數碼電子雷管在巖塞爆破工程中的應用

鄭 華 兵, 鄭 道 明, 陳 維

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610072)

1 概 述

我國在水下巖塞爆破工程中采用電雷管起爆系統已近40多年，在施工中結合我國的實際情況，也成功應用電雷管起爆系統完成了17例巖塞爆破并取得一些成功經驗，常規的毫秒電雷管引爆炸藥是國內巖塞爆破中最常用的方法。由于毫秒電雷管在使用中存在諸多安全問題，即：毫秒電雷管在加工與裝填時，在有較強電磁場和雷雨天氣、施工現場存在雜散電流的工況下，對電雷管的爆破安全和現場施工人員的安全存在較大的隱患;同時，在大型巖塞爆破中采用毫秒電雷管時突出的缺陷是起爆網路較復雜，接線時只要有一個接頭未聯好，都會影響整個網路的起爆，而且需要通過網路計算，對各條支路進行電阻平衡，必須確保全部雷管安全可靠的起爆。所以，在設計和施工中采取措施確保電雷管起爆系統的安全、可靠起爆就顯得尤為重要，也是直接關系到巖塞爆破成功的關鍵技術問題。

為了解決巖塞爆破時起爆系統的準爆、防雜散電流、簡化起爆網路的問題，在響洪甸抽水蓄能電站工程巖塞爆破中，應用電磁毫秒電雷管，有效地解決了水下巖塞爆破電雷管起爆系統安全可靠的問題，同時簡化了復雜的聯網方式。隨著三峽水利樞紐碾壓混凝土圍堰拆除時引進了國外的數碼電子雷管起爆系統，開啟了數碼電子雷管在水利水電工程施工爆破中使用的先例。數碼電子雷管是具有高可靠性、高精確性、高安全性、具有雙線制雙向無極性組網通信功能、雷管在線檢測功能、長延期時間范圍的新型高技術雷管產品。在貴州華電有限公司2×600 MW機組新建工程取水口巖塞爆破中，采用貴州久聯民爆器材發展股份有限公司生產的數碼電子雷管，解決了水下巖塞爆破起爆系統安全可靠的問題，并為水下巖塞爆破又增加了一套安全、可靠、簡易的起爆系統。

2 數碼電子雷管的特點和技術指標

數碼電子雷管是一種新型起爆器材，該產品除具備一般毫秒電雷管的性能外，還具有以下特點:

(1) 延期時間精確。普通延期雷管在名義延時1 000 ms時間段的誤差約為±100 ms，名義延時越高，誤差越大;數碼電子雷管在同時間段的誤差約為±3 ms，且名義延時升高時誤差變化很小。

(2) 不受段別限制。普通延期雷管因誤差大，在延期時間需要做段別劃分。既使進行了段別劃分，仍然有竄段現象出現。在實際使用中，為防止竄段，將雷管跳段使用，使用時的配段受到一定限制。而數碼電子雷管可以按照爆破工程需要設置時間、無竄段，可在爆破施工中實現逐孔微差精確控制爆破。

(3) 數碼電子雷管具有良好的聯網可檢測性。而普通非電延期雷管在聯網完成后只能靠人工檢查，普通電延期雷管也只能用儀器做簡單的通斷檢測，在大規模網路連接中，無法用通斷檢測來判斷連接是否可靠。數碼電子雷管可對聯網雷管電腦系統對ID地址、延期時間進行掃描，可以準確獲得網路中每一發雷管的地址、延時時間值、運行是否正常等，從而確?？煽康钠鸨?。

(4) 極高的安全性。數碼電子雷管顛覆了傳統的雷管起爆方式，只有采用安全性極高的專用起爆器并經過密碼驗證后才能起爆。普通的電源如電池、交流電、直流電甚至220 V工頻電源均不能起爆數碼電子雷管，靜電、雜散電流、射頻電等均不會誤起爆數碼電子雷管。

(5) 延期時間。 數碼電子雷管可以根據用戶的自身要求在0～15 000 ms范圍內自行設定，分段間隔不小子5 ms，延期時間的誤差不大于名義延時的±1%。

(6) 專用設備。 數碼電子雷管使用專用起爆器和專用控制器進行起爆，每臺專用起爆器可以組網起爆100發電子雷管，每臺專用控制器可控制64臺專用起爆器同時起爆。

(7) 數碼電子雷管具有檢查功能。 用數碼電子雷管組成的起爆網路具有在線檢測功能，當雷管裝入炮孔后，可以通過專用起爆器檢測到起爆網路內的雷管數量、每發雷管的ID地址和延期時間。

