韓占占

摘 要：為了滿足我國基礎設施建設的需要，爆破作業(yè)廣泛應用于礦山、交通建設、城市建設拆除、港口疏浚等工程領域。由于工程爆破成本低，爆破作業(yè)施工效率高，越來越多的新爆破技術和新爆破材料涌入爆破行業(yè)。在露天礦開采中，爆破方法為深孔松動爆破，通常采用雷管孔間延遲差的爆破網(wǎng)絡。然而，由于低延時雷管的準確性，在爆破產(chǎn)生的振動影響比較大，和爆破后顆粒結塊性爆破的程度不均勻，機械二次破碎和鏟裝運輸效率低，建筑成本是相對較高的。近年來，隨著大量新型爆破材料進入爆破行業(yè)，數(shù)字電子雷管在各個工程領域得到了廣泛的應用和推廣。數(shù)字電子雷管具有操作簡單、延時精度高、安全性好、起爆網(wǎng)絡可檢測等特點，得到了廣大用戶的認可和應用。

關鍵詞：露天礦山；數(shù)碼電子雷管；安全經(jīng)濟；減震效果

隨著某露天礦山地質條件的多樣性及露天現(xiàn)有邊坡的穩(wěn)定性的要求，爆破環(huán)節(jié)對采礦工藝有著重要的意義。數(shù)碼雷管有著精確度高，安全性可靠，節(jié)約成本等優(yōu)點。

一、數(shù)碼電子雷管概述

想要明確數(shù)碼電子雷管在露天采礦深孔爆破的應用需要對數(shù)碼電子雷管及其爆破原理有清晰的認知，為此需要對數(shù)碼電子雷管進行相應的介紹。

1.數(shù)碼電子雷管簡介及其應用現(xiàn)狀。微型電子定時器（集成電路塊）是數(shù)碼電子雷管中最核心的元件，取代了普通電子雷管巾的延期藥與電點火元件，使得延期精度得到了大幅度的提升，還能夠對引火頭的電想進行控制，能夠在最大限度上縮減因為引火頭能且需求產(chǎn)生的誤差，將每只雷管的延長時間可以在0-100ms的范圍內按照毫秒量級進行編程設定。其延時精度能夠控制在0.2s以內。就現(xiàn)狀來看，數(shù)碼電子雷管已經(jīng)被廣泛應用于澳大利亞、南非、瑞典、日本等國的爆破工程實踐中，我國部分露天煤礦也開紿使用。數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)具有高精度、高科技性、延期時間靈活性的特性，另外還能夠對射頻電和雜散電流進行控制，使得其成為起爆器材領域中的新秀。

2.數(shù)碼電子雷管的構成。數(shù)碼電子雷管也被稱為電子雷管，需要用電子控制模塊（專用芯片）對起爆的過程進行控制。電子雷管中的電子控制模塊就是其專用芯片，被布置在數(shù)碼電子雷管的內部，能夠對雷管起爆的延期時間、起爆能量進行控制。除此之外，在數(shù)碼電力雷管中還有自身的身份信息以及起爆密碼。在進行使用之前能夠利用電子雷管對自身的功能、性能、雷管點火元件的電性能進行測試，如果起爆器與控制器進行聯(lián)合還能夠對其它的外部控制設備進行通信的專用電子模塊。數(shù)碼電子雷管專用芯片的內部模塊之間存在著難以分割的相互關系，數(shù)碼電子雷管專用芯片的內部模塊分為FSK調制解調模塊、編解碼模塊、振蕩器、電源、數(shù)字邏輯以及存儲器這幾部分。精密的構成及科技含量較高的零部件使得其具有優(yōu)良的爆破性能。除此之外，內部的存儲器為非易失性存儲器，能夠被用作存儲產(chǎn)品的ID編號和延遲參數(shù)等系列信息，能夠有效地保證信息的完整性。

