電子雷管在巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用研究

姚華南

（福建海峽科化股份有限公司永春分公司,福建 泉州 362615）

0 引言

電子雷管,又稱數(shù)碼電子雷管或工業(yè)數(shù)碼電子雷管,即采用電子控制模塊對(duì)起爆過程進(jìn)行控制的電雷管,應(yīng)用微電子技術(shù)、數(shù)碼技術(shù)、加密技術(shù),實(shí)現(xiàn)延時(shí)、通信、加密、控制等功能[1-2]。2018 年,公安部治安管理局會(huì)同工信部安全生產(chǎn)司召開民爆行業(yè)智能制造現(xiàn)場推廣會(huì),重點(diǎn)是推進(jìn)數(shù)碼電子雷管智能制造的推廣應(yīng)用,推動(dòng)形成結(jié)構(gòu)優(yōu)化、技術(shù)先進(jìn)、安全高效、附加值高的民爆產(chǎn)業(yè)體系,到2022 年,基本實(shí)現(xiàn)電子雷管全面使用。電子雷管按照爆破網(wǎng)路分為并聯(lián)型電子雷管和串聯(lián)型電子雷管,按照應(yīng)用環(huán)境分為煤礦許用電子雷管和普通型電子雷管,按照延期時(shí)間的設(shè)置方式分為現(xiàn)場設(shè)置型電子雷管和預(yù)設(shè)置型電子雷管。此次研究使用的是并聯(lián)現(xiàn)場設(shè)置型普通電子雷管,使用的電子控制模塊為江蘇無錫盛景微電子有限公司小斷面16S 型,試驗(yàn)地點(diǎn)為龍巖市馬坑礦業(yè)巷道掘進(jìn)工作面。

1 試驗(yàn)背景

電子雷管推廣初期,露天爆破、地下礦山采礦面、刷幫面、楔形掏槽掘進(jìn)面在使用電子雷管的過程中,未發(fā)生爆破效果不佳的情況,但在直孔桶形掏槽巷道掘進(jìn)作業(yè)中,反饋很多作業(yè)面掘進(jìn)進(jìn)尺效果較差。使用半秒延期導(dǎo)爆管雷管的炮孔利用率正常在90%左右,在直孔桶形掏槽巷道掘進(jìn)中,炮孔利用率降低,為36%～78%,嚴(yán)重降低了循環(huán)進(jìn)尺,增加了補(bǔ)炮次數(shù),費(fèi)時(shí)費(fèi)工費(fèi)材料。針對(duì)此問題,進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和條件

試驗(yàn)地點(diǎn)為龍巖市馬坑礦業(yè),作業(yè)環(huán)境條件為地下矽卡巖巷道掘進(jìn),巖石硬度值12～14,采用直孔桶形掏槽方式,裝藥孔數(shù)42 個(gè),使用直徑40 mm鉆頭,炮眼布置和爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如圖1 和表1所示。

圖1 炮孔布置(單位:mm)

表1 爆破參數(shù)

1.2 試驗(yàn)前調(diào)查數(shù)據(jù)

試驗(yàn)前制訂3 個(gè)使用電子雷管的延期時(shí)間方案,對(duì)孔1～42 的延期時(shí)間匯總,見表2。打孔深度與爆破后進(jìn)尺量、炮孔利用率的關(guān)系見表3。

表2 試驗(yàn)前使用電子雷管延期時(shí)間方案

表3 試驗(yàn)前使用電子雷管炮孔利用率

2 爆破效果分析

2.1 掏槽孔使用半秒延期導(dǎo)爆管雷管

現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn),前5 個(gè)孔使用半秒延期導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行掏槽,后續(xù)孔使用電子雷管(設(shè)置延期時(shí)間后延),并用1 發(fā)設(shè)置0 ms 的電子雷管引爆前5 個(gè)孔的半秒延期導(dǎo)爆管雷管,爆后炮孔利用率為90%。

