导爆管雷管起爆网路逐孔起爆设计

张光权， 吴春平， 汪旭光， 陶铁军

(1. 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院, 北京 100083； 2. 北京矿冶研究总院, 北京 100160；3. 贵州新联爆破工程集团有限公司, 贵阳 550002)



导爆管雷管起爆网路逐孔起爆设计

张光权1， 吴春平2， 汪旭光2， 陶铁军3

(1. 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院, 北京 100083； 2. 北京矿冶研究总院, 北京 100160；3. 贵州新联爆破工程集团有限公司, 贵阳 550002)

摘要：提出了逐孔起爆网路各炮孔孔内雷管起爆时间计算公式，并通过计算机编程设计，快捷方便地计算出了在既定延时导爆管雷管组合下各孔的起爆时间，并清楚地显示出点燃阵面；计算出了不同段别导爆管雷管在不同组合情况下的各炮孔孔底起爆时间。据此，可根据实际情况选择合适的延时时间，从而选择合理的雷管组合和联网方式，实现使用导爆管雷管实现不同延时时间的逐孔起爆，为导爆管雷管起爆网路逐孔起爆设计提供参考。

关键词：导爆管雷管； 逐孔起爆； 编程设计； 延时时间； 点燃阵面

1引言

逐孔起爆技术在国外矿山中已成功使用多年，该技术核心是单孔延时起爆〔1〕，实现在爆区内任何一个炮孔都按照一定的起爆顺序单独起爆，为每个炮孔准备最充分的自由面。实践表明，逐孔起爆技术对于改善爆破效果、降低大块率、提高铲装效率、降低爆破振动、减少边坡稳定维护费用和降低采矿综合成本效果显著〔2-5〕。近年来，国内外学者对逐孔起爆技术进行了大量的研究，取得了丰富的成果。璩世杰〔6〕等基于孔间毫秒延时起爆技术的作用原理，分别对等腰三角形布孔和矩形布孔条件下炮孔抵抗线分布的基本特征进行了分析。这些研究成果对逐孔起爆技术的理论发展和推广使用起到了促进作用，然而逐孔起爆技术受起爆器材的制约。从技术和爆破效果角度来讲，数码电子雷管是实现逐孔起爆最佳的起爆器材，但在现有技术条件下，数码电子雷管的生产成本相对较高，其价格是普通导爆管雷管的数倍；同时由于数码电子雷管联网及起爆系统相比导爆管雷管复杂，难以在短期内得到广泛应用。如何在不增加或少增加成本和操作便捷的前提下使用导爆管雷管实现不同延时时间的逐孔起爆便成为一个亟待解决的问题。现有文献主要从逐孔起爆效果的角度进行研究，论证逐孔起爆技术或延时时间对爆破效果的改善程度，对于如何使用导爆管雷管实现不同的延时时间方面的研究并不多，本文将试图探讨并初步解决这一问题。

2导爆管逐孔起爆网路及单孔起爆时间计算

在实际爆破生产中，可采用地表传爆雷管与孔底雷管组合接力传爆的方式来实现单孔单响、逐孔起爆，如图1所示。

图1　起爆网路示意图Fig.1　Schematic diagram of initiation network

若按照图1进行联网，则各孔的孔内雷管起爆时间为Ti,j，可按下式进行计算：

Ti,j=t0+(i-1)tc+(j-1)tr+th

(1)

式中：t0为网路初始起爆时间；tc为排间延时时间；tr为孔间延时时间；th为孔内延时时间；i为炮孔所在排数；j为炮孔所在列数。

由导爆管逐孔起爆网路可看出，网路初始起爆时间对每各炮孔孔内雷管之间的起爆延时时间没有影响，可令t0=0,则式(1)可简化为：

Ti,j=(i-1)tc+(j-1)tr+th

(2)

3逐孔起爆网路中孔底起爆时间的编程计算

3.1既定雷管组合方案下孔底起爆时间计算

为计算网路中各炮孔孔内雷管的起爆时间，可将T视作二维矩阵，矩阵的每一个元素Ti,j即为对应炮孔的起爆时间，矩阵各元素值Ti,j按式(2)进行计算，为逐次计算每一个Ti,j值，对i和j进行循环取值。

若孔间延时雷管为MS3，延时时间50ms,排间延时雷管为MS5，延时时间110ms, 孔内延时雷管为MS15，延时时间880ms,对有5排10列炮孔的爆区进行计算，则计算程序如下：

tr=50;

tc=110;

th=880;

fori=1∶5;

forj=1∶10;

T(i,j)=(i-1)*tc+(j-1)*tr+th;

end;

end.

