數(shù)碼電子雷管在露天石灰石礦山中的應(yīng)用

韋志鵬，陸 江，張 華，趙小冬,王俊青

（1.橫縣公安局，廣西南寧 530300；2.中國非金屬材料南京礦山工程有限公司，江蘇南京210000）

0 引言

數(shù)碼電子雷管是一種精確毫秒延期雷管，20世紀(jì)80年代，發(fā)達(dá)國家開始數(shù)碼電子雷管的研發(fā)與試驗工作，90年代數(shù)碼電子雷管及起爆系統(tǒng)有了飛速發(fā)展，產(chǎn)品日趨成熟，在爆破工程中被廣泛地應(yīng)用[1]。我國首次使用數(shù)碼電子雷管是在2006年的三峽圍堰拆除爆破中[2,3]。2007年我國成功自主研發(fā)出了具有在線可編程功能的數(shù)碼電子雷管技術(shù)[4]。目前，數(shù)碼電子雷管在我國部分省份的工程爆破中的應(yīng)用廣泛，如廣西自治區(qū)公安廳自2017年之后要求全區(qū)范圍內(nèi)的所有爆破作業(yè)單位都必須使用數(shù)碼電子雷管。工信部在《民爆行業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展方向及目標(biāo)》中明確表示，到2020年，全國數(shù)碼電子雷管市場占有率達(dá)到40%，到2025年，占有率100%。由此可見，隨著數(shù)碼電子雷管技術(shù)的日趨成熟，數(shù)碼電子雷管在工程爆破中的應(yīng)用將會越來越廣泛，并將全面取代電雷管及導(dǎo)爆管雷管。

1 數(shù)碼電子雷管在工程爆破中的優(yōu)劣分析

1.1 數(shù)碼電子雷管在工程爆破中的優(yōu)勢

（1）安全性高：數(shù)碼電子雷管需要復(fù)合數(shù)字信號才能組網(wǎng)和發(fā)火，而產(chǎn)生這些信號所需要的編程在起爆器內(nèi)，雜散電流誤觸數(shù)碼電子雷管發(fā)火程序的幾率是十六萬億分之一，這就避免了雜散電流對起爆網(wǎng)絡(luò)的影響；需要專用起爆器與手機客戶端軟件共同工作才能引爆，即使雷管丟失，利用常規(guī)手段也不能將其引爆。

（2）可靠性高：雷管下孔前需要先進(jìn)行注冊對每發(fā)雷管進(jìn)行檢測，網(wǎng)絡(luò)連好后利用起爆器可以方便的對起爆網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測，快速偵測，定位網(wǎng)絡(luò)的短路、漏連、漏電等故障。

（3）精準(zhǔn)性高：延期誤差僅為1.5%，這就保證了爆破網(wǎng)絡(luò)能按照爆破設(shè)計的起爆順序、起爆方式起爆，為減小爆破有害效應(yīng)，控制爆破效果，研究爆破機理創(chuàng)造了條件。

（4）操作方便：地表無需傳爆雷管，數(shù)碼電子雷管的腳線有專用的卡扣，連線時直接將雷管連接線扣入卡扣內(nèi)即可，大大減小了連線時間。

（5）監(jiān)管方便：數(shù)碼電子雷管的安全管理監(jiān)控是基于網(wǎng)絡(luò)平臺的，結(jié)合數(shù)碼電子雷管中的信息控制模塊以及專用起爆設(shè)備中的無線傳輸特性，對數(shù)碼電子雷管進(jìn)行全生命周期的監(jiān)控管理，最大程度的杜絕了私自盜取數(shù)碼電子雷管，違章作業(yè)、違反法律法規(guī)的現(xiàn)象。

（6）可回溯性：數(shù)碼電子雷管起爆時需要對起爆人員的面部拍照，且起爆完成后會上傳起爆人員照片、數(shù)碼電子雷管編碼、起爆地點坐標(biāo)、起爆時間等信息，當(dāng)發(fā)生爆破事故后，能很好的進(jìn)行爆破過程的回溯，分析爆破事故原因，明確事故責(zé)任。

