數(shù)碼電子雷管在寶塔山石灰石礦爆破中的應(yīng)用

黃志堅，楊明東

（南京安吉特礦山工程有限公司，江蘇 南京 210000）

數(shù)碼電子雷管是一種采用電子控制模塊取代傳統(tǒng)延期藥實現(xiàn)精準(zhǔn)延時的新型起爆器材。20 世紀(jì)80年代初，南非AEL 和瑞典Dynamit Nobel 公司分別發(fā)布了各自的第一代電子延時起爆系統(tǒng)Dynatronie和ExExl000[1]。1999 年德國Dynamit Nobel 公司和澳大利亞Orica 研制開發(fā)出I-Kon 電子起爆系統(tǒng)（即EBS），陸續(xù)出現(xiàn)了其他種類的數(shù)碼電子雷管系統(tǒng)，如EDD、Smartdet、Electrodet 數(shù)碼電子雷管系統(tǒng)[2]。我國數(shù)碼電子雷管的研究工作于20 世紀(jì)90 年代末期開始。2006 年6 月6 日，葛洲壩易普力公司成功將數(shù)碼電子雷管應(yīng)用于三峽工程三期RCC 圍堰拆除爆破[3]，開啟了國內(nèi)數(shù)碼電子雷管技術(shù)蓬勃發(fā)展的序幕。目前，我國對民爆物品使用的安全管控需求日益迫切，數(shù)碼電子雷管的出現(xiàn)，滿足了國家精準(zhǔn)管控要求，在爆破工程中應(yīng)用將越來越多[4]。

隨著爆破工程技術(shù)的發(fā)展，數(shù)碼電子雷管得益于其自身精確度高、安全性好、操作簡單、能極大優(yōu)化爆破方案等優(yōu)點[5-8]，得到了公安部和全國爆協(xié)的大力推廣。南京安吉特礦山工程有限公司是南京地區(qū)首家將數(shù)碼電子雷管應(yīng)用于露天石灰石礦山中深孔爆破工程的爆破公司，在實際操作過程中，通過多次參數(shù)優(yōu)化，取得了較好的爆破效果。

1 工程概況

江蘇信寧水泥寶塔山石灰石礦位于南京市浦口區(qū)星甸街道，周邊環(huán)境簡單，礦區(qū)東側(cè)約3 km 為老山生態(tài)風(fēng)景區(qū)，礦區(qū)距寧合高速公路最近為1.5 km，最近工業(yè)廠房距離為400 m，2 km 內(nèi)無居民居住，僅1 條進礦道路，方便警戒。寶塔山石灰石礦采用露天臺階式自上而下分層開采，采場臺階高度15 m，最低開采標(biāo)高＋30 m，最小工作平臺寬度大于40 m，礦山邊坡角度控制在65°以內(nèi)，作業(yè)幫角度70°以內(nèi)，終了邊坡清掃平臺8 m，安全平臺4 m，間隔設(shè)置。礦山開采采取“邊開采，邊治理，邊復(fù)綠”的原則，最大程度避免對周圍環(huán)境的破壞，本著“著力打造綠色環(huán)保生態(tài)型智慧礦山”的理念，南京安吉特礦山工程有限公司通過10 余年的建設(shè)，已將江蘇信寧寶塔山石灰石礦打造成為了南京地區(qū)露天礦山的標(biāo)桿。爆破周邊地理環(huán)境示意圖如圖1。

圖1 爆破周邊地理環(huán)境示意圖

礦層內(nèi)石灰?guī)r主礦層是震且系上統(tǒng)黃墟組上段下層內(nèi)3 層礦，礦層礦石抗壓強度大于60 MPa，抗剪強度為7.15～12.08 MPa，屬于堅硬巖層，平均RQD 值大于50，巖體完整性中等?？傮w上礦區(qū)內(nèi)石灰?guī)r內(nèi)3 個礦層中一般巖性單一，極少含泥頁巖夾層，但3 層礦之間夾中薄層泥灰?guī)r、泥頁巖，厚度一般為40～60 m，為2 個軟弱夾層。礦區(qū)工程地質(zhì)條件中等復(fù)雜。礦區(qū)發(fā)有1 組走向北西-南東的垂直巖溶裂隙，對礦體開采邊坡的定性有一定的影響，礦區(qū)局部巖溶發(fā)育，背斜核部轉(zhuǎn)折段發(fā)育溶洞，采取預(yù)防措施后未對施工開采造成影響。

