数码电子雷管的发展及应用研究

张 力

(贵州新联爆破工程集团有限公司， 贵州 贵阳 550002)

0 引 言

数码电子雷管是20世纪80年代初出现的一种新的精确毫秒延期雷管，通常简称为电子雷管或数码雷管。20世纪80年代，国外发达国家开始数码电子雷管的研发与试验工作，到90年代数码电子雷管及起爆系统有了飞速发展，产品的现场应用日趋成熟，能够满足工程爆破的使用要求[1-3]。

数码电子雷管与普通毫秒延期雷管的最大区别在于：普通雷管的毫秒延时功能是通过延期药来实现的，而数码电子雷管则采用微型电子芯片来控制毫秒延时设定，雷管的毫秒延时精度达到了毫秒级，从而实现了真正意义的毫秒延时起爆，同时毫秒延时可以通过电子芯片由现场工程技术人员任意设置，并能通过控制通往引火头的电源，减少引火头的误触发，从而大大提高了雷管的安全性。

数码电子雷管发展至今经历了两个阶段：第一阶段，数码雷管内部没有储能电容，依靠外部能量点火起爆；第二阶段，数码雷管内部自带储能电容，由储能电容起爆。目前，现有数码雷管的品种众多，根据其功能差异可将其分为3种类型：一是毫秒延期时间可任意编程的数码电子雷管，这类雷管的毫秒延时可以根据需要在爆破现场临时设定；二是毫秒延期时间不能编程的数码电子雷管，这类雷管的毫秒延时时间在出厂时已经设定为固定时间，不能根据现场情况进行调整；三是非电不可编程的数码雷管，这类雷管采用导爆管或其它传爆材料直接触发延时芯片，实现精确延时起爆[4-6]。与普通毫秒延期药雷管相比，数码电子雷管具有延时精确、可靠，使用安全等特点。

1 国外数码电子雷管的发展现状[7-9]

在20世纪80年代初，日本公司就在瞬发电子雷管的基础上成功地加装电子延期电路，使雷管的延时可以在1～8000 ms内以1 ms为间隔任意设定，同时雷管毫秒延时误差不超过 0.2 ms，这种雷管的最大直径为17 mm，长度为110 mm，是现代数码电子雷管的雏形。1993年，Dynamit Nobel公司和AEL公司也研制出了自有知识产权的第一代数码电子雷管，分别为Dynatronic和ExExl000。整个90年代，数码电子雷管及其起爆系统进入快速发展阶段，Dynamit Nobel公司和南非AEL公司在1996年、1998年分别研制出了第二代数码电子雷管。1998年，Dynamit Nobel公司为抢占数码电子雷管市场，成立了Davey Bickford公司，开展Daveytronic数码电子雷管及其起爆系统的研发和生产工作。随后，Dynamit Nobel公司又与Oriea公司合资成立了精确爆破公司(Precision Blasting System)，负责研制PBS型数码电子雷管及其起爆系统；1999年，该公司又研发了I-kon系列数码电子雷管及其起爆系统(Electronic Blasting Systems，简称EBS)，如图1所示。2001年，Orica公司开始在全世界推广I-kon系列数码电子雷管。此外，南非的Sasol公司和AECI公司也分别研发了自有产权的数码电子雷管。

2 国内电子雷管发展现状[9-12]

国内数码电子雷管虽然起步较早，但是发展比较缓慢。1985 年，冶金部安全环保研究院与多家单位联合，开始数码电子雷管的研发工作，于1988 年成功研制出了我国第一代数码电子雷管，从而填补了我国在数码电子雷管研制领域的空白。随后数码雷管的研制工作归于沉寂，直到1996年，云南燃料一厂又重新进行数码雷管的研发工作，2001年12月，该厂实现了数码电子雷管的设计定型和技术鉴定。其后，贵州久联民爆集团也开展了数码电子雷管的研发工作，历时两年多的时间，研发出了自主知识产权的数码电子雷管，并于2006年5月26日通过了原国防科工委的技术鉴定。2006年1月，赣州9394厂与南京理工大学合作，共同研制数码雷管及其起爆系统，经过两年多的方案设计和性能试验，其成品各种性能指标均满足了国家规定的标准，并通过了技术鉴定，开始小批量的生产。2007年1月，中国兵器工业系统下属部门研发的“隆芯1号”数码电子雷管通过了国防基础科研项目验收，验收专家组认为“隆芯1号”数码电子雷管的主要技术指标处于国际先进水平。2009年7月，山西壶化集团经工信部许可，从国外引进了数码电子雷管的生产工艺和设备，完成了国内第一条数码雷管装配线的建设工作，该数码电子雷管装配线的建成，填补了我国在数码电子雷管生产应用上的空白。目前，以久联民爆集团和北方邦杰为首的公司都拥有了自主知识产权的数码电子雷管，并进行了工业化生产，推动了我国爆破行业的发展，但与国外发达国家仍存在一定差距，进行大规模的工程应用及推广工作还需要更多的时间和人力物力投入。

