數碼電子雷管深水起爆性能試驗研究?

李春軍 崔廣強 陳士海 郭雅芳

①長江重慶航道工程局(重慶，400011)

②華僑大學土木工程學院(福建廈門，361021)

引言

長江上游朝天門至涪陵河段航道整治工程位于長江上游三峽水庫變動回水區中下段，施工現場水深湍急，施工難度大。由于施工工藝復雜，水下炸礁歷來是爆破施工的難點；而在復雜條件下實施大規模的水下炸礁，同時又要滿足較高的技術要求，其難度更大。數碼電子雷管具有延期精度高、安全性好、可靠性高、可檢測性好、可追溯性強和起爆性能好等優點，在水下爆破工程中得到廣泛應用[1-3]。但是在水壓、水流和復雜環境的影響下，數碼電子雷管容易出現拒爆失效等嚴重的問題，導致爆破效果不佳，進而影響清挖效率和爆破安全[4-6]。因此，對數碼電子雷管的起爆可靠性、抗水性、延期時間的精確性進行深水模擬試驗研究是十分必要的。

已有不同學者對數碼雷管在水下爆破工程中的應用進行了系列試驗研究[7-11]，但沒有針對數碼電子雷管在復雜水下爆破工程環境的抗壓能力、起爆能力、延期精度進行系列試驗。

為了更好地發揮爆破效果，保證工程施工順利進行，針對目前水下爆破施工中數碼電子雷管存在的問題，結合水下爆破清礁工程特點，開展了相應的耐壓防水性試驗，以期為工程施工提供參考。

1 深水模擬試驗原理和方法

水下工程的爆破設計一般參考類似的工程爆破經驗。以往工程在不超過10 m的水深中，數碼電子雷管能夠順利地完成爆破任務；但是大于10 m水深、長時間水壓下儲存，沒有相關的資料可以查閱，也沒有相關的方法能夠檢驗在這種工作環境下數碼電子雷管的工作能力。為了滿足這一實際需求，進行數碼電子雷管的深水模擬試驗。

在實驗室內模擬數碼電子雷管的工作環境，并在相應的工作環境下進行工作能力的檢驗。試驗中，需要用到壓力罐和數碼電子雷管。爆破安全和雷管的使用要嚴格遵守公安部門的管控，因此，試驗借助爆破器材公司的試驗場所和儀器進行。經過和爆破器材公司的前期溝通，為了試驗安全，浸水后的雷管在壓力罐外再進行試爆試驗。

所用壓力罐為西安慶華廠實驗室自有設備，罐體高60 cm，直徑40 cm，壁厚1 cm，可以承受的最大壓力為0.5 MPa。試驗時，將數碼電子雷管浸入壓力罐的水中，然后向罐中施加一定的空氣壓力；經過一定時間的浸水，取出數碼電子雷管進行性能試驗，以判定數碼電子雷管的抗水耐壓能力。

當雷管放入水中時，雷管表面受到的總壓強p總為水的壓強p水和加壓氣體壓強p氣之和，即:

p總與入水深度h和外界氣體壓強有關。常壓情況下，p總隨入水深度h的增加而增加。研究中，首先固定雷管的入水深度，改變外界氣體壓強，使雷管表面承受的壓力與深水條件下相同，從而在實驗室條件下模擬深水爆炸環境。

外加氣壓為0、0.1、0.2、0.3、0.4 MPa。外加氣壓每增加0.1 MPa，相當于增加了10 m水深，以此模擬不同水深的影響。

2 數碼電子雷管試驗測試項目及分析

2.1 耐水抗壓測試

選用西安慶華廠生產的SJ-JJ-10S型數碼電子雷管。將選定數量的數碼電子雷管浸泡于壓力罐的水中；向壓力罐中分別施加0.1、0.2、0.3、0.4 MPa的氣壓，并保證每級壓力持續時間不少于48 h；48 h后，取出數碼電子雷管，進行發火試驗。耐水抗壓試驗裝置原理如圖1所示，具體試驗結果見表1。

