王泽宏 刘翅鹏
中交第三航务工程局有限公司交建工程分公司，上海市200940
摘要：随着爆破技术不断发展和进步，深孔爆破和大爆破比例增加，露天边坡有着较高的稳定性的要求，爆破环节对露天开挖工艺有着重要的意义。数码雷管以其精准延期时间、优化简单网路设计、安全可靠密码起爆和环境污染显著减少等优点，有效降低爆破振动及流向可追溯性、爆破作业信息可控性，使其成为反恐防爆有效手段。本文以牛角窝露天路基典型区域，对导爆管雷管及数码电子雷管进行试验，结果表明，数码电子雷管有着安全经济的双重效果。
关键词：露天路基；数码电子雷管；安全经济；爆破效果
电子雷管即采用电子控制模块（“芯片”）对起爆过程进行控制的雷管。芯片置于电子雷管内部，具备起爆延时控制、起爆能量控制，内置雷管身份信息码和起爆密码，能对自身功能、性能及雷管点火元件电性能进行测试，并能和起爆控制器及其他外部控制设备进行通信的专用电路模块。电子雷管与传统雷管（电雷管和导爆管雷管）相比，其延时精度高，延期时间可现场自由设置，能实现“单孔单响、逐孔起爆”技术，采用密码控制起爆，实现起爆系统与电子雷管双向通讯，具备高安全、高可靠、高精度特点。
电子雷管是应用微电子技术、数码技术、加密技术等方式，实现延时、通讯、加密、控制等功能的工业雷管。已在露天矿山中深孔、隧道、地下巷道、爆破拆除、特种爆破、水下和城镇复杂环境控制等爆破工程得到广泛应用。
一、工程概况
赣深客运铁路牛角窝隧道与联络线牛角窝隧道全段并行，与联络线牛角窝隧道同步施工，两并行隧道之间中间岩柱厚度仅约4.28m。根据《牛角窝隧道及联络线牛角窝隧道设计图》显示：隧道围岩为燕山期花岗岩全～弱风化。牛角窝隧道DK357+604.5～DK357+745段、联络线牛角窝隧道HBSDK8+585.32～HBSDK8+430.82段原设计为暗挖隧道和明挖洞门。
根据现场实际情况，综合考虑节约工程投资、明洞施工周期和架梁工期，牛角窝隧道DK357+604.5～DK357+745段、联络线牛角窝隧道HBSDK8+585.32～HBSDK8+444.82段，不具备暗挖施工条件。牛角窝隧道进口、联络线牛角窝隧道出口暗挖段改为明挖爆破施工，爆破施工共有导爆管雷管和数码雷管两种起爆方式，通过试验确定对于不同矿岩性质的区域其相对应最佳的微差爆破延期时间和最优起爆方式。
二、导爆管雷管及数码雷管试验对照
为了对导爆管雷管及数码雷管各参数的比较，现在对牛角窝明挖路基区域内的同一地段进行爆破现场试验，对批次雷管性能检测基础上，选择以65个设计孔深为7m、孔径90mm、设计装药36kg进行试验，孔网参数2.5×3㎡，地质花岗岩为主；试验分别使用7m脚线数码电子雷管与高精度导爆管雷管进行起爆，在同距离爆区后测方250m处设置爆破振动监测点，以便爆破时对振动波数据进行实时监测收集。一号试验爆区炮孔使用7m 脚线数码电子雷管，孔间延时时间设定为 15ms和 45ms，起爆点炮孔初始起爆时间设定为150ms起，每孔使用一发雷管，底部装药36kg；二号试验爆区炮孔使用7m 脚线导爆管雷管，雷管段别选用15段，该段别雷管固定延期时间150ms，每孔内使用一发雷管，孔外以5段和7段导爆管雷管连线（其固定延期时分别为 15ms 和 45ms）底部装药 36kg ；结合上述两组试验条件，在全参数要素基本相同的情况下，仅是使用雷管类型不同，通过爆后观察爆堆情况以及测振仪器收集到数据、两组不同振动波形图可看出明显的差异，数码电子雷管，质点振动振幅及振动速度均远低于导爆管雷管，且振动主频峰值到达的间隔时间明显叫导爆管雷管的长，
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三、数码雷管在工程应用中的优势
（1）从雷管的使用数量上看，使用高精度导爆管雷管每个孔孔外仍然需要使用一枚雷管进行孔间连接 ；而使用电子数码雷管，孔外只需要将孔内雷管脚线上的线卡直接连接在组网的起爆母线上即可，无需使用多余的雷管进行连接。
（2）雷管延期时间及精度比较。使用两种雷管均能做到微差逐孔起爆，但从延期时间的精度来看，因数码电子雷管使用内置微型电子芯片作为发火延期体，运用高科技数字。化控制延时时间，比高精度导爆管雷管的采用普通化学材料作为发火延期体的延时时间更为精确，误差值更小。
