王华

(江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224)

数码电子雷管在露天深孔爆破中的应用试验

王华

(江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224)

本文介绍了国产某型号数码电子雷管针对德兴铜矿露天深孔爆破的复杂应用环境所做的常规测试、安全性试验、环境适应性试验，以及工业应用试验情况。通过爆破振动测试分析和爆破效果分析，说明了数码电子雷管在露天深孔爆破中控制爆破振动、改善爆破效果等方面的优势和应用前景。

数码电子雷管;露天矿;深孔爆破;爆破振动;试验

1 前言

在20世纪90年代，国外电子雷管及其起爆系统已趋于成熟并进入工程爆破实用阶段［1］，应用结果表明，电子雷管不仅具有精确的延时和本质安全性能，而且在降低爆破振动和改善岩石破碎上有明显效果［2］。2006年在我国三峡围堰爆破中Orica公司i－konTM数码电子雷管及其起爆系统得到成功应用［3］。2009年i－konTM数码电子雷管在神华集团黑岱沟露天煤矿抛掷爆破技术中使用，具有明显的经济和安全效益［4］。

2001年，国内第一代电子雷管通过技术鉴定和设计定型。2007年元月，北京北方邦杰科技发展有限公司“隆芯1号”数码雷管通过国防基础科研项目验收，作为第二代电子雷管，其主要技术指标达到国际先进水平［1］。

德兴铜矿是中国最大的露天铜矿，年爆破矿岩总量达1.3亿t，是一个特大细脉浸染型斑岩铜矿。随着开采深度的增加，露天采区最高出露边坡已超400m，下部难爆矿岩的面积增大，对爆破振动控制和难爆区爆破质量也有更新要求。自2003年引进Orica公司EXELTM高精度导爆管起爆系统，德兴铜矿的爆破技术取得巨大进步［5］。近年来，由于导爆管雷管有其固定延时，爆破技术人员优化爆破参数的空间已很有限。为熟悉和检验国产数码电子雷管产品在深孔爆破中的实用性能，促进矿山爆破技术的提升，2009年底国产“隆芯1号”数码电子雷管在德兴铜矿进行了深孔爆破应用试验。

试验过程中使用的设备主要有:专用数码电子雷管起爆系统，包括EBC－908型铱钵起爆器、EBR－908型铱钵检测表、EBtronicPLUS爆破设计软件等;爆破振动测试仪器采用6台成都中科测控TC－4850测振仪、3台四川托普测振仪。

2 地表试验

2.1 试验方案

德兴铜矿露天采区深孔爆破炮孔一般深17.5m，雨季大部分孔内有酸性水;用现场混装车装乳化炸药，入孔炸药初始温度达65℃，爆区周边有钻机交流6kV高压电缆。考虑到数码电子雷管在深孔爆破实际使用条件下的复杂周边环境，在制定地表试验方案时，除对数码电子雷管进行常规秒量测试、起爆可靠性试验外，还模拟雷管使用环境，安排特别的安全性试验和环境适应性试验。

2.2 常规测试和试验

由于雷管在出厂时已经过标准质量测试和相关试验，这里常规测试中主要对数码电子雷管延期时间的精确性进行抽样测试，并进行雷管组网起爆可靠性和引爆起爆弹试验。

2.2.1 秒量测试

从库内取规定数量的试验样品，用数码电子雷管专用测时发火设备对样品进行发火测时。测时结果应满足指标要求。

对进行环境适应性试验的部分样品，同样做秒量测试，分析使用环境对数码电子雷管延时精度可能产生的影响。

部分秒量测试结果见表1。

2.2.2 起爆可靠性试验

取一定数量的试验样品，用专用的数码电子雷管起爆系统做并联发火试验，应按照设定的延时序列可靠发火。

对进行环境适应性试验的样品，同样做起爆可靠性试验，分析使用环境对数码电子雷管起爆可靠性可能产生的影响。

起爆可靠性试验结果见表2。

表2 数码电子雷管起爆可靠性试验表

2.3 安全性试验

数码电子雷管用电发火，而露天采区电铲钻机等采矿设备都用高压供电，为确认工业应用试验的安全，在检测数码电子雷管安全性能时重点做3个电加载试验项目。

2.3.1 交流电压加载试验

调节交流调压器输出电压，加载到雷管两脚线间，并保持5s。记录电压值，观察样品是否发火，不发火时，检测样品电性能。交流电压加载试验结果见表3。

表3 交流电压加载试验结果

2.3.2 直流电压加载试验

在雷管两脚线间加载高于50V的直流电压，保持5s。记录电压值，观察样品是否发火，不发火时，检测样品电性能。直流电压加载试验结果见表4。

表4 直流电压加载试验表

2.3.3 普通电雷管起爆器激发试验

将雷管两脚线分别连接到电雷管起爆器的接线端子上，电雷管起爆器充电，记录充电电压，并激发，观察样品是否发火，不发火时，检测样品电性能。试验结果见表5。

表5 普通电雷管起爆器激发试验

2.4 环境适应性试验

环境适应性试验是模拟在露天深孔爆破应用中所处的复杂外部环境，如压力酸性水、油相、炸药及其高温水相等，对数码电子雷管在应用环境中可能发生的性能改变进行较为严格的检验。试验流程见图1。