2.2 全斷面使用電子雷管

由表2、表3 可知,全斷面使用電子雷管進(jìn)行巷道掘進(jìn)爆破,炮孔利用率明顯低于全斷面使用半秒延期導(dǎo)爆管雷管的炮孔利用率。

根據(jù)爆后效果檢查發(fā)現(xiàn),巷道掘進(jìn)中,整個(gè)工作面的進(jìn)尺量與掏槽孔的進(jìn)尺量一致,掏槽孔的炮孔利用率低,導(dǎo)致整個(gè)斷面炮孔利用率也低。因此,只要解決掏槽孔炮孔利用率的問題,就能提高整個(gè)工作面的炮孔利用率。

影響掏槽孔爆破效果的因素有很多,包括炮眼深度、炮眼間距、裝藥結(jié)構(gòu)、炸藥性能、巖性、延期時(shí)間(由雷管控制)等[3-4],對(duì)比使用半秒延期導(dǎo)爆管雷管和電子雷管進(jìn)行的巷道爆破條件,發(fā)生變化的只有延期時(shí)間,因此,判斷掏槽孔炮孔利用率低的原因是延期時(shí)間不適用。為解決此問題,設(shè)計(jì)不同的延期時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)

3.1 第1 期試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)間為2019 年11 月,試驗(yàn)方案及結(jié)果見表4。其后歷時(shí)3 個(gè)月,使用表4 中方案2、4、5、6、8 的爆破參數(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用,在排除電子雷管拒爆、起爆藥包未正常起爆、發(fā)生沖孔等爆破作業(yè)中的異常情況下,整體炮孔利用率較以前有所提升,但仍存在不少炮孔利用率未達(dá)90%的情況。

表4 不同延期時(shí)間方案和炮孔利用率

3.2 第2 期試驗(yàn)

半秒延期導(dǎo)爆管雷管的延期時(shí)間精度相對(duì)較低,根據(jù)國標(biāo)要求在理論值的±250 ms 內(nèi)呈正態(tài)分布,同一個(gè)段別的雷管相互之間也存在一定的時(shí)差,最高可達(dá)500 ms。因此,實(shí)際的爆破方式可視為不同時(shí)差的逐孔起爆,使用半秒延期導(dǎo)爆管雷管設(shè)計(jì)逐孔遞增的延期時(shí)間方案,2020 年4 月進(jìn)行第2 期試驗(yàn)。延期時(shí)間和爆破效果見表5。

表5 不同延期時(shí)間方案和炮孔利用率

試驗(yàn)結(jié)束后,從0 ms 開始,以200 ms 或300 ms 逐孔遞增參數(shù),持續(xù)3 個(gè)月,在排除電子雷管拒爆、起爆藥包未正常起爆、發(fā)生沖孔等爆破作業(yè)中的異常情況下,炮孔利用率一直保持在95%左右。

4 試驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)兩期的試驗(yàn)結(jié)果,電子雷管在井下巷道掘進(jìn)應(yīng)用中采用逐孔遞增延期時(shí)間方案的炮孔利用率相對(duì)較高,達(dá)到90%以上,而采用同類炮孔同一延期時(shí)間的方案掏槽效果較差,炮孔利用率較低。

使用第2 期延期時(shí)間參數(shù)分別應(yīng)用于福建省其他10 余座地下礦山,在掘進(jìn)作業(yè)面均取得較好的炮孔利用率,嘗試使用逐孔等間隔遞增50 ms 進(jìn)行試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)延期時(shí)間間隔越低,巷道掘進(jìn)巖石破碎度越好,爆堆更低且拋渣更遠(yuǎn)。

5 結(jié)語

筆者從2019 年開始接觸電子雷管,在近三年的推廣過程中持續(xù)跟蹤電子雷管在不同作業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用效果,包括井下巷道、井下采礦、露天、隧道等工程爆破,通過持續(xù)跟蹤反饋,無論何種應(yīng)用環(huán)境的爆破,其爆破效果均無法達(dá)到100%,這是因?yàn)楸骗h(huán)境不同,受巖性、地形、炸藥性能、裝藥量、裝藥方式、延期時(shí)間、孔間距等因素影響較大,但均有可提升的空間。電子雷管推廣應(yīng)用是提升爆破作業(yè)科技信息化水平的重要舉措。