田小寶，郭維揚(yáng)，張喜梅

(澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司，山東 威海 264207)

數(shù)碼電子雷管在某水下巖塞爆破工程的應(yīng)用

田小寶，郭維揚(yáng)，張喜梅

(澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司，山東 威海 264207)

水下巖塞爆破是某重點(diǎn)水電工程的控制關(guān)鍵。按設(shè)計(jì)要求，巖塞的外口直徑14.6m，內(nèi)口直徑10.0m，厚度達(dá)12.5m，屬大直徑超厚巖塞。爆破現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境異常復(fù)雜，爆破須在60m水下進(jìn)行，最大的難度是確保60m水壓環(huán)境下起爆系統(tǒng)的可靠性及巖塞必須一次貫通。為此，進(jìn)行了相應(yīng)的爆破方案優(yōu)化及驗(yàn)證爆破研究，通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了數(shù)碼電子雷管的精準(zhǔn)延期指標(biāo)及優(yōu)良的防水性能。與中導(dǎo)洞及小巖塞方案相結(jié)合，在驗(yàn)證爆破試驗(yàn)中取得了極佳效果，達(dá)到了單響藥量小，爆破振動(dòng)小及爆破輪廓線控制好的目標(biāo)。最后將優(yōu)化方案應(yīng)用于正式的巖塞爆破，實(shí)現(xiàn)了巖塞一次性成功貫通的目的。

電子雷管；巖塞爆破；防水性能

數(shù)碼電子雷管代表了目前雷管技術(shù)發(fā)展的方向，國(guó)內(nèi)外在數(shù)碼電子雷管的研制方面都取得了重要進(jìn)展。經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)、試用，數(shù)碼電子雷管在國(guó)外金屬礦山的礦巖分離爆破、以爆代破技術(shù)，及煤礦拋擲爆破，拆除爆破、石油勘探等特種爆破方面得到了廣泛的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。我國(guó)自2006年在三峽圍堰拆除爆破中引入澳瑞凱數(shù)碼電子雷管以來(lái)，逐步擴(kuò)展到金屬礦山、煤礦、采石廠等，應(yīng)用日益廣泛，展現(xiàn)出了極好的發(fā)展前景。

1 澳瑞凱數(shù)碼電子雷管系統(tǒng)

已正式投入應(yīng)用的第二代數(shù)碼雷管技術(shù)是建立在澳瑞凱20多年研發(fā)和10多年現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，特別為大型露天礦和地下采礦中高附加值與復(fù)雜環(huán)境爆破技術(shù)專門研發(fā)的。 新產(chǎn)品的新功能可以提高爆破的可靠性與延期精度，現(xiàn)場(chǎng)操作更加方便高效。

1.1 更高的精確度

延期精度提高了一倍，延期誤差從0.01% 提高到 0.005%，進(jìn)一步降低起爆順序紊亂的可能性，提高精確控制爆破效果。

最大延期時(shí)間從15s提高到30s，可以實(shí)現(xiàn)大型地下礦和復(fù)雜露天礦不同的爆破設(shè)計(jì)。提高了延期精度就可以應(yīng)用更長(zhǎng)的延時(shí)，同時(shí)保證單孔起爆時(shí)間精度。關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于第二代I-KonTM系統(tǒng)的亞毫秒編程能力。這也是市場(chǎng)上唯一采用0.1ms編程的數(shù)碼雷管產(chǎn)品。采用這項(xiàng)專利技術(shù)就意味著爆破設(shè)計(jì)者現(xiàn)在可以依據(jù)炸藥爆轟波在炮孔內(nèi)瞬時(shí)位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，將控制精度從±5m提高到±0.5m[1]。

1.2 操作更便捷高效

接收信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)了5倍，減少了電子噪音問(wèn)題造成的爆破延遲。第二代數(shù)碼雷管編碼器改進(jìn)了通訊模式，通過(guò)快速編程模式，所有I-KonTM起爆系統(tǒng)都可以在2min內(nèi)完成，第一代技術(shù)需要5～15min。

編碼器的雷管加載數(shù)量從每個(gè)200發(fā)提高到每個(gè)500發(fā)雷管，減少了對(duì)爆破輔助器材的需要。數(shù)碼雷管編碼器預(yù)編碼裝置可以快速方便地對(duì)雷管編碼，不需要在連網(wǎng)前打開(kāi)聯(lián)接塊。并股線采用單股單槽設(shè)計(jì)，提高現(xiàn)場(chǎng)爆破人員的連線速度。

