數碼電子雷管在露天石灰石礦山中的應用

韋志鵬，陸 江，張 華，趙小冬,王俊青

（1.橫縣公安局，廣西南寧 530300；2.中國非金屬材料南京礦山工程有限公司，江蘇南京210000）

0 引言

數碼電子雷管是一種精確毫秒延期雷管，20世紀80年代，發達國家開始數碼電子雷管的研發與試驗工作，90年代數碼電子雷管及起爆系統有了飛速發展，產品日趨成熟，在爆破工程中被廣泛地應用[1]。我國首次使用數碼電子雷管是在2006年的三峽圍堰拆除爆破中[2,3]。2007年我國成功自主研發出了具有在線可編程功能的數碼電子雷管技術[4]。目前，數碼電子雷管在我國部分省份的工程爆破中的應用廣泛，如廣西自治區公安廳自2017年之后要求全區范圍內的所有爆破作業單位都必須使用數碼電子雷管。工信部在《民爆行業產業技術發展方向及目標》中明確表示，到2020年，全國數碼電子雷管市場占有率達到40%，到2025年，占有率100%。由此可見，隨著數碼電子雷管技術的日趨成熟，數碼電子雷管在工程爆破中的應用將會越來越廣泛，并將全面取代電雷管及導爆管雷管。

1 數碼電子雷管在工程爆破中的優劣分析

1.1 數碼電子雷管在工程爆破中的優勢

（1）安全性高：數碼電子雷管需要復合數字信號才能組網和發火，而產生這些信號所需要的編程在起爆器內，雜散電流誤觸數碼電子雷管發火程序的幾率是十六萬億分之一，這就避免了雜散電流對起爆網絡的影響；需要專用起爆器與手機客戶端軟件共同工作才能引爆，即使雷管丟失，利用常規手段也不能將其引爆。

（2）可靠性高：雷管下孔前需要先進行注冊對每發雷管進行檢測，網絡連好后利用起爆器可以方便的對起爆網絡進行檢測，快速偵測，定位網絡的短路、漏連、漏電等故障。

（3）精準性高：延期誤差僅為1.5%，這就保證了爆破網絡能按照爆破設計的起爆順序、起爆方式起爆，為減小爆破有害效應，控制爆破效果，研究爆破機理創造了條件。

（4）操作方便：地表無需傳爆雷管，數碼電子雷管的腳線有專用的卡扣，連線時直接將雷管連接線扣入卡扣內即可，大大減小了連線時間。

（5）監管方便：數碼電子雷管的安全管理監控是基于網絡平臺的，結合數碼電子雷管中的信息控制模塊以及專用起爆設備中的無線傳輸特性，對數碼電子雷管進行全生命周期的監控管理，最大程度的杜絕了私自盜取數碼電子雷管，違章作業、違反法律法規的現象。

（6）可回溯性：數碼電子雷管起爆時需要對起爆人員的面部拍照，且起爆完成后會上傳起爆人員照片、數碼電子雷管編碼、起爆地點坐標、起爆時間等信息，當發生爆破事故后，能很好的進行爆破過程的回溯，分析爆破事故原因，明確事故責任。

1.2 數碼電子雷管在工程爆破中的劣勢

（1）成本偏高：普通15 m腳線導爆管雷管的單發價格為13元/發，目前，某數碼電子雷管的單發價格為32.3元/發，單發數碼電子雷管比導爆管雷管成本高19.3元，但利用導爆管雷管時孔外需要傳爆雷管，因此露天礦山使用數碼電子雷管比使用導爆管雷管的實際價格高6.3元左右。

（2）隧道爆破拒爆率高：隧道爆破時為獲得更好的爆破效果，一般掏槽孔內的雷管起爆時間與輔助孔、周邊孔雷管的起爆時間間隔較長，而隧道斷面尺寸較小，經常會出現延期時間較長的雷管被帶出或者其內部電子元件被損壞出現拒爆現象。

可知，雖然目前數碼電子雷管成本稍高、隧道爆破拒爆率較高，但數碼電子雷管在安全、精準、可靠性等方面有著普通電雷管與導爆管雷管無法比擬的優勢。

2 工程應用

2.1 工程概況

礦山位于南寧市橫縣境內，為水泥用石灰石礦山，礦區面積約1.75 km2；開采標高+150.36 m～+54 m，礦山儲量4 713.19萬t，巖石完整性、可爆性較好，設計年開采能力550萬t，礦山自2016年5月之后開始使用數碼電子雷管。

2.2 爆破參數

試驗在謝圩礦區東礦段74平臺進行，為增加試驗的對比性，選取與先前礦山使用導爆管雷管時的爆破參數（孔內15段，延期880 ms；孔外2段，延期25 ms），具體參數如下：孔距6 m，排距3 m，臺階高度12 m，鉆孔孔徑為120 mm，堵塞長度設計為4 m，鉆孔深度13.4 m，采用空氣間隔裝藥結構，底部裝藥5 m，空氣間隔長度1.9 m，上部裝藥2.5 m，頂部堵塞4 m。單次起爆孔數20個，單孔裝藥量75 kg，總藥量105000kg，采用數碼電子雷管逐孔起爆方式，首次爆破孔間延期時間25 ms。

