数码电子雷管在某露天矿爆破中的应用

韩金潮

（云南华联锌铟股份有限公司，云南 都龙 663700）

目前铜街-曼家寨采场使用的高精度导爆管雷管，受到段别的限制，只能局限性的使用其相应段别的固定延期时间。如此固定微差时间的的延长时间随着矿山地质围岩的岩性等不同很难达到理想的延长时间，同时，高段位的导爆管雷管在生产过程中存在一定的允许岩石误差，往往容易产生跳段现象的发生。进而应用在不同矿岩性质的区域，使用同一个延期时间，爆破质量难以有效控制。而如果运用数码电子雷管，则可以任意的设定延期时间。便于灵活的调整其延期时间设定，多次试验确定对于不同矿岩性质的区域其相对应最佳的微差爆破延期时间。

近年来随着矿山安全生产形势的愈发严峻，铜-曼采场东帮F0断层下盘边坡稳定性的安全问题逐渐成为制约矿山安全生产运行的一大隐患。根据铜曼采场爆破作业对边坡稳定性影响的初步研究成果，发现采场历次爆破作业产生的震动波及对周围岩体的累计损伤效应是造成采场东帮F0断层带边坡稳定性发生不可逆变化的一个客观因素，因此，如何在现有的不良地质状况条件下，通过控制爆破震动的方法减少对断层及露天采场边坡的不良影响，对现有露天矿山采矿有着十分重要的研究意义。

1 试验背景

1.1 同参数试验

为了对导爆管雷管及数码雷管各参数的比较，现在该露天矿某个区域内的同一地段进行爆破现场试验，对批次雷管性能检测基础上，选择以18个设计孔深为5m、孔径152mm、设计装药24kg进行试验，孔网参数5x4m2，岩性大理岩为主；试验分别使用7m脚线数码电子雷管与高精度导爆管雷管进行起爆，在同距离爆区后侧方100m处设置爆破振动监测点，以便爆破时对振动波数据进行实时监测收集。

一号试验爆区炮孔使用7m脚线数码电子雷管，孔间延时时间设定为17ms和42ms，起爆点炮孔初始起爆时间设定为400ms起，每孔使用一发雷管，底部装药24kg；二号试验爆区炮孔使用7m脚线导爆管雷管，雷管段别选用17段，该段别雷管固定延期时间400ms，每孔内使用一发雷管，孔外以2段和4段导爆管雷管连线（其固定延期时分别为17ms和42ms），底部装药24kg；结合上述两组试验条件，在全参数要素基本相同的情况下，仅是使用雷管类型不同，通过爆后观察爆堆情况以及测振仪器收集到数据、两组不同振动波形图可看出明显的差异，数码电子雷管，质点振动振幅及振动速度均远低于导爆管雷管，且振动主频峰值到达的间隔时间明显叫导爆管雷管的长[1]。

1.2 扩大性试验

鉴于目前采场内的地质条件及岩石的特性有所差别，其开采时所采取的爆破参数也不尽相同，为了进一步获得各岩性下导爆管雷管及数码电子雷管的性能，本次采用正交试验方法，进行爆破参数试验。按照铜曼采场地形地质现状分别选择以大理岩为主少量矽卡岩、以矽卡岩为主少量片岩、以片岩为主少量矽卡岩等三种岩性组分的爆区分别进行爆破试验。

（1）生产试验研究方法。a）、起爆网络及联线组网方式

首先室内借助3Dmine软件对实测炮孔坐标导入，并结合实际爆区地形状况进行预先起爆网路设计，最后打印成图，并应用于爆破作业现场进行连线操作。

通过对斜线型起爆网络图的比较，可以看出使用数码电子雷管的起爆网络较为简便，无论是何种类型的起爆网络，使用电子数码雷管都只需一种简单直接的连接方式。

从雷管的使用数量上看，使用高精度导爆管雷管每个孔孔外仍然需要使用一枚雷管进行孔间连接；而使用电子数码雷管，孔外只需要将孔内雷管脚线上的线卡直接连接在组网的起爆母线上即可，无需使用多余的雷管进行连接[2]。

b)、雷管延期时间及精度比较。使用两种雷管均能做到微差逐孔起爆，但从延期时间的精度来看，因数码电子雷管使用内置微型电子芯片作为发火延期体，运用高科技数字化控制延时时间，比高精度导爆管雷管的采用普通化学材料作为发火延期体的延时时间更为精确，误差值更小，据参考资料该型数码电子雷管，其理论延期时间精度误差为每1000ms产生±1ms的误差，而高精度导爆管雷管延期时间误差则为每1000ms产生±8～20ms。

针对铜曼采场地质条件和岩石性质来看，现目前要选择更加合理的微差爆破延时时间还有待探讨和研究。目前使用的高精度导爆管雷管，受到段别的限制，只能局限性的使用其段别的固定延期时间。这些固定的延时时间不一定是该区域微差爆破最理想的延期时间。在最佳微差时间范围内，使用电子数码雷管是完全可以任意设定微差延时时间的，在实际生产爆破中可以在该范围内调节以达到最佳点，从而最大限度的提高爆破质量。与数码电子雷管相比，高精度毫秒延时导爆管雷管是不具备此能力的，它的爆破延时时间已经固定不能进行调节。相比之下，数码电子雷管在高精度任意设定延时时间方面有着不可替代的优势和能力。

c)、炸药单耗及平均年炸药消耗量的对比分析。根据爆破的破碎机理和满足铜曼采场矿山生产需求的松动爆破漏斗理论，采用不耦合装药，确保孔间距在岩石裂隙圈范围内。岩石爆破中的裂隙区是受拉破坏的效果，通过爆破理论的推导可得出，不耦合装药时裂隙圈的半径计算公式为：以铜曼采场不同岩石性质、炮孔直径，将相关数据代入进行计算便可得出理想状态下裂隙圈的半径数值。

