數(shù)碼電子雷管的發(fā)展及應(yīng)用研究

張 力

(貴州新聯(lián)爆破工程集團有限公司， 貴州 貴陽 550002)

0 引 言

數(shù)碼電子雷管是20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)的一種新的精確毫秒延期雷管，通常簡稱為電子雷管或數(shù)碼雷管。20世紀(jì)80年代，國外發(fā)達國家開始數(shù)碼電子雷管的研發(fā)與試驗工作，到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)品的現(xiàn)場應(yīng)用日趨成熟，能夠滿足工程爆破的使用要求[1-3]。

數(shù)碼電子雷管與普通毫秒延期雷管的最大區(qū)別在于：普通雷管的毫秒延時功能是通過延期藥來實現(xiàn)的，而數(shù)碼電子雷管則采用微型電子芯片來控制毫秒延時設(shè)定，雷管的毫秒延時精度達到了毫秒級，從而實現(xiàn)了真正意義的毫秒延時起爆，同時毫秒延時可以通過電子芯片由現(xiàn)場工程技術(shù)人員任意設(shè)置，并能通過控制通往引火頭的電源，減少引火頭的誤觸發(fā)，從而大大提高了雷管的安全性。

數(shù)碼電子雷管發(fā)展至今經(jīng)歷了兩個階段：第一階段，數(shù)碼雷管內(nèi)部沒有儲能電容，依靠外部能量點火起爆；第二階段，數(shù)碼雷管內(nèi)部自帶儲能電容，由儲能電容起爆。目前，現(xiàn)有數(shù)碼雷管的品種眾多，根據(jù)其功能差異可將其分為3種類型：一是毫秒延期時間可任意編程的數(shù)碼電子雷管，這類雷管的毫秒延時可以根據(jù)需要在爆破現(xiàn)場臨時設(shè)定；二是毫秒延期時間不能編程的數(shù)碼電子雷管，這類雷管的毫秒延時時間在出廠時已經(jīng)設(shè)定為固定時間，不能根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整；三是非電不可編程的數(shù)碼雷管，這類雷管采用導(dǎo)爆管或其它傳爆材料直接觸發(fā)延時芯片，實現(xiàn)精確延時起爆[4-6]。與普通毫秒延期藥雷管相比，數(shù)碼電子雷管具有延時精確、可靠，使用安全等特點。

1 國外數(shù)碼電子雷管的發(fā)展現(xiàn)狀[7-9]

在20世紀(jì)80年代初，日本公司就在瞬發(fā)電子雷管的基礎(chǔ)上成功地加裝電子延期電路，使雷管的延時可以在1～8000 ms內(nèi)以1 ms為間隔任意設(shè)定，同時雷管毫秒延時誤差不超過 0.2 ms，這種雷管的最大直徑為17 mm，長度為110 mm，是現(xiàn)代數(shù)碼電子雷管的雛形。1993年，Dynamit Nobel公司和AEL公司也研制出了自有知識產(chǎn)權(quán)的第一代數(shù)碼電子雷管，分別為Dynatronic和ExExl000。整個90年代，數(shù)碼電子雷管及其起爆系統(tǒng)進入快速發(fā)展階段，Dynamit Nobel公司和南非AEL公司在1996年、1998年分別研制出了第二代數(shù)碼電子雷管。1998年，Dynamit Nobel公司為搶占數(shù)碼電子雷管市場，成立了Davey Bickford公司，開展Daveytronic數(shù)碼電子雷管及其起爆系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)工作。隨后，Dynamit Nobel公司又與Oriea公司合資成立了精確爆破公司(Precision Blasting System)，負責(zé)研制PBS型數(shù)碼電子雷管及其起爆系統(tǒng)；1999年，該公司又研發(fā)了I-kon系列數(shù)碼電子雷管及其起爆系統(tǒng)(Electronic Blasting Systems，簡稱EBS)，如圖1所示。2001年，Orica公司開始在全世界推廣I-kon系列數(shù)碼電子雷管。此外，南非的Sasol公司和AECI公司也分別研發(fā)了自有產(chǎn)權(quán)的數(shù)碼電子雷管。

2 國內(nèi)電子雷管發(fā)展現(xiàn)狀[9-12]

國內(nèi)數(shù)碼電子雷管雖然起步較早，但是發(fā)展比較緩慢。1985 年，冶金部安全環(huán)保研究院與多家單位聯(lián)合，開始數(shù)碼電子雷管的研發(fā)工作，于1988 年成功研制出了我國第一代數(shù)碼電子雷管，從而填補了我國在數(shù)碼電子雷管研制領(lǐng)域的空白。隨后數(shù)碼雷管的研制工作歸于沉寂，直到1996年，云南燃料一廠又重新進行數(shù)碼雷管的研發(fā)工作，2001年12月，該廠實現(xiàn)了數(shù)碼電子雷管的設(shè)計定型和技術(shù)鑒定。其后，貴州久聯(lián)民爆集團也開展了數(shù)碼電子雷管的研發(fā)工作，歷時兩年多的時間，研發(fā)出了自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)碼電子雷管，并于2006年5月26日通過了原國防科工委的技術(shù)鑒定。2006年1月，贛州9394廠與南京理工大學(xué)合作，共同研制數(shù)碼雷管及其起爆系統(tǒng)，經(jīng)過兩年多的方案設(shè)計和性能試驗，其成品各種性能指標(biāo)均滿足了國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，并通過了技術(shù)鑒定，開始小批量的生產(chǎn)。2007年1月，中國兵器工業(yè)系統(tǒng)下屬部門研發(fā)的“隆芯1號”數(shù)碼電子雷管通過了國防基礎(chǔ)科研項目驗收，驗收專家組認(rèn)為“隆芯1號”數(shù)碼電子雷管的主要技術(shù)指標(biāo)處于國際先進水平。2009年7月，山西壺化集團經(jīng)工信部許可，從國外引進了數(shù)碼電子雷管的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，完成了國內(nèi)第一條數(shù)碼雷管裝配線的建設(shè)工作，該數(shù)碼電子雷管裝配線的建成，填補了我國在數(shù)碼電子雷管生產(chǎn)應(yīng)用上的空白。目前，以久聯(lián)民爆集團和北方邦杰為首的公司都擁有了自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)碼電子雷管，并進行了工業(yè)化生產(chǎn)，推動了我國爆破行業(yè)的發(fā)展，但與國外發(fā)達國家仍存在一定差距，進行大規(guī)模的工程應(yīng)用及推廣工作還需要更多的時間和人力物力投入。