1.3 安全性測(cè)試

不同于傳統(tǒng)的電雷管，澳瑞凱數(shù)碼電子雷管采用三級(jí)防護(hù)電路設(shè)計(jì)保證不受外來(lái)靜電、雜散電流影響。同時(shí)，在歐盟最苛刻的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)下，可以承受30萬(wàn)V電弧放電，被擊毀但不能引爆。測(cè)試中最大通過(guò)電流達(dá)1.8萬(wàn)A，數(shù)碼電子雷管不能被引爆[1]。

另外，起爆器的設(shè)計(jì)中有加密匙和密碼保護(hù)，僅在加密匙、密碼及起爆指令均正確的前提下，雷管才能被引爆。

2 工程概況

某國(guó)家重點(diǎn)工程的主要建筑物由巖塞進(jìn)水口、閘門井、引水隧洞、調(diào)壓井、岔管段、壓力管道、發(fā)電廠房、尾水系統(tǒng)等組成，其中引水隧洞長(zhǎng)約1850m，斷面為10m直徑的圓形隧洞。巖塞進(jìn)水口位于水庫(kù)蓄水位以下60m處，是整個(gè)工程的控制關(guān)鍵，需要一次爆破成功，否則會(huì)對(duì)整個(gè)工程帶來(lái)災(zāi)難性影響。

巖塞開(kāi)口尺寸要滿足設(shè)計(jì)過(guò)水?dāng)嗝嬉?。在巖塞段后方的過(guò)渡段斷面要適當(dāng)擴(kuò)大，使集渣坑滿足積渣容積要求，且過(guò)渡平順，以保證水流順暢。在滿足以上條件的情況下盡量減小巖塞尺寸，減少爆破鉆孔工作量、裝藥量，以減少爆破振動(dòng)效應(yīng)和貫通難度。根據(jù)本巖塞的實(shí)際情況和要求，設(shè)計(jì)要求的巖塞的外口直徑14.6m，內(nèi)口直徑10.0m。

巖塞厚度的選定是確保施工安全與設(shè)計(jì)合理的主要影響因素。預(yù)留巖塞越薄，鉆孔量、裝藥量就越少，爆破振動(dòng)效應(yīng)越小。但是巖塞越薄，巖塞安全性越低；同時(shí)巖塞體部位節(jié)理、裂隙、地下水及塞體上部水壓力對(duì)鉆孔的影響越大，裝藥施工難度也越大，孔中的水壓力可能會(huì)把炸藥沖出孔外影響爆破效果。巖塞厚度的選取與地質(zhì)條件、巖塞尺寸、上覆水深度等因素有關(guān)。根據(jù)引水洞開(kāi)挖揭示的地質(zhì)情況和地質(zhì)勘探資料，巖層結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定、完整，工作面有一定的滲水現(xiàn)象，但可以通過(guò)灌漿止水。

巖塞外側(cè)迎水面的風(fēng)化層厚度為0.5m左右，這部分巖體的承載力較內(nèi)部新鮮巖體弱，因此實(shí)際的安全性略低于設(shè)計(jì)安全性。

3 爆破方案難點(diǎn)及設(shè)計(jì)關(guān)鍵

3.1 方案要點(diǎn)

本巖塞直徑為10.0～14.6m，厚度達(dá)12.5m，屬于大直徑超厚巖塞，這種巖塞貫通的最大難度在于貫通。在地下開(kāi)挖中，隧道掘進(jìn)的單循環(huán)進(jìn)尺一般為4m左右，而本巖塞厚度達(dá)12.5m。在一個(gè)爆破循環(huán)要使其貫通，難度可想而知。掏槽孔爆破效果對(duì)隧道掘進(jìn)的單循環(huán)進(jìn)尺至關(guān)重要，掏槽效果好，則為后續(xù)輔助爆破孔形成了良好的臨空面，進(jìn)尺大。為了確保巖塞貫通，本方案設(shè)計(jì)為預(yù)掏槽全排孔爆破方案。方案要點(diǎn)如下：①首先在巖塞中軸線方向掏一個(gè)直徑為3.5m，深度為6.0m的中導(dǎo)洞；②在中導(dǎo)洞的末端，迎水面形成一個(gè)直徑3.5m，厚度6.5m的小巖塞；③爆破時(shí)，通過(guò)爆破網(wǎng)路控制起爆時(shí)間，小巖塞采用密孔裝藥首先爆破貫通，而后大巖塞從內(nèi)向外逐層依次順序爆破；④周邊孔采用光面爆破，并根據(jù)周邊輪廓面的受力狀態(tài)，合理調(diào)整周邊孔的線裝藥量及起爆順序。