1.2 數(shù)碼電子雷管在工程爆破中的劣勢

（1）成本偏高：普通15 m腳線導(dǎo)爆管雷管的單發(fā)價格為13元/發(fā)，目前，某數(shù)碼電子雷管的單發(fā)價格為32.3元/發(fā)，單發(fā)數(shù)碼電子雷管比導(dǎo)爆管雷管成本高19.3元，但利用導(dǎo)爆管雷管時孔外需要傳爆雷管，因此露天礦山使用數(shù)碼電子雷管比使用導(dǎo)爆管雷管的實際價格高6.3元左右。

（2）隧道爆破拒爆率高：隧道爆破時為獲得更好的爆破效果，一般掏槽孔內(nèi)的雷管起爆時間與輔助孔、周邊孔雷管的起爆時間間隔較長，而隧道斷面尺寸較小，經(jīng)常會出現(xiàn)延期時間較長的雷管被帶出或者其內(nèi)部電子元件被損壞出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象。

可知，雖然目前數(shù)碼電子雷管成本稍高、隧道爆破拒爆率較高，但數(shù)碼電子雷管在安全、精準(zhǔn)、可靠性等方面有著普通電雷管與導(dǎo)爆管雷管無法比擬的優(yōu)勢。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

礦山位于南寧市橫縣境內(nèi)，為水泥用石灰石礦山，礦區(qū)面積約1.75 km2；開采標(biāo)高+150.36 m～+54 m，礦山儲量4 713.19萬t，巖石完整性、可爆性較好，設(shè)計年開采能力550萬t，礦山自2016年5月之后開始使用數(shù)碼電子雷管。

2.2 爆破參數(shù)

試驗在謝圩礦區(qū)東礦段74平臺進(jìn)行，為增加試驗的對比性，選取與先前礦山使用導(dǎo)爆管雷管時的爆破參數(shù)（孔內(nèi)15段，延期880 ms；孔外2段，延期25 ms），具體參數(shù)如下：孔距6 m，排距3 m，臺階高度12 m，鉆孔孔徑為120 mm，堵塞長度設(shè)計為4 m，鉆孔深度13.4 m，采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，底部裝藥5 m，空氣間隔長度1.9 m，上部裝藥2.5 m，頂部堵塞4 m。單次起爆孔數(shù)20個，單孔裝藥量75 kg，總藥量105000kg，采用數(shù)碼電子雷管逐孔起爆方式，首次爆破孔間延期時間25 ms。

2.3 爆破振動數(shù)據(jù)收集處理

影響爆破振動速度的因素眾多，為了更精準(zhǔn)的對比分析，試驗的唯一變量為雷管的延期時間。

（1）導(dǎo)爆管雷管與數(shù)碼電子雷管爆破振動對比分析。為了對比導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路與數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路對爆破振動的影響，在試驗初期選擇與導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路相同的延期時間25 ms，試驗結(jié)果見表1。利用導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路時的最大振速為0.510cm/s，平均振動速度為0.384 cm/s，數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路的最大振速速為0.36 cm/s，平均振速為0.302 cm/s。利用數(shù)碼電子雷管比利用導(dǎo)爆管雷管最大振速降震率29.4%，平均振速降震率21.4%。由于普通2段導(dǎo)爆管雷管的延期精度不高，其延期時間為25±12.5 ms，相鄰孔的雷管就可能出現(xiàn)串段或者爆破地震波的疊加現(xiàn)象，而數(shù)碼電子雷管的延期誤差僅為1.5%，起爆網(wǎng)絡(luò)可按設(shè)計順序起爆，這就造成了導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)的爆破振動速度普遍比數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)絡(luò)的振動速度大。