3.數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)的優(yōu)越性。數(shù)碼電子雷管的延時秒量十分精準，能夠對延期的時間自由的進行設定。利用設定合理延期時間的方式達到爆破噪聲低、音頻低、爆破震動感低等目的，減少因爆破帶來的一系列公害。同時能夠爆發(fā)出較大的爆破能量，有效避免炸藥消耗大且效果差的現(xiàn)象，實現(xiàn)高效率的爆破工作。數(shù)碼電子雷管的在實際應用中的流程是經(jīng)過組網(wǎng)進行掃碼然后進行編程，編程結束之后進行網(wǎng)絡監(jiān)測，當這些程序都完成之后才可以進行起爆。數(shù)碼電子雷管采用了CAN總線技術，能夠有效地抗擊干擾，就算是在很復雜的環(huán)境下也能夠進行有效爆破，在遠距離也能夠對起爆器進行控制。因此，數(shù)碼電子雷管有安全性高、爆破效率高、公害少等一系列優(yōu)良的性能。目前，在進行露天采礦深孔爆破時由于缺乏對周邊環(huán)境的調查使得爆破后的管理工作無法與整個爆破工程接軌，而利用數(shù)碼電子雷管進行爆破則能很好的避免這一問題的出現(xiàn)，因為數(shù)碼電子雷管在進行爆破時能夠減輕所帶來的一些危害，減少爆破后期管理的難度與工作量，使得爆破工程能夠順利完成，避免在爆破后出現(xiàn)局部地殼或土地松散的現(xiàn)象。

二、數(shù)碼電子雷管優(yōu)勢

數(shù)碼電子雷管屬于民用爆破器材的高尖端產(chǎn)品，與普通延時雷管相比，具有安全性好、性能優(yōu)良、操作便捷、應用效益明顯、延時精度高等優(yōu)點。從市場反饋和技術發(fā)展方向來看，數(shù)碼電子雷管取代普通雷管將會是必然趨勢。

1.安全監(jiān)管可控。數(shù)碼電子雷管產(chǎn)品采用多重加密控制指令和抗干擾保護設計，內置唯一身份編碼，實現(xiàn)“雷管ID碼、起爆密碼、雷管殼體碼”三碼綁定；通過將全國電子雷管密碼中心、數(shù)碼電子雷管現(xiàn)場作業(yè)身份識別系統(tǒng)、爆破設計施工信息化服務平臺進行功能對接，有利于安全監(jiān)管向縱深推進，提高安全監(jiān)管的及時性、完整性和準確性，實現(xiàn)了精準管控。

2.產(chǎn)品性能優(yōu)良。數(shù)碼電子雷管內置高品質智能芯片，具有低功耗、高精度、時鐘溫度補償、器件功率優(yōu)化、起爆能量控制、自適應能力強、抗干擾等特性，可在線檢測每發(fā)數(shù)碼電子雷管通訊狀態(tài)，延時精度可精確到1ms或1%以內；經(jīng)過發(fā)火可靠性設計與驗證，實現(xiàn)了芯片和點火元件的可靠匹配，準爆率達99.99%。

3.現(xiàn)場操作便捷。數(shù)碼電子雷管注冊機與專用起爆器采用分離式設計，爆破設計方案可導入注冊機，通過物聯(lián)網(wǎng)技術對炮孔與雷管的身份進行快速精確匹配，實現(xiàn)了雷管延時時間的批量自動設定，消除了延時時間設定的誤操作可能，極大縮短了聯(lián)網(wǎng)時間。

4.應用效益明顯?；谀彻颈圃O計施工信息化服務平臺的數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)，將數(shù)碼電子雷管與爆破智能設計、專家支持系統(tǒng)深度融合，充分發(fā)揮數(shù)碼電子雷管延時精度高等性能優(yōu)勢，運用爆破數(shù)值仿真、爆破施工大數(shù)據(jù)分析等技術，提高爆破能量利用率，降低爆破成本，控制爆破振動，改善爆破效果，提高鏟裝效率，降低破碎能耗，推進施工過程管理一體化。

三、案例分析

1.工程概況。該露天礦山位于某市，距二級公路10 km，并有簡易公路與之相通，礦區(qū)交通運輸條件較好。礦區(qū)南東側經(jīng)多年開采已形成一大采空區(qū)，東側約50 m有鄉(xiāng)村道路經(jīng)過，道路外為山地；南側為礦區(qū)工業(yè)場地；西側為開闊地，約29.4 m有高壓線經(jīng)過；北側為山地，約14.9 m有高壓線經(jīng)過；爆破區(qū)域周邊環(huán)境較為簡單，需要保護的建構筑物為高壓線。區(qū)域地質條件：礦區(qū)屬于巖溶峰林地貌，開采礦石的設計最高標高271 m，設計最低標高150 m，地形較為陡峭，礦區(qū)出露地層較為穩(wěn)定，巖石較堅硬。礦區(qū)地表沒有發(fā)現(xiàn)溶洞，也未發(fā)現(xiàn)較大的斷層、褶曲等構造破碎帶。采區(qū)全為石灰?guī)r，厚度大，出露完好，礦層連續(xù)、穩(wěn)定，礦石為粉晶、細晶、中晶結構，厚層狀構造，致密堅硬，裂隙發(fā)育，局部為方解石細脈充填。該露天礦山開采出的礦石碳酸鈣含量平均達45%以上，是較為優(yōu)質的水泥煅燒原料。

