電子雷管在鈣芒硝礦開采中的應(yīng)用研究

張春太

洪雅青衣江元明粉有限公司，中國(guó)·四川 眉山 620360

1 引言

最近幾年社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，采礦行業(yè)得到了明顯的發(fā)展，采礦活動(dòng)所使用的爆破技術(shù)是采礦工程中的關(guān)鍵點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)和高水平生產(chǎn)要求的前提下，研究如何進(jìn)一步提升采礦工程中所應(yīng)用的爆破技術(shù)水平，對(duì)常用爆破技術(shù)進(jìn)行對(duì)比研究分析，能進(jìn)一步鞏固爆破技術(shù)在整個(gè)采礦工程中的基礎(chǔ)作用。

2006年，在三峽大壩圍堰拆除工作中，中國(guó)首次嘗試使用了奧瑞凱的電子雷管實(shí)現(xiàn)爆破拆除，這在爆破界引起了極大的關(guān)注[1]。電子雷管是一種新型的起爆器材，具有精確度高、安全性好、優(yōu)化爆破網(wǎng)絡(luò)、綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，是爆破工程中替代傳統(tǒng)導(dǎo)爆管雷管、電雷管的理想產(chǎn)品。雷管的高精確度對(duì)于優(yōu)化爆破網(wǎng)絡(luò)、降振、控制塊度大小等都起著至關(guān)重要的作用。電子雷管的作用原理是以電子延時(shí)芯片替代傳統(tǒng)雷管中的化學(xué)延期體藥品，其延期時(shí)間誤差可控制在1ms 左右。2018年9月17日，中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部安全生產(chǎn)司和中華人民共和國(guó)公安部治安管理局在中國(guó)貴陽(yáng)聯(lián)合召開民爆行業(yè)智能制造現(xiàn)場(chǎng)推廣會(huì)，重點(diǎn)推進(jìn)數(shù)碼電子雷管智能制造的全面應(yīng)用。此次會(huì)議要求全力推廣應(yīng)用電子雷管，從2018年起，各省、區(qū)、市電子雷管使用率每年遞增不得低于20%，到2022年，基本實(shí)現(xiàn)電子雷管全面使用[2]。目前，電子雷管主要在露天礦規(guī)模化應(yīng)用，而地下礦山由于拒爆問(wèn)題等原因，一直未能規(guī)模化應(yīng)用。鈣芒硝礦采礦爆破方法是中深孔擠壓爆破，一次爆破炸藥量需幾十噸至兩百多噸，一次使用塑料導(dǎo)爆管雷管幾千至數(shù)萬(wàn)發(fā)，如何將電子雷管用于鈣芒硝礦開采中，提升開采過(guò)程的安全性和高效能，是筆者一直思考的問(wèn)題。為此，筆者帶領(lǐng)研究作業(yè)團(tuán)隊(duì)于2020年4月19日在某礦山3312 溶區(qū)選取兩個(gè)爆破單元，進(jìn)行電子雷管不同延時(shí)起爆方式試爆，相關(guān)研究數(shù)據(jù)記錄如下。

2 概述

2.1 CP2D 型電子雷管的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

電子雷管起爆系統(tǒng)主要由電子雷管、專用電線、專用手持機(jī)和GC300——LG 控制器組成。CP2D 型電子雷管是由基礎(chǔ)雷管及專用芯片組成（CP2D 電子雷管實(shí)物圖如圖1所示，圖2為電子雷管結(jié)構(gòu)示意圖）。其電子延期模組采用貼片電阻結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品一致性與可靠性相對(duì)更高；延期時(shí)間在0～16S 內(nèi)，可以1ms 為單位可以任意設(shè)置；使用溫度范圍為-40～100℃。

圖1 CP2D 電子雷管實(shí)物圖

圖2 電子雷管結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 電子雷管的優(yōu)點(diǎn)

