塑料導爆管雷管井下擊發(fā)的起爆方法研究

張青成

(金誠信礦業(yè)管理股份有限公司， 北京 100070)

1 前言

某磷礦的基建和采切等工程在2015年和2016年的掘進量均在60 000m以上，即全年爆破次數達25 000次以上，目前爆破起爆方式為起爆器+爆炮母線+起爆針+3發(fā)1段導爆管雷管(腳線長度為30m)串聯+爆破網絡，其中3發(fā)大段導爆管雷管只是為了滿足爆破作業(yè)的安全距離。而起爆不僅滿足安全性和可靠性的要求，還要考慮該起爆工藝的經濟性[1-2]，因此，本文以導爆管雷管的擊發(fā)方式為研究對象，尋找到一種既經濟又安全的起爆方法。

2 起爆方法簡述

工程爆破技術被廣泛應用于礦業(yè)工程和隧道工程等領域，這些工程實踐也促使了爆破器材的不斷更新換代。當前非煤礦山在井下爆破網絡多采用多發(fā)孔內雷管并聯與單發(fā)(或多發(fā))孔外雷管串聯的形式，然后使用相關起爆器材起爆孔外雷管，當前非煤礦山主要有以下4種起爆方法。

1)電雷管起爆方法

電雷管起爆系統由發(fā)爆器、電雷管、普通導爆管雷管組成。電雷管價格低，系統起爆成本低，操作簡單，起爆電流小，但抗雜散電流的性能差[3-4]。經大量實踐檢驗，該起爆方法可靠性差，安全風險大，目前也在逐漸被淘汰。

2)加長塑料導爆管擊發(fā)起爆方法

近距離擊發(fā)起爆導爆管、導爆管遠距離傳爆的起爆系統由發(fā)爆器、起爆針、塑料導爆管和普通導爆管雷管等組成。非電導爆管自身有很好的安全性，具有抗雜散電流的能力，可以避免早爆等安全事故; 但導爆管不可重復使用，起爆成本高，每次爆破前都要重新連線，準備工作時間長、操作難度大[3-4]。客觀上講，每起爆一次，起爆針銅質內芯放電端都要產生一定的氧化作用，會使下一次的放電狀態(tài)發(fā)生改變，每放電一次，需用細砂紙輕輕打磨一次起爆針端部來去掉氧化層。這種方法可靠性較差，同時巷道掘進中起爆針還有可能被爆破后石塊砸壞，因此，起爆針在高頻次的爆破作業(yè)的環(huán)境下，其經濟性不佳。

3)鉛管延期雷管起爆方法

起爆系統由發(fā)爆器、鉛管延期雷管、普通導爆管雷管等組成。延期雷管是依靠藥劑使用量來控制燃燒時間，以達到延時的目的，但是延時藥劑在低段位的雷管中延時較準確，但通常是藥劑使用量較小，延時較短(一般在毫秒級或是秒級)。而延時藥劑大的高段位的雷管中極易發(fā)生斷燃、速燃等不可靠情況，會帶來極大的安全隱患，該雷管的批發(fā)價約為25元/發(fā)，成本較高。

4)電子數碼雷管起爆方法

起爆系統由電子雷管專用發(fā)爆器、芯片、電子雷管以及普通導爆管雷管等組成。電子數碼雷管抗靜電干擾性能強，安全性較好，但其價格太高，國產電子雷管批發(fā)價約為30元/發(fā)，電子數碼雷管起爆器約為3 000元/臺，適用于一次或是少次爆破工程。對高頻次的爆破作業(yè)來講，起爆成本也太高。

綜上所述，當前的4種起爆方法針對高頻次的爆破作業(yè)環(huán)境都存在經濟成本較高的特點，需要適當改進。

3 導爆管雷管起爆方法

3.1 起爆方法試驗設計

結合某磷礦井下爆破作業(yè)時普遍采用加長導爆管起爆的方法，以“遠距離擊發(fā)起爆導爆管、導爆管近距離傳爆”為原則，采用超細絕緣導線代替塑料導爆管和自制起爆針的方法，以“起爆器+爆破母線+超細絕緣導線(斷路)+單發(fā)導爆管雷管+爆破網絡”的起爆方式，即“1發(fā)1段導爆管雷管+90m的超細絕緣導線”代替原來的“3發(fā)大1段導爆管雷管”，起爆進行4次試驗，試驗時超細絕緣導線的材料及規(guī)格見表1。

