數碼電子雷管技術在露天爆破中的優勢及發展

姜兆新，徐洪艷，高 蓓，賈世杰，趙國強

（1.新疆雪峰科技（集團）股份有限公司，新疆 烏魯木齊830000；2.新疆雪峰爆破工程有限公司，新疆 烏魯木齊830000）

引言

傳統上，工業雷管有火雷管、電雷管和非電雷管等。隨著工業爆破技術不斷發展，20 世紀80 年代一系列新型工業雷管不斷研發，這其中具有代表性的產品有無起爆藥雷管、磁電雷管、沖擊片雷管、數碼電子雷管等[1]。當前，國家工信部指出：工業雷管向安全可靠、高精度、智能型、環保型方向發展，電雷管向導爆管雷管方向發展，研制電子雷管及智能起爆[2]系統。因此，研究數碼電子雷管的技術應用及發展勢在必行。

數碼電子雷管是采用電子控制模塊對起爆過程進行控制的電雷管。以雪峰公司研制的第三代XF 型數碼電子雷管為例（圖1），與傳統電雷管相比，數碼電子雷管具有強大的抗干擾能力、良好的公共安全性、延期時間更為精確、可大規模的組網等優勢[2]，安全可靠度更高，先后在新疆巴州、塔城、克州等地區封閉應用，陸續在全疆其他地區開放使用。事實證明，數碼電子雷管作為一種安全可靠、高精度、智能型、環保型性能優良的起爆器材，可滿足復雜爆破工程的微差減震要求，是實現大型爆破作業網絡優化設計和微差干擾減震的理想產品。本文針對數碼電子雷管在工程爆破中的應用優勢及發展作綜述類研究。

圖1 第三代XF 型數碼電子雷管示意圖

1 數碼電子雷管在爆破工程中的應用現狀及優勢

1.1 應用現狀

科學技術及社會經濟的不斷完善和發展，利用信息化技術在工程爆破中的研發主流產品當屬數碼電子雷管[3]。本小節介紹數碼電子雷管在工程爆破中的應用典型，對比傳統電雷管與數碼電雷管爆破效果。

覃翔[4]在廣西某露天礦山進行開采爆破試驗，分別采用導爆管雷管、電子數碼雷管起爆網路做分析對比，發現導爆管雷管起爆破后局部礦石破碎嚴重或塊度很大，增加破碎成本；而采用高精度數碼電子雷管爆破后礦塊均勻，機車鏟裝、清掃效率大大提升。同時，采用數碼電子雷管爆破振動較傳統電雷管起爆后爆破振動有效降低29.57%，主振頻率提高，這有助于保護周圍建筑物。在神華集團新疆某露天薄煤層區域開采難以實現安全高效開采，葛創[5]利用煤巖同爆技術，結合ShotPlus5 和i-kon 數碼電子雷管系統設計起爆網絡，實現煤與巖石爆堆區域分離，在實際爆破作業中采用高精度數碼電子雷管減少爆破循環次數和中斷時間，生產率提高60%，降低煤層貧化率，使得煤礦資源安全高效的利用。

同時，隧道爆破對施工要求極為嚴格，數碼電子雷管較之傳統電雷管更有利于隧道爆破掘進。都安高公路T10 合同段大坪山隧道圍巖屬于III 級，田仁永[3]采用數碼雷管增加爆破網絡分段（表1），爆破振動影響明顯降低，爆破后巖石破碎均質，單尺循環炸藥用量降低10%；棋盤山隧道掘進采用光面爆破方式，李志榮[6]以傳統電雷管爆破振動為參照，利用電子雷管起爆測試振動曲線（圖2），對比數碼雷管爆破振動效果如表2 所示，降振效果顯著，這在貴廣鐵路牛王蓋隧道、西秦嶺中山區的關子嶺隧道掘進中均有體現；馬堰隧道位于煤層高瓦斯地帶，危險等級為2 級，楊譯[7]等人利用數碼雷管延遲時間任意性特點，符合施工進度及煤礦安全規定的雷管使用不超過5段條件，達到安全爆破要求。同時，國內一些高瓦斯隧道如貴州境內發耳隧道、洪福隧道使用數碼電子雷管爆破完全適用高瓦斯環境，工程順利進行。