圖1 耐水抗壓試驗裝置Fig.1 Water resistance and compression test device

表1 數碼電子雷管耐水抗壓試驗Tab.1 Water resistance and compression test results of digital electronic detonator

從表1可以看出，將數碼電子雷管浸入空氣壓力為0.4 MPa的水中，保持48 h取出后，電子雷管仍能正常起爆，滿足施工現場水深40 m的要求；浸泡48 h可以正常起爆也符合了水下炸礁工程裝藥工藝的要求。

2.2 鉛板試驗

為了檢驗數碼電子雷管在水壓作用下的起爆能力，對數碼電子雷管進行鉛板試驗。數碼電子雷管鉛板試驗按《工業雷管鉛板試驗方法》進行。將浸泡于壓力罐中承受0.1、0.2、0.3、0.4 MPa的氣壓的雷管進行鉛板試驗。試驗中做到:將試驗裝置平穩放置于試驗地點；雷管應位于鉛板中心并垂直于鉛板，腳線固定于鐵架上；人員撤到安全地點并發出信號，通電起爆；起爆后，取下鉛板，用鋼尺量取所穿孔徑的最大值與最小值，取平均值。如平均值大于雷管直徑，即認為雷管起爆能力合格；雷管不爆、爆炸不完全或鉛板穿孔直徑小于雷管直徑，均為不合格。每組試驗3發雷管。雷管直徑7.2 mm。具體試驗結果如表2所示。

表2 數碼電子雷管鉛板試驗Tab.2 Lead plate test results of digital electronic detonator

從表2可以看出，該數碼電子雷管能炸穿5 mm厚的鉛板，穿孔直徑大于電子雷管外徑。說明浸水承壓后的數碼電子雷管起爆能力沒有減弱，可以正常起爆，滿足工程需要。

2.3 延期時間測試

延時爆破能有效地控制爆破沖擊波、爆破振動以及爆破個別飛散物等；操作簡單、安全、快速；爆后巖石的破碎程度較好，爆堆集中，減少二次破碎的工作量；可以提高爆破的效率和提升企業的經濟效益。

為了驗證水下施工中水壓對數碼電子雷管的延期精度的影響，對其進行實驗室延期精度試驗。將試驗中承受0.4 MPa水壓的數碼電子雷管，達到24、48 h浸泡時間后分別取出，用編碼器將2組對比試驗的數碼電子雷管分別設定為相同的起爆時間，用雷管延時測試儀進行浸水24、48 h后的實際起爆延期時間測試，具體延時試驗結果如表3所示。

從表3可以看出，相同的設定時間，不浸水、浸水24 h和浸水48 h后測得的延期時間與浸水時間是隨機變化的。在1～200 ms的設定時間內，實測到的最小時間誤差為0.1 ms，最大時間誤差為0.5 ms；在大于200 ms的設計延期時間樣本中，誤差率最大，為0.66%。西安慶華廠生產的數碼電子雷管(SJ-JJ-10S型)的控制標準:延期時間不大于150 ms時，誤差不大于±1.5 ms；延期時間大于150ms時，誤差率不大于±1.0%。對照此標準，測試樣本的延期精度完全達標。經過實際工程驗證，該型號的數碼電子雷管符合水下炸礁工程的應用要求。

表3 數碼雷管浸水24 h與48 h后的延期時間測試Tab.3 Test results of delay time of digital detonator after immersion for 24 h and 48 h

3 結論

1)利用壓力罐模擬深水條件進行數碼電子雷管的抗水性、起爆能力、延期精度測試是一種快速有效的試驗方法。

2)采用模擬水深試驗，可以模擬40 m水深情況進行試驗，彌補現有工程經驗的不足，為類似工程提供必要的試驗數據。

3)試驗用數碼電子雷管具有很好的抗水壓能力，在40 m水深條件下起爆能力不受影響，延期精度符合要求。

4)分別模擬了水深10、20、30、40 m 4種情況對數碼電子雷管延期精度的影響，延期精度均符合要求，試驗結果還有待于工程現場檢驗。