電子雷管在某井下鐵礦應用中存在的問題及對策

陳之兼,王銘鋒,張陽陽

(前進民爆股份有限公司,河南 洛陽 471600)

1 概述

電子雷管具有高安全、高精度的特點,通過雷管三碼綁定,可實現安全生產、安全流通、安全使用的全生命周期安全管控,極大地減少或消除了涉爆涉恐犯罪,對維護社會安全、操作使用安全具有重要的意義[1-3]。 由于各地電子雷管推廣進度不同,有些地區屬首次使用電子雷管,經驗不足,在使用過程中會遇到一些問題。 酒泉市某井下鐵礦,位于甘肅省北山地區,海拔2 300 ～2 500 m,比高一般在200 m 以下,屬中低山區,礦石主要為磁鐵礦,伴生少量的赤鐵礦、黃鐵礦和褐鐵礦,巖石力學物理性質差異較大,工程地質條件一般。 該礦為水平掘進面,巖石中等偏硬,斷面大小為4 m×4 m。 首次使用電子雷管時,爆破網路沿用原非電導爆管雷管設計方案:孔深3.6～3.9 m,裝藥孔52 個,直眼掏槽,孔內無水,單次爆破使用雷管52 發,分10 個段別,按流程正常起爆,清渣后檢查爆破效果,多個掘進面出現1 m 多進尺,爆破進尺與未使用電子雷管時相差較大。

2 爆破過程中出現的問題及原因分析

通過現場了解情況,查閱相關資料,分析造成爆破進尺差的可能原因:一是出現較多盲炮(雷管不響或雷管起爆但起爆藥包未爆),可能是因為起爆藥包制作不合理、裝藥及填塞操作不規范、網路連接錯誤等操作環節問題;二是延時方案設置不合理[4-6]。

2.1 起爆藥包制作

使用電子雷管制作起爆藥包時,因管體長度比普通雷管明顯增加20 ～40 mm,易出現雷管與藥卷斜插的情況,進而使得雷管起爆部分插入藥卷位置不合理,導致雷管正常起爆而起爆藥卷未引爆或起爆藥卷半爆等情況。

2.2 裝藥及填塞操作

電子雷管腳線一般采用雙芯絕緣護套鋼芯腳線,炮孔裝藥及填塞操作不規范時,雷管腳線拉力大的炮孔容易出現將雷管從藥卷中拉出或雷管與藥卷位置改變等情況,導致雷管正常起爆而起爆藥卷未引爆或起爆藥卷半爆等情況。

2.3 網路連接

使用電子雷管時,爆破網路的線路分為爆區連接線和爆破母線,線路連接較為復雜和散亂,為保證網路起爆的可靠性,對使用導線的材質、規格型號、線卡質量都有一定要求,否則會因接線電阻過大影響起爆信號傳輸、線路整理拉扯時斷線或線頭脫接,產生盲炮[7]。

2.4 延時方案

該礦目前同時使用導爆管雷管和電子雷管用于掘進爆破,在使用電子雷管時,爆破網路的延時仍采用導爆管雷管網路方案。 由于電子雷管延時精度高,同段雷管起爆的時差遠小于非電導爆管雷管,在網路延時參數不變的情況下,不能形成非電導爆管雷管本身延時精度差而創造出的先后爆炮孔的空間補償優勢,與非電導爆管雷管網路相比,高精度反而降低了原工藝參數形成的爆破網路的微差優勢,從而出現爆破進尺變差的情況[8]。

3 技術措施

3.1 正確制作起爆藥包

起爆藥包制作時要注意將雷管底部裝藥部分(雷管聚能穴及上部2 cm 左右)放入藥卷的中間位置,并且雷管底部聚能穴方向應留有足夠長度(不少于2 cm)的炸藥。 因為雷管起爆炸藥主要靠雷管裝藥部分(30 mm 左右)及聚能穴,所以應保證每發雷管都能裝到起爆藥包中間,另建議制作起爆藥包與露天深孔爆破類似,將腳線打結在炸藥上,打結位置最好在雷管中間附近,這樣爆破時即使腳線有拉扯作用,雷管也基本處在中間位置,以利于雷管軸向起爆。 制作方式如圖1 所示。

圖1 起爆藥包制作示意圖

3.2 提高裝藥及填塞質量

炮孔底部不宜墊藥,雷管反向裝入炮孔底部,雷管底部聚能穴方向朝向孔口。 起爆藥包不宜用力搗壓,放入2 ～3 卷炸藥后才能用炮棍壓實。 炮孔要按照要求填塞,炮孔若無填塞或填塞質量差,爆破效果會變差。

3.3 規范爆破網路連接

爆破斷面電子雷管爆破網路連接復雜、散亂,易出現錯接、斷路、短路、線破損接地等情況,如圖2 所示。 因此,爆區連接線和爆破母線均要求使用銅線,檢查爆破母線是否有破皮、拉斷或裸露接觸導體,如有問題要及時更換,不應使用偏細的銅線、鋁線或鐵線,防止因電阻過大造成起爆信號的傳輸出現問題。