(1)浸水试验

在采区选择水深10m以上的炮孔，将样品放入炮孔，浸水72h后取出，检测样品性能。

(2)浸炸药试验

在采区选择合适的炮孔，模拟现场使用，将样品放入炮孔，用炸药车装入乳化炸药，放置72h后取出，检测样品性能。

图1 环境适应性试验流程图

(3)浸油试验

将样品浸入－35号柴油，室温并保持72h后取出，检测样品性能。

(4)浸高温硝酸铵饱和溶液试验

将样品浸入80℃的硝酸铵饱和溶液中，放置72h后取出，检测样品性能。

环境适应性试验结果反映在延期秒量精确度和起爆可靠性上，见表1和表2。

2.5 地表试验结果分析

从表1至表2的试验结果，可以看到数码电子雷管在延时精确度和安全性上的优越性能，0～100 ms范围，延时偏差最大0.23ms，最小0.01ms;在101～16，000 ms范围，延时偏差最大5.80ms，百分比为0.58%。能在标称交直流电压内保持完好，即使远超电压范围，也不会引爆。在经过耐油、耐水及模拟炮孔浸药72h的环境适应性试验后，数码电子雷管延时精确度没有变化。组网起爆可靠，如存在问题，因数码电子雷管起爆系统有双向通讯功能，在检测时能及时发现。

在进行浸高温硝酸铵饱和溶液试验时20发中，出现1发渗水，在可靠性试验时检测发现，分析认为硝铵溶液渗入雷管造成内部短路，雷管的密封塞高温防水性能仍需进一步改进。

地表试验结果表明，这批数码电子雷管已满足露天深孔爆破工业应用试验基本要求。

3 工业应用试验

3.1 爆区概况及爆破参数

露天深孔爆破台阶高度15m，炮孔直径250mm，按三角形布置钻竖直孔，设计孔深17.5m，每孔分上下两处各放置一发起爆弹，用现场混装炸药车装乳化炸药，人工充填，充填料为钻孔碎屑。在铜厂采区和富家坞采区共进行了四次数码电子雷管的应用试验，具体爆破参数见表6。

表6 数码电子雷管工业应用试验爆破参数

3.2 数码电子雷管现场使用过程

对数码电子雷管起爆系统在应用试验中的使用步骤按顺序归纳为四步:

(1)雷管注册和延时的设计。

雷管运输到现场后先使用依钵表进行注册，把雷管的编码读入并存储在依钵表内，根据炮孔布置图给定编号，并给雷管贴上相应编号的标签。

(2)雷管发放和加工。

雷管由负责该面炮爆破设计的技术人员发放，按雷管标签编号和炮孔布置图的孔编号对应发放;在雷管和起爆弹的加工时，需要将雷管脚线穿过起爆弹空孔后再打个结，确保起爆弹放入孔内时雷管与起爆弹不会损坏和脱落。

(3)炮孔装药和充填后雷管的检测。

为分析装药或充填对雷管及其脚线可能造成的损坏，试验时在装药和充填后分别检测一次，发现问题及时分析处理。

(4)网络连接、检测和起爆。

装药充填完成后，根据爆破设计图放主干线，雷管的脚线通过专门的线卡连接到主干线。依钵表通过主干线读取每发雷管，检测每发雷管是否都完好，有问题雷管编号会在依钵表上反映，可以直接找到问题雷管。主线延伸到避炮点，铱钵起爆器通过依钵表对网络再次进行检测，将编程输入的延期时间发送到每发雷管。在起爆前，铱钵起爆器通过控制铱钵表，对通过检查的雷管解除保险，并确认可以爆炸点火。

3.3 爆破效果分析

与高精度导爆管雷管起爆系统的爆堆相比，数码电子雷管应用试验的爆堆破碎均匀，松散性好，难爆区表面大块明显减少，电铲挖掘效率也得到提高。试验爆破效果见表7。

表7 数码电子雷管应用试验效果

3.4 爆破测试情况及其分析

数码电子雷管起爆系统在工程爆破中不仅能改善爆破效果，其突出优势还在于能有效控制爆破振动。在工业应用试验中布设爆破振动测试仪器。

测振点布置在与爆区侧方同一水平上，沿一条直线布置1#～6#测振点，采用三通道并行采集数据，采样频率为1～50kHz，测量爆区侧方爆破振动强度及其规律。为取得单孔爆破振动图谱作比较，在做爆破微差设计时特将最后一个炮孔增加延时300ms。

