數碼電子雷管逐孔起爆網路延時時間應用探討

蘭小平

(寧夏天宏爆破有限公司，銀川 750001)

甘肅白銀市白銀區武川鄉榆樹溝大理巖礦山，主要為中材甘肅水泥有限責任公司日產4 500 t新型干法水泥生產線提供石灰巖，礦山年生產能力225萬t，礦區面積0.53 km2。礦區位于干旱地區，降水稀少，年平均降水量最大為100～150 mm，礦體節理、斷層、層理等較發育，屬較堅硬巖石。抗壓強度Rc=50～40，巖體完整性指數Kv>0.75，巖體基本質量指標BQ為550～451。礦區水文地質條件簡單，工程地質條件中等，地質環境質量較好，礦床開采技術條件屬工程地質問題為主的中等類型。

礦山開采為自上而下水平分層的山坡露天開采方式，在采掘帶斜交礦體走向布置橫向采掘。在礦石采掘時采取深孔爆破，臺階高度14 m，使用1臺JK590C-140型露天潛孔鉆機穿孔，主爆炸藥為巖石粉狀乳化炸藥，將高精度導爆管雷管和數碼電子雷管(以下簡稱：電子雷管)結合使用，起爆網路為逐孔起爆、V形起爆等多種連接形式。開采的石灰巖以公路-汽車-鋼芯膠帶機聯合運輸。

目前對于逐孔起爆延時時間設計的研究，主要為導爆管雷管[2]。由于導爆管雷管時間受雷管段別限制，誤差較大，很難在真正意義上逐孔起爆，使研究有一定的局限性，但是對電子雷管逐孔起爆延時時間研究也較少，本文介紹了2018年5～8月份在榆樹溝大理巖礦山，進行5次爆破試驗的過程，對電子雷管逐孔起爆網路延時時間進行了應用研究，得出電子雷管逐孔起爆網路孔間和排間延時時間的經驗數據，為類似工程施工提供可借鑒的數據和經驗支撐。

1 間隔時間的選擇原則

1.1 孔間間隔時間

合理的間隔時間對改善爆破質量和降低地震效應具有十分重要的作用,確定間隔時間主要考慮巖石性質、孔網參數、巖體破碎和移動因素。間隔時間過長，相當于單孔爆破漏斗發揮作用,甚至破壞爆破網路;時間過短,前一個炮孔沒有為下一個炮孔形成自由面,起不到爆破的作用。合理的間隔時間,即前一個炮孔為下一個炮孔形成自由面的時間,亦即炮孔前方巖石前移和回彈時間加上巖塊脫離巖體的時間。理論和實際證明,軟巖應采用低猛度、低爆速的炸藥，并采用長間隔時間，以增加應力波及爆破氣體在巖體中的作用時間；硬巖及軟弱夾層、裂隙發育的巖石則采用高猛度、高爆速的炸藥,并在短時間內，使爆破能量依次迅速釋放,避免爆破氣體泄漏及應力波迅速衰減。

1.2 排間間隔時間

在多排爆破時,排與排之間的時間間隔必須足夠長,這樣可以使先爆巖石完全脫離原來位置,為后爆破巖石創造自由面,不會阻擋后面巖石的移動。如果排間延時低于某一臨界值,爆破后,前排巖石阻礙使爆破后沖加重,爆堆變高,而爆堆底部由于夾制作用大,松散度較差,不利于電鏟作業。還由于不同巖性巖石的動態反映時間不一,這一臨界值變化比較大。根據文獻[4]的研究,當低于 8 ms/m抵抗線會發生爆后巖體阻塞現象,增加排間延時不會對爆破效果產生較大影響,但過大的排間延時會使先爆巖石拋下后停止,阻擋了后排的巖石移動,不能發揮爆破排間炮孔應力波疊加，及碎石相互擠壓碰撞而改善爆破效果的作用。

1.3 波阻對間隔時間的影響和選擇

爆破能量在巖石中釋放和耗損與巖石的性質有關,波阻是巖石的本質性質,是影響應力波傳播的重要因素,也必將影響其傳播行為特征。因此,延時爆破最優間隔時間t與孔網參數、巖石波阻Ω等的關系,顯得更為重要。根據文獻[5]的實驗研究,間隔時間與波阻和孔距的關系如圖 1所示，最優間隔時間是隨著孔距減小和波阻增大而縮短的,因此,與巖石物理特性和孔網參數對最優級間隔時間的影響是一致的。