圖2 爆破斷面炮孔分布與電子雷管爆破網路連接示意圖

網路連接時,相鄰線夾之間的距離不少于5 cm,連接線不要過緊,盡量使線路松弛一點,將1～6 段線夾放在一塊,且將腳線整理成把后放入1 段掏槽孔內,其余左邊線夾整理成一組夾好,右邊線夾整理成一組夾好,以減弱炮孔腳線之間可能存在的拉扯作用。

3.4 爆破網路延時設計與試驗

該礦使用的導爆管雷管為半秒導爆管雷管第一系列,共10 個段別,GB 19417—2003《導爆管雷管》相關標準中規定的半秒導爆管雷管第一系列段別及延期時間見表1,實測現場使用某廠的半秒導爆管雷管段別及延期時間見表2。 可以看出,第一系列半秒延期導爆管雷管段間時差并不是等間隔500 ms,段別越高,段間間隔就越大,且同段延時的誤差也會大幅增加。

表1 標準中規定的半秒導爆管雷管第一系列段別及延期時間 單位:ms

表2 某廠半秒延期導爆管雷管實測段別及延期時間 單位:ms

將電子雷管按照原導爆管雷管段別的名義時間進行時間設置,即將電子雷管段間延時設置為名義時間,間隔設置成500 ms,同段0 ms,初始延時(1 段)0 ms,將此方案稱為原方案,原方案段別及延期時間見表3,爆破網路孔網參數見表4。

表3 原方案段別及延期時間設置 單位:ms

表4 原方案孔網參數

針對電子雷管延時精度高,設定時間誤差小的特點,結合原方案現場爆破效果差的情況,在原爆破方案基礎上,分別進行3 種方案的時間參數調整和現場試驗。

1)基于電子雷管每發時間任意設定的特點,模擬導爆管雷管網路延時誤差的實際情況,設置爆破網路段別時間和段內延時差形成爆破方案1,見表5。 此方案現場實際爆破了3 次,進尺量增加,達到預期效果。

表5 方案1 段別及延期時間設置 單位:ms

通過原方案和方案1 的實際爆破效果分析,電子雷管同段別內無差異設置,出現同段別齊爆情況,一是不能形成先后爆炮孔的微差爆破的補償,這種影響對掏槽孔效果特別明顯,降低了爆破效果;二是由于同段孔齊爆能量集中,對后爆段別炮孔雷管造成沖擊,導致起爆藥包內雷管與炸藥在振動沖擊過程中受到破壞或變形以及電子芯片失電,進而出現丟炮、盲炮的情況,嚴重影響了進尺量。

2)出于實際使用考慮,將方案1 簡化優化,段間延時600 ms,段內延時差30 ms,根據巖石硬度、孔網參數及爆后效果等情況適當調整延期間隔,調整時可參考下述參數范圍,段間延時500 ～800 ms,段內延時差為20～50 ms,簡化后的方案記作方案2,其具體網路參數設置見表6、表7。

表6 方案2 段別及延期時間設置 單位:ms

表7 方案2 孔網參數

該方案實際爆破效果與方案1 相比,顯著優于原方案,且該方案操作相對簡單,提前在電子雷管起爆器上設置好段間延時參數和同段延時參數,就可連續掃描錄入雷管,錄入過程中不需要手動調整每發雷管的延時,也不需要記憶過多的數字,降低了現場爆破員的操作難度。

3)將3 種方案的電子雷管段別內延時差的設置情況進行比較(圖3)發現:①方案1 和方案2,在同一段內的不同炮孔設置起爆時間差相比不設時間差的原方案,爆破效果有顯著提高,丟炮概率也大大減小;②從實際爆破效果上看,雖然方案1 和方案2 在同一段內的不同炮孔設置起爆時間差的大小有明顯區別且無規律,但是提高了爆破效果,說明段別時間和段內時間差的設置有利于提高爆破效果。

圖3 3 種方案同段時間差對比

4)該礦掘進爆破作業采用方案2 后,平均進尺達3.2～3.5 m,殘孔不超20 cm,原方案進尺僅為1.5～2.0 m,增加進尺1.2 ～2.0 m。 同時,通過規范起爆藥包制作、爆破網路連接和提高裝藥及填塞質量等措施,也再未出現雷管不爆或雷管起爆但起爆藥包未爆的現象。

4 結語

1)在同一段內的不同炮孔設置起爆時間差相比不設時間差的原方案,爆破效果有顯著提高,丟炮概率大大減小。

2)在同一段內的不同炮孔設置起爆時間差的大小有明顯區別且并無規律的情況下,采用段別時間差和段內時間差的爆破方案設計有利于提高爆破效果。

3)規范起爆藥包制作、爆破網路連接和提高裝藥及填塞質量對保障爆破施工效果具有重要作用。