数码电子雷管在某露天矿爆破中的应用

刘 庆，张程娇，郝亚飞，田水龙

(中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆 401121)

数码电子雷管是一种采用电子控制模块取代传统延期药实现精准延时的新型起爆器材。上世纪80年代初，南非AEL和瑞典Dynamit Nobel公司分别发布了各自的第一代电子延时起爆系统Dynatronie和ExExl000。1999年德国Dynamit Nobel公司和澳大利亚Orica研制开发出I-Kon电子起爆系统(即EBS)，陆续出现了其他种类的数码电子雷管系统，如EDD、Smartdet、E1ectrodet数码电子雷管系统。我国数码电子雷管的研究工作于上个世纪90年代末期开始。2006年6月6日，葛洲坝易普力公司成功将数码电子雷管应用于三峡工程三期RCC围堰拆除爆破[1]，开启了国内数码电子雷管技术蓬勃发展的序幕。目前，我国对民爆物品使用的安全管控需求日益迫切，数码电子雷管的出现，很好的满足了国家精准管控要求，在爆破工程中应用将越来越多[2-4]。但目前，数码电子雷管在爆破工程中的高精度延时优势尚未充分发挥[5-6]。为此，本文阐述了基于数码电子雷管采用物联网、数值仿真、大数据分析等现代信息技术的优势，希冀为推动民爆器材的迭代更新提供一种探讨。

1 数码电子雷管优势

数码电子雷管属于民用爆破器材的高尖端产品，与普通延时雷管相比，具有安全性好、性能优良、操作便捷、应用效益明显、延时精度高等优点[7-8]。从市场反馈和技术发展方向来看，数码电子雷管取代普通雷管将会是必然趋势。

1)安全监管可控。数码电子雷管产品采用多重加密控制指令和抗干扰保护设计，内置唯一身份编码，实现“雷管ID码、起爆密码、雷管壳体码”三码绑定；通过将全国电子雷管密码中心、数码电子雷管现场作业身份识别系统、爆破设计施工信息化服务平台进行功能对接，有利于安全监管向纵深推进，提高安全监管的及时性、完整性和准确性，实现了精准管控。

2)产品性能优良。数码电子雷管内置高品质智能芯片，具有低功耗、高精度、时钟温度补偿、器件功率优化、起爆能量控制、自适应能力强、抗干扰等特性，可在线检测每发数码电子雷管通讯状态，延时精度可精确到1 ms或1%以内；经过发火可靠性设计与验证，实现了芯片和点火元件的可靠匹配，准爆率达99.99%。

3)现场操作便捷。数码电子雷管注册机与专用起爆器采用分离式设计，爆破设计方案可导入注册机，通过物联网技术对炮孔与雷管的身份进行快速精确匹配，实现了雷管延时时间的批量自动设定，消除了延时时间设定的误操作可能，极大缩短了联网时间。

4)应用效益明显。基于葛洲坝易普力公司爆破设计施工信息化服务平台的数码电子雷管起爆系统(见图1)，将数码电子雷管与爆破智能设计、专家支持系统深度融合，充分发挥数码电子雷管延时精度高等性能优势，运用爆破数值仿真、爆破施工大数据分析等技术，提高爆破能量利用率，降低爆破成本，控制爆破振动，改善爆破效果，提高铲装效率，降低破碎能耗，推进施工过程管理一体化。

图1 数码电子雷管起爆系统Fig.1 Digital electronic detonator detonating system

2 工程概况

该露天采场矿石主要以石灰石为主。采用深孔台阶爆破作业，设计台阶高度为12 m，超深1 m，连续装药结构。通过对采场现场爆破调查分析，发现存在以下问题：

1)大块率过高，不利于铲装作业和矿山后续作业；

2)附近村庄感受振动明显，对居民的生活造成影响；

3)炸药单耗大，雷管使用量大，成本增加。

为了解决这些问题，拟在该矿使用数码电子雷管进行爆破试验。

3 工程应用试验

数码电子雷管合理的延时时间设置既能得到良好的爆破效果，又能最大限度降低爆破振动引起的爆破危害。由于孔间延时选取过小不易形成新的自由面，会影响爆破效果，因此最佳的延时时间是第1个炮孔起爆后，炮孔和自由面之间形成一定宽度的新自由面(裂缝)，此时岩石中尚有部分残余应力，与后1个炮孔起爆产生的应力叠加，会呈现更好爆破效果。