（3）目前使用的高精度导爆管雷管，受到段别的限制，只能局限性的使用其段别的固定延期时间。这些固定的延时时间不一定是该区域微差爆破最理想的延期时间。在最佳微差时间范围内，使用电子数码雷管是完全可以任意设定微差延时时间的，在实际生产爆破中可以在该范围内调节以达到最佳点，从而最大限度的提高爆破质量。与数码电子雷管相比，高精度毫秒延时导爆管雷管是不具备此能力的，它的爆破延时时间已经固定不能进行调节。相比之下，数码电子雷管在高精度任意设定延时时间方面有着不可替代的优势和能力。
（4）爆破振动的对比分析。虽然现目前使用高精度毫秒延时导爆管雷管进行微差爆破也可以做到逐孔起爆，但是牛角窝路基采用大孔径中深孔爆破方式作业，其单孔装药量大，爆破时产生的爆破振动对边坡的破坏影响也较为突出。
（5）可追溯性强。电子雷管及其起爆系统实现了现场实时注册、检测、授权、时间设置、密码控制、APP软件+后台系统平台数据交互、GPS或北斗定位、爆破信息数据实时上传。能够做到电子雷管全流程、全领域过程控制；对雷管流向和使用实现“事前控制、事后追溯”。
四、成本分析
起爆器材消耗量及的成本对比。牛角窝明挖路基雷管使用量约为6000枚计算，若使用电子数码雷管则可以节省三分之一的雷管用量，约合4000枚。现目前使用的高精度导爆管雷管单价平均为10元/枚，消耗雷管的经济成本为6万元。而数码电子雷管的单价同样为20元/枚，若使用数码电子雷管，则雷管直接经济成本为8万元。
另外，由于使用数码电子雷管可减少穿孔量，则使用雷管的数量上还可以进一步减少。减少比例为11.4%，减少雷管的数量为 6000×2/3×11.4%=456（枚）。进一步减少消耗雷管的经济成本为20×456=0.91（万元）。
炸药消耗量及成本对比。按上述计算结果，铜曼采场炸药单耗降比为 11.4％，若牛角窝路基爆破石方总量不变的情况下，按炸药消耗量 30t左右进行估算，则使用数码电子雷管可减少炸药用量合计为：30*11.4%=3.42（t）。
另外使用数码电子雷管还可以避免由于爆破质量差而带来的二次穿孔爆破的炸药用量和穿孔工程量。按照以往统计以3%的二次穿孔爆破比例计算，其减少量合计为：30*3%=0.9（t）；则，每年可降低炸药用量合计为：3.42+0.9=4.32（t）。现目前每吨炸药的总成本（包括炸药运输、储存及劳务工程服务费用）为13500 元/t。使用数码电子雷管爆破，则每年可减少炸药的直接经济成本为1.35×4.32=5.83（万元）。
高精度毫秒延时导爆管雷管相较数码电子雷管而言，哑炮比例较高，导致现场石块较大，需要破碎锤配合施工，相较于同时爆破1万方石方，使用数码电子雷管工期能提前30%。若牛角窝路基爆破石方总量不变的情况下，按工期5个月左右进行估算，工期能节省45天，破碎锤的月租38000元/月（含司机及进场费用），则可减少机械经济成本 3.8×2 =7.6（万元）。
综上所述使用数码电子雷管可节约7.6+5.83-2=11.43（万元）
结语
通过对牛角窝露天路基爆破在同一试验平台区域、相邻区域和相同的最大单孔装药量的两次爆破作业在相同的四个监测点对爆破振动进行监测后发现 ：和使用导爆管雷管相比，在相同的爆心距，使用数码电子雷管的爆破振动速度较小；使用数码电子雷管能够有效的降低爆破振动速度，改善单孔爆破振动波的叠加情况，提高振动信号的主振频带，在一定程度上提高高边坡的安全允许爆破振动速度，也可以在一定程度上降低爆破振动引起矿山边坡岩体共振的几率，避免危险的发生。根据实际数据统计，取得显著效果的同时，也创造了较大的经济效益。炸药、雷管、机械等的直接成本消耗就节省约11.43万元。若持续推广应用该型数码电子雷管，预计每年可节约合443.8 万元的爆破总成本。
实践验证，数码电子雷管可明显改善破碎块度、增加抛掷距离、减少爆破振动、有效降低爆破单耗、减少钻孔数量，而且使用数码电子雷管避免出现大量地面传爆雷管，提高爆破作业安全性，简化起爆网路施工操作，在提高炸药能量利用率，提高工程爆破综合效益方面具有很大潜力。不仅提高效率节约了成本，保证了架梁工期，而且为今后的露天爆破积累了宝贵的施工经验。
参考文献：
【1】李杰，余红兵，张亮等高精度 JR数码电子雷管在露天矿山开采中的应用 [J].化工矿物与加工，2017(3):49-52.
【2】陈建.电子雷管在复杂环境下菱镁铁矿露天爆破开采中的应用 [J].露天采矿技术，2017,33(11):26-29.