數碼電子雷管在某水下巖塞爆破工程的應用

田小寶，郭維揚，張喜梅

(澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司，山東 威海 264207)

數碼電子雷管在某水下巖塞爆破工程的應用

田小寶，郭維揚，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水電工程的控制關鍵。按設計要求，巖塞的外口直徑14.6m，內口直徑10.0m，厚度達12.5m，屬大直徑超厚巖塞。爆破現場施工環境異常復雜，爆破須在60m水下進行，最大的難度是確保60m水壓環境下起爆系統的可靠性及巖塞必須一次貫通。為此，進行了相應的爆破方案優化及驗證爆破研究，通過測試驗證了數碼電子雷管的精準延期指標及優良的防水性能。與中導洞及小巖塞方案相結合，在驗證爆破試驗中取得了極佳效果，達到了單響藥量小，爆破振動小及爆破輪廓線控制好的目標。最后將優化方案應用于正式的巖塞爆破，實現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

數碼電子雷管代表了目前雷管技術發展的方向，國內外在數碼電子雷管的研制方面都取得了重要進展。經過多年的研發、試用，數碼電子雷管在國外金屬礦山的礦巖分離爆破、以爆代破技術，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用，取得了良好的經濟與社會效益。我國自2006年在三峽圍堰拆除爆破中引入澳瑞凱數碼電子雷管以來，逐步擴展到金屬礦山、煤礦、采石廠等，應用日益廣泛，展現出了極好的發展前景。

1 澳瑞凱數碼電子雷管系統

已正式投入應用的第二代數碼雷管技術是建立在澳瑞凱20多年研發和10多年現場應用的基礎上，特別為大型露天礦和地下采礦中高附加值與復雜環境爆破技術專門研發的。 新產品的新功能可以提高爆破的可靠性與延期精度，現場操作更加方便高效。

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。

最大延期時間從15s提高到30s，可以實現大型地下礦和復雜露天礦不同的爆破設計。提高了延期精度就可以應用更長的延時，同時保證單孔起爆時間精度。關鍵優勢在于第二代I-KonTM系統的亞毫秒編程能力。這也是市場上唯一采用0.1ms編程的數碼雷管產品。采用這項專利技術就意味著爆破設計者現在可以依據炸藥爆轟波在炮孔內瞬時位置進行設計，將控制精度從±5m提高到±0.5m[1]。

1.2 操作更便捷高效

接收信號強度增強了5倍，減少了電子噪音問題造成的爆破延遲。第二代數碼雷管編碼器改進了通訊模式，通過快速編程模式，所有I-KonTM起爆系統都可以在2min內完成，第一代技術需要5～15min。

編碼器的雷管加載數量從每個200發提高到每個500發雷管，減少了對爆破輔助器材的需要。數碼雷管編碼器預編碼裝置可以快速方便地對雷管編碼，不需要在連網前打開聯接塊。并股線采用單股單槽設計，提高現場爆破人員的連線速度。

1.3 安全性測試

不同于傳統的電雷管，澳瑞凱數碼電子雷管采用三級防護電路設計保證不受外來靜電、雜散電流影響。同時，在歐盟最苛刻的檢測標準下，可以承受30萬V電弧放電，被擊毀但不能引爆。測試中最大通過電流達1.8萬A，數碼電子雷管不能被引爆[1]。

另外，起爆器的設計中有加密匙和密碼保護，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

某國家重點工程的主要建筑物由巖塞進水口、閘門井、引水隧洞、調壓井、岔管段、壓力管道、發電廠房、尾水系統等組成，其中引水隧洞長約1850m，斷面為10m直徑的圓形隧洞。巖塞進水口位于水庫蓄水位以下60m處，是整個工程的控制關鍵，需要一次爆破成功，否則會對整個工程帶來災難性影響。

巖塞開口尺寸要滿足設計過水斷面要求。在巖塞段后方的過渡段斷面要適當擴大，使集渣坑滿足積渣容積要求，且過渡平順，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，以減少爆破振動效應和貫通難度。根據本巖塞的實際情況和要求，設計要求的巖塞的外口直徑14.6m，內口直徑10.0m。

