數碼電子雷管在露天深孔爆破中的應用試驗

王華

(江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

數碼電子雷管在露天深孔爆破中的應用試驗

王華

(江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

本文介紹了國產某型號數碼電子雷管針對德興銅礦露天深孔爆破的復雜應用環境所做的常規測試、安全性試驗、環境適應性試驗，以及工業應用試驗情況。通過爆破振動測試分析和爆破效果分析，說明了數碼電子雷管在露天深孔爆破中控制爆破振動、改善爆破效果等方面的優勢和應用前景。

數碼電子雷管;露天礦;深孔爆破;爆破振動;試驗

1 前言

在20世紀90年代，國外電子雷管及其起爆系統已趨于成熟并進入工程爆破實用階段［1］，應用結果表明，電子雷管不僅具有精確的延時和本質安全性能，而且在降低爆破振動和改善巖石破碎上有明顯效果［2］。2006年在我國三峽圍堰爆破中Orica公司i－konTM數碼電子雷管及其起爆系統得到成功應用［3］。2009年i－konTM數碼電子雷管在神華集團黑岱溝露天煤礦拋擲爆破技術中使用，具有明顯的經濟和安全效益［4］。

2001年，國內第一代電子雷管通過技術鑒定和設計定型。2007年元月，北京北方邦杰科技發展有限公司“隆芯1號”數碼雷管通過國防基礎科研項目驗收，作為第二代電子雷管，其主要技術指標達到國際先進水平［1］。

德興銅礦是中國最大的露天銅礦，年爆破礦巖總量達1.3億t，是一個特大細脈浸染型斑巖銅礦。隨著開采深度的增加，露天采區最高出露邊坡已超400m，下部難爆礦巖的面積增大，對爆破振動控制和難爆區爆破質量也有更新要求。自2003年引進Orica公司EXELTM高精度導爆管起爆系統，德興銅礦的爆破技術取得巨大進步［5］。近年來，由于導爆管雷管有其固定延時，爆破技術人員優化爆破參數的空間已很有限。為熟悉和檢驗國產數碼電子雷管產品在深孔爆破中的實用性能，促進礦山爆破技術的提升，2009年底國產“隆芯1號”數碼電子雷管在德興銅礦進行了深孔爆破應用試驗。

試驗過程中使用的設備主要有:專用數碼電子雷管起爆系統，包括EBC－908型銥缽起爆器、EBR－908型銥缽檢測表、EBtronicPLUS爆破設計軟件等;爆破振動測試儀器采用6臺成都中科測控TC－4850測振儀、3臺四川托普測振儀。

2 地表試驗

2.1 試驗方案

德興銅礦露天采區深孔爆破炮孔一般深17.5m，雨季大部分孔內有酸性水;用現場混裝車裝乳化炸藥，入孔炸藥初始溫度達65℃，爆區周邊有鉆機交流6kV高壓電纜。考慮到數碼電子雷管在深孔爆破實際使用條件下的復雜周邊環境，在制定地表試驗方案時，除對數碼電子雷管進行常規秒量測試、起爆可靠性試驗外，還模擬雷管使用環境，安排特別的安全性試驗和環境適應性試驗。

