电子雷管起爆系统及其在岩塞爆破中的应用.pdf
第3 2 卷第3 期 2 0 1 5 年9 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 .3 2N o .3 S e p .2 0 1 5 d o t 1 0 .3 9 6 3 /j .i s s n .1 0 0 1 4 8 7 X .2 0 1 5 .0 3 .0 1 6 电子 西答 田胃起爆系统及其在岩塞爆破中的应用 赵根,吴新霞,周先平,黎卫超,王文辉,吴从清 长江水利委员会长江科学院,武汉4 3 0 0 1 0 摘要为选择水下岩塞爆破的起爆系统,比较分析了国内外正在使用的几种电子雷管起爆系统的性能。 基于现场试验,从准爆率、延时精度、安全可靠性等方面进行综合分析和比较,选择了各项性能优异的电子雷 管起爆系统,并在长甸水电站水下岩塞爆破中成功应用。电子雷管起爆系统以其精确延时、无限分段的特 性,能对爆破单段药量进行有效控制;其在线检测功能,能随时对每发雷管的状态进行检测;同时其具有超高 的起爆可靠性,能确保爆破效果和爆破安全。电子雷管起爆系统必将成为岩塞爆破等重要工程起爆网路的 首选。 关键词岩塞爆破;电子雷管;起爆系统;延期时间;性能检测 中图分类号T V 5 4 2 .4文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 5 0 3 0 0 9 1 0 4 E l e c t r o n i cD e t o n a t o rI n i t i a t i n gS y s t e ma n d A p p l i c a t i o ni nR o c kP l u gB l a s t i n g Z H A OG e n ,形UX i n x i a ,Z H O UX i a n - p i n g ,L IW e t c h a o ,W A N GW e n - h u t ,删C o n g q i n g C h a n g j i a n gR i v e rS c i e n t i f i cR e s e a r c hI n s t i t u t e ,C W R C ,W u h a n4 3 0 0 1 0 ,C h i n a A b s t r a c t T os e l e c tt h ei n i t i a t i o ns y s t e mo fr o c kp l u gb l a s t i n g ,t h ep e r f o r m a n c e so fs e v e r a lw i d e l yu s e de l e c t r o n i c d e t o n a t o rs y s t e m sw e r ec o m p a r e d .B yi n v e s t i g a t i n gt h ec h a r a c t e r i s t i cs u c ha sa c c u r a t er a t e ,d e l a yp r e c i s i o na n ds a f e t y r e l i a b i l i t y ,t h ee l e c t r o n i cd e t o n a t o rW a ss e l e c t e dw i t he x c e l l e n tp e r f o r m a n c ea n di m p l e m e n t e di nt h er o c kp l u gb l a s t i n g o fC h a n gD i a nh y d r o p o w e rs t a t i o ns u c c e s s f u l l y .D u et ot h ep r e c i s ed e l a ya n di n f i n i t es e g m e n tf e a t u r e s ,c h a r g ew e i g h t f o rp e rd e l a yc o u l db ee f f e c t i v e l yc o n t r o l l e d .T h es t a t eo fe a c hd e