電子雷管的研究進展

伍天培，尹 濤，司志偉，李 碩，張 帝

（安徽理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 淮南 232000）

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，爆破技術(shù)在礦業(yè)工程、城市建設(shè)等方面得到了廣泛應(yīng)用。電子雷管作為爆破技術(shù)中重要的一環(huán)，在我國雖然起步比較晚，但在一定時間的研究積累后，其設(shè)備技術(shù)也在迭代更新。特別是在民爆行業(yè)中，面對龐大的市場經(jīng)濟，電子雷管相較于傳統(tǒng)雷管有著更安全、更經(jīng)濟、更便捷的不可替代優(yōu)勢。基于促進民爆行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，電子雷管起到保證工程質(zhì)量，確保工程安全性，起到相對積極的影響。筆者總結(jié)近年來有關(guān)電子雷管的發(fā)展及其應(yīng)用實例，對電子雷管的發(fā)展歷史、實例運用作了一定闡述，在不同工況下，電子雷管的有效應(yīng)用有所異同。在工程爆破中，電子雷管對減小地震影響效應(yīng)，也有著很大程度的優(yōu)勢。文章回顧了電子雷管的發(fā)展歷史，并闡述了其在多種工程實訓(xùn)中的實際應(yīng)用，為電子雷管的發(fā)展提供思路。

1 電子雷管的發(fā)展歷史

電子雷管的精密延時起爆、起爆能量可控性以及它的起爆密碼等優(yōu)點使其在爆破工程中逐漸開始應(yīng)用并替代傳統(tǒng)雷管。在電子雷管的諸多優(yōu)勢下，國內(nèi)外很多學(xué)者都對其開始研究并有所突破。張英豪等[1]通過對數(shù)碼電子雷管應(yīng)用問題的探討，分析了電子雷管在國內(nèi)外應(yīng)用方面所存在的問題，并且指出了其應(yīng)用相關(guān)問題所需關(guān)鍵技術(shù)，為國內(nèi)電子雷管的發(fā)展與應(yīng)用作出方向性的意見。劉作為等[2]工業(yè)電子雷管的研發(fā)目標與市場推廣，結(jié)合國內(nèi)爆破市場的需求，提出了以技術(shù)服務(wù)為主的市場營銷模式。

1.1 安全方面

李紅月等[3]基于AVR 單片機的電子延期雷管設(shè)計，闡述了通過AVR 單片機設(shè)計的電子雷管擁有數(shù)碼電子雷管其內(nèi)部控制電路芯片結(jié)構(gòu)，并分析了數(shù)碼電子雷管使用的安全性、高精度延時性、便捷性。李紅月等[4]的“電子雷管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計”，通過實驗驗證了電子雷管的安全性及在未來復(fù)雜工程爆破的應(yīng)用前景。何圣[5]研究的“一種基于鉭核心的數(shù)碼電子雷管發(fā)火裝置”，設(shè)計了一種不含敏感火工藥劑的電子雷管發(fā)火裝置，提高了應(yīng)用的安全性以及相對較高的發(fā)火能力輸出，對數(shù)碼電子雷管的應(yīng)用推廣有很大幫助。高文樂等[6]對新型延時起爆控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究，闡述了一種新型數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)延時起爆控制系統(tǒng)。通過實驗，證明了其安全性、高精度延時性，在未來工程爆破的應(yīng)用前景。張文州等[7]探討了鈦粉對電子雷管電引火藥頭性能的影響，在引火藥頭基礎(chǔ)配方中加入鈦粉能在一定范圍內(nèi)有效提高精度和一致性。潘濤等[8]通過對數(shù)碼電子雷管延時精度誤差影響因素及改進措施研究，得到電子雷管應(yīng)用中影響精度的主要因素，對主控芯片設(shè)計、電子電路設(shè)計、起爆藥劑、引火頭藥劑等主方面提出技術(shù)上的改進措施，在延時精度上具有很大突破，從而保證其一定安全性。任泰昌等[9]硫氰酸鉛在電子引火原件中的應(yīng)用探究，主要對硫氰酸鉛的發(fā)火可靠性探究，通過實驗驗證其可靠性，為電子雷管的設(shè)計提供了新思路。David W Ewick 等[10]發(fā)明了一種用于雷管中的電子延遲電路，具有開關(guān)電路和定時器電路的功能。以上一系列的研究通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計、火工品藥劑的選用、引火藥頭基礎(chǔ)配方的改進、主控芯片的設(shè)計等方法，一定程度上提高了電子雷管延期精度，減少藥頭發(fā)火時間和敏感點火藥劑的使用頻率，從而提高了電子雷管的安全性。