2.2 常規測試和試驗

由于雷管在出廠時已經過標準質量測試和相關試驗，這里常規測試中主要對數碼電子雷管延期時間的精確性進行抽樣測試，并進行雷管組網起爆可靠性和引爆起爆彈試驗。

2.2.1 秒量測試

從庫內取規定數量的試驗樣品，用數碼電子雷管專用測時發火設備對樣品進行發火測時。測時結果應滿足指標要求。

對進行環境適應性試驗的部分樣品，同樣做秒量測試，分析使用環境對數碼電子雷管延時精度可能產生的影響。

部分秒量測試結果見表1。

2.2.2 起爆可靠性試驗

取一定數量的試驗樣品，用專用的數碼電子雷管起爆系統做并聯發火試驗，應按照設定的延時序列可靠發火。

對進行環境適應性試驗的樣品，同樣做起爆可靠性試驗，分析使用環境對數碼電子雷管起爆可靠性可能產生的影響。

起爆可靠性試驗結果見表2。

表2 數碼電子雷管起爆可靠性試驗表

2.3 安全性試驗

數碼電子雷管用電發火，而露天采區電鏟鉆機等采礦設備都用高壓供電，為確認工業應用試驗的安全，在檢測數碼電子雷管安全性能時重點做3個電加載試驗項目。

2.3.1 交流電壓加載試驗

調節交流調壓器輸出電壓，加載到雷管兩腳線間，并保持5s。記錄電壓值，觀察樣品是否發火，不發火時，檢測樣品電性能。交流電壓加載試驗結果見表3。

表3 交流電壓加載試驗結果

2.3.2 直流電壓加載試驗

在雷管兩腳線間加載高于50V的直流電壓，保持5s。記錄電壓值，觀察樣品是否發火，不發火時，檢測樣品電性能。直流電壓加載試驗結果見表4。

表4 直流電壓加載試驗表

2.3.3 普通電雷管起爆器激發試驗

將雷管兩腳線分別連接到電雷管起爆器的接線端子上，電雷管起爆器充電，記錄充電電壓，并激發，觀察樣品是否發火，不發火時，檢測樣品電性能。試驗結果見表5。

表5 普通電雷管起爆器激發試驗

2.4 環境適應性試驗

環境適應性試驗是模擬在露天深孔爆破應用中所處的復雜外部環境，如壓力酸性水、油相、炸藥及其高溫水相等，對數碼電子雷管在應用環境中可能發生的性能改變進行較為嚴格的檢驗。試驗流程見圖1。

(1)浸水試驗

在采區選擇水深10m以上的炮孔，將樣品放入炮孔，浸水72h后取出，檢測樣品性能。

(2)浸炸藥試驗

在采區選擇合適的炮孔，模擬現場使用，將樣品放入炮孔，用炸藥車裝入乳化炸藥，放置72h后取出，檢測樣品性能。

圖1 環境適應性試驗流程圖

(3)浸油試驗

將樣品浸入－35號柴油，室溫并保持72h后取出，檢測樣品性能。

(4)浸高溫硝酸銨飽和溶液試驗

將樣品浸入80℃的硝酸銨飽和溶液中，放置72h后取出，檢測樣品性能。

環境適應性試驗結果反映在延期秒量精確度和起爆可靠性上，見表1和表2。

2.5 地表試驗結果分析

從表1至表2的試驗結果，可以看到數碼電子雷管在延時精確度和安全性上的優越性能，0～100 ms范圍，延時偏差最大0.23ms，最小0.01ms;在101～16，000 ms范圍，延時偏差最大5.80ms，百分比為0.58%。能在標稱交直流電壓內保持完好，即使遠超電壓范圍，也不會引爆。在經過耐油、耐水及模擬炮孔浸藥72h的環境適應性試驗后，數碼電子雷管延時精確度沒有變化。組網起爆可靠，如存在問題，因數碼電子雷管起爆系統有雙向通訊功能，在檢測時能及時發現。

在進行浸高溫硝酸銨飽和溶液試驗時20發中，出現1發滲水，在可靠性試驗時檢測發現，分析認為硝銨溶液滲入雷管造成內部短路，雷管的密封塞高溫防水性能仍需進一步改進。

地表試驗結果表明，這批數碼電子雷管已滿足露天深孔爆破工業應用試驗基本要求。

3 工業應用試驗

3.1 爆區概況及爆破參數

露天深孔爆破臺階高度15m，炮孔直徑250mm，按三角形布置鉆豎直孔，設計孔深17.5m，每孔分上下兩處各放置一發起爆彈，用現場混裝炸藥車裝乳化炸藥，人工充填，充填料為鉆孔碎屑。在銅廠采區和富家塢采區共進行了四次數碼電子雷管的應用試驗，具體爆破參數見表6。

