电子雷管及其起爆系统安全性分析

张柏林 高宁 刘海波

摘要：本文以JM-2 电子雷管及其起爆系统为例，介绍了电子雷管的发展过程及国内推广应用情况，分析了电子雷管的工作原理和结构，电子雷管及其起爆系统的精确延时、在线检测、抗干扰性能、降低爆破振动，提高爆破效率及社会安全性等性能，并通过实验数据对电子雷管的各项性能进行了对比分析。JM-2电子雷管及其起爆系统不仅提高了爆破器材的本质安全，而且电子雷管的密码控制、专用起爆器起爆区域控制以及北斗定位等技术对于爆破器材安全监管和爆破作业的安全管理都是强有力的技术支撑，所以加快电子雷管技术的推广应用，对于创新爆破器材安全管理模式，提升爆破器材安全监管能力，减少和消除流失社会的爆破器材被不法分子利用的可能性具有重要意义。

关键词：电子雷管;起爆系统;安全性能;爆破振动;社会安全性

一、电子雷管发展简介

电子雷管是指在雷管内植入电子智能芯片，采用集成芯片控制技术、加密技术以及电子延期技术，实现了抗静电、射频、杂散电流及网络编程、检测、校准等功能，并由专用起爆器实现控制起爆的新型雷管。电子雷管是新型高智能、高安全的雷管起爆技术，是先进的爆破控制技术、电子延时技术与传统火工技术相结合的产物，是工程爆破行业的一项技术革命，它使爆破器材产业和工程爆破行业一举迈入数字化新时代。

国外电子雷管技术的研究始于20世纪80年代初，20世纪80年代末，电子雷管产品开始进入起爆器材市场，但总体上仍处于技术与产品研究开发和应用试验阶段。20世纪90年代，电子雷管及其起爆系统取得了快速发展，电子雷管技术逐步趋于成熟，并处于爆破工程实用化阶段[1]。直到21世纪初才得以规模化的应用。2006年6月6日，举世瞩目的三峡工程三期混凝土围堰进行爆破拆除，采用的是澳大利亚Orica公司生产的i-Kon牌电子雷管起爆，是国内较有规模的应用电子雷管的工程实例之一[2]。

国内电子雷管的研究起步较早，冶金部安全环保研究院于1985年开始研制电子延时超高精度雷管，通过与上海元件五厂及云南燃料一厂合作，于198年完成我国第 1 代电子雷管的研发[3]。

目前，国外的数码电子雷管主要有波兰eDET公司生产的eDET电子雷管、奥瑞凯公司的i-Kon型电子雷管、奥斯丁公司的E*Star型电子雷管以及诺贝尔公司的Smartshot型电子雷管和Digishot型电子雷管[1].其中，在三峡三期碾压混凝土围堰拆除爆破工程中，为了满足对爆破器材抗水、抗压、延期时间及精度的控制要求，就应用了i-kon数码雷管进行起爆，收到了较好的爆破效果[2]。

由于电子雷管在技术指标、安全指标方面的突出优势，公安部和工信部于2018年开始大力推广电子雷管，2020年全国电子雷管使用量已经达到1.2亿发，民爆行业各单位对电子雷管纷纷进行了技术引进和联合开发工作，到2020年6月，国内共有二十多家家企业投入研制和推广使用，通过市场情况反馈，上述企业中以无锡盛景、融硅思创、太原新欣三家企业的产品技术比较成熟。本文就以天津宏泰华凯科技有限公司生产的的JM-2电子雷管为例，对电子雷管及其起爆系统进行简单介绍，并对其安全性能进行分析。

二、JM-2电子雷管工作原理

1、JM-2电子雷管构造

JM-2电子雷管与普通电雷管的外形、尺寸差别不大，其本质区别在于采用了集成电子芯片替代了普通电雷管的延时药和电点火元件，其延时范围为在0～16000ms，可以在此范围内任意设定，绝对误差小于1ms。JM-2电子雷管的外形和内部结构如图1所示