图1 I-KonTM电子雷管

3 数码电子雷管的现场应用

目前数码电子雷管主要应用于围堰拆除、隧道控制爆破等工程，在中深孔台阶爆破工程中也有少量应用。如2006年6月6日，三峡大坝三期碾压混凝土围堰爆破拆除工程采用I-KonTM型数码电子雷管实施了精确延时起爆，起爆时，左右两岸炸碎部分临空炮孔首先起爆，随着两岸各堰块分别按从左至右和从右至左的顺序依次起爆并倾倒，爆破后，被拆除的围堰均淹没在水中，爆破效果与符合设计意图完全相符[13]。重庆市新建渝利铁路长洪岭隧道在穿越江池镇区段时，爆区周围环境极其复杂，为有效控制爆破振动，减少对保留岩体和周围建构筑物的影响，施工方觉得采用数码电子雷管进行精确毫秒延时起爆，通过数码电子雷管和普通毫秒雷管的对比试验得出：采用数码电子雷管进行精确延时爆破，可使爆破振动降低50%～60%，炮孔利用率提高到98%[14]。贵广高速铁路棋盘山隧道在爆破开挖时，采用隆芯1号数码电子雷管进行精确延时爆破施工，提高了隧道掘进的光面爆破效果，降低了炸药单耗，同时实现了减振、降噪的工程目的[15]。在露天矿采用数码电子雷管进行抛掷爆破的工程应用表明：采用数码电子雷管进行精确延时抛掷爆破，能够有效提高爆堆的松散度和爆后岩块的抛掷率，改善爆破块度及边坡的平整度，从而降低爆破的综合成本[16]。

目前，数码电子雷管在深孔台阶爆破工程中的应用尚处于试验阶段，其研究也主要集中在利用数码电子雷管的精确延时功能有效控制爆破振动的危害上。如赵根[17]利用数码电子雷管的精确延时功能进行了精确毫秒延时爆破的现场试验，并对爆破地震波进行了监测。通过测试波形的对比分析发现：每段爆破产生的地震波一般经历3个周期，即主振周期、第一次振周期和第二次振周期，主振周期的时间一般为5.8～8.8 ms，均值为7.6 ms；第一次振周期的时间一般为5.0～ 10.6 ms，均值为6.9 ms；第二次振周期的时间一般为2.8～7.8 ms，均值为5.4 ms；经过分析认为，基于振动幅值不叠加的原理，相邻段的延期时间应至少保证地震波的主振幅值不发生叠加，即相邻段的间隔时间应满足地震波主振峰值不与第1次振或第2次振的峰值发生叠加；因此建议相邻段间毫秒延期间隔时间应大于主振周期的平均值8 ms。高文学[18]等通过对复杂环境深孔条件下采用数码电子雷管起爆技术的爆破振动的监测分析表明：采用数码电子雷管可有效控制爆破振动的危害效应，改善爆破破碎效果；同时采用预裂爆破，能更好地控制爆破振动的强度；此外，通过优化毫秒延期间隔时间，可将低频地震波转换为均匀分布的高频地震波，从而实现爆破振动危害的有效控制。

4 结 论

数码电子雷管的毫秒延时功能由微型电子芯片实现，能够实现任意毫秒间隔的延时起爆，雷管延时精度高，安全性好。在实际工程中能够根据现场需要调整毫秒延时间隔时间，从而使爆破破碎质量得到有效提高、爆破振动强度得到有效控制。随着数码雷管研发技术的不断成熟，其产品量产化，成本得到有效控制之后，数码电子雷管在台阶爆破工程中将得到大规模的推广应用。

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