起爆工藝中，起爆器采用礦用電容式，可同時起爆200發(fā)電雷管，圖1所示為發(fā)爆器示意圖，發(fā)爆器參數見表2。

表1 試驗時的超細絕緣導線的材料及規(guī)格

圖1 發(fā)爆器示樣圖

表2 發(fā)爆器技術指標

起爆導爆管雷管的方式為自制起爆針(超細絕緣導線斷路)在發(fā)爆器的正負極下電離產生的電火花，引爆導爆管內壁的炸藥，炸藥的爆轟波在導爆管內傳播引發(fā)雷管[5]，起爆工藝如圖2所示[6]。

圖2 起爆方式示意圖

3.2 試驗結果及分析

1)起爆針

起爆針制作時，兩根超細絕緣導線擰緊插入割開的導爆管，插入深度為1cm為宜，必須使用絕緣膠布包實封口，防止異物進入，之后安放在無水、無電纜線的地方。在剪導爆管時禁止使用物體敲擊導爆管，嚴格使用美工刀或剪刀，起爆針示意圖如圖3所示。

圖3 起爆針示意圖

試驗1有2次未起爆，試驗2中的3次起爆均失敗。分析認為試驗1中的鋁包銅線制作工藝有問題，局部用鋁量偏大，導致起爆時無法形成電火花；試驗2中的銅線截面面積太大，在起爆針插入導爆管中時，也將導爆管內壁的炸藥磨掉，導致電火花無藥可點[7]。

因此，起爆針可選用截面面積為2.5mm2的銅線來制作。

2)超細絕緣導線

本著循序漸進的試驗原則，進行了試驗3和試驗4共9次起爆全部成功。試驗證明，設計的起爆工藝性能穩(wěn)定，可以做為井下爆破起爆的一種方式。

對該起爆方式的經濟效益進行分析，原起爆方式為“起爆針+3發(fā)1段導爆管雷管(腳線長度為30m)串聯”，起爆針批發(fā)價為1.5元/只，長腳線1段導爆管雷管的批發(fā)價約為10元，則總成本約為31.5元，現起爆方式100m的超細絕緣銅導線的價格約為20元，即一次爆破可節(jié)約成本10.5元。

3.3 超細絕緣導線的極限長度探討

超細絕緣導線起爆方式采用的是電容放電，以FD200SA型起爆器為例進行發(fā)明，根據表2中起爆器技術指標，發(fā)爆電壓均為6V，最大允許電阻為1 220Ω，若接2.5mm2的銅線，根據電阻的計算公式為

(1)

取銅的電阻率為1.75×10-8Ωm，瞬時做功狀態(tài)下，在不考慮熱交換時，當R為1 220Ω時，l為6 500m。當熱量耗散50%時，銅線的最長長度為3 250m，即該類起爆方式也適應于深豎井鑿巖爆破的起爆工藝，也經過了實踐驗證[8]，較傳統的導爆管加爆破母線或其他方法都經濟，且可靠度高。

4 結論

(1)從安全可靠性和經濟適用性的角度出發(fā)，分析了采用電雷管起爆、加長塑料導爆管起爆、鉛管延期雷管起爆和電子數碼雷管起爆4種導爆管雷管的起爆方法，在非煤礦山井下高頻次的爆破作用中不合適。

(2)經過多次試驗，尋找了即經濟又安全可靠的起爆方法，即“起爆器+放炮母線+超細絕緣導線(斷路)+單發(fā)導爆管雷管+爆破網絡”的起爆方法。其中，建議超細絕緣導線采用2.5mm2的銅線。

(3)由起爆器性能和選取的2.5mm2的銅線的屬性，推導出該種起爆方法也適用于長距離起爆，同時在相關深豎井鑿巖爆破的爆破網絡的起爆中得到了驗證。