电子雷管小孔距爆破拒爆试验研究❋

刘忠民 杨年华 石 磊 郭立峰 杨 军 徐靖宇

①北京市公安局(北京，100011)

②北京工程爆破协会(北京，100081)

③中国铁道科学研究院集团有限公司(北京，100081)

引言

电子雷管是一种可以任意设定并准确实现延期发火时间的智能雷管产品，其本质是在雷管脚线与基础雷管之间采用微电子芯片替代普通雷管中的化学延期药与电点火元件[1-2]。电子雷管不仅具有延时范围广、延时精度高、可靠性高等技术优势，还具有定位管控、三码绑定等安全管理的优势[3]，现已在大量工程实践中推广应用。北京市已在全市区域内的爆破工程中全面使用电子雷管；但是由于电子雷管操作复杂、流程烦琐，导致使用初期出现了多种问题，形成不安全因素，进而影响施工。尤其在施工期间出现的雷管拒爆现象令人担忧，在隧道和桩井爆破工程中，因小孔距和起爆时差较大等因素出现拒爆现象偏多。

为弄清此类问题发生的原因，提高爆破工程中使用电子雷管的安全性，及时解决在使用电子雷管爆破施工中遇到的难题，在北京昌平凤山矿和延庆昌赤路隧道施工现场开展电子雷管小孔距条件下抗冲击拒爆试验。选取不同厂家的电子雷管进行强冲击拒爆试验，对比电子雷管的强冲击拒爆情况，分析电子雷管受冲击的拒爆原因，从而优选出质量安全可靠的电子雷管。

1 拒爆试验方法及实施

1.1 试验Ⅰ:昌平凤山矿试验

试验地点在昌平凤山石灰石矿314-328平台。选取甲厂生产的电子雷管，分别采用孔底起爆和孔口起爆两种起爆方式，共完成5次试验。试验炮孔剖面见图1。

图1 试验炮孔剖面图Fig.1 Profile of test holes

采用中心炮孔单发电子雷管起爆。其他不同间距测试孔布置在爆破孔四周，每个测试孔中都安装模拟药包及1发受试电子雷管。当中心炮孔起爆后再取出测试孔中电子雷管，检测其受邻孔爆炸冲击振动影响后的状态。

设计的炮孔布置平面如图2所示。1＃～8＃炮孔为中心对称的两组，共16个炮孔，分别距中心爆破孔15～50 cm不等。为确保试验安全，受试炮孔中用面团替代乳化炸药，将16个测试孔各装入1节圆柱状面团，并使电子雷管在圆柱状面团中心。一方面确保电子雷管在模拟炸药卷中接受中心孔爆炸冲击，另一方面防止在取出受试电子雷管时发生炸药爆炸的意外事故。试验场地经预先踏勘挑选，地质条件为比较均质的厚层石灰岩。试验设计钻凿的炮孔深度1 m，直径40 mm，角度90°，孔口填塞长度40 cm。使用麻绳混合炮泥填塞炮孔，以方便后序取出受试电子雷管。中心爆破孔装入ø32 mm乳化炸药药卷，药量从400 g逐渐增大至600 g。

图2 试验Ⅰ炮孔布置设计图(单位:cm)Fig.2 Layout design drawing of blast holes in TestⅠ(unit:cm)

为保证试验安全，对中心炮孔用炮被进行覆盖，中心炮孔起爆15 min后移开炮被，逐孔检测各受试电子雷管，并记录所有受试雷管是否还处于正常状态。随后，将炮孔口填塞的麻绳混合炮泥清理干净，取出面团中的受试电子雷管。

试验发现，距离爆破孔很近或有裂隙与爆破孔连通的受试孔中有电子雷管被压扁的现象。其他被清理出的电子雷管都用专用电子雷管检测仪检测，可正常注册组网起爆的，由专用电子雷管起爆器直接组网再起爆；若雷管检测不正常，则分析原因后再与其他正常雷管绑扎，用爆破法起爆销毁，并在民爆管理网上人工注销其雷管号。

