数码电子雷管在露天采矿深孔爆破中的应用

韩占占

摘 要：为了满足我国基础设施建设的需要，爆破作业广泛应用于矿山、交通建设、城市建设拆除、港口疏浚等工程领域。由于工程爆破成本低，爆破作业施工效率高，越来越多的新爆破技术和新爆破材料涌入爆破行业。在露天矿开采中，爆破方法为深孔松动爆破，通常采用雷管孔间延迟差的爆破网络。然而，由于低延时雷管的准确性，在爆破产生的振动影响比较大，和爆破后颗粒结块性爆破的程度不均匀，机械二次破碎和铲装运输效率低，建筑成本是相对较高的。近年来，随着大量新型爆破材料进入爆破行业，数字电子雷管在各个工程领域得到了广泛的应用和推广。数字电子雷管具有操作简单、延时精度高、安全性好、起爆网络可检测等特点，得到了广大用户的认可和应用。

关键词：露天矿山；数码电子雷管；安全经济；减震效果

随着某露天矿山地质条件的多样性及露天现有边坡的稳定性的要求，爆破环节对采矿工艺有着重要的意义。数码雷管有着精确度高，安全性可靠，节约成本等优点。

一、数码电子雷管概述

想要明确数码电子雷管在露天采矿深孔爆破的应用需要对数码电子雷管及其爆破原理有清晰的认知，为此需要对数码电子雷管进行相应的介绍。

1.数码电子雷管简介及其应用现状。微型电子定时器（集成电路块）是数码电子雷管中最核心的元件，取代了普通电子雷管巾的延期药与电点火元件，使得延期精度得到了大幅度的提升，还能够对引火头的电想进行控制，能够在最大限度上缩减因为引火头能且需求产生的误差，将每只雷管的延长时间可以在0-100ms的范圍内按照毫秒量级进行编程设定。其延时精度能够控制在0.2s以内。就现状来看，数码电子雷管已经被广泛应用于澳大利亚、南非、瑞典、日本等国的爆破工程实践中，我国部分露天煤矿也开绐使用。数码电子雷管起爆系统具有高精度、高科技性、延期时间灵活性的特性，另外还能够对射频电和杂散电流进行控制，使得其成为起爆器材领域中的新秀。

2.数码电子雷管的构成。数码电子雷管也被称为电子雷管，需要用电子控制模块（专用芯片）对起爆的过程进行控制。电子雷管中的电子控制模块就是其专用芯片，被布置在数码电子雷管的内部，能够对雷管起爆的延期时间、起爆能量进行控制。除此之外，在数码电力雷管中还有自身的身份信息以及起爆密码。在进行使用之前能够利用电子雷管对自身的功能、性能、雷管点火元件的电性能进行测试，如果起爆器与控制器进行联合还能够对其它的外部控制设备进行通信的专用电子模块。数码电子雷管专用芯片的内部模块之间存在着难以分割的相互关系，数码电子雷管专用芯片的内部模块分为FSK调制解调模块、编解码模块、振荡器、电源、数字逻辑以及存储器这几部分。精密的构成及科技含量较高的零部件使得其具有优良的爆破性能。除此之外，内部的存储器为非易失性存储器，能够被用作存储产品的ID编号和延迟参数等系列信息，能够有效地保证信息的完整性。

3.数码电子雷管起爆系统的优越性。数码电子雷管的延时秒量十分精准，能够对延期的时间自由的进行设定。利用设定合理延期时间的方式达到爆破噪声低、音频低、爆破震动感低等目的，减少因爆破带来的一系列公害。同时能够爆发出较大的爆破能量，有效避免炸药消耗大且效果差的现象，实现高效率的爆破工作。数码电子雷管的在实际应用中的流程是经过组网进行扫码然后进行编程，编程结束之后进行网络监测，当这些程序都完成之后才可以进行起爆。数码电子雷管采用了CAN总线技术，能够有效地抗击干扰，就算是在很复杂的环境下也能够进行有效爆破，在远距离也能够对起爆器进行控制。因此，数码电子雷管有安全性高、爆破效率高、公害少等一系列优良的性能。目前，在进行露天采矿深孔爆破时由于缺乏对周边环境的调查使得爆破后的管理工作无法与整个爆破工程接轨，而利用数码电子雷管进行爆破则能很好的避免这一问题的出现，因为数码电子雷管在进行爆破时能够减轻所带来的一些危害，减少爆破后期管理的难度与工作量，使得爆破工程能够顺利完成，避免在爆破后出现局部地壳或土地松散的现象。

二、数码电子雷管优势

数码电子雷管属于民用爆破器材的高尖端产品，与普通延时雷管相比，具有安全性好、性能优良、操作便捷、应用效益明显、延时精度高等优点。从市场反馈和技术发展方向来看，数码电子雷管取代普通雷管将会是必然趋势。

1.安全监管可控。数码电子雷管产品采用多重加密控制指令和抗干扰保护设计，内置唯一身份编码，实现“雷管ID码、起爆密码、雷管壳体码”三码绑定；通过将全国电子雷管密码中心、数码电子雷管现场作业身份识别系统、爆破设计施工信息化服务平台进行功能对接，有利于安全监管向纵深推进，提高安全监管的及时性、完整性和准确性，实现了精准管控。