3.2 起爆系統(tǒng)選擇

考慮到巖塞爆破需在水下60m實(shí)施的環(huán)境及工程的重要性，對(duì)起爆系統(tǒng)的可靠性有極高要求，同時(shí)必須要保證能耐受水下60m的壓力條件，同時(shí)要求精度高，不跳段，以保證巖塞能夠成功貫通。

選擇數(shù)個(gè)廠家的數(shù)碼電子雷管、高精度導(dǎo)爆管雷管、導(dǎo)爆索、起爆具及包裝乳化炸藥進(jìn)行了60m水下浸泡試驗(yàn)。將試驗(yàn)產(chǎn)品全部沉入了鴨綠江60m水下浸泡10天后撈出，進(jìn)行起爆試驗(yàn)。按試驗(yàn)結(jié)果，僅有澳瑞凱公司的數(shù)碼電子雷管、高精度導(dǎo)爆管雷管及“普賽”包裝乳化炸藥能夠100%成功引爆。

按照對(duì)延期精度的要求，同時(shí)送檢了澳瑞凱數(shù)碼雷管樣品到南京理工大學(xué)試驗(yàn)室進(jìn)行了延期精度測(cè)試。按照17ms、25ms、42ms、65ms及100ms的設(shè)計(jì)實(shí)際延期時(shí)間進(jìn)行了分組測(cè)試，結(jié)果表明延期誤差時(shí)間均能控制在0.01%以內(nèi)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

進(jìn)一步的，為了驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)操作實(shí)際效果，對(duì)多個(gè)不同廠家的數(shù)碼電子雷管進(jìn)行了模擬巖塞爆破驗(yàn)證。其中有多個(gè)廠家的數(shù)碼電子雷管存在拒爆率高，現(xiàn)場(chǎng)編碼復(fù)雜，且有多次雷管編碼丟失的記錄。最終選擇的澳瑞凱數(shù)碼電子雷管無(wú)拒爆，且現(xiàn)場(chǎng)編碼簡(jiǎn)單，無(wú)編碼丟失的記錄。

3.3 設(shè)計(jì)原則

水下巖塞爆破形成的進(jìn)水口常年在深水下運(yùn)行，需要?jiǎng)?chuàng)造良好的運(yùn)行條件。為此，本工程巖塞爆破設(shè)計(jì)的原則和要求如下所述[2]。

1)爆破前應(yīng)對(duì)巖塞體及其周邊圍巖進(jìn)行灌漿及加固處理，保證爆破后進(jìn)水口圍巖及上部邊坡的穩(wěn)定。

2)巖塞厚度應(yīng)滿足巖塞體在水壓力作用下的穩(wěn)定，保證開(kāi)挖爆破施工的安全。

3)由于進(jìn)水口常年在深水下運(yùn)行，爆破后一般情況下洞壁部位無(wú)法再進(jìn)行混凝土襯砌等加固工作。因此，要求爆破后巖塞四周的圍巖應(yīng)當(dāng)有一定的完整性和穩(wěn)定性，不應(yīng)遺留可能發(fā)生滑坡坍塌等隱患，確保進(jìn)水口長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

4)要求必須一次爆通成型，不允許出現(xiàn)拒爆或爆破不完全，否則處理起來(lái)非常困難。

5)巖塞爆破時(shí)必須確保周圍保護(hù)物的安全。

6)巖塞頂部和底部的開(kāi)口應(yīng)滿足進(jìn)水流態(tài)的要求，爆破形成的進(jìn)水口具有良好的水力學(xué)條件。

7)泄渣時(shí)應(yīng)盡量減輕巖渣對(duì)隧洞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磨損，或加強(qiáng)洞壁的光滑度或?qū)Χ词疫M(jìn)行襯砌。

