數(shù)碼電子雷管隧道爆破中盲炮問題淺析

戚天新，魏 琳，陳小偉，肖明輝

（1.新疆維吾爾自治區(qū)公安廳，新疆烏魯木齊830000；2.新疆維吾爾自治區(qū)柯爾克孜克孜勒蘇自治州公安局，新疆阿圖什845000；3.新疆維吾爾自治區(qū)哈密市公安局，新疆哈密839000）

1 概述

數(shù)碼電子雷管是指在原有雷管裝藥的基礎(chǔ)上，采用具有電子延時功能的專用集成電路芯片實現(xiàn)延期的電子雷管。利用電子延期精度可靠、可校準(zhǔn)的特點，使雷管的延期精度和可靠性極大提高，數(shù)碼電子雷管的延期時間可精確到1ms，且延期時間可在爆破現(xiàn)場由爆破作業(yè)人員對爆破系統(tǒng)實施編程設(shè)定和檢測。數(shù)碼電子雷管必須使用專用的起爆器引爆。起爆器的控制邏輯碼比編碼器高一個級別，它能夠觸發(fā)編碼器，反之則不能。起爆網(wǎng)路編程與觸發(fā)起爆所必須的程序命令設(shè)置在起爆器內(nèi)。起爆器通過雙絞線與編碼器連接后，起爆器會自動識別所連接的編碼器，首先將它們從休眠狀態(tài)喚醒，然后分別對各個編碼器回路的雷管進(jìn)行檢查。起爆器可以用通過編碼器把起爆信息傳遞給每個雷管，保證每個雷管準(zhǔn)確引爆；可抵御靜電、雜散電流、射頻電等各種外來電，具有很高的安全性。即便是同廠家的數(shù)碼雷管和起爆器，也只能在設(shè)定的地理區(qū)域內(nèi)引爆，超出設(shè)定區(qū)域，數(shù)碼雷管也不會被引爆，具有很高的社會安全性。

2 問題提出

在烏魯木齊地鐵和巴音郭楞蒙古自治州和靜縣菱鎂礦隧道掘進(jìn)施工中，反復(fù)出現(xiàn)數(shù)碼電子雷管盲炮，位置多出現(xiàn)在掏槽孔和輔助孔，有時也會出現(xiàn)在周邊孔。從爆破網(wǎng)絡(luò)連接檢測階段檢查，所有數(shù)碼雷管注冊成功，搜索均在線；爆破后再檢查，所有數(shù)碼電子雷管均被起爆，但是爆破效果經(jīng)常達(dá)不到設(shè)計預(yù)期效果，后期清渣過程中，幾乎每一個爆破作業(yè)循環(huán)，均發(fā)現(xiàn)雷管不引爆情況，嚴(yán)重影響爆破施工質(zhì)量和進(jìn)度。

3 爆破因素造成數(shù)碼雷管拒爆分析

數(shù)碼電子雷管在隧道掘進(jìn)中，和露天爆破相比較，環(huán)境有比較大的變化，體現(xiàn)在：夾制作用大，隧道爆破，包括平巷豎井爆破，僅有一個臨空面，而且臨空面積?。慌诳字g距離小，毫秒爆破時相互影響大；數(shù)碼電子雷管受前期爆破雷管影響大。

3.1 隧道掘進(jìn)中炮孔距離作用

隧道掘進(jìn)屬于地下爆破一種，跟蹤調(diào)查和靜縣菱鎂礦隧道掘進(jìn)與烏魯木齊地鐵隧道掘進(jìn)兩個爆破施工情況，兩個案例工程均為手風(fēng)鉆掘進(jìn)穿孔作業(yè)，臨空面就是掘進(jìn)工作面，由于夾制作用的存在，隧道掘進(jìn)爆破中，通常要通過掏槽孔布設(shè)與爆破，創(chuàng)造出一個新的臨空面，以便為后續(xù)爆破的輔助孔和周邊孔創(chuàng)造臨空面，從而達(dá)到使裝藥和臨空面平行達(dá)到更加好的爆破效果，降低單位炸藥消耗量，節(jié)約成本目的。在實際爆破過程中，掏槽孔爆破成功后，形成的空腔臨空面，仍然是一個“拱券”，由于輔助孔在掏槽孔外部起爆，“拱券”的抵抗作用仍然很大，所以臨近掏槽孔的輔助孔仍需要進(jìn)行加密，從而提高單位炸藥消耗量來降低爆破塊度，這就造成掏槽孔和第一第二圈的輔助孔炮孔仍然比較密集。造成掏槽孔和鄰近掏槽孔的輔助孔出現(xiàn)盲炮，嚴(yán)重影響爆破效果。詳見圖1。