经运算可得各炮孔孔底雷管起爆时间，见表1。

由表1的计算结果可知，上述雷管组合可实现孔间延时50ms，排间延时110ms的逐孔起爆，前排第三个炮孔起爆后其后一排炮孔开始从第一个炮孔逐次起爆，如此以阶梯形点燃阵面向前传爆推进，各个炮孔均单独起爆，实现了单孔单响。

3.2非特定段别雷管组合下孔底起爆时间计算

前述方法计算出了既定雷管组合下各炮孔孔内雷管的起爆时间，但通常情况下，需要根据不同的工程地质条件和爆破施工目的，选择不同的延时时间以获取更优的爆破效果。采用导爆管雷管实现不同延时时间的逐孔起爆，需要变换雷管组合方式来进行调整，若采用人工方法进行试算调整，工作量大、效率和可靠性相对较低。为此，可通过编程，自动计算出各种组合下的炮孔起爆时间和点燃阵面，为实现不同延时时间的逐孔起爆方案提供选择和参考。

选取第1系列毫秒雷管的MS4、MS5、MS9、MS11和MS15进行任意组合，共有5×5×5=125种组合，即有125种方案，但这些方案中并不都是逐孔起爆，有些即使是逐孔起爆、单孔单向，但传爆方向和点燃阵面形式不利于爆破效果的改善，通过编程可以方便地计算出各种组合下的炮孔起爆时间，从而根据实际情况选择适当的组合。

为计算不同组合下的延时时间，首先将125种组合存放在二维数组中，以便计算时调用。然后按前述程序计算每种组合的炮孔起爆时间，每种组合对应的各炮孔孔底雷管起爆时间序列矩阵对应一个二维数组，即得出125个二维数组，为方便计算和读取这125种组合的孔底起爆时间序列的二维数组，定义一个三维数组来进行存放和读取。仍以5排、10列的爆区为例进行编程，计算程序如下：

tr=[75,110,310,460,880];

tc=[75,110,310,460,880];

th=[75,110,310,460,880];

p=1;

forl=1∶5;

form=1∶5;

forn=1∶5;

t(p,:)=[tc(1,l),tr(1,m),th(1,n)];

p=p+1;

end;

end;

end;

forq=1∶125;

fori=1∶5;

forj=1∶10;

T(i,j,q)=(i-1)*t(q,1)+(j-1)*t(q,2)+t(q,3);

end;

end;

end.

通过上述程序计算，可得到一个125×3的二维数组t及其对应的5×10×125的三维数组T，三维数组T中的125个5×10的二维数组即为不同雷管组合下各炮孔的孔底起爆时间，查看125×3的二维数组t即可得知其对应的雷管组合。图2为部分雷管组合方案数组，图3为相应的孔底起爆时间数组。

图2　部分雷管组合方案数组Fig.2　Part of detonator combination sheme array

图3　部分孔底起爆时间数组Fig.3　Part of initiation time of the bottom in the hole

方案选择时可以在125种孔底起爆时间中选择合适的延时时间和点燃阵面形式，然后在雷管组合方案数组中找到与之相应的组合方案。如图3中的29号孔底起爆时间数组val(:,:,29)表示孔间延时时间75ms,排间延时时间110ms，前排第二个炮孔起爆后其后一排炮孔开始起爆，点燃阵面呈阶梯形推进，与之相对应的方案为图2中的29号方案，即第29行，该方案排间延时雷管为MS5，孔间延时雷管为MS4,孔底延时雷管为MS11。结合实际情况，还可以在其他124组方案中选择合适的雷管组合。

上述算例计算了有5种雷管可供选择的情况下，各种组合的延时时间、5排10列爆区各炮孔孔底起爆时间。通过改变相关参数，可以计算任意雷管组合下、任意排数和列数时的孔底起爆时间和延时时间，并能直观地显示出点燃阵面。