2.3 爆破振動數據收集處理

影響爆破振動速度的因素眾多，為了更精準的對比分析，試驗的唯一變量為雷管的延期時間。

（1）導爆管雷管與數碼電子雷管爆破振動對比分析。為了對比導爆管起爆網路與數碼電子雷管起爆網路對爆破振動的影響，在試驗初期選擇與導爆管起爆網路相同的延期時間25 ms，試驗結果見表1。利用導爆管起爆網路時的最大振速為0.510cm/s，平均振動速度為0.384 cm/s，數碼電子雷管起爆網路的最大振速速為0.36 cm/s，平均振速為0.302 cm/s。利用數碼電子雷管比利用導爆管雷管最大振速降震率29.4%，平均振速降震率21.4%。由于普通2段導爆管雷管的延期精度不高，其延期時間為25±12.5 ms，相鄰孔的雷管就可能出現串段或者爆破地震波的疊加現象，而數碼電子雷管的延期誤差僅為1.5%，起爆網絡可按設計順序起爆，這就造成了導爆管起爆網絡的爆破振動速度普遍比數碼電子雷管起爆網絡的振動速度大。

表1 25 ms延期時間下的爆破振動速度

（2）延期時間對爆破振動影響。采用逐孔起爆技術，可明顯降低爆破振動的疊加，利用延期時間控制爆破振動有兩種方式，一種是利用爆破地震波的相位相消來降低爆破振動，另一種是通過增加延期時間，來降低爆破振動的疊加效應，但是當延期時間增大到一定值時，再通過增加延期時間來減弱爆破振動的疊加效果已不明顯，并且，延期時間過長還會降低礦石之間的二次碰撞，影響爆破效果。因此，探討合理的延期時間對控制爆破振動意義重大。

試驗設計了6組延期參數，每組延期時間下均進行5次試驗，5組試驗均采取孔內延期加孔間延期爆破方式，結果見表2。對比6組延期時間下的爆破振動速度可知，最大爆破振動速度在10 ms延期時出現，以10 ms延期時間下的最大爆破振動速度與平均爆破振動速度為基準，分析其他延期時間下爆破振動速度的降低率。延期時間為20 ms時最大振速降震率35.7%，平均振速降震率28.3%。延期時間為25 ms時最大振速降震率35.7%，平均振速降震率33.2%。延期時間為30 ms時最大振速降震率44.5%，平均振速降震率36.7%。延期時間為40ms時最大振速降震率58.9%，平均振速降震率53%。延期時間為50 ms時最大振速降震率42.9%，平均振速降震率40.2%。

由圖1、2可知隨著延期時間的增加爆破振動速度逐漸減小，但當延期時間超過40ms時，爆破振動速度又出現了增加的現象，爆破振動的降震率隨著延期時間的增加逐漸增加，超過40ms時又出現減小的現象。因此在延期時間為40 ms時爆破所產生的爆破振動速度最小。

表2 不同延期時間下的爆破振動速度

圖1 爆破振動速度

圖2 爆破振動速度降低率

（3）爆破效果及成本分析。由3～6可明顯看出數碼電子雷管的爆堆明顯比導爆管雷管爆堆塊度均勻且表面無大塊，裝車后數碼電子雷管爆堆的剩余大塊數量明顯比導爆管爆堆的剩余大塊少，爆堆塊度均勻可挖性好，將會大大提高鏟裝效率，礦山自正式使用數碼電子雷管以來平均裝車等待時間從195s降低至160s，平均裝車等待時間減少18%左右。裝車單耗由0.098L/t降低至0.087L/t，裝車單耗降低11.2%左右，每年可節省柴油60768L。炸藥單耗由0.01305kg/t降低至0.11806kg/t，炸藥單耗降低10%左右，每年可節省炸藥74250kg。

圖3 導爆管雷管爆堆

圖4 數碼電子雷管爆堆

圖5 導爆管雷管爆堆大塊

圖6 數碼電子雷管爆堆大塊

3 結論

（1）目前數碼電子雷管在安全性、精準性、可靠性等方面比導爆管雷管有著巨大的優勢，但在降低成本、減少隧道爆破拒爆率方面還有很大空間。

（2）利用數碼電子雷管比導爆管雷管能夠有效降低爆破振動，最大振速降震率29.4%，平均振速降震率21.4%。

（3）當延期時間小于40ms時，隨著延期時間的增加爆破振動速度逐漸減小，減震效率增加；當延期時間超過40ms時，爆破振動速度又會出現增加的現象，減震效率降低。因此在延期時間為40ms時本礦山爆破所產生的爆破振動最小。

（4）利用數碼電子雷管能夠大大改善礦山的爆破效果，減少爆破大塊，鏟裝單耗降低11.2%左右，炸藥單耗降低10%左右。