成本，具有較大的應(yīng)用及推廣價值。采用數(shù)碼電子雷管可有效的避免大塊率及過粉碎現(xiàn)象的發(fā)生，且爆破后產(chǎn)生的根底較少，爆后礦石塊度較為均勻，機械鏟裝清運效率較高。

參考文獻

[1]李春海.我國爆破行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與面臨的挑戰(zhàn).2018.

[2]劉艷紅.淺談數(shù)碼電子雷管在露天采礦深孔爆破中的應(yīng)用.2017.