3.1 大平台分区爆破试验

第1个大平台分区爆破试验，是在标准平台进行的。爆区呈L形，平台设计高度12 m，实际高度大约12.5～13 m，尖角向外凸出部分是上个施工循环未爆破的残留岩体(见图2)。现场爆破试验环境对检验爆破网路延时设计、分采分爆方案可行性、完善现场联网操作方法均非常有利。

注：Row1表示不规则炮孔，用虚线圈表示；Row2～Row10表示规则排布的炮孔，用实线圈表示；1～14表示具体炮孔编号。图2 爆区平台Fig.2 Platform of blasting area

现场采用基于数码电子雷管的新型爆破网路设计方案，结合3D软件制作了平台示意模型，并按实际情况设置炮孔参数及起爆顺序(见图3～图4)，从爆区弯折处将爆区分成2个部分(左、右)，起爆顺序由外侧向内侧，方案单孔、单响，无重段，相邻延时时间4 ms。

图3 3D模型及起爆次序Fig.3 3D model and detonating sequence

注：Row1表示不规则炮孔，用虚线圈；Row2～Row10表示规则排布的炮孔，用实线圈；1～14表示具体炮孔编号。图4 起爆顺序及相邻起爆时间Fig.4 Detonating sequence and adjacent initiation time

3.2 平台边坎不规则部位试验

第2个平台边坎不规则部位试验。所在爆区属于平台的边坎部位，爆区地表有1～2 m高差，且平面形状不规则，爆破部位和孔位设计如图5所示。如何处理形状不规则部位的联网方法是该部位延时时间设置的主要问题。因此，将该爆区分为7排炮孔，其中第1排最长，从第2排往后逐次递减。起爆顺序采用前排(1～3排、7排)逐孔起爆，后排(4～6排)2孔同时起爆。后排相邻2孔同时起爆可提高抛掷能力，具体起爆顺序及相邻起爆时间如图6所示。

图5 爆破部位及孔位Fig.5 Blasting area and hole position

注：Row1～Row6表示常规炮孔，Row7表示不规则和临时补充的炮孔图6 起爆顺序及相邻起爆时间Fig.6 Detonating sequence and adjacent initiation time

4 爆破效果及分析

根据现场爆破效果和爆堆形态可观测到(见图7～图8)，爆区前排逐孔起爆，爆堆隆起，后部形成明显沟槽，爆堆表面块度均匀。实际挖装过程中未发现大块，经一段时间挖装，爆堆局部有少量大块(见图9)，但不影响挖装效率，说明爆破效果满足要求，大块率可以降低2%左右。

图7 现场应用试验Fig.7 Field application test

图8 爆堆形态Fig.8 Blasting muckpile shape

图9 块度与挖装Fig.9 Block size and dig loading

利用数码电子雷管爆破过程中，距离爆区300 m远位置无明显振感。现场振动监测显示比导爆管雷管振动要小，减少幅度可达21%～29%，说明数码雷管单孔、单响设计很好地控制了爆破振动。

试验表明在保障爆破效果的同时，使用数码电子雷管爆破单耗可以降低11%～13%，单位耗时可以降低22%～27%，降本增效。使用数码电子雷管和导爆管雷管爆破效果对比如表1所示。

表1 现场使用数码电子雷管和导爆管雷管爆破效果对比

5 结语

通过爆破试验，结合3D数值建模与仿真、新型爆破网路设计、现场联网操作等新方法、新工艺，实现了快速组网、高效爆破。数码电子雷管现场实际应用尝试成功，以期为后续数码电子雷管的推广、爆破优化设计和编制科学的施工方案提供借鉴。

1)爆破效果满足要求，大块率可以降低2%左右；距离爆区300 m远位置无明显振感，现场监测显示与导爆管雷管爆破对比，振动幅度降低可达到21%～29%，很好地控制了爆破振动；同时单耗可以降低11%～13%，单位耗时可以降低22%～27%，节约了成本。

2)本次试验延时时间设置存在一些不合理之处，相邻排间延时时间缩短，不利于爆破效果，另外也受到了岩石走向与用户实际需求的制约，可在以后工程中根据需要改进。