張萬斌 李玉景 張 華 張寶亮 滕昭威 王付景 倪吉倫

①貴州開源爆破工程有限公司(貴州貴陽，551400)②貴州省公安廳治安警察總隊(duì)(貴州貴陽，550000)

引言

電子雷管，又稱數(shù)碼電子雷管、數(shù)碼雷管或工業(yè)數(shù)碼電子雷管，即采用電子控制模塊對起爆過程進(jìn)行控制的電雷管。電子雷管的研發(fā)始于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時諸如澳大利亞Orica公司、南非AEL公司、瑞典Dynamit Nobel公司等世界著名制造商和企業(yè)都研制開發(fā)出了新型電子雷管[1]。我國從1985年開始研制電子延期超高精度雷管，1988年完成了我國第一代電子雷管[2]。2006年，我國在長江三峽圍堰拆除爆破工程中第一次將電子雷管應(yīng)用到工程爆破中[3-5]。此后，電子雷管在我國逐步發(fā)展，2009年，德興銅礦采用隆芯1號數(shù)碼電子雷管，在德興銅礦銅礦采區(qū)和富家塢采區(qū)成功進(jìn)行了多次爆破作業(yè)，標(biāo)志著具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的電子雷管在露天礦爆破應(yīng)用中取得了圓滿成功[6]。研究和應(yīng)用實(shí)踐表明，使用電子雷管可以降低爆破振動，在隧道爆破、城鎮(zhèn)爆破中有明顯優(yōu)勢[7-9]。2015年，趙根等將電子雷管應(yīng)用于巖塞爆破中，有效地控制了爆破的有害效應(yīng)[10]。

1 PHED-1型電子雷管及其起爆系統(tǒng)

目前，每個廠家生產(chǎn)的電子雷管需要與自己生產(chǎn)的起爆系統(tǒng)配套使用。早期的電子雷管起爆系統(tǒng)有Orica公司的I-konTM、AEL公司的DigiShotTM、北京邦杰的隆芯1號起爆系統(tǒng)等。近年來，電子雷管在國內(nèi)迅速發(fā)展，并形成了一些自主研發(fā)的電子雷管起爆系統(tǒng)，如 JL系統(tǒng)[11]、CHDL-I系統(tǒng)[12]、SF-A系統(tǒng)[13]、PHED-1系統(tǒng)等。

PHED-1型電子雷管的核心組件是數(shù)碼電子雷管模組，采用自主設(shè)計(jì)的專用芯片，具有計(jì)時電路和儲能元件，當(dāng)接收到起爆指令后，能夠獨(dú)立工作并按設(shè)定的延期時間引爆雷管。PHED-1型電子雷管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該電子雷管延時范圍可以在0～16 000 ms內(nèi)設(shè)置任意整數(shù)毫秒。PHED-1型電子雷管的起爆系統(tǒng)由電子雷管、母線(兩根銅芯絕緣電導(dǎo)線)和起爆器組成。所有雷管全部并聯(lián)在母線上，母線再與起爆器連接，起爆系統(tǒng)的示意圖見圖2。

圖1 PHED-1型電子雷管結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of PHED-1 electronic detonator

圖2 PHED-1型電子雷管起爆系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of initiation system of PHED-1 electronic detonator

該起爆系統(tǒng)可以在雷管起爆完成后，自動獲取雷管的有關(guān)信息(如雷管編碼、起爆時間、起爆點(diǎn)經(jīng)緯度、登記的項(xiàng)目名稱與施工單位名稱)，并將其上傳至網(wǎng)上監(jiān)管平臺。

2 爆破應(yīng)用

礦山爆破是工程爆破中的一個重要部分。在大型露天礦山，一般都采用深孔爆破來實(shí)現(xiàn)覆巖的松動爆破。穿巖洞礦位于貴州省甕安縣，是隸屬于甕福磷礦公司的一座超大型露天磷礦山。從2016年開始，該礦山使用 PHED-1型電子雷管作為爆破起爆器材。本文中，以一次具體的爆破工程為例，介紹PHED-1型電子雷管在該礦山的使用情況。

2.1 穿孔與裝藥參數(shù)

本次爆破為覆巖剝離爆破，使用的炸藥為現(xiàn)場混裝銨油炸藥，使用起爆具作為中繼起爆器材，用于制作起爆藥包。設(shè)計(jì)炮孔總數(shù)234個，裝藥總量約50 t，主要的穿孔與裝藥參數(shù)如表1所示。