2 數(shù)碼電子雷管簡介及起爆流程

2.1 數(shù)碼電子雷管

工程采用的是南京理工科技化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)的數(shù)碼電子雷管，數(shù)碼電子雷管性能[9-11]如下：

1）抗震性能。在震動試驗機上震動10 min 后，不發(fā)生爆炸、結(jié)構(gòu)松散或損壞現(xiàn)象。

2）起爆能力。起爆后能炸穿5 mm 厚鉛板，穿孔直徑不小于數(shù)碼電子雷管外徑。

3）延時精度。可在0～21 000 ms 范圍內(nèi)1 ms 為間隔任意設(shè)置。在-20、70 ℃及常溫試驗條件下延期時間精度為：0～150 ms 時的誤差小于1.5 ms，151～21 000 ms 時的誤差小于1%。

4）抗水性能。常溫下，將數(shù)碼電子雷管浸入壓力為（0.05±0.002）MPa 的水中保持4 h 取出后，數(shù)碼電子雷管能正常起爆。

5）耐溫性能。數(shù)碼電子雷管在-40 ℃～85 ℃的環(huán)境中保持4 h，取出后能正常起爆。

6）抗拉性能。數(shù)碼電子雷管在19.6 N 的靜拉力作用下持續(xù)1 min，數(shù)碼電子雷管密封塞和腳線不發(fā)生目視可見的損環(huán)和移動，數(shù)碼電子雷管能正常起爆。

7）抗直流性能。向數(shù)碼電子雷管施加48 V 直流電壓，保持10 s，數(shù)碼電子雷管不發(fā)生爆炸。

8）抗交流性能。向數(shù)碼電子雷管施加220 V、50 Hz 交流電壓，保持10 s，數(shù)碼電子雷管不發(fā)生爆炸。

該型數(shù)碼電子雷管抗靜電、抗雜散電流、抗射頻、抗交直流等性能良好，其采用內(nèi)置專有ID 及密碼，必須采用專用且授權(quán)過的起爆設(shè)備和密鑰起爆，在系統(tǒng)連接形成起爆網(wǎng)路后，起爆手持機可對全網(wǎng)路的安全性和可靠性進行檢測，確保每發(fā)數(shù)碼電子雷管都處于正常可起爆狀態(tài)，故障率低，能較大滿足本工程的爆破需要。

2.2 起爆流程

數(shù)碼電子雷管起爆操作流程如圖2。

圖2 起爆流程示意圖

3 爆破方案

為了更有效的將礦石科學(xué)的開采出來，方便運輸和加工，就需要爆破出來的石方大塊率和根底率要小，并且最大限度的減少爆破危害效應(yīng)。南京安吉特礦山工程有限公司通過多次應(yīng)用實踐，調(diào)整爆破參數(shù)，控制爆破危害效應(yīng)，以達到經(jīng)濟、科學(xué)的開發(fā)礦山。本礦山采用逐孔起爆的方式爆破，現(xiàn)場炮孔多采用三角形布置，寬孔距窄排距，通過多次調(diào)整目前采用的爆破各項參數(shù)如下：①臺階設(shè)計高度H 為15 m；②底盤抵抗線W 為5～6 m；③本工程使用阿特拉斯?jié)摽足@機，鉆孔直徑為140 mm；④超深h 為1.5～2 m；⑤孔距a 為6.5 m；⑥排距b 為4 m；⑦一次最大起爆藥量Q 為160 kg；⑧填塞長度L 為5～7 m。

