数码电子雷管技术在露天爆破中的优势及发展

姜兆新，徐洪艳，高 蓓，贾世杰，赵国强

（1.新疆雪峰科技（集团）股份有限公司，新疆 乌鲁木齐830000；2.新疆雪峰爆破工程有限公司，新疆 乌鲁木齐830000）

引言

传统上，工业雷管有火雷管、电雷管和非电雷管等。随着工业爆破技术不断发展，20 世纪80 年代一系列新型工业雷管不断研发，这其中具有代表性的产品有无起爆药雷管、磁电雷管、冲击片雷管、数码电子雷管等[1]。当前，国家工信部指出：工业雷管向安全可靠、高精度、智能型、环保型方向发展，电雷管向导爆管雷管方向发展，研制电子雷管及智能起爆[2]系统。因此，研究数码电子雷管的技术应用及发展势在必行。

数码电子雷管是采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管。以雪峰公司研制的第三代XF 型数码电子雷管为例（图1），与传统电雷管相比，数码电子雷管具有强大的抗干扰能力、良好的公共安全性、延期时间更为精确、可大规模的组网等优势[2]，安全可靠度更高，先后在新疆巴州、塔城、克州等地区封闭应用，陆续在全疆其他地区开放使用。事实证明，数码电子雷管作为一种安全可靠、高精度、智能型、环保型性能优良的起爆器材，可满足复杂爆破工程的微差减震要求，是实现大型爆破作业网络优化设计和微差干扰减震的理想产品。本文针对数码电子雷管在工程爆破中的应用优势及发展作综述类研究。

图1 第三代XF 型数码电子雷管示意图

1 数码电子雷管在爆破工程中的应用现状及优势

1.1 应用现状

科学技术及社会经济的不断完善和发展，利用信息化技术在工程爆破中的研发主流产品当属数码电子雷管[3]。本小节介绍数码电子雷管在工程爆破中的应用典型，对比传统电雷管与数码电雷管爆破效果。

覃翔[4]在广西某露天矿山进行开采爆破试验，分别采用导爆管雷管、电子数码雷管起爆网路做分析对比，发现导爆管雷管起爆破后局部矿石破碎严重或块度很大，增加破碎成本；而采用高精度数码电子雷管爆破后矿块均匀，机车铲装、清扫效率大大提升。同时，采用数码电子雷管爆破振动较传统电雷管起爆后爆破振动有效降低29.57%，主振频率提高，这有助于保护周围建筑物。在神华集团新疆某露天薄煤层区域开采难以实现安全高效开采，葛创[5]利用煤岩同爆技术，结合ShotPlus5 和i-kon 数码电子雷管系统设计起爆网络，实现煤与岩石爆堆区域分离，在实际爆破作业中采用高精度数码电子雷管减少爆破循环次数和中断时间，生产率提高60%，降低煤层贫化率，使得煤矿资源安全高效的利用。

同时，隧道爆破对施工要求极为严格，数码电子雷管较之传统电雷管更有利于隧道爆破掘进。都安高公路T10 合同段大坪山隧道围岩属于III 级，田仁永[3]采用数码雷管增加爆破网络分段（表1），爆破振动影响明显降低，爆破后岩石破碎均质，单尺循环炸药用量降低10%；棋盘山隧道掘进采用光面爆破方式，李志荣[6]以传统电雷管爆破振动为参照，利用电子雷管起爆测试振动曲线（图2），对比数码雷管爆破振动效果如表2 所示，降振效果显著，这在贵广铁路牛王盖隧道、西秦岭中山区的关子岭隧道掘进中均有体现；马堰隧道位于煤层高瓦斯地带，危险等级为2 级，杨译[7]等人利用数码雷管延迟时间任意性特点，符合施工进度及煤矿安全规定的雷管使用不超过5段条件，达到安全爆破要求。同时，国内一些高瓦斯隧道如贵州境内发耳隧道、洪福隧道使用数码电子雷管爆破完全适用高瓦斯环境，工程顺利进行。

另外，水下爆破工程在复杂条件下对爆破技术要求较高，施工难度大，受制于毫秒雷管时间间隔、起爆精度及爆孔网参数等因素，爆破效果难以控制[8]，而数码电子雷管精准、安全性高等优势在水下爆破工程作业中应用广泛。我国2006 年在三峡围堰拆除爆破中初次引入澳瑞凯数码电子雷管，取得良好的爆破效果及经济效益，而后在特种爆破工程中逐步推广。田小宝[8]等人针对水下大直径岩塞贯通关键技术要点，确保60m 水压下爆破系统可靠性及一次性贯通岩塞，优化起爆方案，验证数码电子雷管起爆延迟时间精准及防水性能，爆破试验后降低单响炸药量，减小爆破振动影响，达到预期目标；贺早亮[9]等人以陆丰核电厂北导流堤不良岩石条件为背景进行基槽炸碉工程作业，优化爆破网络参数，利用高精度的数码电子雷管科学控制延迟时间，逐孔、逐排起爆效果良好，达到工程要求。

图2 数码电子雷管爆破振动曲线

表1 不同段延迟时间一览表

1.2 应用优势

结合露天爆破工程实际，介绍数码电子雷管在使用过程中的优势：（1）降低爆破单耗；（2）降低人工成本；（3）降低雷管及相应火工材料成本；（4）降低爆破振动影响；（5）改善爆破效果、降低大块率等，充分体现数码电子雷管的实际应用效果。