表1 爆破參數(shù)Tab.1 Blasting parameters

2.2 裝藥結(jié)構(gòu)與起爆網(wǎng)路

采用柱狀連續(xù)耦合裝藥，用2發(fā)雷管與一個起爆具制作起爆藥包，起爆藥包置于炮孔靠近底部的地方，裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Charge diagram

電子雷管起爆網(wǎng)路不需要地表管，網(wǎng)路延時全部由孔內(nèi)管設(shè)置，時間設(shè)置靈活，試用過的延時網(wǎng)路有以下幾組:孔間43 ms，排間61 ms；孔間 45 ms，排間70 ms；孔間71 ms，排間113 ms；等等。 本次爆破延時網(wǎng)路采用孔間71 ms，排間184 ms，如圖4所示。圖4中，圓圈表示炮孔，旁邊的數(shù)字表示該炮孔的延期時間。延期時間設(shè)置在雷管注冊時完成。

圖4 網(wǎng)路延時示意圖(單位:ms)Fig.4 Network delay diagram(unit:ms)

2.3 施工流程

施工流程如圖5所示。雷管入孔后先注冊，給雷管賦延期時間，待裝藥、填塞完成后，即可進(jìn)行網(wǎng)路連接，只需要將所有雷管用一條母線(主線)連接起來，再將母線拉到起爆點(diǎn)即可，如圖6所示。在起爆點(diǎn)將母線與起爆器進(jìn)行連接，警戒完成后，即可進(jìn)行組網(wǎng)檢測。如果在雷管注冊過程中，有雷管漏注冊，或者在網(wǎng)路連接中，有雷管漏連，在組網(wǎng)檢測中均會發(fā)現(xiàn)。組網(wǎng)檢測成功后，即可進(jìn)行充電起爆。起爆成功后，用起爆器將起爆信息上傳至網(wǎng)上信息系統(tǒng)，便于公安部門對雷管流向信息的監(jiān)管。

圖5 施工流程圖Fig.5 Construction flow diagram

圖6 電子雷管網(wǎng)路連接示意圖Fig.6 Schematic diagram of electronic detonator network connection

在施工中，有以下注意事項(xiàng):

1)雷管注冊時，要防止漏注冊，同時還要注意延期時間的設(shè)置要與設(shè)計(jì)的一致。為了防止出現(xiàn)這兩個問題，可以一邊注冊，一邊用紙條寫上已經(jīng)注冊的雷管的信息(包括該雷管注冊在第幾排、第幾個孔、延期時間是多少等)，然后將紙條放置在炮孔的旁邊。

2)控制單臺起爆器帶載的雷管數(shù)量。單臺起爆器可帶載的雷管數(shù)量在300發(fā)左右。但是當(dāng)爆區(qū)水孔較多時，應(yīng)適當(dāng)減少單臺起爆器帶載的雷管數(shù)量，如果需要起爆的雷管數(shù)量較多，可以用多臺起爆器級聯(lián)模式。

3)如果使用機(jī)械裝藥，要防止裝藥車輛碾壓損壞雷管腳線。

4)用起爆器上傳雷管數(shù)據(jù)時，要確保起爆器內(nèi)的網(wǎng)卡有足夠的費(fèi)用，如果欠費(fèi)，則數(shù)據(jù)上傳無法完成。上傳數(shù)據(jù)時盡量將起爆器放置于空曠的地方，不要在室內(nèi)、車內(nèi)上傳，否則可能因?yàn)樾盘柌缓枚蟼魇　?/p>

3 效果與分析

本次爆破取得圓滿成功，無盲炮、無飛石、無大塊，爆破效果良好，見圖7。爆破中，實(shí)際裝藥炮孔234個，使用起爆具234發(fā)，電子雷管468發(fā)，銨油炸藥49.75 t，完成爆破方量約12萬m3。

圖7 爆后效果圖Fig.7 Outcome after explosion

3.1 PHED-1型電子雷管的優(yōu)越性

與我國早期的電子雷管相比較，PHED-1型電子雷管及其起爆系統(tǒng)主要有以下6個創(chuàng)新點(diǎn):