表6 數碼電子雷管工業應用試驗爆破參數

3.2 數碼電子雷管現場使用過程

對數碼電子雷管起爆系統在應用試驗中的使用步驟按順序歸納為四步:

(1)雷管注冊和延時的設計。

雷管運輸到現場后先使用依缽表進行注冊，把雷管的編碼讀入并存儲在依缽表內，根據炮孔布置圖給定編號，并給雷管貼上相應編號的標簽。

(2)雷管發放和加工。

雷管由負責該面炮爆破設計的技術人員發放，按雷管標簽編號和炮孔布置圖的孔編號對應發放;在雷管和起爆彈的加工時，需要將雷管腳線穿過起爆彈空孔后再打個結，確保起爆彈放入孔內時雷管與起爆彈不會損壞和脫落。

(3)炮孔裝藥和充填后雷管的檢測。

為分析裝藥或充填對雷管及其腳線可能造成的損壞，試驗時在裝藥和充填后分別檢測一次，發現問題及時分析處理。

(4)網絡連接、檢測和起爆。

裝藥充填完成后，根據爆破設計圖放主干線，雷管的腳線通過專門的線卡連接到主干線。依缽表通過主干線讀取每發雷管，檢測每發雷管是否都完好，有問題雷管編號會在依缽表上反映，可以直接找到問題雷管。主線延伸到避炮點，銥缽起爆器通過依缽表對網絡再次進行檢測，將編程輸入的延期時間發送到每發雷管。在起爆前，銥缽起爆器通過控制銥缽表，對通過檢查的雷管解除保險，并確認可以爆炸點火。

3.3 爆破效果分析

與高精度導爆管雷管起爆系統的爆堆相比，數碼電子雷管應用試驗的爆堆破碎均勻，松散性好，難爆區表面大塊明顯減少，電鏟挖掘效率也得到提高。試驗爆破效果見表7。

表7 數碼電子雷管應用試驗效果

3.4 爆破測試情況及其分析

數碼電子雷管起爆系統在工程爆破中不僅能改善爆破效果，其突出優勢還在于能有效控制爆破振動。在工業應用試驗中布設爆破振動測試儀器。

測振點布置在與爆區側方同一水平上，沿一條直線布置1#～6#測振點，采用三通道并行采集數據，采樣頻率為1～50kHz，測量爆區側方爆破振動強度及其規律。為取得單孔爆破振動圖譜作比較，在做爆破微差設計時特將最后一個炮孔增加延時300ms。

3.4.1 爆破振動圖譜比較分析

第一次爆破試驗中，1#測振點(距離爆區中心88m)垂向振動圖譜見圖2;第二次爆破試驗中，1#測振點(距離爆區中心70m)垂向振動圖譜見圖3。

圖2表明，第一次爆破試驗中采用孔間延時20ms，排間延時70ms，最短起爆間隔時間為10ms，有效降低了爆破振動;第二次爆破試驗中采用與導爆管起爆網絡相同的延期時間，該面炮中有三個時點有2～3個孔起爆間隔只3～5ms，在圖3中反映出振動的加強。

經過比較得出，利用數碼電子雷管精確延時，合理的方案設計，可以把爆破振動降低到單個炮孔振動水平之下。

圖4是第二次爆破試驗當天，相鄰臺階采用高精度導爆管起爆系統的TC80－06－35爆破時1#測振點的垂向振動圖譜。與數碼電子雷管起爆的振動圖譜有明顯不同，導爆管雷管起爆造成的振動幅度穩定在較大幅度上。

圖4 TC80－06－35導爆管系統爆破1#測振點垂向振動圖譜

通過傅里葉變換，對圖3和圖4振動圖譜進行頻譜分析，圖3中的振動主頻為37.38Hz，圖4中的振動主頻為21.11Hz。可見使用數碼電子雷管系統可以提高爆破振動主頻，有效地避免建筑物共振，保障建筑物安全。