2.产品性能优良。数码电子雷管内置高品质智能芯片，具有低功耗、高精度、时钟温度补偿、器件功率优化、起爆能量控制、自适应能力强、抗干扰等特性，可在线检测每发数码电子雷管通讯状态，延时精度可精确到1ms或1%以内；经过发火可靠性设计与验证，实现了芯片和点火元件的可靠匹配，准爆率达99.99%。

3.现场操作便捷。数码电子雷管注册机与专用起爆器采用分离式设计，爆破设计方案可导入注册机，通过物联网技术对炮孔与雷管的身份进行快速精确匹配，实现了雷管延时时间的批量自动设定，消除了延时时间设定的误操作可能，极大缩短了联网时间。

4.应用效益明显。基于某公司爆破设计施工信息化服务平台的数码电子雷管起爆系统，将数码电子雷管与爆破智能设计、专家支持系统深度融合，充分发挥数码电子雷管延时精度高等性能优势，运用爆破数值仿真、爆破施工大数据分析等技术，提高爆破能量利用率，降低爆破成本，控制爆破振动，改善爆破效果，提高铲装效率，降低破碎能耗，推进施工过程管理一体化。

三、案例分析

1.工程概况。该露天矿山位于某市，距二级公路10 km，并有简易公路与之相通，矿区交通运输条件较好。矿区南东侧经多年开采已形成一大采空区，东侧约50 m有乡村道路经过，道路外为山地；南侧为矿区工业场地；西侧为开阔地，约29.4 m有高压线经过；北侧为山地，约14.9 m有高压线经过；爆破区域周边环境较为简单，需要保护的建构筑物为高压线。区域地质条件：矿区属于岩溶峰林地貌，开采矿石的设计最高标高271 m，设计最低标高150 m，地形较为陡峭，矿区出露地层较为稳定，岩石较坚硬。矿区地表没有发现溶洞，也未发现较大的断层、褶曲等构造破碎带。采区全为石灰岩，厚度大，出露完好，矿层连续、稳定，矿石为粉晶、细晶、中晶结构，厚层状构造，致密坚硬，裂隙发育，局部为方解石细脉充填。该露天矿山开采出的矿石碳酸钙含量平均达45%以上，是较为优质的水泥煅烧原料。

2.爆破对比试验。为了分析及研究采用不同起爆网路时的爆破振动效应及爆后效果，在矿区分别采用导爆管雷管及数码电子雷管进行了两次爆破对比试验。（1）爆破设计参数。根据矿区周围环境，通过反复论证，依据以往相关工程的经验，确定对该露天矿山采用深孔台阶爆破，台阶高度H=10 m，采用潜孔钻机钻凿直径d=90 mm的炮孔，爆破区域采用垂直布孔的方式，炮孔深度L、超深h、底盘抵抗线W 1、孔间间距a、排间间距b、堵塞段长度l，按下述方法确定。1）炮孔深度L、超深h。开采矿区采用深孔台阶爆破技术，一次开采台阶高度H=10 m，则孔深L为：

L=H/sinα+h=10/sin90°+1=11 m。

其中，L为炮孔的深度，取11 m，采用垂直布孔；α=90°；h为炮孔的超深，h=（8～12）d=11×0.09=0.99 m，炮孔的超深h取1 m。2）底盘抵抗线W 1。底盘抵抗线W 1按下式计算：

其中，d为炮孔直径，0.09 m；Δ为炸药密度，1.24 g/cm3；τ为装药系数，一般取值为0.35～0.65，本工程取0.4；m为炮孔密集系数，一般m=1.2～1.5，本工程取1.2；q为单位炸药消耗量，松动爆破取0.25 kg/m3～0.35 kg/m3，本工程取0.3；H为台阶高度，取10 m；L为炮孔深度，取11 m；W 1为底盘抵抗线，取3 m。3）孔间距a、排距b。为了提高炮孔的利用率，设计采用梅花形（三角形）布孔方式，孔间间距a及排间间距b可按照下式计算：