1)雷管采用雙電容設(shè)計(jì)，一個是工作電容，另一個是起爆電容。檢測、注冊時采用工作電容供電，供電電壓為6 V，低于雷管的起爆發(fā)火電壓，確保施工中的安全；起爆時由起爆電容供電，供電電壓12 V，保證起爆能量。

2)采用4級防護(hù)設(shè)計(jì)，起爆電路設(shè)有充電開關(guān)、放電開關(guān)、起爆開關(guān)和充電限流電路，保證非正常情況下不誤爆，保障人員安全。

3)設(shè)有溫度自校準(zhǔn)電路，保證－40～85℃溫度范圍內(nèi)延時精度。

4)設(shè)計(jì)了微電流橋絲通斷測試電路，保證生產(chǎn)檢測過程中不發(fā)火、不誤爆。

5)設(shè)有干擾防護(hù)電路，有效消除雜散電流、靜電等干擾，保證在生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)不誤爆，在隧道、礦山等復(fù)雜環(huán)境下電子雷管穩(wěn)定、可靠地起爆。

6)該雷管所配置的起爆系統(tǒng)，具有自動獲取雷管信息并上傳的功能。這可以讓公安部門在雷管的流向管理中，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理，具體流程如下:爆破作業(yè)單位申請使用雷管→公安部門審批→雷管出庫(出庫時登記雷管數(shù)量及編碼)→雷管在工地被起爆→雷管起爆信息被上傳至網(wǎng)上信息系統(tǒng)。上傳至網(wǎng)上的信息包含項(xiàng)目名稱、施工單位名稱、雷管編碼、起爆時間、起爆點(diǎn)經(jīng)緯度、起爆狀態(tài)(正?；虍惓?等。信息上傳后，系統(tǒng)會自動將收到的信息與雷管出庫時的信息進(jìn)行比對，一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)就會自動預(yù)警，嚴(yán)重時系統(tǒng)會自動鎖閉。比如，在一起爆破施工中，雷管出庫時登記的數(shù)量為100發(fā)，而在起爆完成后，上傳至網(wǎng)上的信息中只有99發(fā)雷管的信息，則系統(tǒng)就會立即出現(xiàn)預(yù)警。

3.2 存在的問題

雖然PHED-1型電子雷管在試用中總體表現(xiàn)優(yōu)異，但是仍然存在一些不足，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

1)單臺起爆器的起爆能力需要提高。目前，單臺起爆器最多可以起爆的雷管數(shù)量在300發(fā)左右，如果一次需要起爆更多的雷管，就需要使用多臺起爆器級聯(lián)的模式，給施工帶來不便。對于大多數(shù)的市政、公路等工程爆破，一次起爆的雷管數(shù)量都少于300發(fā)，但是對于一些大型露天礦山，一次起爆的雷管數(shù)量會超過300發(fā)。因此，需要開發(fā)出具有更大能力的起爆器，以更好地滿足大型露天礦山的爆破需求。

2)探索更加合理的延時網(wǎng)路。不同的延時網(wǎng)路對于爆破效果、振動控制都有一定的影響，而電子雷管的延期時間可以任意設(shè)置，這為不斷優(yōu)化延時網(wǎng)路提供了可能。因此，今后需要不斷探索更加合理的延時網(wǎng)路，達(dá)到改善爆破效果、降低炸藥單耗、減小爆破振動的目的。

4 結(jié)語

PHED-1型電子雷管及其起爆系統(tǒng)，既具有傳統(tǒng)電子雷管的優(yōu)點(diǎn)，如可檢測性、延時設(shè)置靈活等，又有很多創(chuàng)新，如采用雙電容設(shè)計(jì)、起爆系統(tǒng)具有自動獲取雷管信息并上傳的功能等。這些優(yōu)點(diǎn)使得它在改善爆破效果、減輕爆破振動、提高施工安全性、做好公共安全監(jiān)管等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

近兩年時間累計(jì)使用PHED-1型電子雷管近4萬發(fā)，使用炸藥2 000多t，爆破效果良好。單次起爆的雷管數(shù)量，最多的一次達(dá)到800多發(fā)。使用期間沒有出現(xiàn)任何安全事故，獲得了業(yè)主方和公安部門的高度認(rèn)可。PHED-1型電子雷管在甕福磷礦的成功應(yīng)用，說明該雷管在露天深孔爆破中具有較好的應(yīng)用前景。