塑料导爆管雷管井下击发的起爆方法研究

张青成

(金诚信矿业管理股份有限公司， 北京 100070)

1 前言

某磷矿的基建和采切等工程在2015年和2016年的掘进量均在60 000m以上，即全年爆破次数达25 000次以上，目前爆破起爆方式为起爆器+爆炮母线+起爆针+3发1段导爆管雷管(脚线长度为30m)串联+爆破网络，其中3发大段导爆管雷管只是为了满足爆破作业的安全距离。而起爆不仅满足安全性和可靠性的要求，还要考虑该起爆工艺的经济性[1-2]，因此，本文以导爆管雷管的击发方式为研究对象，寻找到一种既经济又安全的起爆方法。

2 起爆方法简述

工程爆破技术被广泛应用于矿业工程和隧道工程等领域，这些工程实践也促使了爆破器材的不断更新换代。当前非煤矿山在井下爆破网络多采用多发孔内雷管并联与单发(或多发)孔外雷管串联的形式，然后使用相关起爆器材起爆孔外雷管，当前非煤矿山主要有以下4种起爆方法。

1)电雷管起爆方法

电雷管起爆系统由发爆器、电雷管、普通导爆管雷管组成。电雷管价格低，系统起爆成本低，操作简单，起爆电流小，但抗杂散电流的性能差[3-4]。经大量实践检验，该起爆方法可靠性差，安全风险大，目前也在逐渐被淘汰。

2)加长塑料导爆管击发起爆方法

近距离击发起爆导爆管、导爆管远距离传爆的起爆系统由发爆器、起爆针、塑料导爆管和普通导爆管雷管等组成。非电导爆管自身有很好的安全性，具有抗杂散电流的能力，可以避免早爆等安全事故; 但导爆管不可重复使用，起爆成本高，每次爆破前都要重新连线，准备工作时间长、操作难度大[3-4]。客观上讲，每起爆一次，起爆针铜质内芯放电端都要产生一定的氧化作用，会使下一次的放电状态发生改变，每放电一次，需用细砂纸轻轻打磨一次起爆针端部来去掉氧化层。这种方法可靠性较差，同时巷道掘进中起爆针还有可能被爆破后石块砸坏，因此，起爆针在高频次的爆破作业的环境下，其经济性不佳。

3)铅管延期雷管起爆方法

起爆系统由发爆器、铅管延期雷管、普通导爆管雷管等组成。延期雷管是依靠药剂使用量来控制燃烧时间，以达到延时的目的，但是延时药剂在低段位的雷管中延时较准确，但通常是药剂使用量较小，延时较短(一般在毫秒级或是秒级)。而延时药剂大的高段位的雷管中极易发生断燃、速燃等不可靠情况，会带来极大的安全隐患，该雷管的批发价约为25元/发，成本较高。

4)电子数码雷管起爆方法

起爆系统由电子雷管专用发爆器、芯片、电子雷管以及普通导爆管雷管等组成。电子数码雷管抗静电干扰性能强，安全性较好，但其价格太高，国产电子雷管批发价约为30元/发，电子数码雷管起爆器约为3 000元/台，适用于一次或是少次爆破工程。对高频次的爆破作业来讲，起爆成本也太高。

综上所述，当前的4种起爆方法针对高频次的爆破作业环境都存在经济成本较高的特点，需要适当改进。

3 导爆管雷管起爆方法

3.1 起爆方法试验设计

结合某磷矿井下爆破作业时普遍采用加长导爆管起爆的方法，以“远距离击发起爆导爆管、导爆管近距离传爆”为原则，采用超细绝缘导线代替塑料导爆管和自制起爆针的方法，以“起爆器+爆破母线+超细绝缘导线(断路)+单发导爆管雷管+爆破网络”的起爆方式，即“1发1段导爆管雷管+90m的超细绝缘导线”代替原来的“3发大1段导爆管雷管”，起爆进行4次试验，试验时超细绝缘导线的材料及规格见表1。

起爆工艺中，起爆器采用矿用电容式，可同时起爆200发电雷管，图1所示为发爆器示意图，发爆器参数见表2。

表1 试验时的超细绝缘导线的材料及规格

图1 发爆器示样图

表2 发爆器技术指标

起爆导爆管雷管的方式为自制起爆针(超细绝缘导线断路)在发爆器的正负极下电离产生的电火花，引爆导爆管内壁的炸药，炸药的爆轰波在导爆管内传播引发雷管[5]，起爆工艺如图2所示[6]。

图2 起爆方式示意图

3.2 试验结果及分析

1)起爆针

起爆针制作时，两根超细绝缘导线拧紧插入割开的导爆管，插入深度为1cm为宜，必须使用绝缘胶布包实封口，防止异物进入，之后安放在无水、无电缆线的地方。在剪导爆管时禁止使用物体敲击导爆管，严格使用美工刀或剪刀，起爆针示意图如图3所示。

图3 起爆针示意图

试验1有2次未起爆，试验2中的3次起爆均失败。分析认为试验1中的铝包铜线制作工艺有问题，局部用铝量偏大，导致起爆时无法形成电火花；试验2中的铜线截面面积太大，在起爆针插入导爆管中时，也将导爆管内壁的炸药磨掉，导致电火花无药可点[7]。

因此，起爆针可选用截面面积为2.5mm2的铜线来制作。

2)超细绝缘导线

本着循序渐进的试验原则，进行了试验3和试验4共9次起爆全部成功。试验证明，设计的起爆工艺性能稳定，可以做为井下爆破起爆的一种方式。

对该起爆方式的经济效益进行分析，原起爆方式为“起爆针+3发1段导爆管雷管(脚线长度为30m)串联”，起爆针批发价为1.5元/只，长脚线1段导爆管雷管的批发价约为10元，则总成本约为31.5元，现起爆方式100m的超细绝缘铜导线的价格约为20元，即一次爆破可节约成本10.5元。

3.3 超细绝缘导线的极限长度探讨

超细绝缘导线起爆方式采用的是电容放电，以FD200SA型起爆器为例进行发明，根据表2中起爆器技术指标，发爆电压均为6V，最大允许电阻为1 220Ω，若接2.5mm2的铜线，根据电阻的计算公式为

(1)

取铜的电阻率为1.75×10-8Ωm，瞬时做功状态下，在不考虑热交换时，当R为1 220Ω时，l为6 500m。当热量耗散50%时，铜线的最长长度为3 250m，即该类起爆方式也适应于深竖井凿岩爆破的起爆工艺，也经过了实践验证[8]，较传统的导爆管加爆破母线或其他方法都经济，且可靠度高。

4 结论

(1)从安全可靠性和经济适用性的角度出发，分析了采用电雷管起爆、加长塑料导爆管起爆、铅管延期雷管起爆和电子数码雷管起爆4种导爆管雷管的起爆方法，在非煤矿山井下高频次的爆破作用中不合适。

(2)经过多次试验，寻找了即经济又安全可靠的起爆方法，即“起爆器+放炮母线+超细绝缘导线(断路)+单发导爆管雷管+爆破网络”的起爆方法。其中，建议超细绝缘导线采用2.5mm2的铜线。

(3)由起爆器性能和选取的2.5mm2的铜线的属性，推导出该种起爆方法也适用于长距离起爆，同时在相关深竖井凿岩爆破的爆破网络的起爆中得到了验证。