4 爆破危害效應(yīng)控制

根據(jù)爆破現(xiàn)場周邊環(huán)境和保護對象，本爆破工程的危害效應(yīng)僅考慮防護爆破地震波和爆破飛石，爆破空氣沖擊波和噪音強度很小，不對其進行防護。根據(jù)爆破振動速度V 公式：

式中：Q 為起爆藥量，160 kg；R 為爆破震動點到建筑物的最近距離，按本工程建筑物距爆破位置最近為400 m 計算；V 為工業(yè)廠房安全允許的最大質(zhì)點振動速度，按GB 6722—2014 爆破安全規(guī)程規(guī)定，工業(yè)廠房安全振速為3 cm/s；K 為與巖石、爆破方案等因素有關(guān)的系數(shù)，本工程取170；α 為與地質(zhì)條件有關(guān)的地震波衰減系數(shù)，本工程取1.5。

由式（1）可得：

將以上數(shù)據(jù)代入式（2）計算可得，距離爆破中心400 m 處的建筑物振動速度為0.27 cm/s。

現(xiàn)場技術(shù)人員采用TC-4850 爆破測振儀記錄爆破振動數(shù)據(jù)，測振的爆破測振圖如圖3，通過研究測振圖發(fā)現(xiàn)最大爆破振速不大于0.28 cm/s，與理論計算數(shù)值相符。

根據(jù)GB 6722—2014 爆破安全規(guī)程各種建筑物的爆破振動安全允許振速標(biāo)準(zhǔn)見表1。

理論計算數(shù)值和儀器測量數(shù)值對比表1 發(fā)現(xiàn)，理論計算數(shù)值和儀器測量數(shù)值均遠小于爆破振動安全允許值，故證明采用該爆破方案能保證爆破產(chǎn)生的地震波不會對最近400 m 處工業(yè)廠房產(chǎn)生危害。進一步論證了采用數(shù)碼電子雷管爆破能有效控制爆破振動，使爆破產(chǎn)生的危害效應(yīng)對周邊的影響更小。

圖3 爆破測振圖

表1 爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)

5 爆破效果

通過近1 年多的實際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)采用數(shù)碼電子雷管逐孔起爆技術(shù)爆破效果比普通導(dǎo)爆管雷管更好。爆后爆堆集中無飛石，呈自然塌落狀；現(xiàn)場振感不明顯；爆破石方的破碎度更高，未發(fā)現(xiàn)直徑100 cm 以上大塊，便于挖裝、運輸和后續(xù)加工。數(shù)碼電子雷管的連線作業(yè)比導(dǎo)爆管雷管更加方便快捷，連線后能對整個爆破網(wǎng)絡(luò)進行測試，保證整個網(wǎng)絡(luò)暢通。使用傳統(tǒng)導(dǎo)爆管雷管作業(yè)不可避免的會產(chǎn)生盲炮事件，在寶塔山石灰石礦開采中，通過使用數(shù)碼電子雷管在近千次的爆破作業(yè)中沒有發(fā)生盲炮事件，有效的減少了盲炮處理流程和工作量。爆破作業(yè)中孔內(nèi)僅需使用一發(fā)數(shù)碼電子雷管，孔外無需使用延期雷管，也能有效的節(jié)省了成本。

6 結(jié)語

1）南京安吉特礦山工程有限公司在爆破作業(yè)中數(shù)碼電子雷管的成熟應(yīng)用，高效科學(xué)的完成了露天石灰石礦的開采任務(wù)，為數(shù)碼電子雷管的大面積推廣使用積累了經(jīng)驗。

2）相比較傳統(tǒng)的導(dǎo)爆管雷管，采用數(shù)碼電子雷管能有效的降低大塊率、根底率和盲炮率，可大大減少雷管的使用數(shù)量，有效的降低了成本，取得了良好的經(jīng)濟效益。

3）數(shù)碼電子雷管在露天礦山爆破中成功的應(yīng)用，證明數(shù)碼電子雷管的優(yōu)越性，也將逐步替代導(dǎo)爆管雷管，更加有效的推動行業(yè)發(fā)展。