(8) 其它指標：① 抗雜散電流能力。當輸入2 000個頻率100 Hz、幅值10 V、占空比50脈沖信號雷管不發生爆炸。②靜電感度。數碼電子雷管在121 kV/2 000 pF的靜電條件下，對數碼電子雷管殼腳、兩極間放電，雷管均不發生爆炸。③抗高低溫性能。數碼電子雷管在氣溫70 ℃±5 ℃或-40 ℃±5 ℃環境下靜置2 h，其雷管能正常起爆。

3 數碼電子雷管在巖塞爆破中的應用

3.1 選擇電子雷管為巖塞爆破起爆系統的原因

國內在1998年前施工爆破的18例巖塞爆破均采用電雷管起爆，電雷管價格便宜，購買方便，但施工比較復雜，每條爆破網路的電阻必須平衡，雜散電流對電雷管影響很大，況且電雷管在施工中安全隱患大，施工強度高。而施工單位普遍使用的普通塑料導爆管雷管非電起爆技術，其使用熟練、價格便宜、分段靈活，不受散雜電流和雷電影響。塑料導爆管雷管是水電行業爆破施工中最主要的爆破器材，但塑料導爆管非電起爆系統也存在自身的缺陷，其主要缺點為:

(1) 延時誤差大: 塑料導爆管毫秒雷管ms1和ms2段雷管的延時為25 ms，測試中雷管ms1和ms2的誤差卻達到±10 ms;而ms15段雷管的延時是880 ms，但雷管誤差卻達到了±60 ms。由于雷管誤差大帶來了一個不容忽視的問題：當低段雷管和高段雷管組合使用時，高段雷管的誤差已超過低段雷管的延時，若在巖塞爆破中使用，易導致起爆順序紊亂。

(2) 雷管延時的分布容易導致重段: 塑料導爆管毫秒雷管的延時順序是25 ms、50 ms、75 ms、110 ms、150 ms、175 ms....，延時中都有公約數5。當爆破網路比較大時，極容易重段。

(3) 塑料導爆管腳線抗拉強度偏小: 巖塞爆破炮孔較深并有一定上傾角度，孔中一般都有水存在，裝藥時非常困難并容易損壞塑料導爆管腳線，導致拒爆發生。

巖塞爆破追求一次爆通和成形，獲得最佳的拋擲方向和爆堆形狀，得到最佳的減震效果。巖塞爆破對起爆順序和起爆時間的準確性要求很高，而傳統的電雷管和非電起爆系統難以滿足要求。為了保證爆破效果，盡量減小爆破振動對取水口圍巖的影響，對孔間起爆時差提出了更高的要求，所以，塘寨工程巖塞爆破最終決定采用數碼電子雷管起爆系統。

3.2 電子雷管起爆系統

塘寨火電廠引水隧洞雙取水口水下巖塞爆破采用排孔爆破方案，1#巖塞軸線與水平線的夾角為30°，巖塞內口直徑為3.5 m、外口直徑為6.17 m，上沿厚度3.63 m、下沿厚度4.56 m，巖塞平均厚度4.095 m。2#巖塞軸線與水平線的夾角亦為30°，內口直徑3.5 m，外口直徑6.02 m，上沿厚度3.97 m，下沿厚度4.31 m，巖塞平均厚度4.14 m。巖塞爆破的炸藥采用經敏化劑敏化混合而成的乳化炸藥，雷管經考察、測試和試用，最終選用了貴州久聯民爆器材發展股份有限公司生產的數碼電子雷管起爆系統。

(1) 數碼電子雷管的質量檢測: 巖塞爆破前，對選取用于本次爆破所用的電子雷管不同段位各3發，分別把雷管在水中浸泡3 d后，把雷管從水中取出，用專用儀器測試電子雷管的延期時間精度及起爆可靠度。

(2) 導爆索在水中浸泡后起爆性能的檢測: 浸泡前導爆索爆速不低于6 500 m/s，把導爆索放在水下浸泡3 d后取出，其爆速不低于6 000 m/s，浸泡后的導爆索能可靠傳爆和起爆炸藥，用導爆索與φ32藥卷相連接，用雷管起爆索導爆。

(3) 起爆網路模擬試驗: 為檢測所采用的爆破網路的可靠性，巖塞爆破前對實際爆破網路進行了模似試驗。為節約起爆器材，減少試驗工作量，現場只進行了實際網路的簡化模擬，因為該簡化模似試驗已能反映整個網路傳爆可靠性和實際延期時間。在試驗時，模擬網路的傳爆雷管、起爆雷管全部按設計的時間引爆，證明所采用的網路是可靠的。