1.2 管控方面

陳明邡等[11]研究的XF 型系列電子雷管，通過電子延期體的雙限制、適配器的使用、起爆器所具有的時間設(shè)置、衛(wèi)星定位、密碼設(shè)置等功能，使其在常規(guī)手段下不能起爆，具有良好應(yīng)用前景。章文義等[12]爆炸危險物品立體化動態(tài)管控系統(tǒng)研究，基于我國的爆炸物品管控難度之大，提出了運用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算相結(jié)合的技術(shù)升級現(xiàn)有的民爆信息系統(tǒng)，同時研發(fā)了電子雷管流向監(jiān)控的管理子系統(tǒng)。葉磊等[13]互聯(lián)網(wǎng)與爆破安全管理融合技術(shù)研究，爆破具有一次性、破壞大性、不可逆性和瞬時性，因此爆破物品的管理應(yīng)該做到預(yù)見性和主動性，為了解決爆破行業(yè)安全管理監(jiān)督平臺缺失和信息零散，以及從業(yè)人員專業(yè)素養(yǎng)參差不齊的難點，提出以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的安全管控思路，搭建網(wǎng)絡(luò)平臺對電子雷管的全過程進行管控，有效降低雷管流失的風(fēng)險。張瑞萍[14]論民用爆炸物品管理的警務(wù)創(chuàng)新，提出推廣電子雷管作為安全管控的科學(xué)方式，可知電子雷管的可管控性已經(jīng)有了一定的優(yōu)勢。龍靜怡[15]基于北斗的數(shù)碼雷管監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計，針對傳統(tǒng)雷管在民間使用中，丟失后難以追蹤和監(jiān)控而對社會治安造成的問題，提出了基于北斗系統(tǒng)定位的設(shè)計方案，且通過密碼設(shè)置，就算丟失也無法進行引爆，對爆炸物品的安全管理起到積極的推動作用，且大幅提高爆破器材在民間使用的安全性。

1.3 生產(chǎn)方面

劉鈞亮等[16]所研究的數(shù)碼電子雷管自動裝配線。對運用的自動控制、信息采集、在線檢測、群模焊接機、三碼合一等系統(tǒng)技術(shù)進行研究，得出了數(shù)碼電子雷管自動裝配線生產(chǎn)效率高，所適用范圍廣，并且減少了工作人員的數(shù)量。在生產(chǎn)上，對電子雷管的生產(chǎn)與管控提供可靠保障，具有良好的應(yīng)用前景。李治國[17]數(shù)碼電子雷管裝配生產(chǎn)線的實踐，通過利用原有生產(chǎn)線的平面布局，各工序間的安全聯(lián)鎖裝置結(jié)合自動化的生產(chǎn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)的效率，而且在安全水平也有了很大的提升。任泰昌[18]淺談電子雷管生產(chǎn)過程中的安全問題，列舉一系列電子雷管生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的安全問題，提出了減小靜電影響、減小摩擦影響、加強藥頭保護、提升芯片技術(shù)、提升人員的自身素養(yǎng)等建議，為電子雷管的生產(chǎn)過程，提供了有效的參考。2010年1 月14 日，“隆芯1 號”產(chǎn)品生產(chǎn)線的驗收，標志著我國第一條具有國內(nèi)外先進水平的電子雷管生產(chǎn)線誕生，對我國電子雷管的發(fā)展具有重大意義。