抵抗线是确定排间距一个重要的因素。通过形成标准爆破漏斗的力学条件表述：漏斗边缘处入射波产生的切向拉应力与反射拉伸波产生的径向拉应力之和等于岩石的拉伸强度。故根据形成标准爆破漏斗的最小抵抗线表达式可推导出松动爆破的漏斗理论的计算公式为：将相关数据代入经计算可得出抵抗线的数值，则可选取排间距。由于是理想状态下的推导计算，以及参数取值的差异性，因而，计算的结果较实际情况偏大[3]。

根据现目前铜曼采场各类岩石区域炸药单耗的情况，在不改变单孔装药量和装药结构的前提下。通过使用数码电子雷管设定最佳的延时时间进行微差爆破，根据理论计算得出松动爆破的孔网参数，单孔使用同样的炸药量是可以降低一定量的炸药单耗。使用数码电子雷管可以综合降低平均炸药单耗14.3%。由于给出所收集相关数据量较大，计算时采取均量平均值算法，因此，对应的取值存在一定的误差，以及均衡取值情况下的计算值较实际偏大的情况。故按照均衡修正系数0.8计算，则实际平均降低炸药单耗应为11.4%左右。

2 成本分析

a)、起爆器材消耗量及的成本对比。铜曼采场雷管使用量按年均40000枚计算，若使用电子数码雷管则可以节省三分之一的雷管用量，约合13200枚。现目前使用的高精度导爆管雷管单价平均为30元/枚，年消耗雷管的经济成本为120万元。而数码电子雷管的单价同样为30元/枚，若使用数码电子雷管，则可节省雷管直接经济成本为13200×30=39.6万元。

另外，由于使用数码电子雷管可减少穿孔量，则年使用雷管的数量上还可以进一步减少。减少比例为11.4%，减少雷管的数量为40000×2/3×11.4%=3040（枚）。进一步减少年消耗雷管的经济成本为30×3040=9.1（万元）。

因此合计为：39.6+9.1=48.7万元

b)、炸药消耗量及成本对比。按上述计算结果，铜曼采场炸药单耗降比为11.4%，若采场年均爆破矿岩总量不变的情况下，采场年炸药消耗量（按以往平均年炸药消耗量3000t左右）进行估算，则使用数码电子雷管一年可减少炸药用量合计为 ：3000＊11.4%=342（t）。

另外使用数码电子雷管还可以避免由于爆破质量差而带来的二次穿孔爆破的炸药用量和穿孔工程量。按照以往统计以3%的二次穿孔爆破比例计算，其减少量合计为：3000＊3%=90（t）；其对应减少的二次穿孔量合计为：165000×3%=4950m（按每年均总穿孔量16.5万m估算）。则，每年可降低炸药用量合计为：342+90=432（t）。

现目前每吨炸药的总成本（包括炸药运输、储存及劳务工程服务费用）为7250元/t。使用数码电子雷管爆破，则每年可减少炸药的直接经济成本为0.725×432=313.2（万元）。降低年炸药消耗量比例为432/3000=14.4%，反过来讲，也就是相应的提高了原有炸药能效利用率14.4%。

c)、穿孔量及成本的对比。穿孔量的多少受到孔网参数的直接影响。根据上面的计算结果可知道，减少年平均穿孔量的数值基本上和减少炸药单耗的数值一致。所以使用数码电子雷管也可减少年穿孔量11.4%。根据近几年穿孔量统计数据，其年均穿孔量约为165000m。

d)、爆破振动的对比分析。虽然现目前使用高精度毫秒延时导爆管雷管进行微差爆破也可以做到逐孔起爆，但是由于铜曼采场采用大孔径中深孔爆破方式作业，其单孔装药量大，爆破时产生的爆破振动对边坡的破坏影响也较为突出。

3 结语

通过对两次在同一试验平台区域、相邻区域和相同的最大单孔装药量的两次爆破作业在相同的四个监测点对爆破振动进行监测后，研究发现：①和使用导爆管雷管相比，在相同的爆心距，使用数码电子雷管的爆破振动速度较；②使用数码电子雷管能够有效的降低爆破振动速度，改善单孔爆破振动波的叠加情况，提高振动信号的主振频带，在一定程度上提高高边坡的安全允许爆破振动速度，也可以在一定程度上降低爆破振动引起矿山边坡岩体共振的几率，避免危险的生。③根据实际数据统计，自试验开展以来，累计进行了长达2个半月的各项生产试验，取得显著效果的同时，也创造了较大的经济效益。仅炸药、雷管等爆破器材的直接成本消耗就节省约49.1万元，再加上同等爆破方量且爆破大块和根底数量得到有效控制的情况下，因调整其孔网参数的变化差异而减少的直接穿孔成本累计约31.3万元（包括潜孔钻机和牙轮钻机的）。总计创造了约80.4万元经济效益。若持续推广应用该型数码电子雷管，预计每年可节约合443.8万元的爆破总成本。