表1 25 ms延期時間下的爆破振動速度

（2）延期時間對爆破振動影響。采用逐孔起爆技術(shù)，可明顯降低爆破振動的疊加，利用延期時間控制爆破振動有兩種方式，一種是利用爆破地震波的相位相消來降低爆破振動，另一種是通過增加延期時間，來降低爆破振動的疊加效應(yīng)，但是當(dāng)延期時間增大到一定值時，再通過增加延期時間來減弱爆破振動的疊加效果已不明顯，并且，延期時間過長還會降低礦石之間的二次碰撞，影響爆破效果。因此，探討合理的延期時間對控制爆破振動意義重大。

試驗設(shè)計了6組延期參數(shù)，每組延期時間下均進(jìn)行5次試驗，5組試驗均采取孔內(nèi)延期加孔間延期爆破方式，結(jié)果見表2。對比6組延期時間下的爆破振動速度可知，最大爆破振動速度在10 ms延期時出現(xiàn)，以10 ms延期時間下的最大爆破振動速度與平均爆破振動速度為基準(zhǔn)，分析其他延期時間下爆破振動速度的降低率。延期時間為20 ms時最大振速降震率35.7%，平均振速降震率28.3%。延期時間為25 ms時最大振速降震率35.7%，平均振速降震率33.2%。延期時間為30 ms時最大振速降震率44.5%，平均振速降震率36.7%。延期時間為40ms時最大振速降震率58.9%，平均振速降震率53%。延期時間為50 ms時最大振速降震率42.9%，平均振速降震率40.2%。

由圖1、2可知隨著延期時間的增加爆破振動速度逐漸減小，但當(dāng)延期時間超過40ms時，爆破振動速度又出現(xiàn)了增加的現(xiàn)象，爆破振動的降震率隨著延期時間的增加逐漸增加，超過40ms時又出現(xiàn)減小的現(xiàn)象。因此在延期時間為40 ms時爆破所產(chǎn)生的爆破振動速度最小。

表2 不同延期時間下的爆破振動速度

圖1 爆破振動速度

圖2 爆破振動速度降低率

（3）爆破效果及成本分析。由3～6可明顯看出數(shù)碼電子雷管的爆堆明顯比導(dǎo)爆管雷管爆堆塊度均勻且表面無大塊，裝車后數(shù)碼電子雷管爆堆的剩余大塊數(shù)量明顯比導(dǎo)爆管爆堆的剩余大塊少，爆堆塊度均勻可挖性好，將會大大提高鏟裝效率，礦山自正式使用數(shù)碼電子雷管以來平均裝車等待時間從195s降低至160s，平均裝車等待時間減少18%左右。裝車單耗由0.098L/t降低至0.087L/t，裝車單耗降低11.2%左右，每年可節(jié)省柴油60768L。炸藥單耗由0.01305kg/t降低至0.11806kg/t，炸藥單耗降低10%左右，每年可節(jié)省炸藥74250kg。

圖3 導(dǎo)爆管雷管爆堆

圖4 數(shù)碼電子雷管爆堆

圖5 導(dǎo)爆管雷管爆堆大塊

圖6 數(shù)碼電子雷管爆堆大塊

3 結(jié)論

（1）目前數(shù)碼電子雷管在安全性、精準(zhǔn)性、可靠性等方面比導(dǎo)爆管雷管有著巨大的優(yōu)勢，但在降低成本、減少隧道爆破拒爆率方面還有很大空間。

（2）利用數(shù)碼電子雷管比導(dǎo)爆管雷管能夠有效降低爆破振動，最大振速降震率29.4%，平均振速降震率21.4%。

（3）當(dāng)延期時間小于40ms時，隨著延期時間的增加爆破振動速度逐漸減小，減震效率增加；當(dāng)延期時間超過40ms時，爆破振動速度又會出現(xiàn)增加的現(xiàn)象，減震效率降低。因此在延期時間為40ms時本礦山爆破所產(chǎn)生的爆破振動最小。

（4）利用數(shù)碼電子雷管能夠大大改善礦山的爆破效果，減少爆破大塊，鏟裝單耗降低11.2%左右，炸藥單耗降低10%左右。