3.3 起爆方案

巖塞爆破采用數碼電子雷管起爆方案，起爆順序為周邊預裂孔首先起爆，形成預裂縫，然后中間掏槽孔藥包起爆，待巖塞中間貫通后，輔助爆破孔最后起爆，使巖塞最終爆通成型。預裂炮孔每孔中均裝兩發電子雷管和2根導爆索，其他爆破孔每孔中均裝1根導爆索，裝2發電子雷管。每個巖塞均分4段起爆，其中預裝孔為1段、掏槽孔分2段，輔助爆破孔分1段。

2#取水口巖塞爆破鉆孔參數、爆破參數和起爆網路和1#取水口巖塞相同。為減少爆破震動效應，1#巖塞比2#巖塞滯后250 ms起爆。為了保證爆破安全，采用一臺起爆器同時擊發起爆。1#取水口巖塞爆破起爆網路見圖1。

3.4 藥包起爆分段編排

圖1 1#取水口巖塞爆破起爆網路圖

設計確定掏槽孔藥包分為2段，輔助爆破孔分為1段，預裂孔分為1段。由于塘寨發電有限公司2×600 MW機組新建工程取水口巖塞爆破較小，爆破時分4段起爆即可，其中預裂孔為1段，掏槽炮孔分為2段，輔助爆破孔分為1段，掏槽孔(集中藥包)起爆分段編排情況見表1。

表1 藥包起爆分段編排表

3.5 數碼電子雷管起爆系統

塘寨電廠巖塞爆破采用貴州久聯民爆器材發展股份有限公司生產的智能電子雷管起爆系統，該系統可任意設置延時時間，雷管的正負誤差能控制在1～2 ms以內，克服了其它起爆雷管存在的誤差問題。巖塞爆破使用的雷管均為定制并具有較強的抗水能力。

電子雷管是起爆系統的關鍵部分，爆破施工之前，在施工現場對所有要使用的數碼電子雷管進行了延期時間設置，可根據工程要求在0～15 000 ms范圍內設定，分段間隔不小于5 ms。對巖塞爆破延期時間設計要結合巖塞爆破要求進行，將設計的延期時間輸入到雷管中后，爆破網路已建成，建成的爆破網路必須遵循安全準爆的原則。其各段的起爆時間如下: 預裂孔為0 ms，掏槽孔為98 ms、108 ms，輔助爆破孔為173 ms。

4 網路的連接與起爆

4.1 網路的連接

貴州省貴陽市塘寨火電廠取水口工程的巖塞體布置掏槽集中藥包2層(排孔)，共計12個孔，輔助爆破排孔12個，周邊預裂孔36個。預裂孔每孔中用2根導爆索同時裝2發電子雷管，其它爆破孔每孔均下1根導爆索，也裝2發電子雷管。巖塞體分4段起爆。其中預裂孔為1段，掏槽孔分2段，輔助爆破孔分1段，各段的起爆時間為: 0 ms、98 ms、108 ms、173 ms。

起爆網路是巖塞爆破成敗的關鍵。因此，在起爆網路施工中，必須保證巖塞能嚴格按設計的起爆順序、起爆時間安全準爆。但必須強調一點，數碼電子雷管的連線接頭不能置于水中，應對水中網路做好防護工作，防止充水過程中損壞起爆網路。網路連接過程應設專人跟班檢查，防止錯接或漏接，網路連接完成后應組織專人進行全面檢查，同時，所有雷管腳線都要引到地面進行時間設置并輸入專用起爆器中形成起爆網路。因此，在雷管腳線上引過程中，需要注意對腳線的保護和固定，所有的其他工作都不得危及雷管腳線的安全。

4.2 起 爆

在把巖塞爆破雷管腳線引到地面層后，給每一發雷管按設計好的時間輸入到雷管中，數碼電子雷管連接到專用起爆器中，每臺專用起爆器可組網起爆100發電子雷管，組網后對聯網雷管的ID地址、延期時間進行掃描，檢查網路中每一發雷管的地址、延時時間值、運行是否正常等，確保巖塞可靠起爆。塘寨火電站取水口巖塞爆破在聯網完成并進行了最后的檢查后，隨著指揮部一聲令下，在一陣沉悶的爆破聲中，兩股水柱從水庫水面升起，隨后巖塞部位的水面形成了兩個巨大的旋渦，說明取水口巖塞爆破順利貫通，也證明了采用高精度電子雷管在水下巖塞爆破工程中的應用獲得成功。