2、JM-2电子雷管起爆系统

JM-2电子雷管起爆系统，主要由JM-2电子雷管、专用起爆器等设备组成。起爆系统采用双线并联结构，一个起爆器可以并联连接500发JM-2电子雷管，构成一个爆破网路，一台起爆器可以联动组网连接多台起爆器，形成具有多条爆破支网路的电子雷管起爆系统，通过操作一台起爆器同時控制多个起爆器同时联动起爆全部电子雷管。

首先，起爆器通过扫码或者在线注册，把雷管注册到起爆器并从全国电子雷管密码中心下载密码进行授权，然后技术人员按照爆破设计要求，通过起爆器来设定雷管的延期时间，起爆器读取爆破网络中的雷管数据，经检查无误后，即可触发整个爆破网络。通过起爆器可以实现对数码电子雷管进行起爆控制，也可以检测网络内的雷管数量、延期时间，可以检测电子雷管的连接状态、连接可靠性等，实现安全可靠起爆。

三、安全可靠性分析

电子雷管除了通过精确的控制起爆时间，达到优化爆破网络参数，节约爆破成本，提高工作效率之外，在安全可靠性方面，它更可以通过精确延时，利用地震波叠加减震的原理，大大降低爆破振动效应，减少爆破对周围构筑物的影响。此外，它的在线检测、在线编程技术也在很大程度提高了爆破网路检测、故障排除的准确性。

1、精确延时

普通的电延期雷管或者导爆管雷管主要靠内部的化学延期体来控制延期时间，因此存在较大的误差，在名义延时1000ms时间段的误差约为±100ms，因此普通延期雷管在延期时间上需做段别划分，但即使做了段别划分，但是化学延期体自身特点（延期药由氧化剂和还原剂组成，两者混合后会有缓慢的化学反应存在，随着储存时间的增长，化学延期体的延期时间会变长）以及制造工艺的差异，仍然会发生窜段现象（所谓窜段是指标称延期时间长的延期雷管先于标称延期时间短的雷管先起爆），因此在实际使用时受到了很大的限制;而电子雷管的延期范围较大，在同时间段的误差较普通延期雷管大大降低。JM-2电子雷管的延期范围为0～16000ms，最小延期设定间隔为1ms，可在此范围内任意设定延期时间，无需分段，可轻易实现逐孔微差精确控制爆破。

此外，JM-2电子雷管可以实现延期时间的任意设定，可以在出厂前根据用户的要求进行延期时间设定，也可以在爆破现场单发进行延期时间设定，也可以在爆破网络连接完成后进行现场编程。JM-2电子雷管延期时间设定后掉电不会消失。

2、在线检测

在工程爆破中，目前一般采用电雷管或者导爆管雷管引爆炸药，产生雷管拒爆现象的概率很大，这主要是因为传统雷管的起爆网络容易发生漏接、断路或连接错误等，雷管拒爆会影响工程爆破的质量，甚至会导致整个爆破的失败，甚至引发安全事故。因此在起爆之前，对爆破网路进行连接检查是预防盲炮的有效措施，但由于普通非电延期雷管在连网完成后只能人工检查，会浪费大量的时间，且难免会发生遗漏。普通电延期雷管也只能用仪器做简单的通断检测，在大规模网络连接中，也无法逐一进行通断检测来判断连接是否可靠。为了提高起爆系统的可靠性，JM-2电子雷管具备在线检测技术。首先在雷管连接起爆器进行注册时，如果起爆器顺利读取数据，进行正常在线识别和注册登记，则表明该雷管可以实现组网通信和可靠起爆，反之，则说明雷管性能存在问题，无法正常使用，只需检查该发雷管的连接情况或者替换该雷管。其次，起爆器通过起爆网络也可以实现在线检测，在爆破网络连接完成后，由起爆器通过与每发雷管进行通讯，检测每发雷管的工作性能及爆破网络的连接状态，避免网络连接环节出现问题，大大提高起爆系统的可靠性。

