导爆管雷管击发起爆工艺试验研究

2015-11-19蔡建华黄寿元

采矿技术 2015年2期

蔡建华，黄寿元，冯敏

(1.湖南辰州矿业股份有限公司，湖南沅陵县 419607;2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山市 243000;3.金属矿山安全与健康国家重点实验室，安徽马鞍山市 243000)

0 前言

起爆工艺是在确保爆破作业区域人员、设备安全的条件下，将起爆信息准确的分配到每一个设计起爆点(孔)，它包含爆破网络与安全措施两个部份。起爆方法是爆破网络乃至整个起爆工艺的核心。当火雷管列为国家严禁生产的产品之后，非煤矿山必须寻找新的导爆管起爆方法、爆破网络及对应的起爆工艺。

1 非煤矿山在用起爆方法评述

1.1 电雷管起爆方法

起爆系统由发爆器、电雷管、普通导爆管雷管组成。电雷管价格低，系统起爆成本低;电雷管操作简单、起爆电流小;电雷管抗杂散电流的性能差［1-2］。

1.2 延长导爆管击发起爆方法

近距离击发起爆导爆管、导爆管远距离传爆，起爆系统由发爆器、击发针、塑料导爆管、继爆元件、普通导爆管雷管组成。

非电导爆管自身有很好的安全性，具有抗杂散电流的能力，可以避免早爆等安全事故;但导爆管不可重复使用，起爆成本高;每次爆破前都要重新连线，准备工作时间长、操作难度大［1-2］。

1.3 铅管延期雷管起爆方法

起爆系统由发爆器、铅管延期雷管、普通导爆管雷管组成。

延时雷管是依靠药剂燃烧反应来控制时间的，因而极易发生断燃、速燃等不可靠因素;铅管延期燃烧时其管的外表温度过高，如操作不当，极易烧伤需起爆的导爆管，产生盲、误炮;井下光线较弱的条件下，作业人员极易产生击发错误;雷管厂家直供价20～25元/发，起爆成本高。

1.4 SF－A电子编码雷管起爆方法

起爆系统由电子雷管专用发爆器、报警器、爆破母线、爆破子线、SF－A电子雷管以及普通导爆管雷管组成。

SF－A电子编码雷管搞静电干扰性能强，安全性较好;SF－A型电子雷管直供价25～30元/发，专用发爆器2000元/台，起爆成本高;适用于工程爆破［3］。

1.5 在用起爆方法存在的不足

以上4种起爆方法均可用于非煤矿山井下导爆雷管爆破网络，但应用于生产后存在以下问题:

(1)电雷管起爆方法应用于非煤矿山安全风险大，最新资料显示电雷管将被淘汰;

(2)延长导爆管起爆方法操作复杂，我公司年增加爆破成本500万元以上;

(3)铅管延期雷管起爆方法存在安全隐患，我公司年增加爆破成本300万元以上;

(4)SF－A电子编码雷管起爆方法操作复杂，我公司年增加爆破成本500万元以上。

因此，需要研究一种适合非煤地下矿山新的导爆管雷管起爆方法及对应的爆破网络与起爆工艺，该起爆工艺应能满足如下要求:安全性能好、材料来源广、起爆成本低、员工操作简单。

2 导爆管雷管击发起爆工艺

2.1 起爆方法与爆破网络

在大量基础工作［4-5］和反复讨论的基础上初选了如下起爆方法及对应的起爆系统:

(1)近距离击发起爆导爆管及与之相连的雷管;

(2)起爆系统由发爆器(见图1)、爆破母线(铜芯复套线)、击发针(见图2)、普通导爆管雷管组成。

图1 MFB－200发爆器型

图2 CCH型非电导爆管击发针

2012年6月28日将对初选的发爆器、铜芯复套线、击发针连结进行了导爆管击发起爆实验，5次实验击发，导爆管的击爆率达到100%。

试验证明初选的击爆起爆方法有一定的可行性，因而可考虑做小范围的生产性试验，通过生产性试验对初选的起爆方法与爆破网络进行优化和定型。

2.2 起爆方法的生产性试验

2012年8～12月采用初选的起爆方法与爆破网络在洪江辰州响溪金矿井下做生产性试验，通过试验完成了方法与网络的修改、优化与定型，试验过程中做了如下修改。

(1)设计选用的CCH型非电导爆管击发针易损、成本高，改为绝缘细导线做爆破子线代替击发针;因铜芯复套线成本高，改用2.5 mm2铝芯复套线做爆破母线。

(2)生产性试验后爆破网络修改为“发爆器+爆破母线+爆破子线+导爆管雷管”(见图3)。

2.3 爆破网络可靠与安全性试验

2.3.1 试验原因

起爆工艺应从安全、可靠、经济、适用性等多方面考虑，方法的安全、可靠性可通过室内试验证明，工艺的经济、适用性必须经生产性试验验证。

因选定的方法是通过发爆器产生高压瞬时电流击发导爆管起爆，井下动力电压一般为380 V，如经试验证明该起爆方法在380 V电压作用不被击爆，则该方法的安全性好;如能被击爆，则证明该方法及对应的工艺存在安全隐患。