3.4.1 爆破振动图谱比较分析

第一次爆破试验中，1#测振点(距离爆区中心88m)垂向振动图谱见图2;第二次爆破试验中，1#测振点(距离爆区中心70m)垂向振动图谱见图3。

图2表明，第一次爆破试验中采用孔间延时20ms，排间延时70ms，最短起爆间隔时间为10ms，有效降低了爆破振动;第二次爆破试验中采用与导爆管起爆网络相同的延期时间，该面炮中有三个时点有2～3个孔起爆间隔只3～5ms，在图3中反映出振动的加强。

经过比较得出，利用数码电子雷管精确延时，合理的方案设计，可以把爆破振动降低到单个炮孔振动水平之下。

图4是第二次爆破试验当天，相邻台阶采用高精度导爆管起爆系统的TC80－06－35爆破时1#测振点的垂向振动图谱。与数码电子雷管起爆的振动图谱有明显不同，导爆管雷管起爆造成的振动幅度稳定在较大幅度上。

图4 TC80－06－35导爆管系统爆破1#测振点垂向振动图谱

通过傅里叶变换，对图3和图4振动图谱进行频谱分析，图3中的振动主频为37.38Hz，图4中的振动主频为21.11Hz。可见使用数码电子雷管系统可以提高爆破振动主频，有效地避免建筑物共振，保障建筑物安全。

3.4.2 爆破振动速度比较分析

第二面爆破试验中，4#～6#测振点的振速见表8。作为比较，在同一区域，选择爆破参数相同，总计40孔的TC95－12－40次炮，采用高精度导爆管雷管起爆系统，爆破振动测试结果同列于表8。比较可见，在距爆心477m左右，数码电子雷管起爆系统的爆破振速比高精度导爆管雷管起爆系统的爆破振速低0.18cms－1，降低了30%。

表8 爆破振动速度测试结果比较

3.5 工业应用试验情况小结

在露天深孔爆破应用试验中，数码电子雷管起爆系统表现出化学延期雷管起爆系统所无法比拟的优势:

(1)采用专用起爆设备，有双向通讯功能，智能密码起爆，具有本质安全性。

(2)可以根据地质条件，进行微差间隔时间的优化，实现孔内两点同时起爆，提高炸药能效，进一步改善难爆区爆破效果。

(3)通过科学设置微差间隔时间，可以实现干扰降震，减少对采区高陡边坡和临近建筑物的影响。

(4)爆破振动主频普遍提高10Hz以上，有利于保障爆区临近建筑物的安全。

在现场应用试验施工过程中，出现过雷管加工时掉入孔内，在装药或充填过程中雷管失效，存在比导爆管雷管起爆系统操作复杂等一些问题，也反映了产品还有需要不断改进和完善之处。

4 结语

国产数码电子雷管在德兴铜矿露天采区深孔爆破中的应用试验，验证了数码电子雷管起爆系统具有延时高精度、时间设定灵活、网络检测智能、安全性能可靠等特点，能提高炸药能效、有效改善矿岩破碎、显著降低爆破振动，也为促进国产数码电子雷管产品的成熟及其在露天矿山的推广应用积累了经验。

数码电子雷管因其近乎理想的延时精度，给了爆破工程技术人员在爆破设计优化上无限的想象空间。也相信国产数码电子雷管在工程应用中不断成熟和推广，必将对爆破产业产生深远影响，推动国内工程爆破理论和技术的飞跃［6］。

［1］国内电子(数码)雷管发展概况.http://wenku.baidu.com/ view/cfe0910b79563c1ec5da7159.html.

［2］王鹏.可编程电子延期雷管研究［D］.2007.3

［3］赵根，吴新霞等.数码雷管起爆系统在三峡三期碾压混凝土围堰拆除爆破中的应用［J］.工程爆破，2007，13(4):72－75.

［4］宋日，冯宁.I－kon数码雷管在露天煤矿抛掷爆破技术中的应用［J］.爆破器材，2009，38(4):28－29.

［5］吴朝阳.导爆管起爆网络在德兴铜矿露天爆破中的应用［J］.铜业工程，2007，(3):4－7.

［6］张乐，颜景龙等.隆芯1号数码电子雷管在露天采矿中的应用［J］.工程爆破，2010，16(4):73－76.

Application and Tests of Digital Electronic Detonator in Open Pit Long－hole Blasting

WANG Hua

(JCC Dexing Copper Mine，Dexing，Jiangxi，China 334224)

Aiming at the complex field environment of open－pit long－hole blasting in Dexing Copper Mine，regular tests，safety tests，field adaptability tests and industrial application tests of a domestic model digital electronic detonator are presented.The superiority and prospect of digital electronic detonator in decreasing blasting vibration and upgrading blasting effects are demonstrated by analyzing the test data.

digital electronic detonator;open pit;long－hole blasting;blasting vibration;test

TD854+.2

B

1009－3842(2011)04－0022－06

2011－04－26

王华(1973－)，男，汉族，江西会昌人，工程硕士，采矿工程师，主要从事采矿技术管理工作，E－mail:wanghwua@126.com