3、抗干扰性能

传统电雷管容易受到杂散电流、静电、雷电、射频辐射的作用而发生意外早爆。对于爆破现场的操作和检查也相当繁杂，装药包之前必须切断一定范围内的所有电源等等。JM-2电子雷管的控制原理如图 2 所示. 雷管采用供电线与通信线复合使用的方式，采用储能电容 C1 和 C2 分别储存控制芯片工作、点火药头所需能量，保证在爆破过程中，即使供电线路由于某些原因出现故障，仍可以按照设定的延期时间完成爆破。此外，采用电子开关 SW1 控制对起爆电容的充电，使其只有在起爆准备工作（连接、检测、延期时间设定等）完成后，才处于待起爆状态，这就是电子雷管的电路隔离作用，它使得一般的静电干扰、系统杂散电流，甚至采用一般直流电源或工频为220V/50Hz交流电，均不能直接作用于电子雷管的点火元件。SW2在紧急情况下可放掉C2上的电能，以确保安全，SW3控制点火头的点火。

4、降低爆破振动，提高爆破效率

工程爆破中以爆破振动为主要的危害因素，而微差爆破技术是当前降低爆破振动的主要手段。所谓微差爆破，也叫微差控制爆破，国际上惯称为毫秒延期爆破，是指在爆破施工中采用一种特制的毫秒延期雷管，以毫秒级时差顺序起爆各个（组）药包的爆破技术，形成分段震波，由于震波在传播过程中存在一定的相位差，可以实现波的干扰和叠加，使干扰后震波的振动幅值减小，振动效应也就大为减弱。因此，如何确保雷管按照已设定的延期时间进行起爆就成了降低爆破振动的重要研究内容。普通延时雷管存在较大的误差，会严重影响微差控制爆破的降振效果。根据上述对 JM-2 电子雷管精确延期功能的描述可以得知，它的延期范围及精确度较传统延期雷管有质的提高，对于利用微差控制爆破时的延期时间也有很好的保障作用。

天津市蓟州区天玺佳苑小区爆破项目在前期一直使用导爆管雷管进行爆破作业，因离最近的小区只有200米，爆破产生的振动给周边的房屋造成了一定的损害，同时爆破中产生的飞石给附近居民带来了安全风险。为了解决爆破振动过大和飞石的问题，于2020年年初开始陆续在该项目上使用电子雷管进行爆破。根据现场实际情况尽量减少爆破振动和飞石，并确保爆破效果的前提下确定了电子雷管爆破网络的延期时间，并与导爆管雷管爆破网络进行了对比，达到了预期目的，取得了许多有价值的数据。图3和图4为现场爆破效果照片。

图3为2020年5月在天津市蓟州区天玺佳苑小区爆破项目进行电子雷管爆破（97孔97发），爆堆松散。

图4红线左侧为导爆管雷管爆破区，爆堆低，松散性差;红线右侧 为电子雷管爆破区，爆堆高，松散性好，大块率低。

2020年5月在天津市蓟州区天玺佳苑小区爆破项目进行了电子雷管爆破，并进行了振动测试。爆破方案为：炮孔直径：100mm， 孔数：20个，孔网参数：6m×4.5m;孔深12.5m;逐孔起爆，单段最大起爆药量45kg;总装药量900公斤，测振结果见图5。

从图5可以看出，电子雷管逐孔微差爆破网络在设计合理的情况下，在同等情况下，振动明显小于采用普通延期雷管爆破网络。另外根据唐跃[5]等人在高精度数码雷管在爆破施工降振中的应用的研究，对普通导爆管雷管和电子雷管在爆破施工中的实测数据进行对比和分析，结果表明采用电子雷管时的爆破振动强度明显小于采用普通雷管;根据方桂富[6]等人对城镇爆破电子雷管延时优选工程实践的研究，电子雷管的使用有效降低了爆破振动，仅为采用导爆管雷管起爆的 40%。这些研究成果表明电子雷管在微差控制爆破方面具有很大的推广价值与应用前景。