图3 生产性试验的爆破网络

可靠性试验主要是检验方法的准爆率，若试验证明该方法准爆率高则可靠性好，否则该方法及对应的爆破工艺极易被淘汰。

2.3.2 安全性试验

2012年9月5日在机电维修车间做新起爆方法的安全性试验(见图4)。

图4 安全性试验连线

试验用的2.5 mm2铝芯复套线100 m，其一端连接380 V电源开关下端，另一端连接两根绝缘导线，两绝缘细导线另一端插入导爆管内，合闸通电后两绝缘细导线末端未出现短路和产生电火花、导爆管未被击爆。

断电后将复套线改连接在MFB－200发爆器上击发，导爆管被击爆。后用万用表检测，试验电源实际电压为480 V。

2.3.3 可靠性试验

2012年10月2～4日公司爆破技术员对新起爆方法进行了可靠性试验(见图5)。

第一类型试验:2.5 mm2铝芯复套线100 m，其一端连接MFB－200发爆器，另一端连接两根绝缘导线，两绝缘细导线(3 m)的另一端塞进导爆管内，试验击发3次3击爆，准确率达100%。

第二类型试验:将2.5 mm2铝芯复套线延长至200 m，其他相同，试验击发3次3击爆，准确率达100%。

第三类型试验:将2.5 mm2铝芯复套线延长至200 m，爆破子线延长至20 m，其他相同，试验击发3次3击爆，准确率达100%。

图5 可靠性试验连线图

2.3.4 试验结论

生产性试验证明，选用的起爆器性能稳定、操作简单、选用的材料来源广;可靠性试验证明该起爆方法准爆率高、该起爆方法及对应的爆破网络性能稳定。安全性试验证明，该起爆方法在480 V的电源作用下不被击爆，该起爆方法及对应的爆破网络抗外电干扰性强、安全性好。

试验证明，该起爆方法及对应的爆破网络与起爆工艺可行。

2.4 爆破网络确定

2.4.1 起爆方法原理简述

(1)MFB－200发爆器通过内部的电路将低压直流电源聚升至1800～2000 V，放电后其产生的瞬时高压电流通过爆破母线传至爆破子线。

(2)在爆破子线的端部短路产生电火花击爆导爆管管壁粘附的炸药，在导爆管内产生爆轰冲击波。

(3)爆轰冲击波沿导爆管传播，起爆与之相连的雷管，雷管爆炸后起爆与之相连爆破网络，完成爆破作业。

2.4.2 爆破网络所需材料

通过方案选择、生产性试验与室内试验确定的爆破网络为:“击发器+爆破母线+爆破子线+导爆管雷管”(图3)，爆破网络所需材料:

(1)MFB－200型发爆器;

(2)2.5 mm2铝芯复套线，用作爆破母线;

(3)绝缘细导线，用作爆破子线;

(4)导爆管雷管;

(5)其他辅助工具、材料。

2.5 工艺要求与安全管理

(1)爆破母线2.5 mm2铝芯复套线一端与MFB－200发爆器的电流输出装置连接，另一端与爆破子线相连。

(2)为保护爆破母线，爆破子线(双线)与导爆管合计长度不应短于15 m，爆破子线的一端与铝芯复套线相连，另一端紧紧缠绕端部剪齐后插入引爆雷管的导爆管内，插入深度约5～10 mm。

(3)为确保每次起爆的准爆率，插入导爆管中的爆破子线严禁预先导通，爆破母线、爆破子线与导爆管的各连结点均须用胶布缠紧。

(4)爆破点装药连线、警戒信号与火雷管起爆工艺相同，用导爆管雷管做起爆雷管。

(5)在确认所有工作准备完全、爆破作业面人员撤出、爆破工所在位置安全后起爆。

3 导爆管雷管击发起爆工艺应用

(1)井下生产应用。辰州公司2013年1月开始了新起爆工艺的技术培训与推广工作，2013年3月后我公司所属矿山井下全改为该起爆工艺。

(2)千米竖井掘进应用。辰州公司2013年6月开工建设一条千米明竖井，工程承包单位提交的《竖井工程爆破作业指导书》设计采用电雷管起爆方法，但我公司认为电雷管起爆工艺安全性能差，必须改用公司新定型的起爆工艺。竖井爆破时，爆破工只能在地面操作发爆器，爆破母线的长度预计将超过1000 m。通过试验，在提高发爆器功率、增大爆破母线过电面积的条件下，该方法成功应用于千米竖井掘爆施工。