3.4.2 爆破振動速度比較分析

第二面爆破試驗中，4#～6#測振點的振速見表8。作為比較，在同一區域，選擇爆破參數相同，總計40孔的TC95－12－40次炮，采用高精度導爆管雷管起爆系統，爆破振動測試結果同列于表8。比較可見，在距爆心477m左右，數碼電子雷管起爆系統的爆破振速比高精度導爆管雷管起爆系統的爆破振速低0.18cms－1，降低了30%。

表8 爆破振動速度測試結果比較

3.5 工業應用試驗情況小結

在露天深孔爆破應用試驗中，數碼電子雷管起爆系統表現出化學延期雷管起爆系統所無法比擬的優勢:

(1)采用專用起爆設備，有雙向通訊功能，智能密碼起爆，具有本質安全性。

(2)可以根據地質條件，進行微差間隔時間的優化，實現孔內兩點同時起爆，提高炸藥能效，進一步改善難爆區爆破效果。

(3)通過科學設置微差間隔時間，可以實現干擾降震，減少對采區高陡邊坡和臨近建筑物的影響。

(4)爆破振動主頻普遍提高10Hz以上，有利于保障爆區臨近建筑物的安全。

在現場應用試驗施工過程中，出現過雷管加工時掉入孔內，在裝藥或充填過程中雷管失效，存在比導爆管雷管起爆系統操作復雜等一些問題，也反映了產品還有需要不斷改進和完善之處。

4 結語

國產數碼電子雷管在德興銅礦露天采區深孔爆破中的應用試驗，驗證了數碼電子雷管起爆系統具有延時高精度、時間設定靈活、網絡檢測智能、安全性能可靠等特點，能提高炸藥能效、有效改善礦巖破碎、顯著降低爆破振動，也為促進國產數碼電子雷管產品的成熟及其在露天礦山的推廣應用積累了經驗。

數碼電子雷管因其近乎理想的延時精度，給了爆破工程技術人員在爆破設計優化上無限的想象空間。也相信國產數碼電子雷管在工程應用中不斷成熟和推廣，必將對爆破產業產生深遠影響，推動國內工程爆破理論和技術的飛躍［6］。

［1］國內電子(數碼)雷管發展概況.http://wenku.baidu.com/ view/cfe0910b79563c1ec5da7159.html.

［2］王鵬.可編程電子延期雷管研究［D］.2007.3

［3］趙根，吳新霞等.數碼雷管起爆系統在三峽三期碾壓混凝土圍堰拆除爆破中的應用［J］.工程爆破，2007，13(4):72－75.

［4］宋日，馮寧.I－kon數碼雷管在露天煤礦拋擲爆破技術中的應用［J］.爆破器材，2009，38(4):28－29.

［5］吳朝陽.導爆管起爆網絡在德興銅礦露天爆破中的應用［J］.銅業工程，2007，(3):4－7.

［6］張樂，顏景龍等.隆芯1號數碼電子雷管在露天采礦中的應用［J］.工程爆破，2010，16(4):73－76.

Application and Tests of Digital Electronic Detonator in Open Pit Long－hole Blasting

WANG Hua

(JCC Dexing Copper Mine，Dexing，Jiangxi，China 334224)

Aiming at the complex field environment of open－pit long－hole blasting in Dexing Copper Mine，regular tests，safety tests，field adaptability tests and industrial application tests of a domestic model digital electronic detonator are presented.The superiority and prospect of digital electronic detonator in decreasing blasting vibration and upgrading blasting effects are demonstrated by analyzing the test data.

digital electronic detonator;open pit;long－hole blasting;blasting vibration;test

TD854+.2

B

1009－3842(2011)04－0022－06

2011－04－26

王華(1973－)，男，漢族，江西會昌人，工程碩士，采礦工程師，主要從事采礦技術管理工作，E－mail:wanghwua@126.com