5、社会安全性

JM-2电子雷管严格按照公安部《工业电子雷管信息管理通则》（GA1531-2018）的总体控制原则设计，每发在生产时都有自己唯一的UID 码、WID码，雷管一旦发生流失，公安机关可通过管壳码或者 UID 码追溯雷管来源。

传统的电雷管只要两节电池便可以轻易引爆，而JM-2电子雷管则有抗非法起爆的功能。有相关资质的企业购买电子雷管后，需要按照《工业电子雷管信息管理通则》（GA1531-2018）的相关要求，只有当起爆器下载正确的密码后与电子雷管内的密码进行比对成功后，爆破员才能通过起爆器引爆网络。

JM-2电子雷管的芯片以及配套使用的起爆系统具有严密的安全管控机制。在起爆密码不正确、电子雷管与专用起爆器不匹配等情况下，通过安全管控机制技术，可以确保电子雷管无法被起爆。在起爆器上内置北斗定位系统，起爆器所处的位置、引爆时间、操作人员等数据，通过三码绑定系统可以完成正常的数据记录和授权，尤其是在禁爆区，即使下载了正确的起爆密码，起爆器将自动锁死，无法起爆电子雷管。

JM-2电子雷管及其起爆系统是通过技术革新提高爆破器材的本质安全，其使用的安全性得到大幅度提高，即使不法分子获取到电子雷管，也会因技术所限无法起爆，从而使流失社会的爆破器材被不法分子成功利用的可能性大大降低。电子雷管的高安全性、高可靠性，给电子雷管的安全监管工作提供了强有力的技术支撑。

四、结论

经过上述论述对 JM-2 电子雷管及其起爆系统的精确延时、在线检测、抗干扰性能、降低爆破振动，提高爆破效率及社会安全性等功能进行 分析，得出如下结论：

（1）延时精度高，延时时间可调，便于根据现场钻孔和地质条件优化起爆时差。利用逐孔起爆和精确延时降低爆破振动;

（2）起爆网路爆破前可测，可以查出具体每发雷管的状态，增大了起爆的可靠性;

（3）可以提高炸药能量利用率，降低大块率，爆堆集中且更松散，便于挖运;

（4）相比普通雷管，可以通過逐孔毫秒微差爆破，大幅降低爆破振动，从而增加同次爆破规模，提高爆破效率，降低爆破成本。

（5）JM-2电子雷管及其起爆系统及不仅提高了爆破器材的本质安全，而且电子雷管的密码控制、专用起爆器起爆区域控制以及北斗定位等技术对于爆破器材安全监管和爆破作业的安全管理都是强有力的 技术支撑，所以加快电子雷管技术的推广应用，对于创新爆破器材安全管理模式，提升爆破器材安全监管能力，减少和消除流失社会的爆 破器材被不法分子利用的可能性具有重要意义。

参考文献：

[1]刘星，徐栋，颜景龙.几种典型电子雷管简介[J].火工品，2003（4）：35-38.

[2]吴新霞，赵根，王文辉等.数码雷管起爆系统及雷管性能测试[J].爆破，2006（4）：93-96.

[3]张乐，颜景龙，李风国等.隆芯 1 号数码电子雷管在露天采矿中的 应用[J].工程爆破，2010（4）：73-76.

[4]卿伟，李由.新型爆破器材在关子岭大断面隧道施工中的应用[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2010（5）：700-704.

[5]唐跃，曹跃，罗明荣等.高精度数码雷管在爆破施工降振中的应用 [J].爆破，2011（1）：107-109.

[6]方桂富，方春，刘先魁等.城镇爆破电子雷管延时优选工程实践[J].工程爆破，2011（3）：81-84.