a=mW 1=（1～1.5）W 1=1.2×3=3.6 m；

b=（0.8～1）a=0.8×3.6=2.88 m。

其中，m为炮孔密集系数，取1.2；a取3.6 m；b取2.9 m。

4）堵塞长度。为了爆破作业时不发生冲孔及产生飞散物，需要保证炮孔的有效堵塞长度，有效炮孔堵塞长度l可按照下式计算：

l=zW 1=0.8×3=2.4 m。

其中，z为炮孔的堵塞系数，垂直布置的炮孔z取0.7～0.8，倾斜布置的炮孔取0.9～1.0，为了避免爆破作业时发生冲孔及产生大量的飞散物，该矿区爆破区域的堵塞长度l需要不小于3 m。炮孔深度L=11 m，超深h=1 m，底盘抵抗线W 1=3 m，有效的堵塞长度应不小于3 m，炮孔孔间间距a=3.6 m，排间间距b=2.9，采用梅花形形式布置炮孔。炸药选用二号岩石乳化炸药，药卷直径70 mm，两次爆破分别采用导爆管雷管和数码电子雷管起爆网路。（2）起爆网路设计。第一次采用导爆管雷管起爆网路，设计采用孔内延时多孔间微差的起爆技术，低段位3段的导爆管雷管用于孔外微差传爆连接，高段位15段用于孔内延时，每3发雷管为一束簇联。第二次采用高精度电子数码雷管逐孔起爆技术，孔间微差时间为50 ms。（3）爆破振动监测点。为了对比分析导爆管雷管及数码电子雷管在露天矿山爆破中各自产生的振动的特点，第一次爆破时采用导爆管雷管进行装药，第二次爆破时采用数码电子雷管进行装药作业，两次爆破时均在矿山所在的生活区及高压线桩基上布置两个监测点，监测点采用TC-4850爆破测振仪对爆破振动进行监测，

3.爆破效果分析。第一次爆破作业时采用导爆管雷管起爆网路，第二次采用数码电子雷管起爆网路，通过两次对比试验得出了两次爆破作业所产生的爆破振动峰值速度大小，以及爆破后的效果。（1）爆破振动效应。两次爆破作业时所产生的爆破振动峰值速度及爆破振动频率如表1所示。

表1爆破振动测试结果

根据表1可以得出，采用导爆管雷管孔内延时多孔间微差的起爆网路进行爆破作业时，所产生的爆破振动峰值速度高于采用数码电子雷管逐孔起爆网路所产生的振动峰值速度；且爆破振动峰值速度与爆源距呈负相关关系；采用数码电子雷管时，所产生的爆破振动主振频率低于采用导爆管雷管，根据GB 6722—2014爆破安全规程，主频越大的振动速度安全允许值越大，提高爆破振动主振频率对于保护建构筑物具有积极意义。

（2）爆破效果。根据对两次爆破后的效果进行分析，发现采用导爆管雷管起爆网路进行爆破时，爆破后個别矿石块度较大且局部又存在过粉碎的现象，增加了部分矿石的二次破碎工作量，且浪费了部分过粉碎的矿石；采用高精度数码电子雷管进行爆破作业时，爆破效果较好，矿石的块度较为均匀，且产生的根底较少，机械的铲装及清运效率较高，二次破碎的工作量较小，矿石的利用率也有所增加。

四、数码电子雷管在某露天矿爆破中的应用实践

1.试验背景。为了能够与导爆管和数码雷管的各个参数进行对比，需要对该露天矿的某一个区域内的同一地段进行现场爆破的试验。在进行试验时选择了直径不同的数码电子雷管、不同位置的爆破震动检测点，采用对照试验的方式进行试验。经过试验之后发现，在全部参数要素大致相同的时候，如果使用的雷管不同那么质点振动的振幅和振动速度就不一样，经过比较得出数码电子雷管与导爆雷管先相比其质点振动幅度和振动速度都较低且达到振动主频峰值的间隔时间较长。

2.扩大性试验。通过扩大性试验能够进一步获得在不同的岩石性质下导爆管和数码电子雷管之间的性能差异，在进行试验时主要采用的方法就是正交法。该矿场岩石种类较多，因此能够便于获得更科学的数据进行爆破效果的比较。在具体进行试验时可以采用生产试验研究法对数码电子雷管以及导爆雷管的起爆网络及联系组网方式、雷管延期时间和精度、炸药单耗及平均年炸药消耗量进行对比分析。

3.成本分析。在同参数试验和扩大性试验之后，可以得出一系列精准科学的数据。利用这些数据首先可以对起爆器材消耗量及其成本进行对比，数码电子雷管的用量仅仅比导爆雷管的少了1/3，因此就数量来说可以少用13200个，按照30元每个的价格来算，每年节省的经济成本就将近40万。除此之外，使用数码电子雷管也不需要进行大量的穿孔，因此在理论上还可以进一步减少雷管的使用量，更进一步节约成本。最重要的是，数码电子雷管的爆破效率高能够一次性完成爆破工作，因此就避免了爆破工作不到位进行第二次爆破的麻烦也节省了炸药的用量以及穿孔的工程量。其次，进行穿孔也是需要耗费成本的。穿孔的成本受到穿孔量很大的影响，然而对穿孔量影响最大的就是孔网参数，由于数码电子雷管的高精准性使得穿孔量大大减少，因而带来成本的缩减。最后，对数码电子雷管在露天采矿深孔爆破中的应用不能只关注其成本的缩减，还要注意到对其爆破震动效果的评估，使用数码电子雷管进行深孔爆破能够做到精准的逐孔爆破，同时爆破产生的震动较小，因此对露天矿周围边坡的破坏影响较小。

总之，数码电子雷管在露天矿山开采中能保障施工安全、节约作业成本，具有较大的应用及推广价值。采用数码电子雷管可有效的避免大块率及过粉碎现象的发生，且爆破后产生的根底较少，爆后矿石块度较为均匀，机械铲装清运效率较高。

参考文献

[1]李春海.我国爆破行业的发展现状与面临的挑战.2018.

[2]刘艳红.浅谈数码电子雷管在露天采矿深孔爆破中的应用.2017.