圖1 隧道掘進(jìn)炮孔布置示意圖

3.2 爆破沖擊波的影響

沖擊波在巖體內(nèi)傳播時，它的強(qiáng)度隨傳播距離的增加而減小。波的性質(zhì)和形狀也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。根據(jù)波的性質(zhì)、形狀和作用性質(zhì)的不同，可將沖擊波的傳播過程分為三個作用區(qū)，如圖2所示。在離爆源約3~7倍藥包半徑的近距離內(nèi)，沖擊波的強(qiáng)度極大，波峰壓力一般都大大超過巖石的動抗壓強(qiáng)度，故使巖石產(chǎn)生塑性變形或粉碎。沖擊波作用距離通常為裝藥半徑的3~7倍，藥卷直徑為32mm，沖擊波作用范圍為48~112mm之間，詳見圖2，這個區(qū)間為沖擊波破壞區(qū)，也稱為粉碎區(qū)，這個區(qū)域內(nèi)數(shù)碼電子雷管會受到強(qiáng)烈沖擊波影響，從而造成盲炮。

圖2 沖擊波應(yīng)力波地震波作用范圍示意圖

3.2 爆破應(yīng)力波的影響

沖擊波通過粉碎區(qū)以后，由于能量大量消耗，沖擊波衰減成不具陡峻波峰的應(yīng)力波，波陣面上的狀態(tài)參數(shù)變化的比較平緩，波速接近或等于巖石中的聲速，巖石的狀態(tài)變化所需時間大大小于恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)所需時間。由于應(yīng)力波的作用，巖石處于非彈性狀態(tài)，在巖石中產(chǎn)生變形，可導(dǎo)致巖石的破壞或殘余變形。其范圍可達(dá)到120~150倍藥包半徑的距離，達(dá)到1920~2400mm，該區(qū)域稱為應(yīng)力波破壞區(qū)，也稱為破裂區(qū)，該區(qū)域內(nèi)數(shù)碼電子雷管會受到應(yīng)力波較強(qiáng)烈作用，導(dǎo)致數(shù)碼電子雷管破壞造成盲炮。

3.4 應(yīng)力波疊加影響

應(yīng)力波在傳播過程中，遇到自由面或節(jié)理、裂隙、斷層等薄弱面時都要發(fā)生波的反射和透射。當(dāng)波遇到界面時，一部分波改變方向，但不透過界面，多個炮孔在某一位置產(chǎn)生疊加后，應(yīng)力波超過數(shù)碼電子雷管破壞能力，也會造成雷管損傷出現(xiàn)盲炮，通常出現(xiàn)在距離隧道中心點較遠(yuǎn)的部位，周邊孔出現(xiàn)的盲炮通常由此造成。

4 數(shù)碼雷管結(jié)構(gòu)特點造成盲炮原因

數(shù)碼雷管主要由電子芯片、儲能電容、主副裝藥，插入副裝藥的電極柱、管殼組成，其中電子芯片是脆弱的電子元件，在沖擊波和應(yīng)力波作用下各部件極容易被振裂、變形、折斷，從而造成芯片無法正常工作。解剖四發(fā)拒爆的數(shù)碼電雷管，有三發(fā)直插式電極柱從起爆藥中脫落，一發(fā)芯片失效。

4.1 電子芯片

一旦電子芯片被破壞，就失去了儲能電容給數(shù)碼雷管供電的功能，當(dāng)芯片遭到破壞，芯片就無法按照編程正常工作。

4.2 電極柱

由于數(shù)碼電子雷管的副裝藥部分為起爆藥，通常是粉狀的，爆破震動以后，極易造成電極柱從藥粉中脫落。

4.3 管殼

管殼是單質(zhì)結(jié)構(gòu)金屬制成，通常是銅殼雷管或者是鋼殼敷銅雷管，沖擊波應(yīng)力波極易穿透金屬管殼進(jìn)入內(nèi)管內(nèi)部造成對各部件破壞。

5 結(jié)語

通過使用數(shù)碼雷管在隧道掘進(jìn)爆破實踐與分析可知，由于隧道掘進(jìn)爆破臨空面少，夾制作用大，炮孔比較密集，炮孔起爆先后時差，造成先起爆的裝藥對后起爆的裝藥影響大，導(dǎo)致了較多盲炮出現(xiàn)，尤以掏槽孔、輔助孔為甚，也會造成周邊孔盲炮。目前認(rèn)為數(shù)碼雷管在隧道掘進(jìn)中適應(yīng)性有待提高。為了探索改進(jìn)后讓數(shù)碼電子雷管更好地適應(yīng)，擴(kuò)展其各種爆破環(huán)境下適應(yīng)性，為期開拓更寬廣的使用空間，得到以下認(rèn)識：

（1）隧道掘進(jìn)爆破時應(yīng)慎用數(shù)碼電子雷管。

（2）插入起爆藥的極柱增加深度，可插入到主裝藥內(nèi)部，端頭加大，增加摩擦力，避免震動使其脫離雷管內(nèi)部裝藥；也可以在內(nèi)部裝藥中添加凝固劑并進(jìn)行端頭絕緣連接使其不容易脫離。

（3）數(shù)碼電子芯片應(yīng)進(jìn)行覆膜、抗震材料包裹處理，增強(qiáng)抗震性能，同時也可以反射沖擊波應(yīng)力波，降低對芯片的震動。

（4）提高出廠驗收標(biāo)準(zhǔn)。模擬實際爆破過程，設(shè)計生產(chǎn)出震動試驗臺，對雷管進(jìn)行高強(qiáng)度試驗以使其接近實際爆破環(huán)境產(chǎn)生的震動。