1.2 试验Ⅱ:延庆昌赤路隧道内试验

试验Ⅰ完成后，根据爆破效果对孔网参数做出一些调整，在延庆昌赤路隧道底板上进行了电子雷管抗冲击安全试验Ⅱ。在隧道仰拱开挖工作面共进行了3次爆破试验，认为中心炮孔的药量为600 g，比较符合实际。试验中，将乙、丙两个不同厂家的电子雷管一同放入受试孔中，也对比了采用孔底起爆和孔口起爆两种起爆方式的试验结果。

试验中尽量模拟桩井爆破的真实条件，在中心孔装药起爆，中心炮孔药卷直径32 mm，两卷乳化炸药药量600 g；设计的炮孔平面布置见图3。所有钻孔深度1 m，直径40 mm，角度90°。1＃～8＃模拟炮孔共8个，分别距中心爆破孔15～50 cm不等。装药前需要实际测量各炮孔至中心爆破孔的真实距离。为确保试验安全，同时使电子雷管处于相似药卷环境中，测试孔内仍采用面团替代乳化炸药。每个测试炮孔内同时放入乙、丙两厂家的各1发电子雷管，将电子雷管插入圆柱状面团内，依次按照1＃～8＃的顺序放置于炮孔中。使用麻绳混合炮泥堵塞炮孔，保证每孔填塞长度达40 cm以上。

图3 试验Ⅱ炮孔布置设计图(单位:cm)Fig.3 Layout design drawing of blast holes in TestⅡ(unit:cm)

在起爆中心炮孔后，等待15 min通风排烟，检查并记录受试电子雷管状况。随后，将麻绳混合炮泥清理干净，最后将所有测试雷管清出炮孔，并用电子雷管检测仪检测受试电子雷管，若可正常注册起爆，就直接起爆销毁；对于检测不正常或拒爆的雷管，做好观察记录，通知厂方解剖分析，并妥善处置。

2 试验结果与分析

在昌平凤山矿和延庆昌赤路隧道进行的电子雷管抗冲击拒爆试验中，采用甲、乙、丙3个不同厂家的电子雷管，共计128发，其中受爆炸冲击损坏而不能正常起爆的电子雷管14发，总计拒爆率10.9%。

当中心爆破孔炸药量为600 g时，试验Ⅰ中进行了1组试验，测试了16个炮孔；试验Ⅱ中进行了3组试验，测试了24个炮孔。此时，由表1～表2可知，距离中心爆破孔小于22 cm的受试孔内电子雷管拒爆严重:试验Ⅰ的4个受试炮孔中，甲厂的4发雷管有2发拒爆，拒爆率50.0%；试验Ⅱ的6个受试炮孔中，乙厂的6发雷管有4发拒爆，拒爆率达66.7%，而丙厂的6发雷管无拒爆。同样，取中心爆破孔炸药量为600 g，当测试炮孔距离中心爆破孔25～45 cm时，试验Ⅰ的10个受试炮孔中，甲厂的10发雷管有5发拒爆，拒爆率50.0%；试验Ⅱ的15个受试炮孔中，乙厂的15发雷管有1发拒爆，拒爆率6.6%；丙厂的15发雷管无拒爆。测试炮孔距离中心爆破孔大于50 cm后，所有电子雷管再无拒爆现象。这充分说明，炮孔间距过小且有较大起爆时差的情况下，先爆炮孔可能会对邻近炮孔内的电子雷管造成强烈冲击，导致延期电子雷管拒爆。

