張 力

(貴州新聯(lián)爆破工程集團(tuán)有限公司， 貴州 貴陽(yáng) 550002)

0 引 言

數(shù)碼電子雷管是20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)的一種新的精確毫秒延期雷管，通常簡(jiǎn)稱為電子雷管或數(shù)碼雷管。20世紀(jì)80年代，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家開始數(shù)碼電子雷管的研發(fā)與試驗(yàn)工作，到90年代數(shù)碼電子雷管及起爆系統(tǒng)有了飛速發(fā)展，產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用日趨成熟，能夠滿足工程爆破的使用要求[1-3]。

數(shù)碼電子雷管與普通毫秒延期雷管的最大區(qū)別在于：普通雷管的毫秒延時(shí)功能是通過延期藥來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而數(shù)碼電子雷管則采用微型電子芯片來(lái)控制毫秒延時(shí)設(shè)定，雷管的毫秒延時(shí)精度達(dá)到了毫秒級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)了真正意義的毫秒延時(shí)起爆，同時(shí)毫秒延時(shí)可以通過電子芯片由現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員任意設(shè)置，并能通過控制通往引火頭的電源，減少引火頭的誤觸發(fā)，從而大大提高了雷管的安全性。

數(shù)碼電子雷管發(fā)展至今經(jīng)歷了兩個(gè)階段：第一階段，數(shù)碼雷管內(nèi)部沒有儲(chǔ)能電容，依靠外部能量點(diǎn)火起爆；第二階段，數(shù)碼雷管內(nèi)部自帶儲(chǔ)能電容，由儲(chǔ)能電容起爆。目前，現(xiàn)有數(shù)碼雷管的品種眾多，根據(jù)其功能差異可將其分為3種類型：一是毫秒延期時(shí)間可任意編程的數(shù)碼電子雷管，這類雷管的毫秒延時(shí)可以根據(jù)需要在爆破現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)設(shè)定；二是毫秒延期時(shí)間不能編程的數(shù)碼電子雷管，這類雷管的毫秒延時(shí)時(shí)間在出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)定為固定時(shí)間，不能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整；三是非電不可編程的數(shù)碼雷管，這類雷管采用導(dǎo)爆管或其它傳爆材料直接觸發(fā)延時(shí)芯片，實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)起爆[4-6]。與普通毫秒延期藥雷管相比，數(shù)碼電子雷管具有延時(shí)精確、可靠，使用安全等特點(diǎn)。

1 國(guó)外數(shù)碼電子雷管的發(fā)展現(xiàn)狀[7-9]

在20世紀(jì)80年代初，日本公司就在瞬發(fā)電子雷管的基礎(chǔ)上成功地加裝電子延期電路，使雷管的延時(shí)可以在1～8000 ms內(nèi)以1 ms為間隔任意設(shè)定，同時(shí)雷管毫秒延時(shí)誤差不超過 0.2 ms，這種雷管的最大直徑為17 mm，長(zhǎng)度為110 mm，是現(xiàn)代數(shù)碼電子雷管的雛形。1993年，Dynamit Nobel公司和AEL公司也研制出了自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一代數(shù)碼電子雷管，分別為Dynatronic和ExExl000。整個(gè)90年代，數(shù)碼電子雷管及其起爆系統(tǒng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，Dynamit Nobel公司和南非AEL公司在1996年、1998年分別研制出了第二代數(shù)碼電子雷管。1998年，Dynamit Nobel公司為搶占數(shù)碼電子雷管市場(chǎng)，成立了Davey Bickford公司，開展Daveytronic數(shù)碼電子雷管及其起爆系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)工作。隨后，Dynamit Nobel公司又與Oriea公司合資成立了精確爆破公司(Precision Blasting System)，負(fù)責(zé)研制PBS型數(shù)碼電子雷管及其起爆系統(tǒng)；1999年，該公司又研發(fā)了I-kon系列數(shù)碼電子雷管及其起爆系統(tǒng)(Electronic Blasting Systems，簡(jiǎn)稱EBS)，如圖1所示。2001年，Orica公司開始在全世界推廣I-kon系列數(shù)碼電子雷管。此外，南非的Sasol公司和AECI公司也分別研發(fā)了自有產(chǎn)權(quán)的數(shù)碼電子雷管。