巖塞厚度的選定是確保施工安全與設計合理的主要影響因素。預留巖塞越薄，鉆孔量、裝藥量就越少，爆破振動效應越小。但是巖塞越薄，巖塞安全性越低；同時巖塞體部位節理、裂隙、地下水及塞體上部水壓力對鉆孔的影響越大，裝藥施工難度也越大，孔中的水壓力可能會把炸藥沖出孔外影響爆破效果。巖塞厚度的選取與地質條件、巖塞尺寸、上覆水深度等因素有關。根據引水洞開挖揭示的地質情況和地質勘探資料，巖層結構比較穩定、完整，工作面有一定的滲水現象，但可以通過灌漿止水。

巖塞外側迎水面的風化層厚度為0.5m左右，這部分巖體的承載力較內部新鮮巖體弱，因此實際的安全性略低于設計安全性。

3 爆破方案難點及設計關鍵

3.1 方案要點

本巖塞直徑為10.0～14.6m，厚度達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。在地下開挖中，隧道掘進的單循環進尺一般為4m左右，而本巖塞厚度達12.5m。在一個爆破循環要使其貫通，難度可想而知。掏槽孔爆破效果對隧道掘進的單循環進尺至關重要，掏槽效果好，則為后續輔助爆破孔形成了良好的臨空面，進尺大。為了確保巖塞貫通，本方案設計為預掏槽全排孔爆破方案。方案要點如下：①首先在巖塞中軸線方向掏一個直徑為3.5m，深度為6.0m的中導洞；②在中導洞的末端，迎水面形成一個直徑3.5m，厚度6.5m的小巖塞；③爆破時，通過爆破網路控制起爆時間，小巖塞采用密孔裝藥首先爆破貫通，而后大巖塞從內向外逐層依次順序爆破；④周邊孔采用光面爆破，并根據周邊輪廓面的受力狀態，合理調整周邊孔的線裝藥量及起爆順序。

3.2 起爆系統選擇

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

選擇數個廠家的數碼電子雷管、高精度導爆管雷管、導爆索、起爆具及包裝乳化炸藥進行了60m水下浸泡試驗。將試驗產品全部沉入了鴨綠江60m水下浸泡10天后撈出，進行起爆試驗。按試驗結果，僅有澳瑞凱公司的數碼電子雷管、高精度導爆管雷管及“普賽”包裝乳化炸藥能夠100%成功引爆。

按照對延期精度的要求，同時送檢了澳瑞凱數碼雷管樣品到南京理工大學試驗室進行了延期精度測試。按照17ms、25ms、42ms、65ms及100ms的設計實際延期時間進行了分組測試，結果表明延期誤差時間均能控制在0.01%以內，完全滿足設計要求。

進一步的，為了驗證現場操作實際效果，對多個不同廠家的數碼電子雷管進行了模擬巖塞爆破驗證。其中有多個廠家的數碼電子雷管存在拒爆率高，現場編碼復雜，且有多次雷管編碼丟失的記錄。最終選擇的澳瑞凱數碼電子雷管無拒爆，且現場編碼簡單，無編碼丟失的記錄。

3.3 設計原則

水下巖塞爆破形成的進水口常年在深水下運行，需要創造良好的運行條件。為此，本工程巖塞爆破設計的原則和要求如下所述[2]。

1)爆破前應對巖塞體及其周邊圍巖進行灌漿及加固處理，保證爆破后進水口圍巖及上部邊坡的穩定。

2)巖塞厚度應滿足巖塞體在水壓力作用下的穩定，保證開挖爆破施工的安全。

3)由于進水口常年在深水下運行，爆破后一般情況下洞壁部位無法再進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當有一定的完整性和穩定性，不應遺留可能發生滑坡坍塌等隱患，確保進水口長期穩定運行。