t o n a t o rc o u l db ed e t e c t e d w i t hi t so n l i n ed e t e c t i o n f u n c t i o n .M e a n w h i l e ,t h ep e r f o r m a n c ew i t hh i g hd e t o n a t i o nr e l i a b i l i te n s u r e st h eb l a s t i n ge f f e c ta n db l a s t i n gs a f e t y .E - l e c t r o n i cd e t o n a t o rd e t o n a t i n gs y s t e mw i l lb et h ef i r s tc h o i c ei nt h eb l a s t i n gn e t w o r ko fi m p o r t a n te n g i n e e r i n gs u c ha s r o c kp l u gb l a s t i n g . K e yw o r d s r o c kp l u gb l a s t i n g ;e l e c t r o n i cd e l a yd e t o n a t o r s ;e l e c t r o n i ci n i t i a t i n gs y s t e m ;d e l a yt i m e ;p e r f o r m - a n P Pt e s t 自2 0 0 6 年在国内首次引进电子雷管起爆系统 并成功应用于三峡工程三期碾压混凝土围堰拆除爆 破以来㈧2 I ,极大地加快了我国电子雷管研发进程。 目前,以北京邦杰、贵州久联公司为代表的国内电子 收稿日期2 0 1 5 0 7 1 5 作者简介赵根 1 9 6 5 一 ,男,长江水利委员会长江科学院、水利 部岩土力学与工程重点实验室教授级高级工程师、博士, 主要从事工程爆破设计、咨询、安全评估等工作, E m a i l w u h z h a o g e n 1 2 6 .c o n 。 基金项目国家自然科学基金项目 5 1 3 0 9 0 2 6 雷管已在隧道开挖、矿山爆破、拆除爆破等领域得到 应用旧引,以O R I C A 、A E L 公司为代表的国外电子雷 管在矿山爆破、重要工程的拆除爆破中得到了广泛 应用。岩塞爆破工程集隧道爆破、拆除爆破、水下爆 破各特性于一身,施工环境恶劣、技术要求高、安全 风险大,对钻孔精度、爆破器材抗水抗压性能、起爆 延时精度等提出了很高的要求,特别是在起爆网路 联接后,岩塞爆破隧洞内还需进行为期数日的充水、 补气工作,人员无法对起爆网路进行现场检查,在此 万方数据 爆破2 0 1 5 年9 月 期间起爆网路要经受岩塞爆破工作面渗漏水、充水 充气等不利影响,犹如返回舱经过大气层“黑障 区”。非电雷管无法检测,电雷管分段数少,只有电 子雷管起爆系统具有延时精确、延期时间可调、在线 检测等优势,更适合应用于岩塞爆破的起爆网路中。 电子雷管起爆系统增加了一个电子雷管数据扫描 器,逐发扫描雷管标签上的条形码,即可得到该发雷 管I D 码,并设置雷管延期时间,该功能与编码器的 注册功能基本相同,只是不需要将雷管脚线与编码 器进行连接。这四个产品的性能指标对比见表1 。 1 电子雷管起爆系统 2 电子雷管在岩塞爆破中的应用 O R I C A 公司的i - k o n 。M 、A E L 公司的D i g i S h o t Ⅲ、 北京邦杰的隆芯1 号电子雷管起爆系统均由三部分 组成电子雷管、编码器、起爆器。电子雷管的结构 基本相同,主要由密封塞、延期模块、储能模块、点火 头、起爆药等组成,但内部构造各产品有所不同。电 子雷管编码器各厂家名称不一 L O G G E R 、T A G . G E R 、铱钵表 ,但均具有注册、检测功能,利用注册 功能可读取雷管识别码,设定延期时间,建立孔位. 雷管I D 码一延期时间的三者对应关系;利用检测功 能,可随时对电子雷管及网路进行在线检测,识别雷 管与起爆网路中可能出现的任何错误,如雷管脚线 短路、雷管与编码器连接是否正确,以及电流泄漏状 态等等。