2 電子雷管在多種工程實例中的實際應(yīng)用

2.1 電子雷管在隧道掘進技術(shù)方面的應(yīng)用

隨著中國城鎮(zhèn)化水平越來越高，城市內(nèi)交通擁堵問題也更加顯著，因此性價比高，受建筑影響小的地鐵成為了緩建該問題的選擇。地鐵修建中，隧道爆破施工中，傳統(tǒng)雷管爆破掘進施工進度慢并且單次進尺較小，一般僅為0.6 ～1.0 m，因此爆破振動不易控制，并且延期誤差較大。電子雷管起爆系統(tǒng)的高精度性相對于傳統(tǒng)雷管在爆破振動中體現(xiàn)出較好效果。張迪等[19]對地鐵隧道精度延時爆破振動傳播規(guī)律與控制試驗研究對上述問題有詳細研究。傅洪賢等[20]的隧道電子雷管爆破降振技術(shù)試驗研究提出電子雷管在隧道掘進中降振、提高施工進度等優(yōu)越性。代勤榮等[21]通過隧道爆破開挖平峰降振最佳時間間隔時差確定，為以后隧道工程中應(yīng)用毫秒延時爆破控振奠定了理論基礎(chǔ)。李東濤等[22]電子雷管在鐵路隧道減振爆破中的應(yīng)用，為復(fù)雜環(huán)境下隧道爆破提供了新方法。 李清等[23]地鐵隧道精確控制爆破延期時間優(yōu)越及應(yīng)用，提出多因素相關(guān)的孔間延期時間優(yōu)選計算方法。K.Iwano 等[24]減少使用先進電子雷管隧道爆破引起地面振動通過使用電子雷管并在住所附近進行相關(guān)實驗計算，將對于其他隧道建筑工地和用于爆破參數(shù)的調(diào)整以及優(yōu)化有廣泛的參考意義。

2.2 電子雷管在礦區(qū)爆破方面的應(yīng)用

在礦區(qū)爆破中，受特殊山體結(jié)構(gòu)、復(fù)雜巖層結(jié)構(gòu)等影響，爆破安全控制極為重要。劉慶[25]等數(shù)碼電子雷管在某露天礦爆破中的應(yīng)用，為后續(xù)數(shù)碼電子雷管推廣、爆破優(yōu)化設(shè)計和施工組織方案提供借鑒。葉會師[26]等爆破中的試驗及應(yīng)用，電子雷管的優(yōu)越性能節(jié)省了爆破成本，同時提高了采礦生產(chǎn)效率。韋志鵬等[27]數(shù)碼電子雷管在露天礦石灰石礦山中的應(yīng)用分析電子雷管在工程爆破中的優(yōu)劣性，對比傳統(tǒng)雷管與電子雷管在爆破中的振動速度與爆破效果，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼電子雷管對比傳統(tǒng)導(dǎo)爆雷管能有效降低爆破振動，降低爆破產(chǎn)生的有害效應(yīng)。覃翔[28]數(shù)碼電子雷管在露天礦山開采中的應(yīng)用，通過對比分析數(shù)碼電子雷管與傳統(tǒng)導(dǎo)爆管雷管，得出數(shù)碼電子雷管擁有較好的降振效果，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益較好。周登紅[29]數(shù)碼電子雷管在磷礦山得應(yīng)用效果評價及優(yōu)化。廖韌[30]等數(shù)碼電子雷管在礦山中的運用。陳云強[31]電子雷管在礦業(yè)工程爆破中的應(yīng)用分析。從安全性、經(jīng)濟型等方面分析了數(shù)碼電子雷管并分析如何在工程爆破中應(yīng)用電子雷管。SilvaJhon 等[32]可靠性分析礦井爆炸性能基于延遲類型和點火時間，研究證明點火時間對爆破結(jié)果的影響，用各種方面控制爆破所引起的地面振動，分析結(jié)果適用于大多礦山的爆破場景。P.K.Singh 等[33]地下礦山開采爆破振動造成的影響，通過實驗數(shù)據(jù)分析爆炸產(chǎn)生的地震擾動對地下空間的影響，發(fā)現(xiàn)隨著幾何擴散，地下空洞的地面震動衰減發(fā)揮了重要作用。Thierry Bernard 等[34]爆破數(shù)字模擬：21 世紀礦山面臨的重大挑戰(zhàn)，通過爆破模擬，提供了先前爆破模擬技術(shù)的更新、最新方法和預(yù)期的未來發(fā)展。

2.3 電子雷在城市改造的應(yīng)用

從我國2006 年長江三峽的圍堰拆除爆破工程中初次運用電子雷管以來，電子雷管的安全、可靠、精準等優(yōu)點已經(jīng)獲得廣泛的認可。2007 年國內(nèi)隆芯1 號電子雷管技術(shù)通過相關(guān)部門的技術(shù)鑒定與驗收，這表明我國的電子雷管技術(shù)有了質(zhì)變的提升。據(jù)2013 年末的統(tǒng)計，隆芯1 號已生產(chǎn)使用一百萬發(fā)以上。全國普遍的使用，標志著我國電子雷管技術(shù)已經(jīng)迅速發(fā)展且具備完善的生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)。

