电子雷管在巷道掘进中的应用研究

姚华南

（福建海峡科化股份有限公司永春分公司,福建 泉州 362615）

0 引言

电子雷管,又称数码电子雷管或工业数码电子雷管,即采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管,应用微电子技术、数码技术、加密技术,实现延时、通信、加密、控制等功能[1-2]。2018 年,公安部治安管理局会同工信部安全生产司召开民爆行业智能制造现场推广会,重点是推进数码电子雷管智能制造的推广应用,推动形成结构优化、技术先进、安全高效、附加值高的民爆产业体系,到2022 年,基本实现电子雷管全面使用。电子雷管按照爆破网路分为并联型电子雷管和串联型电子雷管,按照应用环境分为煤矿许用电子雷管和普通型电子雷管,按照延期时间的设置方式分为现场设置型电子雷管和预设置型电子雷管。此次研究使用的是并联现场设置型普通电子雷管,使用的电子控制模块为江苏无锡盛景微电子有限公司小断面16S 型,试验地点为龙岩市马坑矿业巷道掘进工作面。

1 试验背景

电子雷管推广初期,露天爆破、地下矿山采矿面、刷帮面、楔形掏槽掘进面在使用电子雷管的过程中,未发生爆破效果不佳的情况,但在直孔桶形掏槽巷道掘进作业中,反馈很多作业面掘进进尺效果较差。使用半秒延期导爆管雷管的炮孔利用率正常在90%左右,在直孔桶形掏槽巷道掘进中,炮孔利用率降低,为36%～78%,严重降低了循环进尺,增加了补炮次数,费时费工费材料。针对此问题,进行试验研究。

1.1 试验地点和条件

试验地点为龙岩市马坑矿业,作业环境条件为地下矽卡岩巷道掘进,岩石硬度值12～14,采用直孔桶形掏槽方式,装药孔数42 个,使用直径40 mm钻头,炮眼布置和爆破参数设计如图1 和表1所示。

图1 炮孔布置(单位:mm)

表1 爆破参数

1.2 试验前调查数据

试验前制订3 个使用电子雷管的延期时间方案,对孔1～42 的延期时间汇总,见表2。打孔深度与爆破后进尺量、炮孔利用率的关系见表3。

表2 试验前使用电子雷管延期时间方案

表3 试验前使用电子雷管炮孔利用率

2 爆破效果分析

2.1 掏槽孔使用半秒延期导爆管雷管

现场进行试验,前5 个孔使用半秒延期导爆管雷管进行掏槽,后续孔使用电子雷管(设置延期时间后延),并用1 发设置0 ms 的电子雷管引爆前5 个孔的半秒延期导爆管雷管,爆后炮孔利用率为90%。

2.2 全断面使用电子雷管

由表2、表3 可知,全断面使用电子雷管进行巷道掘进爆破,炮孔利用率明显低于全断面使用半秒延期导爆管雷管的炮孔利用率。

根据爆后效果检查发现,巷道掘进中,整个工作面的进尺量与掏槽孔的进尺量一致,掏槽孔的炮孔利用率低,导致整个断面炮孔利用率也低。因此,只要解决掏槽孔炮孔利用率的问题,就能提高整个工作面的炮孔利用率。

影响掏槽孔爆破效果的因素有很多,包括炮眼深度、炮眼间距、装药结构、炸药性能、岩性、延期时间(由雷管控制)等[3-4],对比使用半秒延期导爆管雷管和电子雷管进行的巷道爆破条件,发生变化的只有延期时间,因此,判断掏槽孔炮孔利用率低的原因是延期时间不适用。为解决此问题,设计不同的延期时间进行试验。

3 试验

3.1 第1 期试验

试验时间为2019 年11 月,试验方案及结果见表4。其后历时3 个月,使用表4 中方案2、4、5、6、8 的爆破参数在现场应用,在排除电子雷管拒爆、起爆药包未正常起爆、发生冲孔等爆破作业中的异常情况下,整体炮孔利用率较以前有所提升,但仍存在不少炮孔利用率未达90%的情况。

表4 不同延期时间方案和炮孔利用率

3.2 第2 期试验

半秒延期导爆管雷管的延期时间精度相对较低,根据国标要求在理论值的±250 ms 内呈正态分布,同一个段别的雷管相互之间也存在一定的时差,最高可达500 ms。因此,实际的爆破方式可视为不同时差的逐孔起爆,使用半秒延期导爆管雷管设计逐孔递增的延期时间方案,2020 年4 月进行第2 期试验。延期时间和爆破效果见表5。

表5 不同延期时间方案和炮孔利用率

试验结束后,从0 ms 开始,以200 ms 或300 ms 逐孔递增参数,持续3 个月,在排除电子雷管拒爆、起爆药包未正常起爆、发生冲孔等爆破作业中的异常情况下,炮孔利用率一直保持在95%左右。

4 试验总结

根据两期的试验结果,电子雷管在井下巷道掘进应用中采用逐孔递增延期时间方案的炮孔利用率相对较高,达到90%以上,而采用同类炮孔同一延期时间的方案掏槽效果较差,炮孔利用率较低。

使用第2 期延期时间参数分别应用于福建省其他10 余座地下矿山,在掘进作业面均取得较好的炮孔利用率,尝试使用逐孔等间隔递增50 ms 进行试验,发现延期时间间隔越低,巷道掘进岩石破碎度越好,爆堆更低且抛渣更远。

5 结语

笔者从2019 年开始接触电子雷管,在近三年的推广过程中持续跟踪电子雷管在不同作业环境下的应用效果,包括井下巷道、井下采矿、露天、隧道等工程爆破,通过持续跟踪反馈,无论何种应用环境的爆破,其爆破效果均无法达到100%,这是因为爆破环境不同,受岩性、地形、炸药性能、装药量、装药方式、延期时间、孔间距等因素影响较大,但均有可提升的空间。电子雷管推广应用是提升爆破作业科技信息化水平的重要举措。