τ0-間隔時間；Ω-波阻；a-孔距圖1 τ0 與Ω，a的關系Fig.1 The relationship between τ0 and Ω,a

2 電子雷管的應用

為了進一步提高礦山開采水平、爆破效果和爆破作業本質安全化水平，引進了電子雷管。采用四川久安芯電子科技公司生產的C300電子雷管起爆系統，在榆樹溝大理巖礦山東、北采區進行了5次試驗。為了積累經驗和便于數據對比分析，采用控制變量法，將前4次試驗，保持爆破網路孔間延時時間不變，只改變排間延時時間；在第5次試驗中，既改變了排間的延時時間，也改變了孔間延時時間。通過不同排間延時時間的爆破效果對比分析，得出的最佳排間延時時間更有說服力。

2.1 電子雷管起爆網路使用規則

1)電子雷管網路采用并聯的形式進行連接(見圖2)。

2)電子雷管應嚴格按照設計的網路延時時間，設定現場延時時間。

3)雷管錄入過程中或完成后，應多次對孔內參數進行校核。

注：“1-1”等數字表示排-孔編號，以下類同圖2 電子雷管網路連接Fig.2 Electronic detonator network connection

2.2 電子雷管起爆網路連接規定

1)電子雷管在入孔前必須進行性能測定(見圖3a)。

2)在潮濕環境或大風天氣進行網路連接時，應對連接線和卡接盒進行防護和壓穩，防止出現電流不穩定現象。

3)連接線與接線盒之間應緊扣板卡，雨雪等惡劣天氣應進行接卡部位的防護。

4)非確認進行起爆，不要進行高壓充電操作，高壓充電后若取消起爆操作，需要等待5 min后，方可進行隨后的操作。

5)在網路授時后或高壓充電的狀態下，嚴禁重新進行起爆母線的卡接。若進行起爆母線的卡接操作，需重新對網路進行授時操作(見圖3b)。

3 試驗及分析

3.1 第1次試驗

2018年5月22日，在礦山東采區1 984～1 970 m水平臺段進行深孔爆破作業，石灰石56 000 t，總藥量7 850 kg，總孔數50個，設計單耗0.15 kg/t，挖裝運后實際單耗0.14 kg/t(石灰石比重為2.65 t/m3)，其他爆破參數如表1所示。主爆炸藥為巖石粉狀乳化炸藥,網路延時時間和礦山以前使用的普通導爆管雷管的時間一致，即孔間時間25 ms，排間時間110 ms,網路總延時時間705 ms(見圖4)。

表1 東采區1 984～1 970 m水平臺段爆破參數(第1次)

圖4 起爆網路Fig.4 Detonation network

觀察爆破后現場，前1排前撲較明顯(見圖5a)，后破裂線有彎曲和隆起的現象(見圖5b)，證明后面2排沒有完全推出去，經對采裝過程跟蹤發現，局部有大塊，底部有0.5 m不等的根坎。經查閱相關文獻[1]，可能是排間延時時間過長造成的。

3.2 第2次試驗

2018年5月25日，在礦山東采區1 984～1 970 m水平臺段進行深孔爆破作業，石灰石方量45 000 t，總藥量6 636 kg，總孔數42個，設計單耗0.15 kg/t，挖裝運后實際單耗0.145 kg/t(石灰石比重為2.65 t/m3)，其他爆破參數如表2所示。根據第1次爆破效果，決定繼續保持孔間延時25 ms不變,將排間延時時間由110 ms降至75 ms，網路總延時425 ms,第1排只有2個孔，起爆點位于排中間位置(見圖6)。

表2 東采區1 984～1 970 m水平臺段爆破參數(第2次)

圖6 起爆網路Fig.6 Detonation network

從爆破后現場表面目測有大塊，但較第1次試驗，大塊率有所降低，前2排前撲較明顯(見圖7 a)，后破裂線有彎曲不整齊，后破裂線沒有隆起現象，推出效果較第1次有所改善(見圖7 b)，經對采裝過程跟蹤發現，臺階底部根坎基本消失。證明本次排間延時時間的改變對爆破效果有一定影響，為了進一步證實此影響的存在，計劃采用同樣的網路延時時間再進行1次試驗，觀察爆破效果是否穩定。