①電子雷管采用微電子延期模塊取代了傳統(tǒng)的延期體，該模塊利用晶體振蕩器和計(jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行延時(shí)，在延期精度和延期時(shí)間上遠(yuǎn)比傳統(tǒng)雷管精確，因而適用于具有高精度要求的工作面。

②電子雷管能快捷靈活地組成先進(jìn)、完整的起爆網(wǎng)絡(luò)，起爆順序和延期時(shí)間既可在出廠時(shí)根據(jù)客戶需要預(yù)先設(shè)定，也可在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定。

③電子雷管應(yīng)用范圍廣，安全性強(qiáng)，能抗雜散電流、電磁輻射，可在水下、有瓦斯或礦塵爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中使用。同時(shí)，采用專用電子起爆裝置起爆，還可設(shè)置密碼，進(jìn)而能夠有效防止非法使用[3]。

2.3 C300 起爆系統(tǒng)的構(gòu)成及作用原理

C300 起爆系統(tǒng)由專用手持機(jī)和GC300——LG 控制器組成，專用手持機(jī)主要是用于雷管數(shù)據(jù)采集、延時(shí)編輯、網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)、授時(shí)起爆及數(shù)據(jù)管理等，GC300——LG 控制器則用于單發(fā)雷管性能檢測(cè)，包括單發(fā)計(jì)數(shù)、雷管UID 信息、電流參數(shù)及狀態(tài)判定。專用手持機(jī)與C300——LG 控制器通過(guò)藍(lán)牙連接方式聯(lián)機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)及起爆等操作，整個(gè)系統(tǒng)還能對(duì)爆破作業(yè)進(jìn)行管控，起爆后可將起爆日期、時(shí)間、地點(diǎn)、雷管數(shù)量、雷管編碼等信息上傳到管控平臺(tái)。

3 3312 溶區(qū)試爆工程

3.1 3312 溶區(qū)基本概況

本次爆破地點(diǎn)為3312溶區(qū)，選取了“1切3平”試驗(yàn)區(qū)和“7切3 平”試驗(yàn)區(qū)兩個(gè)爆破單元進(jìn)行試驗(yàn)爆破（如圖3所示）。

圖3 “3312 溶區(qū)”電子雷管實(shí)驗(yàn)爆破區(qū)示意圖

3.2 3312 溶區(qū)試驗(yàn)爆破參數(shù)

①“1 切3 平”試驗(yàn)區(qū)：炮孔直徑55mm,拉槽炮孔數(shù)39個(gè)，排間延時(shí)75ms，切割炮孔數(shù)108 個(gè)，排間延時(shí)100ms；總裝藥量：2134kg，電子雷管147 發(fā)。

②“7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)：炮孔直徑55mm,拉z 炮孔數(shù)39個(gè)，排間延時(shí)50ms，切割炮孔數(shù)108 個(gè)，排間延時(shí)40ms；總裝藥量：2134kg，電子雷管21 發(fā)，導(dǎo)爆索450m。

③共用材料：電子雷管網(wǎng)絡(luò)連接線100m，起爆母線500m。

3.3 兩種延時(shí)起爆方式原理及效果評(píng)價(jià)

現(xiàn)有電子雷管起爆器起爆能力能實(shí)現(xiàn)上萬(wàn)發(fā)電子雷管在鈣芒硝礦大爆破組網(wǎng)起爆，故本次試驗(yàn)爆破選擇在同一個(gè)溶區(qū)的不同區(qū)域，采用兩種不同延時(shí)方式的起爆系統(tǒng)進(jìn)行試爆比較。

3.3.1 兩種延時(shí)起爆方式概述

“1 切3 平”試驗(yàn)區(qū)：采用電子雷管起爆系統(tǒng)，實(shí)行孔內(nèi)逐排延時(shí)方式，將電子雷管裝入400g 的藥卷內(nèi)制成起爆藥包，置于炮孔孔底進(jìn)行反向起爆，然后將每發(fā)電子雷管并聯(lián)而成起爆網(wǎng)絡(luò)（如圖4所示）。