2 國(guó)內(nèi)電子雷管發(fā)展現(xiàn)狀[9-12]

國(guó)內(nèi)數(shù)碼電子雷管雖然起步較早，但是發(fā)展比較緩慢。1985 年，冶金部安全環(huán)保研究院與多家單位聯(lián)合，開始數(shù)碼電子雷管的研發(fā)工作，于1988 年成功研制出了我國(guó)第一代數(shù)碼電子雷管，從而填補(bǔ)了我國(guó)在數(shù)碼電子雷管研制領(lǐng)域的空白。隨后數(shù)碼雷管的研制工作歸于沉寂，直到1996年，云南燃料一廠又重新進(jìn)行數(shù)碼雷管的研發(fā)工作，2001年12月，該廠實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼電子雷管的設(shè)計(jì)定型和技術(shù)鑒定。其后，貴州久聯(lián)民爆集團(tuán)也開展了數(shù)碼電子雷管的研發(fā)工作，歷時(shí)兩年多的時(shí)間，研發(fā)出了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)碼電子雷管，并于2006年5月26日通過了原國(guó)防科工委的技術(shù)鑒定。2006年1月，贛州9394廠與南京理工大學(xué)合作，共同研制數(shù)碼雷管及其起爆系統(tǒng)，經(jīng)過兩年多的方案設(shè)計(jì)和性能試驗(yàn)，其成品各種性能指標(biāo)均滿足了國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，并通過了技術(shù)鑒定，開始小批量的生產(chǎn)。2007年1月，中國(guó)兵器工業(yè)系統(tǒng)下屬部門研發(fā)的“隆芯1號(hào)”數(shù)碼電子雷管通過了國(guó)防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目驗(yàn)收，驗(yàn)收專家組認(rèn)為“隆芯1號(hào)”數(shù)碼電子雷管的主要技術(shù)指標(biāo)處于國(guó)際先進(jìn)水平。2009年7月，山西壺化集團(tuán)經(jīng)工信部許可，從國(guó)外引進(jìn)了數(shù)碼電子雷管的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，完成了國(guó)內(nèi)第一條數(shù)碼雷管裝配線的建設(shè)工作，該數(shù)碼電子雷管裝配線的建成，填補(bǔ)了我國(guó)在數(shù)碼電子雷管生產(chǎn)應(yīng)用上的空白。目前，以久聯(lián)民爆集團(tuán)和北方邦杰為首的公司都擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)碼電子雷管，并進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)，推動(dòng)了我國(guó)爆破行業(yè)的發(fā)展，但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在一定差距，進(jìn)行大規(guī)模的工程應(yīng)用及推廣工作還需要更多的時(shí)間和人力物力投入。

