数码电子雷管在露天石灰石矿山中的应用

韦志鹏，陆 江，张 华，赵小冬,王俊青

（1.横县公安局，广西南宁 530300；2.中国非金属材料南京矿山工程有限公司，江苏南京210000）

0 引言

数码电子雷管是一种精确毫秒延期雷管，20世纪80年代，发达国家开始数码电子雷管的研发与试验工作，90年代数码电子雷管及起爆系统有了飞速发展，产品日趋成熟，在爆破工程中被广泛地应用[1]。我国首次使用数码电子雷管是在2006年的三峡围堰拆除爆破中[2,3]。2007年我国成功自主研发出了具有在线可编程功能的数码电子雷管技术[4]。目前，数码电子雷管在我国部分省份的工程爆破中的应用广泛，如广西自治区公安厅自2017年之后要求全区范围内的所有爆破作业单位都必须使用数码电子雷管。工信部在《民爆行业产业技术发展方向及目标》中明确表示，到2020年，全国数码电子雷管市场占有率达到40%，到2025年，占有率100%。由此可见，随着数码电子雷管技术的日趋成熟，数码电子雷管在工程爆破中的应用将会越来越广泛，并将全面取代电雷管及导爆管雷管。

1 数码电子雷管在工程爆破中的优劣分析

1.1 数码电子雷管在工程爆破中的优势

（1）安全性高：数码电子雷管需要复合数字信号才能组网和发火，而产生这些信号所需要的编程在起爆器内，杂散电流误触数码电子雷管发火程序的几率是十六万亿分之一，这就避免了杂散电流对起爆网络的影响；需要专用起爆器与手机客户端软件共同工作才能引爆，即使雷管丢失，利用常规手段也不能将其引爆。

（2）可靠性高：雷管下孔前需要先进行注册对每发雷管进行检测，网络连好后利用起爆器可以方便的对起爆网络进行检测，快速侦测，定位网络的短路、漏连、漏电等故障。

（3）精准性高：延期误差仅为1.5%，这就保证了爆破网络能按照爆破设计的起爆顺序、起爆方式起爆，为减小爆破有害效应，控制爆破效果，研究爆破机理创造了条件。

（4）操作方便：地表无需传爆雷管，数码电子雷管的脚线有专用的卡扣，连线时直接将雷管连接线扣入卡扣内即可，大大减小了连线时间。

（5）监管方便：数码电子雷管的安全管理监控是基于网络平台的，结合数码电子雷管中的信息控制模块以及专用起爆设备中的无线传输特性，对数码电子雷管进行全生命周期的监控管理，最大程度的杜绝了私自盗取数码电子雷管，违章作业、违反法律法规的现象。

（6）可回溯性：数码电子雷管起爆时需要对起爆人员的面部拍照，且起爆完成后会上传起爆人员照片、数码电子雷管编码、起爆地点坐标、起爆时间等信息，当发生爆破事故后，能很好的进行爆破过程的回溯，分析爆破事故原因，明确事故责任。

1.2 数码电子雷管在工程爆破中的劣势

（1）成本偏高：普通15 m脚线导爆管雷管的单发价格为13元/发，目前，某数码电子雷管的单发价格为32.3元/发，单发数码电子雷管比导爆管雷管成本高19.3元，但利用导爆管雷管时孔外需要传爆雷管，因此露天矿山使用数码电子雷管比使用导爆管雷管的实际价格高6.3元左右。

（2）隧道爆破拒爆率高：隧道爆破时为获得更好的爆破效果，一般掏槽孔内的雷管起爆时间与辅助孔、周边孔雷管的起爆时间间隔较长，而隧道断面尺寸较小，经常会出现延期时间较长的雷管被带出或者其内部电子元件被损坏出现拒爆现象。

可知，虽然目前数码电子雷管成本稍高、隧道爆破拒爆率较高，但数码电子雷管在安全、精准、可靠性等方面有着普通电雷管与导爆管雷管无法比拟的优势。

2 工程应用

2.1 工程概况

矿山位于南宁市横县境内，为水泥用石灰石矿山，矿区面积约1.75 km2；开采标高+150.36 m～+54 m，矿山储量4 713.19万t，岩石完整性、可爆性较好，设计年开采能力550万t，矿山自2016年5月之后开始使用数码电子雷管。

2.2 爆破参数

试验在谢圩矿区东矿段74平台进行，为增加试验的对比性，选取与先前矿山使用导爆管雷管时的爆破参数（孔内15段，延期880 ms；孔外2段，延期25 ms），具体参数如下：孔距6 m，排距3 m，台阶高度12 m，钻孔孔径为120 mm，堵塞长度设计为4 m，钻孔深度13.4 m，采用空气间隔装药结构，底部装药5 m，空气间隔长度1.9 m，上部装药2.5 m，顶部堵塞4 m。单次起爆孔数20个，单孔装药量75 kg，总药量105000kg，采用数码电子雷管逐孔起爆方式，首次爆破孔间延期时间25 ms。