2.爆破對比試驗。為了分析及研究采用不同起爆網(wǎng)路時的爆破振動效應及爆后效果，在礦區(qū)分別采用導爆管雷管及數(shù)碼電子雷管進行了兩次爆破對比試驗。（1）爆破設計參數(shù)。根據(jù)礦區(qū)周圍環(huán)境，通過反復論證，依據(jù)以往相關工程的經(jīng)驗，確定對該露天礦山采用深孔臺階爆破，臺階高度H=10 m，采用潛孔鉆機鉆鑿直徑d=90 mm的炮孔，爆破區(qū)域采用垂直布孔的方式，炮孔深度L、超深h、底盤抵抗線W 1、孔間間距a、排間間距b、堵塞段長度l，按下述方法確定。1）炮孔深度L、超深h。開采礦區(qū)采用深孔臺階爆破技術，一次開采臺階高度H=10 m，則孔深L為：

L=H/sinα+h=10/sin90°+1=11 m。

其中，L為炮孔的深度，取11 m，采用垂直布孔；α=90°；h為炮孔的超深，h=（8～12）d=11×0.09=0.99 m，炮孔的超深h取1 m。2）底盤抵抗線W 1。底盤抵抗線W 1按下式計算：

其中，d為炮孔直徑，0.09 m；Δ為炸藥密度，1.24 g/cm3；τ為裝藥系數(shù)，一般取值為0.35～0.65，本工程取0.4；m為炮孔密集系數(shù)，一般m=1.2～1.5，本工程取1.2；q為單位炸藥消耗量，松動爆破取0.25 kg/m3～0.35 kg/m3，本工程取0.3；H為臺階高度，取10 m；L為炮孔深度，取11 m；W 1為底盤抵抗線，取3 m。3）孔間距a、排距b。為了提高炮孔的利用率，設計采用梅花形（三角形）布孔方式，孔間間距a及排間間距b可按照下式計算：

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為炮孔密集系數(shù)，取1.2；a取3.6 m；b取2.9 m。

4）堵塞長度。為了爆破作業(yè)時不發(fā)生沖孔及產(chǎn)生飛散物，需要保證炮孔的有效堵塞長度，有效炮孔堵塞長度l可按照下式計算：

l=zW 1=0.8×3=2.4 m。

其中，z為炮孔的堵塞系數(shù)，垂直布置的炮孔z取0.7～0.8，傾斜布置的炮孔取0.9～1.0，為了避免爆破作業(yè)時發(fā)生沖孔及產(chǎn)生大量的飛散物，該礦區(qū)爆破區(qū)域的堵塞長度l需要不小于3 m。炮孔深度L=11 m，超深h=1 m，底盤抵抗線W 1=3 m，有效的堵塞長度應不小于3 m，炮孔孔間間距a=3.6 m，排間間距b=2.9，采用梅花形形式布置炮孔。炸藥選用二號巖石乳化炸藥，藥卷直徑70 mm，兩次爆破分別采用導爆管雷管和數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路。（2）起爆網(wǎng)路設計。第一次采用導爆管雷管起爆網(wǎng)路，設計采用孔內延時多孔間微差的起爆技術，低段位3段的導爆管雷管用于孔外微差傳爆連接，高段位15段用于孔內延時，每3發(fā)雷管為一束簇聯(lián)。第二次采用高精度電子數(shù)碼雷管逐孔起爆技術，孔間微差時間為50 ms。（3）爆破振動監(jiān)測點。為了對比分析導爆管雷管及數(shù)碼電子雷管在露天礦山爆破中各自產(chǎn)生的振動的特點，第一次爆破時采用導爆管雷管進行裝藥，第二次爆破時采用數(shù)碼電子雷管進行裝藥作業(yè)，兩次爆破時均在礦山所在的生活區(qū)及高壓線樁基上布置兩個監(jiān)測點，監(jiān)測點采用TC-4850爆破測振儀對爆破振動進行監(jiān)測，

3.爆破效果分析。第一次爆破作業(yè)時采用導爆管雷管起爆網(wǎng)路，第二次采用數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路，通過兩次對比試驗得出了兩次爆破作業(yè)所產(chǎn)生的爆破振動峰值速度大小，以及爆破后的效果。（1）爆破振動效應。兩次爆破作業(yè)時所產(chǎn)生的爆破振動峰值速度及爆破振動頻率如表1所示。