另外，水下爆破工程在復雜條件下對爆破技術要求較高，施工難度大，受制于毫秒雷管時間間隔、起爆精度及爆孔網參數等因素，爆破效果難以控制[8]，而數碼電子雷管精準、安全性高等優勢在水下爆破工程作業中應用廣泛。我國2006 年在三峽圍堰拆除爆破中初次引入澳瑞凱數碼電子雷管，取得良好的爆破效果及經濟效益，而后在特種爆破工程中逐步推廣。田小寶[8]等人針對水下大直徑巖塞貫通關鍵技術要點，確保60m 水壓下爆破系統可靠性及一次性貫通巖塞，優化起爆方案，驗證數碼電子雷管起爆延遲時間精準及防水性能，爆破試驗后降低單響炸藥量，減小爆破振動影響，達到預期目標；賀早亮[9]等人以陸豐核電廠北導流堤不良巖石條件為背景進行基槽炸碉工程作業，優化爆破網絡參數，利用高精度的數碼電子雷管科學控制延遲時間，逐孔、逐排起爆效果良好，達到工程要求。

圖2 數碼電子雷管爆破振動曲線

表1 不同段延遲時間一覽表

1.2 應用優勢

結合露天爆破工程實際，介紹數碼電子雷管在使用過程中的優勢：（1）降低爆破單耗；（2）降低人工成本；（3）降低雷管及相應火工材料成本；（4）降低爆破振動影響；（5）改善爆破效果、降低大塊率等，充分體現數碼電子雷管的實際應用效果。

1.2.1 降低爆破單耗

利用電子雷管延期精度高、延期時間可以任意設定的優勢，在安能爆破白銀露天項目進行露天臺階爆破使用數碼電子雷管解決露天礦爆破高單耗、高大塊率、爆破振動大等問題，優化爆破參數進行爆破試驗，結果表明，利用XF 型數碼電子雷管起爆增加單孔爆破方量，降低爆破單耗。相較使用塑料導爆管雷管進行爆破施工單耗降低約12.5%。具體試驗數據見表3。

此外，重慶渝北的棚戶區粉質砂巖周圍存在大量山路陡坡，工程爆破涉及飛石及爆破振動問題，方承崗[10]結合現場復雜環境進行4 次導爆管與數碼電子雷管爆破試驗對比研究，從巖石破碎程度、炸藥消耗量及安全性方面分析，結果表明利用數碼電子雷管起爆后巖石破碎均質，爆堆高度和炮孔推出距離合理，操作安全，炸藥消耗量從0.32kg/m3降低至0.28kg/m3，為大規模爆破工程提供理論支持。

1.2.2 降低人工成本

傳統爆破使用的塑料導爆管雷管網絡連接時需敷設塑料導爆管、地表傳爆雷管，操作復雜，需投入的爆破專員較多，延長時間消耗。而使用電子雷管網絡連接，僅需要敷設爆破母線，將電子雷管連接到爆破母線即可，操作簡單，省時省力。

根據雪峰爆破五彩灣項目近年來爆破施工數據分析，使用塑料導爆管雷管進行爆破施工，年人均爆破方量約為69 萬方，使用電子雷管進行爆破施工，年人均爆破方量約為102 萬方，年人均爆破方量較導爆管增幅為47.82%，同等爆破方量，可為公司節約32%的人工成本。

1.2.3 降低爆破振動

露天礦山單次起爆炸藥消耗量較多，爆破振動對周圍構筑物影響大。使用導爆管雷管起爆由于延時固定難以降低單響炸藥量，而使用數碼電子雷管延時精度高、靈活設定，可逐孔起爆，降低單響藥量，從而減小爆破振動影響。在疆納礦業辦公樓進行的爆破振動檢測數據分析，在露天礦山爆破中采用電子雷管比塑料導爆管雷管爆破質點振動速度峰值降低25%，振動主頻提升45%。