1.2.1 降低爆破单耗

利用电子雷管延期精度高、延期时间可以任意设定的优势，在安能爆破白银露天项目进行露天台阶爆破使用数码电子雷管解决露天矿爆破高单耗、高大块率、爆破振动大等问题，优化爆破参数进行爆破试验，结果表明，利用XF 型数码电子雷管起爆增加单孔爆破方量，降低爆破单耗。相较使用塑料导爆管雷管进行爆破施工单耗降低约12.5%。具体试验数据见表3。

此外，重庆渝北的棚户区粉质砂岩周围存在大量山路陡坡，工程爆破涉及飞石及爆破振动问题，方承岗[10]结合现场复杂环境进行4 次导爆管与数码电子雷管爆破试验对比研究，从岩石破碎程度、炸药消耗量及安全性方面分析，结果表明利用数码电子雷管起爆后岩石破碎均质，爆堆高度和炮孔推出距离合理，操作安全，炸药消耗量从0.32kg/m3降低至0.28kg/m3，为大规模爆破工程提供理论支持。

1.2.2 降低人工成本

传统爆破使用的塑料导爆管雷管网络连接时需敷设塑料导爆管、地表传爆雷管，操作复杂，需投入的爆破专员较多，延长时间消耗。而使用电子雷管网络连接，仅需要敷设爆破母线，将电子雷管连接到爆破母线即可，操作简单，省时省力。

根据雪峰爆破五彩湾项目近年来爆破施工数据分析，使用塑料导爆管雷管进行爆破施工，年人均爆破方量约为69 万方，使用电子雷管进行爆破施工，年人均爆破方量约为102 万方，年人均爆破方量较导爆管增幅为47.82%，同等爆破方量，可为公司节约32%的人工成本。

1.2.3 降低爆破振动

露天矿山单次起爆炸药消耗量较多，爆破振动对周围构筑物影响大。使用导爆管雷管起爆由于延时固定难以降低单响炸药量，而使用数码电子雷管延时精度高、灵活设定，可逐孔起爆，降低单响药量，从而减小爆破振动影响。在疆纳矿业办公楼进行的爆破振动检测数据分析，在露天矿山爆破中采用电子雷管比塑料导爆管雷管爆破质点振动速度峰值降低25%，振动主频提升45%。

1.2.4 降低雷管及相应火工材料成本

例如使用15 段15 米脚线塑料导爆管雷管，同等脚线长度下，电子雷管比塑料导爆管雷管单价高出90%。为保证爆破效果，导爆管雷管通常需单孔双发，这与单孔单发的电子雷管费用基本一致。但因电子雷管延期精度高、高准爆率，延期时间可以任意设定的优点，通过优化孔网参数，减少炮孔数量，也减少了电子雷管及爆破母线的使用数量，整体降低了火工品成本。

安能爆破白银项目近年来爆破施工使用的塑料导爆管雷管及塑料导爆管成本约为0.214 元/方，电子雷管及爆破母线成本约为0.210 元/方，相应火工品成本降低约2%。同时，雪峰爆破五彩湾项目爆破施工的数据表明，塑料导爆管雷管及塑料导爆管成本约为0.099 元/方，电子雷管及爆破母线成本约为0.096 元/方，使用电子雷管后，相应火工品成本降低约3%。

1.2.5 改善爆破效果、降低大块率

利用数码电子雷管灵活设定起爆时间的优势，选择合理的延期时间，逐孔起爆有效改善块，提高铲运机车运矿效率，减少二次爆破量。某矿业单位规定矿径超过60cm 的为大块，在平台的设计坡底标高上的体积超过2m3为根底。采用数码电子雷管起爆后，较塑料导爆管雷管起爆大块率有效降低1.8%，矿块均质，爆堆松散且无散落浮石。

表2 不同类别雷管爆破振动效果对比

表3 安能爆破白银项目爆破施工数据

2 发展趋势

科学技术发展日新月异，爆破器材随着时代发展及社会需求不断革新。理论进步促使爆破器材从毫秒延时药剂、非电导爆管到无起爆药雷管的转变。如今，数码电子雷管在安全性、实用性、精准性等性能上在各类工程爆破中体现出较大的优势。在国家政策的引导及芯片产业化不断发展，数码电子雷管必将成为爆破器材的主流产品，主要体现[11]在：

2.1 非电起爆数码雷管

非电数码雷管原理：通过导爆管的能量转化为电能，激发电子延迟芯片对芯片输出端设计电压调节电路，为发火元件提供足够的起爆能量，最后发火元件引爆主装药。将导爆管使用安全与数码电子雷管精准延迟优势相结合，避免数码电子雷管组网、使用过程的不便，大大降低雷管使用成本。

2.2 无线自组网数码雷管

自组网作为一种无中心分布控制网络，是一种自治的无线多跳网，整个网络没有固定的基础设施，可以在不能利用或不便利用现有网络基础设施的情况下提供一种通信支撑环境。同时，基于无线自组网技术，设计出无线自组网数码雷管，实现对数码电子雷管进行远程控制，远程定位，有利于施工现场对数码电子雷管的管理和使用，增强了使用的安全性。

2.3 可赋码的数码电子雷管

通过二维码技术，实现对数码电子雷管生产、销售、使用等全程进行跟踪监测，可准确有效地管理数码电子雷管的使用状况，增加雷管的使用安全性。同时也避免了施工方聘用生产商特定专业技术人员管理的情况，降低了使用成本。

3 结论

数码电子雷管在各个爆破工程领域中的应用是大势所趋，其高稳定性、高精准度、高效率、低成本等优势必将取代传统导爆管成为主流起爆产品。在设计及施工过程中可优化爆破网络参数，降低振动频率，取得良好的爆破效果与社会效益。