编码器是在一个固定的安全电压下工作, 如i - k o n l M 电子雷管编码器不能产生高于5V 的脉 冲电压旧o ,而每发雷管的安全电压都在1 0 .5V 以 上,意味着即使在编码器出错的时候也不会点燃雷 管;编码器不包含任何能产生点火信号的电路或相 关能力设计,从而保证了电子雷管起爆网路布置、检 测操作的安全性。起爆器通过编码器与起爆网路连 接,提供编码器无法提供的、爆破网路起爆所必需的 能量;起爆器从编码器上读取整个网路中的雷管数 据,然后检查整个起爆网路,只有当编码器与起爆器 组成的系统没有任何错误,起爆器才发出编码信号 并起爆整个网路。 而贵州久联的J L 电子雷管起爆系统则由电子 雷管、J L 电子雷管专用起爆控制器、电子雷管起爆 控制软件三部分组成o7 1 。J L 电子雷管专用起爆控 制器是电子雷管检测、控制和起爆的专用设备,负责 对电子雷管网路、电子雷管及设备本身性能参数进 行检测,对爆破流程进行控制、发出指令、电子雷管 得电、内部控制芯片初始化、自动向起爆器上报本雷 管地址I D 、延期时间设定值等参数。按起爆器指令 给钽电容充电储存电能,收到起爆许可指令后,经芯 片工作延时到设定时间值,打开功率管对雷管内部 起爆药头放电来引爆雷管。计算机通过电子雷管起 爆控制软件获知网路中每一发雷管的地址、延时时 间值、运行是否正常等,如一切正常,点击软件上电 子雷管上电功能,上电完成后可直接点击起爆。J L 2 .1 电子雷管选型 电子雷管以延时可调、精确的优势,可实现起爆 时序精确控制,为岩塞爆破起爆雷管的首选。但在 雷管的选型中,需综合比较价格优势、性能优劣与服 务质量,目前总的来说,国内电子雷管价格低、购买 手续简便、服务方便,但性能相对差些;而国外电子 雷管价格较高、进口手续复杂,但性能可靠。 在某工程围堰拆除爆破中采用国产电子雷管, 装药前进行外观检查,即发现雷管卡口塞松动、个别 雷管I D 码重址;装药过程中,雷管脚线折断;网路检 查中,部分雷管在检测仪器中找不到,现场的照明碘 钨灯对电子雷管信号有干扰;起爆前,又发现部分雷 管不在线,起爆时间被迫推迟1d ;再次进行故障检 查时,发现检查难度极大,甚至发生个别检查人员调 高仪器检测电压,增加了电子雷管误爆的风险;从爆 破录像中发现,有个别雷管没有按设计时间起爆,而 出现了早爆,打乱了整个起爆顺序;爆破后,还发现 少量雷管拒爆。 在某岩塞工程模拟试验中,采用国内某厂家电 子雷管,数次试验,均出现几发雷管拒爆,尤其在掏 槽区。经分析认为,掏槽区炮孑L 较密集,后爆孔的雷 管需承受极高的冲击压力,如雷管承受不了这样大 的冲击力,电子雷管将失效,厂家试验证明电子雷管 受到强振动后发生部分拒爆,而国外电子雷管有承 受冲击荷载的标准,如i k o n l M 电子雷管可承受 1 0 1M P a 脉冲压力。 因此,在电子雷管选型时,需根据工程的重要 性、复杂难易程度,综合考虑电子雷管性能、成本等 因素进行确定。 2 .2电子雷管质量检测 电子雷管质量检测,主要进行外观检查、雷管延 时精度检测、有防水要求的还需进行抗水抗压性能 检测。 通过国内、国外电子雷管的质量检测,对比分析 发现,国内电子雷管与国外电子雷管相比还有较大 的差距国内电子雷管外壳为普通电雷管的外壳,国 外的往往为合金;国内电子雷管的电子元件为人工 焊接,存在虚焊、漏焊的可能,而国外电子雷管为机 万方数据 第3 2 卷第3 期 赵根,吴新霞,周先平,等电子雷管起爆系统及其在岩塞爆破中的应用 9 3 械焊接,可靠性大大提高;国内电子雷管延时精度没 有国外的高,见表2 、表3 ;国产电子雷管抗冲击性能 还没有标准或者还没有这方面的技术。因此,国产电 子雷管还处在不断探索研究阶段,毕竟国产电子雷管 实用性的研制工作还不到十年,还有很多方面的技术 难关需要攻克,也有很多国外的经验可以借鉴。 表1电子雷管性能指标对比表 T a b l e1 C o m p a r i s o no ft h ee l e c t r o n i cd e t o n a t o rp e r f o r m a n c ei n d e x 2 .3 电子雷管应用实例 长甸水电站改造工程为引水式水电站,岩塞进 水口位于水库正常蓄水位下约6 0m ,岩塞体为倒圆 台形,内径1 0 .Om 、外径1 4 .6m 、厚度1 2 .5I T I 。