圖7 爆破后的爆堆Fig.7 Blasting muckpile after blasting

3.3 第3次試驗

2018年7月1日，在礦山北采區1 970～1 956 m水平臺段進行深孔爆破作業，石灰石方量90 000 t，總藥量13 000 kg，總孔數87個，設計單耗0.15 kg/t，挖裝運后實際單耗0.144 kg/t(石灰石比重為2.65 t/m3)，其他爆破參數如表3所示。主爆炸藥采用巖石粉狀乳化炸藥,網路延時時間保持和第2次一致，即孔間延時25 ms，排間延時75 ms,總延時975 ms(見圖8)。

表3 北采區1 970～1 956 m水平臺段爆破參數(第3次)

圖8 起爆網路Fig.8 Detonation network

爆破后的爆堆形態較為均勻、后破裂線較整齊(見圖9a)，中間無隆起，推出效果明顯。表面目測大塊率小(見圖9b)，經對采裝過程跟蹤發現，大塊率極低，臺階底部無根坎，經過本次試驗可以肯定，本次網路延時時間較為合理，符合最小抵抗線和空間補償原理，為了進一步研究排間延時時間繼續降低對爆破效果的影響情況，計劃下一次試驗時再將排間延時時間減小。

圖9 爆破后現場爆堆Fig.9 Blasting muckpile after blasting

3.4 第4次試驗

2018年7月28日，在礦山北采區1 970～1 956 m水平臺段進行深孔爆破作業，石灰石方量60 000 t，總藥量8 620 kg，總孔數57個，臺階高度14 m，設計單耗0.15 kg/t，其他爆破參數如表4所示。繼續保持孔間延時不變，即為25 ms，排間延時由75 ms減少到50 ms,總延時425 ms(見圖10)。

表4 北采區1 970～1 956 m水平臺段爆破參數(第4次)

圖10 起爆網路Fig.10 Detonation network

爆破后的爆堆形態較第3次爆堆更加均勻，前撲更加明顯。爆后的爆堆整體呈45°斜面平滑，前撲出去近20 m的距離，表面目測無大塊，后排破裂線整齊(見圖11a)。經對采裝過程跟蹤發現，大塊率極低，也無根坎(見圖11b)。通過挖裝運后測得實際單耗0.144 kg/t(石灰石比重為2.65 t/m3、折合方量單0.38 kg/m3)。開挖后下部采場無根坎，爆破飛石警戒區域外無飛石，爆破振動較小，進一步證明了調整排間延期時間，使得爆破效果不斷得到改善。

3.5 第5次試驗

2018年8月21日，在礦山北采區1 970～1 956 m水平臺段進行深孔爆破作業，石灰石方量68 000 t，總藥量9 960 kg，總孔數62個，第1孔為虛擬炮孔，設計單耗0.146 kg/t，挖裝運后實際單耗0.144 kg/t(石灰石比重為2.65 t/m3、折合方量單0.38 kg/m3)，其他爆破參數如表5所示。主爆炸藥為巖石粉狀乳化炸藥，再進行一次爆破試驗，將孔間延時時間進行微調，即由原來的25 ms調整為20 ms，排間延時時間調整為45 ms, 總延時445 ms(見圖12)。

表5 北采區1 970～1 956 m水平臺段爆破參數(第5次)

經過爆破后檢查和采裝過程測量跟蹤，爆后爆堆及后破裂線沒有太大變化，但更加均勻,爆堆整體向自由面方向呈斜直線形式撲下(見圖13a)，表面目測無大塊，中間和后排均無隆起(見圖13b)，后排破裂線整齊，經對采裝過程跟蹤發現，也無大塊和根底，爆破效果達到最優。

圖12 起爆網路Fig.12 Detonation network

圖13 爆破后現場爆堆Fig.13 Blasting muckpile after blasting

4 結論

采用電子雷管逐孔起爆網路，在保持爆破孔網參數和單耗均不變的情況下，調整礦山傳統的網路延時時間，即孔間由25 ms調整為20 ms，每米孔距延時3～4 ms，排間由75～110 ms調整為45 ms，每米排距延時9 ms,較大地改善了爆破效果，提高了礦山挖裝效率和采場平整度。但根據文獻[3]研究和爆破理論[1]，排和孔間延時時間不可能無限制縮小，延時時間縮小和增大都存在一個臨界值，超過這個臨界值將會引起爆炸事故，具體臨界值的變化規律與巖石性質、結構和炸藥性能等各種條件有關，還有待于爆破同行們根據礦山實際進一步研究。