8)巖塞體底部集渣坑的容積應(yīng)滿足爆落巖渣順暢下泄，不允許巖渣在洞內(nèi)發(fā)生瞬時(shí)堵塞事故，集渣坑的容積應(yīng)滿足堆積所有爆渣并留有一定富余容量。

9)根據(jù)鎖口段開(kāi)挖后巖塞體部位揭露的實(shí)際地質(zhì)條件，進(jìn)行安全復(fù)核。實(shí)測(cè)巖塞部位開(kāi)挖輪廓面的地應(yīng)力，根據(jù)地應(yīng)力條件調(diào)整周邊輪廓孔的爆破方式、裝藥結(jié)構(gòu)和起爆順序。

3.4 技術(shù)參數(shù)選擇

3.4.1 鉆孔

采用潛孔鉆鉆孔，孔徑Φ90mm。施工時(shí)，小巖塞上炮孔、輪廓孔嚴(yán)格按照孔徑Φ90mm控制。鉆孔深度是根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的，實(shí)際鉆孔時(shí)，應(yīng)在巖塞的中心點(diǎn)、輪廓的左、右、上、下端點(diǎn)共5個(gè)點(diǎn)，鉆5個(gè)穿透孔，將它們作為探孔。附近鉆孔根據(jù)探孔深度、探孔情況、鉆孔孔口樁號(hào)確定鉆孔深度。根據(jù)實(shí)際鉆孔深度、鉆孔情況進(jìn)行裝藥調(diào)整。

3.4.2 火工品選擇

通過(guò)火工品浸泡試驗(yàn)選擇爆破器材。炸藥：澳瑞凱公司生產(chǎn)的普賽系列抗水乳化炸藥；雷管：澳瑞凱公司生產(chǎn)的數(shù)碼電子雷管。火工品基本要求：成品卷裝乳化炸藥Φ60mm、Φ32 mm在60m水深條件下浸泡10d后，其水下爆速應(yīng)不低于4500m/s、爆力應(yīng)不低于320ml、猛度應(yīng)達(dá)到16～18mm。導(dǎo)爆索應(yīng)在60m水深條件下浸泡10d后，其水下爆速應(yīng)不低于6000m/s，并能安全起爆乳化炸藥。雷管在60m水深條件下浸泡10d后，能可靠起爆、傳爆并完全起爆炸藥。

3.4.3 單耗

(1)

式中：kD2為水下炸藥爆力降低系數(shù)，為炸藥浸泡后爆力降低及炸藥在深水中爆力相比于陸地降低兩部分；H水為水深，本設(shè)計(jì)按H水=60m計(jì)算；H覆蓋層為覆蓋層厚度，巖塞體迎水面基本無(wú)覆蓋層，保守起見(jiàn)本設(shè)計(jì)取0.5m；H臺(tái)階為臺(tái)階爆破時(shí)臺(tái)階高度，巖塞為雙側(cè)臨空面，可取巖塞厚度的一半，即6.25m；q陸地為引水洞洞室正常開(kāi)挖單耗，本工程約為0.9kg/m。

巖塞中無(wú)中導(dǎo)洞部分位于孔底，施工時(shí)鉆孔偏差、漏水或地質(zhì)缺陷等原因都可能使孔底無(wú)法鉆孔或者無(wú)法裝藥到位，因此這部分巖體爆破必須采用大單耗。巖塞孔底部分采用大單耗也可確保孔底抵抗線鉆孔無(wú)法到達(dá)部分炸通，從而使巖塞爆通。

3.4.4 起爆網(wǎng)絡(luò)

本設(shè)計(jì)采用光面爆破?？傮w起爆順序?yàn)椋合仁切r塞起爆，形成中間貫通。而后大巖塞爆破孔利用中導(dǎo)洞及小巖塞先爆孔形成的臨空面起爆。最后巖塞周邊輪廓孔起爆，形成預(yù)設(shè)的塞體輪廓形狀(圖1)。各圈之間的延期時(shí)間為100ms，同時(shí)各圈內(nèi)再次分段，用17ms，42ms，及65ms隔開(kāi)。由于使用了數(shù)碼電子雷管，段別設(shè)置非常的方便靈活。