4结论

(1)通过对导爆管逐孔起爆网路的分析，得出了各炮孔孔底起爆时间的计算公式。

(2)通过编程方便快捷地计算出了在既定雷管组合方案下，各炮孔孔底起爆时间，清楚地显示出爆区点燃阵面。

(3)通过计算结果显示的爆区各炮孔的孔底起爆时间，了解相互临近炮孔的延时时间，对于临近炮孔延时时间过小的方案可及时进行调整。

(4)通过该算法和计算程序，可以自动排列出多种组合，并显示出相应的孔底起爆时间序列矩阵，工程实践中可以根据实际的工程地质情况和爆破工程目的，选择合适的起爆时间序列矩阵及其对应的雷管组合，为逐孔起爆雷管段别的选择及组合方案提供了参考，可大大简化导爆管雷管逐孔起爆网路的设计工作程序，提高设计效率和可靠性。

参考文献(References)：

〔1〕 付天光,张家权,葛勇,等. 逐孔起爆微差爆破技术的研究和实践[J]. 工程爆破,2006,12(2):28-31.

FUTian-guang,ZHANGJia-quan,GEYong,etal.Studyandpracticeoftechnologyofmillisecondblastingignitedinboreholesequence[J].EngineeringBlasting, 2006,12(2):28-31.

〔2〕 孙晖,刘万冈,魏军. 逐孔起爆技术及高精度导爆管雷管在大连石灰石矿的应用[J]. 中国矿业,2006,15(7): 51-56.

SUNHui,LIUWan-gang,WEIJun,etal.Applicationofhole-by-holefiringsequenceandhighaccuracydetonatorinDalianlimestone[J].ChinaMiningMagazine,2006， 15(7):51-56.

〔3〕 刘倩,吕淑然. 露天台阶爆破毫秒延时间隔时间研究[J]. 工程爆破,2014,20(1):54-58.

LIUQian,LVShu-ran.Researchonthemilliseconddelayintervaltimeofopen-pitbenchblasting[J].EngineeringBlasting, 2014,20(1):54-58.

〔4〕 邹宗山,杨军,左建君,等. 大型露天矿半连续工艺台阶爆破参数优化试验[J]. 工程爆破,2015,21(3):32-35.

ZOUZong-shan,YANGJun,ZUOJian-jun,etal.Theparameteroptimizationexperimentofbenchblastingofsemi-continuoustechnologyoflargeopen-pitmine[J].EngineeringBlasting, 2015,21(3):32-35.

〔5〕 陈明,卢文波,舒大强，等. 精确延时爆破条件下的边坡振动响应特性[J]. 工程爆破，2014,20(2)：1-5.

CHENMing,LUWen-bo,SHUDa-qiang,etal.Analysisofvibrationresponseofrockslopeunderaccuracytime-delayblasting[J].EngineeringBlasting, 2014,20(2):1-5.

〔6〕 璩世杰,谭文辉,王进强,等. 逐孔起爆炮孔布置型式对抵抗线分布的影响[J]. 金属矿山,2008(12):31-33.

QUShi-jie,TANWen-hui,WANGJin-qiang,etal.Impactofthedrill-holepatternforhole-by-holeinitiationontheburdendistancedistribution[J].MetalMine, 2008(12):31-33.

文章编号：1006-7051(2016)03-0027-04

收稿日期：2016-02-20

基金项目：863课题“地下金属矿智能采矿爆破技术与装备”(2011AA060405)

作者简介：张光权(1981-)，男，博士、讲师，主要从事爆破参数优化、爆破安全技术及采矿工艺等方面的研究。 E-mail： zhangguangquanone@126.com

中图分类号：TD235.1+2

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.03.005

Hole-by-holeinitiationnetworkwithnoneldetonator

ZHANGGuang-quan1，WUChun-ping2，WANGXu-guang2，TAOTie-jun3

(1.SchoolofMechanics&CivilEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing10083,China; 2.BeijingGeneralResearchInstituteofMining&Metallurgy,Beijing100160,China;3.GuizhouXinlianBlastEngineeringGroupCo.,Ltd.,Guiyang550002，China)

ABSTRACT：A calculation formula of initiation time of detonator in the hole for hole-by-hole initiation network was put forward. Initiation time of each hole was figured out easily and quickly under given nonel detonator combination through programming design. It could also show the burning front distinctly. Initiation time of the bottom in each hole under various combinations with different segment of nonel detonator was worked out. Appropriate initiation time could be chosen according to actual situation. Through selecting suitable detonator combination and way of network connection, hole-by-hole initiation with different delay time was achieved by using nonel detonator. It could provide a reference for design of hole-by-hole initiation network with nonel detonator.

KEY WORDS:Nonel detonator； Hole-by-hole initiation； Programming design； Delay time； Burning front