不同厂家生产的雷管产品质量差异较大(表1～表2)。孔底起爆方式，600 g药爆破时，最差的电子雷管拒爆率达43.8%，最好厂家的电子雷管拒爆率为零。试验后了解到，拒爆率为零的生产厂家在电子雷管封装环节，增加了芯片保护层，这种保护层能有效减小爆炸冲击振动带来的干扰，可防止电子雷管受振拒爆。因为试验次数有限，中心孔装药量最大仅600 g，实际桩井爆破中可能达800 g，所以这个拒爆率只能作参考；此外，对比孔底起爆方式和孔口起爆方式发现，孔底起爆对邻孔的电子雷管拒爆影响较大，孔口起爆试验没发现拒爆雷管。

表1 试验Ⅰ的实测结果Tab.1 Measured results of testⅠ

表2 试验Ⅱ的实测结果Tab.2 Measured results of testⅡ

结合两组试验中3家受试电子雷管的对比分析，发现电子雷管发生拒爆有以下几个方面的原因。

1)引火药头被振碎。隧道和桩井等掘进工程都是小断面爆破，炮孔间距相对露天爆破的孔距要小得多，而且常常是单自由面爆破，先爆炮孔对邻近炮孔中的电子雷管产生强大的冲击振动；在这种强大、高频的冲击振动下，在延期引爆前，后爆孔内电子雷管的引火药头可能会被振碎，导致拒爆。试验过程中，解剖了拒爆的电子雷管，发现引火药头确实有些被振碎(如图4)，说明电子雷管的引火药头仍需改进。

图4 被振碎的引火药头fig.4 Pulverized primer head

2)芯片数据扰乱。电子雷管与普通雷管最大的区别在于前者内部含有芯片，雷管注册、延时等功能的实现都依赖于芯片，芯片的可靠性对于电子雷管至关重要。先爆炮孔爆炸瞬间产生巨大冲击能量，同时使气体电离形成等离子体，等离子体发出电磁辐射[4]，这种强冲击振动和电磁辐射可能会使芯片中的电路功能产生紊乱，出现数据混乱或相关信息丢失等现象，从而导致邻孔内电子雷管拒爆。试验Ⅰ中，对有些电子雷管在邻孔爆炸后立即重新检测组网，发现电子雷管可以注册，但不能起爆，存放数周后再注册又能起爆。经过厂家专业人员对电子雷管解剖分析认为，芯片受强烈振动导致数据混乱的可能性较大，这类问题还需要更深入的试验研究。

3)电容发生漂移。在先爆炮孔爆炸产生的强大冲击振动作用下，有些电子雷管的管壳有压扁或变形情况。电子雷管最终需要内部电容放电才能引爆点火药头，如果内部电容受到强烈冲击振动、甚至挤压，导致电容发生漂移，电容的供电电压就可能改变，从而导致电路不稳定或造成发火元件不发火，出现电子雷管拒爆。试验Ⅰ中，解剖的压扁电子雷管有电容损坏的迹象；此外，经专业人员解剖分析，可以注册但不能引爆的雷管也可能是由于电容发生漂移。

总之，电子雷管在受到近距离炮孔爆炸冲击作用下发生拒爆的原因比较复杂，这方面的问题仍需继续深入研究。

3 结语

隧道和桩井爆破工程中，在小孔距爆破且起爆时差小于20 ms条件下发现了一些拒爆现象。研究认为，主要原因是电子雷管受到强烈的冲击振动所致，现在急需论证和编制电子雷管的抗振标准，继续改进电子雷管的抗振性能。

模拟现场条件下，对不同厂家的电子雷管进行强冲击试验，分析了电子雷管受冲击后发生拒爆的原因，得到以下几点结论:

1)在炮孔间距小于45 cm的爆破工程中使用电子雷管，发生拒爆的可能性较高，应开展相关模拟试验，选用抗振性能较好的电子雷管。

2)不同生产厂家的电子雷管产品质量良莠不齐，芯片、电容的质量以及雷管的封装工艺都对电子雷管的质量、可靠性有重要影响，应加快电子雷管抗冲击振动标准的编制，减少爆破工程中电子雷管的拒爆现象。

3)孔底起爆比孔口起爆的应力波更强，因此，孔底起爆对邻孔的电子雷管拒爆影响更大。