圖1 起爆網(wǎng)絡(luò)圖

5 爆破效果

正式的巖塞爆破完全在水下進(jìn)行，無(wú)法觀測(cè)到爆破效果，且必須一次成功，若有任何瑕疵時(shí)也不能采取補(bǔ)救措施。為確保正式爆破一次成功，在完成了深水火工品可靠度檢測(cè)后，需要進(jìn)行模擬驗(yàn)證爆破，驗(yàn)證技術(shù)方案的可靠性。

驗(yàn)證爆破完全模擬正式爆破的參數(shù)，按1∶1的比例模擬了巷道斷面形狀及尺寸。評(píng)價(jià)爆破是否成功的判據(jù)是爆破后能否將巷道兩邊貫通。若能順利貫通，則證明水流能夠通過(guò)巖塞進(jìn)入導(dǎo)洞。裝藥及起爆過(guò)程符合預(yù)期，起爆后2h進(jìn)行檢查。巖塞爆破后形成的渣堆分別向兩邊巷道形成渣堆，渣堆塊度小且均勻，利于水流通過(guò)。

嚴(yán)格按照驗(yàn)證爆破方案，正式的巖塞爆破也一次成功。雖然無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)拍照，但從水下的監(jiān)測(cè)錄相可以看到水流平穩(wěn)通過(guò)巖塞，流速、流量等各項(xiàng)指標(biāo)正常，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

正式的巖塞爆破嚴(yán)格使用了驗(yàn)證爆破的成功方案，雖然無(wú)法到爆破后的水下巖塞位置拍照，但從水下的監(jiān)測(cè)錄相可以看到水流平穩(wěn)通過(guò)巖塞，流速、流量等各項(xiàng)指標(biāo)正常，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。因此可以推論正式的巖塞爆破成功達(dá)到全部設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié) 語(yǔ)

巖塞爆破是本次工程的重中之重，也是關(guān)鍵的控制工程。歷經(jīng)了一年多的前期論證，驗(yàn)證試驗(yàn)，終于取得了圓滿的成功?？偨Y(jié)本次爆破，成功之處在于以下兩點(diǎn)因素。

1)數(shù)碼電子雷管極佳的抗水性能及準(zhǔn)確的延期時(shí)間使得水下超長(zhǎng)巖塞的一次起爆貫通成為可能，保證了等時(shí)延期圈式起爆方案的順利實(shí)施，克服了傳統(tǒng)導(dǎo)爆管延期時(shí)間精度不足及高段別間延期時(shí)間太大的弊端。

2)優(yōu)化了巖塞爆破設(shè)計(jì)方案，中導(dǎo)洞小巖塞先行起爆為后續(xù)炮孔起爆形成了充分的補(bǔ)償空間，同時(shí)也保障了現(xiàn)場(chǎng)施工的安全。

[1] James Lawrence.《Orica Electronic Detonator System Operation Guide》.2012.

[2] 周先平，吳新霞等.《長(zhǎng)甸水電改造工程水下爆破試驗(yàn)大綱》.2013.

The application of electronic detonator in a rock-plug blasting

TIAN Xiao-bao，GUO Wei-yang，ZHANG Xi-mei

(Orica (Weihai) Explosives Co.，Ltd.，Weihai 264207，China)

Underwater rock-plug blasting is a key control project of some priority hydropower project.According to the requirements of the design，this is a large diameter and super thick rock plug with 14.6 m outside diameter，10.0 m inlet diameter and 12.5 meters thick.Blasting site environment is extremely complex，the blasting should be conducted in 60 meters underwater，the biggest difficulty is to ensure the reliability of the blasting system under the pressure of 60 meters water，and the other problem is the rock plug must be broke through at the first time.To this end，we optimized the related blasting scheme and verified it by trail.The results showed that electronic detonator has high accuracy in delay index and excellent waterproof performance.Combined with central heading and small rock-plug，excellent results have been achieved in the blasting trail.We have got the target of decreasing the single fire explosive and the blasting vibration，and we also got a better control of blasting outline.At last，the optimized scheme was applied to formal rock-plug blasting，and the rock-plug was broke through at the first time.

electronic detonator；rock-plug blasting；waterproof performance

2014-12-10

田小寶(1972-)，男，畢業(yè)于北京科技大學(xué)采礦系，現(xiàn)任澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司技術(shù)服務(wù)經(jīng)理。

TD235

A

1004-4051(2015)08-0148-04