2.3 爆破振动数据收集处理

影响爆破振动速度的因素众多，为了更精准的对比分析，试验的唯一变量为雷管的延期时间。

（1）导爆管雷管与数码电子雷管爆破振动对比分析。为了对比导爆管起爆网路与数码电子雷管起爆网路对爆破振动的影响，在试验初期选择与导爆管起爆网路相同的延期时间25 ms，试验结果见表1。利用导爆管起爆网路时的最大振速为0.510cm/s，平均振动速度为0.384 cm/s，数码电子雷管起爆网路的最大振速速为0.36 cm/s，平均振速为0.302 cm/s。利用数码电子雷管比利用导爆管雷管最大振速降震率29.4%，平均振速降震率21.4%。由于普通2段导爆管雷管的延期精度不高，其延期时间为25±12.5 ms，相邻孔的雷管就可能出现串段或者爆破地震波的叠加现象，而数码电子雷管的延期误差仅为1.5%，起爆网络可按设计顺序起爆，这就造成了导爆管起爆网络的爆破振动速度普遍比数码电子雷管起爆网络的振动速度大。

表1 25 ms延期时间下的爆破振动速度

（2）延期时间对爆破振动影响。采用逐孔起爆技术，可明显降低爆破振动的叠加，利用延期时间控制爆破振动有两种方式，一种是利用爆破地震波的相位相消来降低爆破振动，另一种是通过增加延期时间，来降低爆破振动的叠加效应，但是当延期时间增大到一定值时，再通过增加延期时间来减弱爆破振动的叠加效果已不明显，并且，延期时间过长还会降低矿石之间的二次碰撞，影响爆破效果。因此，探讨合理的延期时间对控制爆破振动意义重大。

试验设计了6组延期参数，每组延期时间下均进行5次试验，5组试验均采取孔内延期加孔间延期爆破方式，结果见表2。对比6组延期时间下的爆破振动速度可知，最大爆破振动速度在10 ms延期时出现，以10 ms延期时间下的最大爆破振动速度与平均爆破振动速度为基准，分析其他延期时间下爆破振动速度的降低率。延期时间为20 ms时最大振速降震率35.7%，平均振速降震率28.3%。延期时间为25 ms时最大振速降震率35.7%，平均振速降震率33.2%。延期时间为30 ms时最大振速降震率44.5%，平均振速降震率36.7%。延期时间为40ms时最大振速降震率58.9%，平均振速降震率53%。延期时间为50 ms时最大振速降震率42.9%，平均振速降震率40.2%。

由图1、2可知随着延期时间的增加爆破振动速度逐渐减小，但当延期时间超过40ms时，爆破振动速度又出现了增加的现象，爆破振动的降震率随着延期时间的增加逐渐增加，超过40ms时又出现减小的现象。因此在延期时间为40 ms时爆破所产生的爆破振动速度最小。

表2 不同延期时间下的爆破振动速度

图1 爆破振动速度

图2 爆破振动速度降低率

（3）爆破效果及成本分析。由3～6可明显看出数码电子雷管的爆堆明显比导爆管雷管爆堆块度均匀且表面无大块，装车后数码电子雷管爆堆的剩余大块数量明显比导爆管爆堆的剩余大块少，爆堆块度均匀可挖性好，将会大大提高铲装效率，矿山自正式使用数码电子雷管以来平均装车等待时间从195s降低至160s，平均装车等待时间减少18%左右。装车单耗由0.098L/t降低至0.087L/t，装车单耗降低11.2%左右，每年可节省柴油60768L。炸药单耗由0.01305kg/t降低至0.11806kg/t，炸药单耗降低10%左右，每年可节省炸药74250kg。

图3 导爆管雷管爆堆

图4 数码电子雷管爆堆

图5 导爆管雷管爆堆大块

图6 数码电子雷管爆堆大块

3 结论

（1）目前数码电子雷管在安全性、精准性、可靠性等方面比导爆管雷管有着巨大的优势，但在降低成本、减少隧道爆破拒爆率方面还有很大空间。

（2）利用数码电子雷管比导爆管雷管能够有效降低爆破振动，最大振速降震率29.4%，平均振速降震率21.4%。

（3）当延期时间小于40ms时，随着延期时间的增加爆破振动速度逐渐减小，减震效率增加；当延期时间超过40ms时，爆破振动速度又会出现增加的现象，减震效率降低。因此在延期时间为40ms时本矿山爆破所产生的爆破振动最小。

（4）利用数码电子雷管能够大大改善矿山的爆破效果，减少爆破大块，铲装单耗降低11.2%左右，炸药单耗降低10%左右。