1.2.4 降低雷管及相應火工材料成本

例如使用15 段15 米腳線塑料導爆管雷管，同等腳線長度下，電子雷管比塑料導爆管雷管單價高出90%。為保證爆破效果，導爆管雷管通常需單孔雙發，這與單孔單發的電子雷管費用基本一致。但因電子雷管延期精度高、高準爆率，延期時間可以任意設定的優點，通過優化孔網參數，減少炮孔數量，也減少了電子雷管及爆破母線的使用數量，整體降低了火工品成本。

安能爆破白銀項目近年來爆破施工使用的塑料導爆管雷管及塑料導爆管成本約為0.214 元/方，電子雷管及爆破母線成本約為0.210 元/方，相應火工品成本降低約2%。同時，雪峰爆破五彩灣項目爆破施工的數據表明，塑料導爆管雷管及塑料導爆管成本約為0.099 元/方，電子雷管及爆破母線成本約為0.096 元/方，使用電子雷管后，相應火工品成本降低約3%。

1.2.5 改善爆破效果、降低大塊率

利用數碼電子雷管靈活設定起爆時間的優勢，選擇合理的延期時間，逐孔起爆有效改善塊，提高鏟運機車運礦效率，減少二次爆破量。某礦業單位規定礦徑超過60cm 的為大塊，在平臺的設計坡底標高上的體積超過2m3為根底。采用數碼電子雷管起爆后，較塑料導爆管雷管起爆大塊率有效降低1.8%，礦塊均質，爆堆松散且無散落浮石。

表2 不同類別雷管爆破振動效果對比

表3 安能爆破白銀項目爆破施工數據

2 發展趨勢

科學技術發展日新月異，爆破器材隨著時代發展及社會需求不斷革新。理論進步促使爆破器材從毫秒延時藥劑、非電導爆管到無起爆藥雷管的轉變。如今，數碼電子雷管在安全性、實用性、精準性等性能上在各類工程爆破中體現出較大的優勢。在國家政策的引導及芯片產業化不斷發展，數碼電子雷管必將成為爆破器材的主流產品，主要體現[11]在：

2.1 非電起爆數碼雷管

非電數碼雷管原理：通過導爆管的能量轉化為電能，激發電子延遲芯片對芯片輸出端設計電壓調節電路，為發火元件提供足夠的起爆能量，最后發火元件引爆主裝藥。將導爆管使用安全與數碼電子雷管精準延遲優勢相結合，避免數碼電子雷管組網、使用過程的不便，大大降低雷管使用成本。

2.2 無線自組網數碼雷管

自組網作為一種無中心分布控制網絡，是一種自治的無線多跳網，整個網絡沒有固定的基礎設施，可以在不能利用或不便利用現有網絡基礎設施的情況下提供一種通信支撐環境。同時，基于無線自組網技術，設計出無線自組網數碼雷管，實現對數碼電子雷管進行遠程控制，遠程定位，有利于施工現場對數碼電子雷管的管理和使用，增強了使用的安全性。

2.3 可賦碼的數碼電子雷管

通過二維碼技術，實現對數碼電子雷管生產、銷售、使用等全程進行跟蹤監測，可準確有效地管理數碼電子雷管的使用狀況，增加雷管的使用安全性。同時也避免了施工方聘用生產商特定專業技術人員管理的情況，降低了使用成本。

3 結論

數碼電子雷管在各個爆破工程領域中的應用是大勢所趨，其高穩定性、高精準度、高效率、低成本等優勢必將取代傳統導爆管成為主流起爆產品。在設計及施工過程中可優化爆破網絡參數，降低振動頻率，取得良好的爆破效果與社會效益。