圖4 “1 切3 平”試驗(yàn)區(qū)布孔及裝藥示意圖

“7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)：采用電子雷管和導(dǎo)爆索混合起爆系統(tǒng)，實(shí)行孔外逐排延時(shí)起爆方式，在炮孔口裝入“導(dǎo)爆索+起爆藥卷”并堵塞實(shí)行正向起爆，電子雷管起爆每一排的導(dǎo)爆索。該區(qū)域爆破前才裝“導(dǎo)爆索+起爆藥卷”，每排一發(fā)電子雷管與導(dǎo)爆索組成排間起爆子網(wǎng)，然后整個(gè)區(qū)域各子網(wǎng)并聯(lián)而成起爆網(wǎng)絡(luò)（如圖5所示）。

圖5 “7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)布孔及裝藥示意圖

3.3.2 兩種試爆方式效果評(píng)價(jià)

①成本對(duì)比分析。本對(duì)比分析中只選取了電子雷管和導(dǎo)爆索的成本，其中，“1 切3 平”試驗(yàn)區(qū)的成本為2887 元；“7切3 平”試驗(yàn)區(qū)的成本為2097 元。

“1 切3 平”試驗(yàn)區(qū)比“7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)貴790 元。

②組網(wǎng)起爆器比較?！? 切3 平”試驗(yàn)區(qū)起爆系統(tǒng)在組網(wǎng)時(shí)需要的起爆器0.3725 臺(tái)，“7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)起爆系統(tǒng)在組網(wǎng)時(shí)需要的起爆器0.0525 臺(tái)，“1 切3 平”試驗(yàn)區(qū)起爆方式需要的起爆器是另一種起爆方式的7 倍，但“7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)這種起爆方式更容易實(shí)現(xiàn)鈣芒硝礦大爆破組網(wǎng)起爆。

③爆破振動(dòng)比較?！? 切3 平”試驗(yàn)區(qū)的爆破振動(dòng)實(shí)測(cè)值如表1所示。

表1 “1 切3 平”試驗(yàn)區(qū)的爆破振動(dòng)實(shí)測(cè)表

“7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)的爆破振動(dòng)實(shí)測(cè)值如表2所示。

表2 “7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)的爆破振動(dòng)實(shí)測(cè)表

從表1、表2來(lái)看，“1 切3 平”試驗(yàn)區(qū)比“7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)的爆破振動(dòng)要低，更能減少對(duì)地表建筑物的影響。

④爆破效果比較。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看，“1 切3 平”試驗(yàn)區(qū)全部爆破，礦石塊度適中，將爆破區(qū)礦石鏟運(yùn)后，達(dá)到現(xiàn)有大爆破方式的爆破效果（如圖6所示）。

圖6 “1 切3 平”試驗(yàn)區(qū)爆破效果

“7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)有可見的三排沒(méi)有爆破，另有可見的兩排部分沒(méi)有爆破，沒(méi)有爆破的主要原因是導(dǎo)爆索的沖擊波將相鄰的網(wǎng)路破壞；同時(shí)礦石塊度也不均勻，爆破效果差（如圖7所示）。

圖7 “7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)爆破效果

可見，“1 切3 平”試驗(yàn)區(qū)比“7 切3 平”試驗(yàn)區(qū)的爆破效果更佳[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)具有延時(shí)精度高、時(shí)間設(shè)定靈活、網(wǎng)路檢測(cè)智能、安全性能可靠等特點(diǎn)，能提高炸藥能效，有效改善礦巖破碎效果，顯著降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)對(duì)3312 溶區(qū)的試爆實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為電子雷管是能運(yùn)用于鈣芒硝礦開采大爆破中。但更大程度，如上萬(wàn)發(fā)電子雷管的大爆破如何實(shí)現(xiàn)，需要我們進(jìn)一步研究突破。