圖1 I-KonTM電子雷管

3 數(shù)碼電子雷管的現(xiàn)場應(yīng)用

目前數(shù)碼電子雷管主要應(yīng)用于圍堰拆除、隧道控制爆破等工程，在中深孔臺階爆破工程中也有少量應(yīng)用。如2006年6月6日，三峽大壩三期碾壓混凝土圍堰爆破拆除工程采用I-KonTM型數(shù)碼電子雷管實施了精確延時起爆，起爆時，左右兩岸炸碎部分臨空炮孔首先起爆，隨著兩岸各堰塊分別按從左至右和從右至左的順序依次起爆并傾倒，爆破后，被拆除的圍堰均淹沒在水中，爆破效果與符合設(shè)計意圖完全相符[13]。重慶市新建渝利鐵路長洪嶺隧道在穿越江池鎮(zhèn)區(qū)段時，爆區(qū)周圍環(huán)境極其復(fù)雜，為有效控制爆破振動，減少對保留巖體和周圍建構(gòu)筑物的影響，施工方覺得采用數(shù)碼電子雷管進行精確毫秒延時起爆，通過數(shù)碼電子雷管和普通毫秒雷管的對比試驗得出：采用數(shù)碼電子雷管進行精確延時爆破，可使爆破振動降低50%～60%，炮孔利用率提高到98%[14]。貴廣高速鐵路棋盤山隧道在爆破開挖時，采用隆芯1號數(shù)碼電子雷管進行精確延時爆破施工，提高了隧道掘進的光面爆破效果，降低了炸藥單耗，同時實現(xiàn)了減振、降噪的工程目的[15]。在露天礦采用數(shù)碼電子雷管進行拋擲爆破的工程應(yīng)用表明：采用數(shù)碼電子雷管進行精確延時拋擲爆破，能夠有效提高爆堆的松散度和爆后巖塊的拋擲率，改善爆破塊度及邊坡的平整度，從而降低爆破的綜合成本[16]。

目前，數(shù)碼電子雷管在深孔臺階爆破工程中的應(yīng)用尚處于試驗階段，其研究也主要集中在利用數(shù)碼電子雷管的精確延時功能有效控制爆破振動的危害上。如趙根[17]利用數(shù)碼電子雷管的精確延時功能進行了精確毫秒延時爆破的現(xiàn)場試驗，并對爆破地震波進行了監(jiān)測。通過測試波形的對比分析發(fā)現(xiàn)：每段爆破產(chǎn)生的地震波一般經(jīng)歷3個周期，即主振周期、第一次振周期和第二次振周期，主振周期的時間一般為5.8～8.8 ms，均值為7.6 ms；第一次振周期的時間一般為5.0～ 10.6 ms，均值為6.9 ms；第二次振周期的時間一般為2.8～7.8 ms，均值為5.4 ms；經(jīng)過分析認(rèn)為，基于振動幅值不疊加的原理，相鄰段的延期時間應(yīng)至少保證地震波的主振幅值不發(fā)生疊加，即相鄰段的間隔時間應(yīng)滿足地震波主振峰值不與第1次振或第2次振的峰值發(fā)生疊加；因此建議相鄰段間毫秒延期間隔時間應(yīng)大于主振周期的平均值8 ms。高文學(xué)[18]等通過對復(fù)雜環(huán)境深孔條件下采用數(shù)碼電子雷管起爆技術(shù)的爆破振動的監(jiān)測分析表明：采用數(shù)碼電子雷管可有效控制爆破振動的危害效應(yīng)，改善爆破破碎效果；同時采用預(yù)裂爆破，能更好地控制爆破振動的強度；此外，通過優(yōu)化毫秒延期間隔時間，可將低頻地震波轉(zhuǎn)換為均勻分布的高頻地震波，從而實現(xiàn)爆破振動危害的有效控制。

4 結(jié) 論

數(shù)碼電子雷管的毫秒延時功能由微型電子芯片實現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)任意毫秒間隔的延時起爆，雷管延時精度高，安全性好。在實際工程中能夠根據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)整毫秒延時間隔時間，從而使爆破破碎質(zhì)量得到有效提高、爆破振動強度得到有效控制。隨著數(shù)碼雷管研發(fā)技術(shù)的不斷成熟，其產(chǎn)品量產(chǎn)化，成本得到有效控制之后，數(shù)碼電子雷管在臺階爆破工程中將得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

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