某型电子雷管在隧道控制爆破中的应用❋

周慈亮 汤有富 郑 琪 严宜豪 夏 崟 李劲松

浙江物产光华民爆器材有限公司(浙江衢州，324400)

引言

电子雷管是20 世纪80 年代初出现的一种精确毫秒延期雷管，即采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管[1]。

隧道控制爆破[2-8]中，使用雷管数量较多。 但一般爆破区域，特别是地铁隧道爆破施工区域，离城区较近。 因此，对爆破振动及爆破作业的安全性要求较高，必须优化掏槽方案，确保减振和进尺双效益。

1 某型电子雷管的结构、芯片工作原理及其起爆系统

1.1 结构

电子雷管的核心部件是电子控制模块，采用微电子技术、加密技术等实现延时、通信、加密、控制等功能，当接收到起爆指令后，能够独立工作并按设定的延期时间引爆雷管。 某型电子雷管的具体结构如图1 和图2 所示。

图1 某型电子雷管结构示意图Fig.1 Structure diagram of an electronic detonator

1.2 芯片工作原理

图2 某型电子雷管内部芯片正、反两面实物图Fig.2 Picture of front and back sides of the internal chip of an electronic detonator

电子雷管采用供电线和通信线复合使用的方式。 为提高电子雷管的使用可靠性，保证在爆破过程中，当供电线路由于某种原因出现故障时，仍能按设定的延期时间完成爆破操作，采用储能电容C1和和C2分别储存和控制芯片工作及点火药头所需的能量。 为提高电子雷管的抗干扰(静电、射频、杂散电流干扰等)能力，提高电子雷管的安全性，采用电子开关K1控制对起爆能(电能)的充电，使其只有在起爆准备(连接、检测、延期时间设定等)完成后，才处于待起爆状态。 在达到延期时间后，电子开关K3工作，把C2的储能释放到点火药上，从而完成电子雷管的起爆工作。 在紧急情况下，需要终止爆破操作时，由电子开关K2接通，把C2的储能释放。 电子雷管芯片控制原理示意图见图3。

图3 芯片控制原理示意图Fig.3 Schematic diagram of chip control principle

整流电桥B:用来实现脚线和爆破母线的无极性连接；

开关K1:控制对电容C2的充电，充电前，K1为打开状态；

开关K2:对电容C2安全保护，非充电时，开关K2闭合，短路保护，确保电容无法充电；

开关K3:点火开关，把电容C2的能量释放到点火药上，从而引爆雷管；

电容C1:存放芯片工作的能量，确保雷管可靠起爆；

电容C2:存放雷管的点火能量，确保点火可靠。

1.3 起爆系统

该电子雷管的起爆系统主要包括起爆器、爆破母线和爆破管理APP。 考虑生产厂家检验的方便性，有专门的蓝牙密钥代替爆破管理APP，简化操作步骤。 在雷管起爆完成后，起爆系统自动上传雷管的相关信息(雷管编码、芯片UID 码、起爆时间、起爆点经纬度、爆破员、作业任务、使用的起爆器的编号及雷管使用状态等)，并将其上传至民爆信息系统网络服务平台。

起爆系统示意图如图4。

图4 起爆系统示意图Fig.4 Schematic diagram of detonating system

2 爆破应用

顾山隧道位于浙江省绍兴市上虞区长塘镇境内，进口端里程为DK33 +72，出口端里程为DK37 +179，全长4 107 m。 以其中一次具体的爆破工程为例，详细介绍某型电子雷管在该隧道中的实际应用情况。

2.1 布孔和爆破参数

采用掏槽爆破、光面爆破和毫秒爆破组合的爆破方法，使用的炸药为乳化炸药。 布孔示意图如图5 所示。

图5 布孔示意图(单位:cm)Fig.5 Diagram of blast hole layout (Unit: cm)

为方便现场施工人员操作，对雷管进行分组。每组电子雷管用记号笔写上段别。 以往导爆管雷管是按照段别分发入孔，现在线卡子上按照每组雷管注册顺序写上段别，前期使用阶段工人较容易掌握，不容易出错，大大节省了施工时间。 爆破参数如表1 所示。

设计炮孔总数183 个，单耗0.85 kg/cm3，最大单响药量48.00 kg，起爆药量为263.80 kg。 周边孔间隔装药，实际装药量根据岩石状况做适当优化，实际总起爆药量为255.60 kg。