由 于岩塞部位水深大,水下地形、地质条件复杂,环境 特殊,施工难度大,技术要求高,该项目采用了电子 雷管为主、高精度导爆管雷管为辅的双复式起爆网 路等创新技术。 高精度塑料导爆管雷管复式起爆系统尽管在国 内已经有非常成功的应用经验,其精度和可靠性已 经得到了充分的验证,但该系统和一般非电起爆系 统都有一个共同的缺陷,就是网路连接完成后,无法 进行逐孔的整体校验,只能通过地表的外观检查来 确定是否安全。而电子雷管起爆系统在完成联网以 后,可以在电脑系统中进行逐孔的校验,即在全部工 作完成后,起爆前还可以对起爆网路进行检查。但 万方数据 爆破 2 0 1 5 年9 月 电子雷管起爆系统在有水有压的复杂情况下,起爆 可靠性也会相应降低。为了克服上述两种系统的各 自缺陷,充分发挥各自的优势,采用电子雷管起爆网 路为主、高精度塑料导爆管雷管起爆网路为辅的复 式起爆系统,导爆管雷管起爆网路迟后电子雷管起 爆网路2 0 0m s 引爆,两套起爆网路均穿过专门孑L 洞 至起爆点。电子雷管起爆网路是主起爆网路,要防 止与水接触,防止各种电流 高压电、低压电、静电 及杂散电等 影响,岩塞体各孔均有电子雷管,采用 带有齿状胶链的连结块与起爆线相互联接,连结块 内虽有硅胶,可起到一定的防水作用,但严禁浸泡在 水中的。因此,岩塞爆破前集渣坑充水时,必须保证 不淹没任一电子雷管。总起爆线长度约9 0 0m ,满 足O R C I A 公司相关技术要求。 表2 某国产电子雷管延时精度测试值 T a b l e2 D e l a yp r e c i s i o nt e s t i n go fd o m e s t i c e l e c t r o n i cd e t o n a t o r s 表3 某国外电子雷管延时精度测试值 T a b l e3 D e l a yp r e c i s i o nt e s t i n go ff o r e i g n e l e c t r o n i cd e t o n a t o r 由于电子雷管起爆系统的时差可以任意设置, 并按高精度导爆管雷管的雷管段别设置起爆时间, 即孔间按1 7m s 、圈间按i 0 0m s 进行设计。该工程 岩塞爆破共布置7 圈主爆孔 9 7 个 、1 圈空孑L 6 个 、I 圈光爆孔 4 8 个 。为适应孔外导爆管接力 雷管传爆及孔内高精度雷管延期时间,对电子雷管 延期时间进行相应设定。中心掏槽孔第一段电子雷 管延期时间设置为1 0 0 0m s ,最后一段电子雷管延 期时间设置为1 8 1 0m s ,电子雷管起爆系统共分5 6 段起爆,主爆破孔最大单段药量为6 0 .0k g ,光面爆 破孔最大单段药量3 0 .0k g 。 2 0 1 4 年6 月1 6 日1 0 时2 6 分该项目成功实施 爆破,从现场指挥部内的监视屏幕可以看到起爆瞬 间,岩塞爆破掌子面高精度导爆管接力雷管由内向 外依次起爆,并伴随一阵轻微的爆破声,水库内的水 从岩塞口高速涌人。爆破安全监测表明,由于采用 了深孔岩塞爆破和电子雷管起爆网路,爆破有害效 应得到有效控制,临近大坝等重要建筑物没有受到 任何影响。 3 结论 通过电子雷管起爆系统国内外产品应用实践的 对比分析,以及在岩塞工程中的实际应用,得到以下 结论 1 电子雷管起爆系统与高精度雷管相比,具有 延时精确、任意设置的优势,可实现起爆时序精确控 制,为精细爆破设计、爆破效果控制提供了有力支持。 2 国产电子雷管与国外电子雷管相比,虽在 价格方面具有一定的优势,但在加工工艺、材料选 择、延时精度等方面,还有很大的提升空间。 3 将电子雷管起爆系统应用到岩塞爆破中, 其精确延时、无限分段的特性,能对爆破单段药量进 行有效控制,降低爆破有害效应;其在线检测功能, 能对每发雷管的状态进行检测;其超高的起爆可靠 性,更适合应用于岩塞爆破的起爆网路中,必将成为 岩塞爆破起爆网路的首选。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 赵根,张正宇,吴新霞,等.三峡工程三期上游R C C 围堰拆除爆破设计与实施[ J ] .湖北水力发电,2 0 0 6 3 2 1 - 2 5 . 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