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

5)巖塞爆破時必須確保周圍保護物的安全。

6)巖塞頂部和底部的開口應滿足進水流態的要求，爆破形成的進水口具有良好的水力學條件。

7)泄渣時應盡量減輕巖渣對隧洞結構產生的磨損，或加強洞壁的光滑度或對洞室進行襯砌。

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

9)根據鎖口段開挖后巖塞體部位揭露的實際地質條件，進行安全復核。實測巖塞部位開挖輪廓面的地應力，根據地應力條件調整周邊輪廓孔的爆破方式、裝藥結構和起爆順序。

3.4 技術參數選擇

3.4.1 鉆孔

采用潛孔鉆鉆孔，孔徑Φ90mm。施工時，小巖塞上炮孔、輪廓孔嚴格按照孔徑Φ90mm控制。鉆孔深度是根據圖紙設計的，實際鉆孔時，應在巖塞的中心點、輪廓的左、右、上、下端點共5個點，鉆5個穿透孔，將它們作為探孔。附近鉆孔根據探孔深度、探孔情況、鉆孔孔口樁號確定鉆孔深度。根據實際鉆孔深度、鉆孔情況進行裝藥調整。

3.4.2 火工品選擇

通過火工品浸泡試驗選擇爆破器材。炸藥：澳瑞凱公司生產的普賽系列抗水乳化炸藥；雷管：澳瑞凱公司生產的數碼電子雷管。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，其水下爆速應不低于4500m/s、爆力應不低于320ml、猛度應達到16～18mm。導爆索應在60m水深條件下浸泡10d后，其水下爆速應不低于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，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，本設計按H水=60m計算；H覆蓋層為覆蓋層厚度，巖塞體迎水面基本無覆蓋層，保守起見本設計取0.5m；H臺階為臺階爆破時臺階高度，巖塞為雙側臨空面，可取巖塞厚度的一半，即6.25m；q陸地為引水洞洞室正常開挖單耗，本工程約為0.9kg/m。

巖塞中無中導洞部分位于孔底，施工時鉆孔偏差、漏水或地質缺陷等原因都可能使孔底無法鉆孔或者無法裝藥到位，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法到達部分炸通，從而使巖塞爆通。

3.4.4 起爆網絡

本設計采用光面爆破。總體起爆順序為：先是小巖塞起爆，形成中間貫通。而后大巖塞爆破孔利用中導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，形成預設的塞體輪廓形狀(圖1)。各圈之間的延期時間為100ms，同時各圈內再次分段，用17ms，42ms，及65ms隔開。由于使用了數碼電子雷管，段別設置非常的方便靈活。

圖1 起爆網絡圖

5 爆破效果

正式的巖塞爆破完全在水下進行，無法觀測到爆破效果，且必須一次成功，若有任何瑕疵時也不能采取補救措施。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后，需要進行模擬驗證爆破，驗證技術方案的可靠性。

驗證爆破完全模擬正式爆破的參數，按1∶1的比例模擬了巷道斷面形狀及尺寸。評價爆破是否成功的判據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巖塞進入導洞。裝藥及起爆過程符合預期，起爆后2h進行檢查。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。

嚴格按照驗證爆破方案，正式的巖塞爆破也一次成功。雖然無法現場拍照，但從水下的監測錄相可以看到水流平穩通過巖塞，流速、流量等各項指標正常，完全達到了設計要求。

正式的巖塞爆破嚴格使用了驗證爆破的成功方案，雖然無法到爆破后的水下巖塞位置拍照，但從水下的監測錄相可以看到水流平穩通過巖塞，流速、流量等各項指標正常，完全達到了設計要求。因此可以推論正式的巖塞爆破成功達到全部設計要求。

6 結 語

巖塞爆破是本次工程的重中之重，也是關鍵的控制工程。歷經了一年多的前期論證，驗證試驗，終于取得了圓滿的成功。總結本次爆破，成功之處在于以下兩點因素。

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

2)優化了巖塞爆破設計方案，中導洞小巖塞先行起爆為后續炮孔起爆形成了充分的補償空間，同時也保障了現場施工的安全。

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

[2] 周先平，吳新霞等.《長甸水電改造工程水下爆破試驗大綱》.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，畢業于北京科技大學采礦系，現任澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司技術服務經理。

TD235

A

1004-4051(2015)08-0148-04