表1爆破振動測試結果

根據(jù)表1可以得出，采用導爆管雷管孔內延時多孔間微差的起爆網(wǎng)路進行爆破作業(yè)時，所產(chǎn)生的爆破振動峰值速度高于采用數(shù)碼電子雷管逐孔起爆網(wǎng)路所產(chǎn)生的振動峰值速度；且爆破振動峰值速度與爆源距呈負相關關系；采用數(shù)碼電子雷管時，所產(chǎn)生的爆破振動主振頻率低于采用導爆管雷管，根據(jù)GB 6722—2014爆破安全規(guī)程，主頻越大的振動速度安全允許值越大，提高爆破振動主振頻率對于保護建構筑物具有積極意義。

（2）爆破效果。根據(jù)對兩次爆破后的效果進行分析，發(fā)現(xiàn)采用導爆管雷管起爆網(wǎng)路進行爆破時，爆破后個別礦石塊度較大且局部又存在過粉碎的現(xiàn)象，增加了部分礦石的二次破碎工作量，且浪費了部分過粉碎的礦石；采用高精度數(shù)碼電子雷管進行爆破作業(yè)時，爆破效果較好，礦石的塊度較為均勻，且產(chǎn)生的根底較少，機械的鏟裝及清運效率較高，二次破碎的工作量較小，礦石的利用率也有所增加。

四、數(shù)碼電子雷管在某露天礦爆破中的應用實踐

1.試驗背景。為了能夠與導爆管和數(shù)碼雷管的各個參數(shù)進行對比，需要對該露天礦的某一個區(qū)域內的同一地段進行現(xiàn)場爆破的試驗。在進行試驗時選擇了直徑不同的數(shù)碼電子雷管、不同位置的爆破震動檢測點，采用對照試驗的方式進行試驗。經(jīng)過試驗之后發(fā)現(xiàn)，在全部參數(shù)要素大致相同的時候，如果使用的雷管不同那么質點振動的振幅和振動速度就不一樣，經(jīng)過比較得出數(shù)碼電子雷管與導爆雷管先相比其質點振動幅度和振動速度都較低且達到振動主頻峰值的間隔時間較長。

2.擴大性試驗。通過擴大性試驗能夠進一步獲得在不同的巖石性質下導爆管和數(shù)碼電子雷管之間的性能差異，在進行試驗時主要采用的方法就是正交法。該礦場巖石種類較多，因此能夠便于獲得更科學的數(shù)據(jù)進行爆破效果的比較。在具體進行試驗時可以采用生產(chǎn)試驗研究法對數(shù)碼電子雷管以及導爆雷管的起爆網(wǎng)絡及聯(lián)系組網(wǎng)方式、雷管延期時間和精度、炸藥單耗及平均年炸藥消耗量進行對比分析。

3.成本分析。在同參數(shù)試驗和擴大性試驗之后，可以得出一系列精準科學的數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)首先可以對起爆器材消耗量及其成本進行對比，數(shù)碼電子雷管的用量僅僅比導爆雷管的少了1/3，因此就數(shù)量來說可以少用13200個，按照30元每個的價格來算，每年節(jié)省的經(jīng)濟成本就將近40萬。除此之外，使用數(shù)碼電子雷管也不需要進行大量的穿孔，因此在理論上還可以進一步減少雷管的使用量，更進一步節(jié)約成本。最重要的是，數(shù)碼電子雷管的爆破效率高能夠一次性完成爆破工作，因此就避免了爆破工作不到位進行第二次爆破的麻煩也節(jié)省了炸藥的用量以及穿孔的工程量。其次，進行穿孔也是需要耗費成本的。穿孔的成本受到穿孔量很大的影響，然而對穿孔量影響最大的就是孔網(wǎng)參數(shù)，由于數(shù)碼電子雷管的高精準性使得穿孔量大大減少，因而帶來成本的縮減。最后，對數(shù)碼電子雷管在露天采礦深孔爆破中的應用不能只關注其成本的縮減，還要注意到對其爆破震動效果的評估，使用數(shù)碼電子雷管進行深孔爆破能夠做到精準的逐孔爆破，同時爆破產(chǎn)生的震動較小，因此對露天礦周圍邊坡的破壞影響較小。

總之，數(shù)碼電子雷管在露天礦山開采中能保障施工安全、節(jié)約作業(yè)成本，具有較大的應用及推廣價值。采用數(shù)碼電子雷管可有效的避免大塊率及過粉碎現(xiàn)象的發(fā)生，且爆破后產(chǎn)生的根底較少，爆后礦石塊度較為均勻，機械鏟裝清運效率較高。

參考文獻

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