表1 爆破参数Tab.1 Blasting parameters

2.2 装药结构与起爆网路

单孔装药一般采用连续柱状装药方式，每孔双发雷管起爆，两发雷管延期时间一致，起爆药包分别装在药柱底部1/3 和2/3 处。

周边孔不耦合装药结构见图6。

图6 不耦合装药结构Fig.6 Uncoupled charge structure

掏槽孔、辅助孔、底板孔及角孔采用连续装药结构，具体结构如图7。

图7 连续装药结构Fig.7 Continuous charge structure

2.3 施工流程及注意事项

2.3.1 施工流程

在钻孔工作时进行雷管分组注册，标好段别。并按照设计方案给雷管赋延期时间。 待钻孔完成后，进行装药、填塞，然后进行组网连接，用一条母线将所有雷管连接起来后进行组网检测。 组网检测只是检测雷管与起爆器的通信功能，电流不经过桥丝；因此，可以在爆破区域检测，方便及时排查问题。 再将母线拉到起爆站，进行网路检测。 网路检测会有微电流经过桥丝，有一定的风险性；因此，必须要在起爆站进行。 警戒完成才可开始起爆流程，进行起爆。 起爆完成后，爆破管理APP 会将起爆信息上传至民爆信息系统网络服务平台。

施工流程如图8 所示。

图8 施工流程Fig.8 Construction process

2.3.2 施工注意事项

1)单台某型起爆器带载雷管数量最多为400发，如果雷管数量比较多，可以采用多台起爆器级联模式。

2)电子雷管起爆模式有在线和离线模式。 在线模式需要在网络比较好的情况下进行，起爆后自动上传雷管信息；离线模式是在有网络的情况下下载雷管编码，然后在无网络的情况下起爆，起爆后需要手动上传雷管信息。 因此，每次爆破前需要确定起爆站是否有网络，以便选择相应的起爆模式。

3)电子雷管在注册、施工过程、组网检测和网路检测时发现有问题而不能起爆时，应当拍照取证，形成书面材料，如实向省级平台登记和向当地公安机关报告。 因电子雷管每发都有唯一的身份信息，起爆后如果雷管信息没有上传，则会导致该发雷管的流向没有形成闭环，不能再继续申请起爆密钥。

4)雷管网路连接时要防止漏接或短路。 雷管漏接时，起爆器会显示几号孔没有连接，容易排查问题。 网路如果短路，一般情况下用二分法分区域排查短路的线路，但此方法操作过程复杂，费时费力；因此，可以使用爆破电桥在雷管网路连接时连接爆破母线，及时发现和排查短路问题。

3 效果与分析

本次爆破效果非常理想。 无盲炮，无大块，振动小，爆堆集中，掘进距离长，爆后作业面平整。 为下次爆破布孔及钻孔提供了方便。

爆后效果如图9 所示。

图9 爆破后效果Fig.9 Outcomes after blasting

隧道中使用电子雷管的优势:

1)起爆前可进行组网检测及网路检测，避免因漏连或雷管装药过程损坏而导致的盲炮，组网安全可靠。

2)采用微差爆破干扰减振技术，可使每次爆破最大振速降低70%。

3)采用全断面的爆破方式进行掘进开挖，较使用导爆管雷管的分部开挖施工效率提高数倍，方便后续喷锚、支护、铲装、运输，从而降低综合成本，提高综合效益。

4)用高能起爆器2 200 V 高压连接雷管起爆，雷管内部芯片会损坏从而导致雷管不起爆。 该电子雷管能抗高压、消除杂散电流和静电等干扰，保证在隧道、地下矿等复杂环境下安全、稳定、可靠地起爆。

5)雷管内部芯片采用双钽电容(通信电容及充电电容)设计。 通信电容用于雷管注册、检测；充电电容用于雷管最后起爆时放电。 能保证施工安全。

4 结论

某型电子雷管从2019 年到目前为止在某省内已使用近百万发。 使用期间未出现任何安全事故，具有操作便捷、延期时间可任意设置、抗外界干扰能力强、爆破效果良好、减振降噪等优点，得到了广大施工方及公安部门的认可。 某型电子雷管在顾山隧道控制爆破中的成功应用，说明该电子雷管在隧道爆破中具有良好的应用前景。