数码电子雷管深水起爆性能试验研究❋

李春军 崔广强 陈士海 郭雅芳

①长江重庆航道工程局(重庆，400011)

②华侨大学土木工程学院(福建厦门，361021)

引言

长江上游朝天门至涪陵河段航道整治工程位于长江上游三峡水库变动回水区中下段，施工现场水深湍急，施工难度大。由于施工工艺复杂，水下炸礁历来是爆破施工的难点；而在复杂条件下实施大规模的水下炸礁，同时又要满足较高的技术要求，其难度更大。数码电子雷管具有延期精度高、安全性好、可靠性高、可检测性好、可追溯性强和起爆性能好等优点，在水下爆破工程中得到广泛应用[1-3]。但是在水压、水流和复杂环境的影响下，数码电子雷管容易出现拒爆失效等严重的问题，导致爆破效果不佳，进而影响清挖效率和爆破安全[4-6]。因此，对数码电子雷管的起爆可靠性、抗水性、延期时间的精确性进行深水模拟试验研究是十分必要的。

已有不同学者对数码雷管在水下爆破工程中的应用进行了系列试验研究[7-11]，但没有针对数码电子雷管在复杂水下爆破工程环境的抗压能力、起爆能力、延期精度进行系列试验。

为了更好地发挥爆破效果，保证工程施工顺利进行，针对目前水下爆破施工中数码电子雷管存在的问题，结合水下爆破清礁工程特点，开展了相应的耐压防水性试验，以期为工程施工提供参考。

1 深水模拟试验原理和方法

水下工程的爆破设计一般参考类似的工程爆破经验。以往工程在不超过10 m的水深中，数码电子雷管能够顺利地完成爆破任务；但是大于10 m水深、长时间水压下储存，没有相关的资料可以查阅，也没有相关的方法能够检验在这种工作环境下数码电子雷管的工作能力。为了满足这一实际需求，进行数码电子雷管的深水模拟试验。

在实验室内模拟数码电子雷管的工作环境，并在相应的工作环境下进行工作能力的检验。试验中，需要用到压力罐和数码电子雷管。爆破安全和雷管的使用要严格遵守公安部门的管控，因此，试验借助爆破器材公司的试验场所和仪器进行。经过和爆破器材公司的前期沟通，为了试验安全，浸水后的雷管在压力罐外再进行试爆试验。

所用压力罐为西安庆华厂实验室自有设备，罐体高60 cm，直径40 cm，壁厚1 cm，可以承受的最大压力为0.5 MPa。试验时，将数码电子雷管浸入压力罐的水中，然后向罐中施加一定的空气压力；经过一定时间的浸水，取出数码电子雷管进行性能试验，以判定数码电子雷管的抗水耐压能力。

当雷管放入水中时，雷管表面受到的总压强p总为水的压强p水和加压气体压强p气之和，即:

p总与入水深度h和外界气体压强有关。常压情况下，p总随入水深度h的增加而增加。研究中，首先固定雷管的入水深度，改变外界气体压强，使雷管表面承受的压力与深水条件下相同，从而在实验室条件下模拟深水爆炸环境。

外加气压为0、0.1、0.2、0.3、0.4 MPa。外加气压每增加0.1 MPa，相当于增加了10 m水深，以此模拟不同水深的影响。

2 数码电子雷管试验测试项目及分析

2.1 耐水抗压测试

选用西安庆华厂生产的SJ-JJ-10S型数码电子雷管。将选定数量的数码电子雷管浸泡于压力罐的水中；向压力罐中分别施加0.1、0.2、0.3、0.4 MPa的气压，并保证每级压力持续时间不少于48 h；48 h后，取出数码电子雷管，进行发火试验。耐水抗压试验装置原理如图1所示，具体试验结果见表1。

图1 耐水抗压试验装置Fig.1 Water resistance and compression test device

表1 数码电子雷管耐水抗压试验Tab.1 Water resistance and compression test results of digital electronic detonator

从表1可以看出，将数码电子雷管浸入空气压力为0.4 MPa的水中，保持48 h取出后，电子雷管仍能正常起爆，满足施工现场水深40 m的要求；浸泡48 h可以正常起爆也符合了水下炸礁工程装药工艺的要求。

2.2 铅板试验

为了检验数码电子雷管在水压作用下的起爆能力，对数码电子雷管进行铅板试验。数码电子雷管铅板试验按《工业雷管铅板试验方法》进行。将浸泡于压力罐中承受0.1、0.2、0.3、0.4 MPa的气压的雷管进行铅板试验。试验中做到:将试验装置平稳放置于试验地点；雷管应位于铅板中心并垂直于铅板，脚线固定于铁架上；人员撤到安全地点并发出信号，通电起爆；起爆后，取下铅板，用钢尺量取所穿孔径的最大值与最小值，取平均值。如平均值大于雷管直径，即认为雷管起爆能力合格；雷管不爆、爆炸不完全或铅板穿孔直径小于雷管直径，均为不合格。每组试验3发雷管。雷管直径7.2 mm。具体试验结果如表2所示。

表2 数码电子雷管铅板试验Tab.2 Lead plate test results of digital electronic detonator

从表2可以看出，该数码电子雷管能炸穿5 mm厚的铅板，穿孔直径大于电子雷管外径。说明浸水承压后的数码电子雷管起爆能力没有减弱，可以正常起爆，满足工程需要。

2.3 延期时间测试

延时爆破能有效地控制爆破冲击波、爆破振动以及爆破个别飞散物等；操作简单、安全、快速；爆后岩石的破碎程度较好，爆堆集中，减少二次破碎的工作量；可以提高爆破的效率和提升企业的经济效益。

为了验证水下施工中水压对数码电子雷管的延期精度的影响，对其进行实验室延期精度试验。将试验中承受0.4 MPa水压的数码电子雷管，达到24、48 h浸泡时间后分别取出，用编码器将2组对比试验的数码电子雷管分别设定为相同的起爆时间，用雷管延时测试仪进行浸水24、48 h后的实际起爆延期时间测试，具体延时试验结果如表3所示。

从表3可以看出，相同的设定时间，不浸水、浸水24 h和浸水48 h后测得的延期时间与浸水时间是随机变化的。在1～200 ms的设定时间内，实测到的最小时间误差为0.1 ms，最大时间误差为0.5 ms；在大于200 ms的设计延期时间样本中，误差率最大，为0.66%。西安庆华厂生产的数码电子雷管(SJ-JJ-10S型)的控制标准:延期时间不大于150 ms时，误差不大于±1.5 ms；延期时间大于150ms时，误差率不大于±1.0%。对照此标准，测试样本的延期精度完全达标。经过实际工程验证，该型号的数码电子雷管符合水下炸礁工程的应用要求。

表3 数码雷管浸水24 h与48 h后的延期时间测试Tab.3 Test results of delay time of digital detonator after immersion for 24 h and 48 h

3 结论

1)利用压力罐模拟深水条件进行数码电子雷管的抗水性、起爆能力、延期精度测试是一种快速有效的试验方法。

2)采用模拟水深试验，可以模拟40 m水深情况进行试验，弥补现有工程经验的不足，为类似工程提供必要的试验数据。

3)试验用数码电子雷管具有很好的抗水压能力，在40 m水深条件下起爆能力不受影响，延期精度符合要求。

4)分别模拟了水深10、20、30、40 m 4种情况对数码电子雷管延期精度的影响，延期精度均符合要求，试验结果还有待于工程现场检验。