隨著國務(wù)院關(guān)于加強城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見，數(shù)碼電子雷管技術(shù)也在城市建設(shè)中起著重要作用。馬海鵬[35]特大型鋼結(jié)構(gòu)建筑物爆炸切割拆除機理及應(yīng)用研究。結(jié)合大規(guī)模鋼結(jié)構(gòu)爆炸切割工程實例，工程爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，得出了優(yōu)化后的爆炸切割拆除施工技術(shù)方案，為類似研究工作提供較大參考價值。馬曉明[36]爆破震動信號的能力分析方法及其應(yīng)用研究，從多個實例中分析數(shù)碼電子雷管其精度高、震動信號小、頻率高、瞬時能量及TIE 小的特點，得出電子雷管在城市爆破中，對建筑物的安全有利等結(jié)論。C.Fouchier 等[37]城市環(huán)境中沖擊波傳播的實驗研究，為改善城市爆破傳播的影響，提出了一種經(jīng)濟且安全的實驗研究方法。周浩倉[38]電子雷管在異型樓房拆除爆破中的應(yīng)用，基于工程實例，提出了采用拆除爆破法的爆破設(shè)計，并且得出良好的爆破效果，證明了數(shù)碼電子除了本身具有的比傳統(tǒng)雷管更可靠的安全性，還在城市爆破中，可滿足不同的起爆方案，最大限度降低爆破振動，為城市爆破的設(shè)計提供了新思路。林中原[39]城市特大型立交橋爆破拆除起爆網(wǎng)絡(luò)，通過對漳州東立交橋爆破拆除方案的分析以及SF 系列電子雷管的使用，證明了電子雷管起爆網(wǎng)絡(luò)的可靠性，爆破工程的成功可為同類工程借鑒使用。

2.4 電子雷管在水利工程建設(shè)的應(yīng)用

電子雷管在爆破工程中可以有效降低爆炸的振動效應(yīng)，在安全性、可靠性等有突出優(yōu)勢。因此，數(shù)碼電子雷管也能在水利工程中發(fā)揮很大的作用。劉美山等[40]貴州塘寨電廠取水口巖塞爆破，分析了巖塘爆破的設(shè)計原則與要求，比如爆破必須一次成型，不能出現(xiàn)拒爆或爆破不完全現(xiàn)象、爆破中必須有條件保護周圍環(huán)境安全等原則與要求。因而需要操作方便、爆破振動影響小且施工安全的爆破方案，所以高精度電子雷管在此次爆破成功中，起到了不可替代的作用。陳鋒華[41]電子雷管在船塢圍堰爆破拆除中的應(yīng)用與思考，船塢圍堰的爆破拆除中，爆破必須一次完成，否則在后續(xù)施工中會產(chǎn)生淺點，增大施工難度。電子雷管的延時時間可調(diào)控性以及延時精確性可為船塢圍堰爆破拆除工程提供安全可靠的爆破效果，且在本次爆破工程所得出的結(jié)論中，電子雷管的起爆系統(tǒng)有了進一步完善的方向，增加了優(yōu)化爆破參數(shù)的可能性。為后續(xù)實際應(yīng)用中提供有力參考。趙根等[42]水下爆破技術(shù)發(fā)展，從多方面梳理了水下爆破技術(shù)的發(fā)展，總結(jié)近幾年最新技術(shù)成果，通過案例，提出水下爆破設(shè)計方法，為港口碼頭建設(shè)、橋梁水下爆破施工等水利工程建設(shè)中的爆破方案提供借鑒。

3 結(jié)語

隨著爆破工程規(guī)模的擴大化和精準度的精確化，對數(shù)碼電子雷管的安全性、精確延時行、經(jīng)濟性、管控性等方面的要求也越來越高，傳統(tǒng)雷管的性能越來越不能滿足未來爆破工程的要求。數(shù)碼電子雷管在實際工程中，能有效提高爆破能量的利用，減少爆破工程中炸藥的使用，加快工程進度。數(shù)碼電子雷管在未來的發(fā)展中，必將是有良好的市場前景。在發(fā)展中，產(chǎn)品安全性以及成本等問題尤其要注意，在安全性和可靠性的條件下降低成本，為數(shù)碼電子雷管的發(fā)展提供可靠的條件。在爆破實驗中，探索新型電子雷管的爆破試驗裝置，計算爆破強度，使我國在爆破方面的技術(shù)研究，達到國內(nèi)外先進水平。