圖1 I-KonTM電子雷管

3 數(shù)碼電子雷管的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

目前數(shù)碼電子雷管主要應(yīng)用于圍堰拆除、隧道控制爆破等工程，在中深孔臺(tái)階爆破工程中也有少量應(yīng)用。如2006年6月6日，三峽大壩三期碾壓混凝土圍堰爆破拆除工程采用I-KonTM型數(shù)碼電子雷管實(shí)施了精確延時(shí)起爆，起爆時(shí)，左右兩岸炸碎部分臨空炮孔首先起爆，隨著兩岸各堰塊分別按從左至右和從右至左的順序依次起爆并傾倒，爆破后，被拆除的圍堰均淹沒在水中，爆破效果與符合設(shè)計(jì)意圖完全相符[13]。重慶市新建渝利鐵路長(zhǎng)洪嶺隧道在穿越江池鎮(zhèn)區(qū)段時(shí)，爆區(qū)周圍環(huán)境極其復(fù)雜，為有效控制爆破振動(dòng)，減少對(duì)保留巖體和周圍建構(gòu)筑物的影響，施工方覺得采用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行精確毫秒延時(shí)起爆，通過數(shù)碼電子雷管和普通毫秒雷管的對(duì)比試驗(yàn)得出：采用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行精確延時(shí)爆破，可使爆破振動(dòng)降低50%～60%，炮孔利用率提高到98%[14]。貴廣高速鐵路棋盤山隧道在爆破開挖時(shí)，采用隆芯1號(hào)數(shù)碼電子雷管進(jìn)行精確延時(shí)爆破施工，提高了隧道掘進(jìn)的光面爆破效果，降低了炸藥單耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了減振、降噪的工程目的[15]。在露天礦采用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行拋擲爆破的工程應(yīng)用表明：采用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行精確延時(shí)拋擲爆破，能夠有效提高爆堆的松散度和爆后巖塊的拋擲率，改善爆破塊度及邊坡的平整度，從而降低爆破的綜合成本[16]。

目前，數(shù)碼電子雷管在深孔臺(tái)階爆破工程中的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)階段，其研究也主要集中在利用數(shù)碼電子雷管的精確延時(shí)功能有效控制爆破振動(dòng)的危害上。如趙根[17]利用數(shù)碼電子雷管的精確延時(shí)功能進(jìn)行了精確毫秒延時(shí)爆破的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并對(duì)爆破地震波進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。通過測(cè)試波形的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：每段爆破產(chǎn)生的地震波一般經(jīng)歷3個(gè)周期，即主振周期、第一次振周期和第二次振周期，主振周期的時(shí)間一般為5.8～8.8 ms，均值為7.6 ms；第一次振周期的時(shí)間一般為5.0～ 10.6 ms，均值為6.9 ms；第二次振周期的時(shí)間一般為2.8～7.8 ms，均值為5.4 ms；經(jīng)過分析認(rèn)為，基于振動(dòng)幅值不疊加的原理，相鄰段的延期時(shí)間應(yīng)至少保證地震波的主振幅值不發(fā)生疊加，即相鄰段的間隔時(shí)間應(yīng)滿足地震波主振峰值不與第1次振或第2次振的峰值發(fā)生疊加；因此建議相鄰段間毫秒延期間隔時(shí)間應(yīng)大于主振周期的平均值8 ms。高文學(xué)[18]等通過對(duì)復(fù)雜環(huán)境深孔條件下采用數(shù)碼電子雷管起爆技術(shù)的爆破振動(dòng)的監(jiān)測(cè)分析表明：采用數(shù)碼電子雷管可有效控制爆破振動(dòng)的危害效應(yīng)，改善爆破破碎效果；同時(shí)采用預(yù)裂爆破，能更好地控制爆破振動(dòng)的強(qiáng)度；此外，通過優(yōu)化毫秒延期間隔時(shí)間，可將低頻地震波轉(zhuǎn)換為均勻分布的高頻地震波，從而實(shí)現(xiàn)爆破振動(dòng)危害的有效控制。

4 結(jié) 論

數(shù)碼電子雷管的毫秒延時(shí)功能由微型電子芯片實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)任意毫秒間隔的延時(shí)起爆，雷管延時(shí)精度高，安全性好。在實(shí)際工程中能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要調(diào)整毫秒延時(shí)間隔時(shí)間，從而使爆破破碎質(zhì)量得到有效提高、爆破振動(dòng)強(qiáng)度得到有效控制。隨著數(shù)碼雷管研發(fā)技術(shù)的不斷成熟，其產(chǎn)品量產(chǎn)化，成本得到有效控制之后，數(shù)碼電子雷管在臺(tái)階爆破工程中將得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

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