电子雷管在光面爆破中的应用_高朋飞.pdf

电子雷管在光面爆破中的应用 高朋飞 1， 2 金鹏 2 杨翎 2 马立飞 2 （1. 安徽理工大学土木工程学院， 安徽 淮南232001； 2. 安徽江南爆破工程有限公司， 安徽 宣城 242300） 摘要针对光面爆破后的边坡光滑稳定及爆破后石料破碎块度均匀的要求， 以温州绕城高速公路路堑开挖 爆破工程为背景， 对比测试了电子雷管和导爆管雷管的延时精度， 并进行了电子雷管并联起爆网络和导爆管雷管复 式起爆网络的光面爆破试验， 比较2种雷管爆破后的石料块度， 研究了电子雷管在光面爆破及石料块度控制方面的 应用。试验结果表明 电子雷管延期时间的标准差、 极差和延时误差均比导爆管雷管小， 延期性能优于导爆管雷 管。采用电子雷管进行光面爆破， 爆破后的边坡表面平整， 光爆孔清晰， 效果好， 且爆破得到的石料块度大部分集中 在10～450 mm， 块度均匀， 能较好地满足工程需求。 关键词爆破工程电子雷管导爆管雷管光面爆破 中图分类号TD235文献标志码A文章编号1001-1250 （2018） -12-056-05 DOI10.19614/ki.jsks.201812010 Application of Electronic Detonator to the Smooth Blasting Gao Pengfei1， 2Jin Peng2Yang Ling2Ma Lifei2 （1. School of Civil Engineering and Architecture， Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China； 2. Anhui Jiangnan Blasting Engineering Co.， Ltd.， Xuancheng 242300， China） AbstractIn order to obtain smooth and stable slopes and uni fragmentation of rock after smooth blasting， the de- lay accuracy of electronic detonators and nonel detonators were compared and tested， on the background of the cutting excava- tion blasting project of Wenzhou Ring Expressway. Smooth blasting tests on parallel initiation network of electronic detonators and compound initiation network of nonel detonators were also carried out. The rock fragmentations after blasting with two kinds of detonators were contrasted， and the application of electronic detonator in smooth blasting and the fragmentation con- trol was studied. The test results showed that the standard deviation，the range deviation and the error of delay time of elec- tronic detonator are smaller than those of nonel detonator， but its delay perance is better than that of nonel detonator. Af- ter smooth blasting by electronic detonator，the slope surface is smooth with clear blasting hole. The rock mass obtained by blasting mostly concentrate in 10～450 mm with uni fragmentation， which can better meet the needs of the project. KeywordsBlasting engineering， Electronic detonator， Nonel detonator， Smooth blasting 收稿日期2018-11-08 作者简介高朋飞 （1989） ， 男， 工程师， 硕士。 总第 510 期 2018 年第 12 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 510 December 2018 当前， 随着城市化进程的快速发展， 我国的公路 建设发展迅猛， 路堑开挖爆破工程越来越普遍 ［1-3］。 路堑开挖爆破工程要求爆破后的边坡光滑稳定， 破 碎块度能够满足路基用石料要求， 这就要求起爆用 的雷管要有较高的延迟精度， 传统的工业雷管段数 有限， 且延迟精度低， 在光面爆破工程中应用时， 使 得爆后岩壁平整度差， 围岩受爆破破坏大， 易产生大 块和根底， 带来爆破振动危害、 铲装和运输效率低下 等诸多问题 ［4-5］。电子雷管具有延时精度高， 段别精 确误差可控等优点在城市密集建筑群下低振速爆 破， 深孔微差爆破中得到较大的应用 ［6-8］， 有效降低爆 破振动危害。但是电子雷管在光面爆破， 控制爆后 石料块度， 改善爆破效果中的应用报道较少。 本研究以温州绕城高速公路路堑开挖爆破工程 为背景， 运用电子雷管并联起爆网络和导爆管雷管 复式起爆网络进行了光面爆破试验， 比较2种雷管起 爆后的石料块度， 讨论电子雷管在光面爆破及石料 块度控制方面的应用。 1工程概况 1. 1工程概述 温州绕城高速公路是温州大都市区的交通主骨 架， 是关系到能否实现都市区半小时交通圈的关键 56 ChaoXing 性工程。它起于鹿城区仰义街道， 接金丽温高速公 路， 与绕城北线相连， 终点位于阁巷镇东， 设阁巷枢 纽连接甬台温高速复线， 路线全长56.334 km。工程 线路位于浙南沿海丘陵平原与浙南中山区交叉地 区， 起点属于瓯江南岸海积平原， 随后在仰义郭溪 段以隧道穿越低山丘陵； 路线中段沿条带状海积平 原及中低山坡麓南行穿越开阔的飞云江海积平原， 最后路线折向东穿越低山丘陵哑口进入地势低洼平 坦、 水网密布的滨海海积平原。总体划分为2种地 貌， 即侵蚀剥蚀低山丘陵区、 平原堆积区。 1. 2路堑工程的地质条件 根据设计要求， 本工程挖方路段均位于侵蚀剥 蚀丘陵区， 地形坡伏较大， 表部为残坡积地层， 下伏 基岩， 一般为硬质岩， 岩性主要有砂岩、 凝灰岩、 花岗 岩、 霏细斑岩等， 岩石抗风化能力强， 岩体完整性一 般较好， 路堑边坡坡率根据围岩条件不同设计取不 同的坡率， 全风化层1 ∶ 1.25、 强风化层1 ∶ 1.00、 中风化 层1 ∶ 0.5～1 ∶ 0.75、 微风化层1 ∶ 0.3～1 ∶ 0.5。本项目部 分区段路堑边坡开挖断面示意如图1所示。 1. 3路堑工程设计要求 本工程要求爆破后的边坡光滑稳定， 破碎块度 应满足路基用石料要求， 其包络线见图2， 具体爆破 开采料技术指标为 最大粒径dmax≤550 mm， 小于5.5 mm含量为＜15， 小于0.1 mm含量少于5， 路基填 筑碾压后指标 孔隙率n≤19， 干容重rd22.0 kN/m3。 2光面爆破方案的确定 根据工程设计要求， 通过对工程现场的实地考 察， 了解现场施工情况， 在既保证边坡光滑稳定又让 爆破石块料满足一定要求的情况下， 初步拟定采用 如图3所示光面爆破开挖以保证边坡的稳定性， 主爆 区采用连续装药的中深孔爆破， 接近边坡面的缓冲 区采用不耦合装药的光爆层孔缓冲爆破， 边坡面采 用不连续不耦合装药的光面爆破。 2. 1爆破参数的确定 依据上述光面爆破方案， 需要综合考虑地质情况、 雷管与炸药品种、 施工设备与工艺等因素进行爆破方 案设计。光面爆破的难点在于周边孔之间的互相贯 通， 并且彼此形成较为规则的半圆孔， 达到边坡面平整 规正， 对周边岩石扰动较小。为了达到设计要求和良 好的爆破效果， 设计了如表1所示爆破参数。 2. 2起爆网络参数的选择 光面爆破是一个动态断裂的过程， 爆破应力波 首先使炮孔周围产生初始径向裂纹， 然后在爆生气 体准静态压力作用下， 初始径向裂纹进一步扩展延 伸， 同时由于孔间的导向作用会使得孔间连线产生 应力集中现象， 这样就会在孔间连线产生裂纹， 而滞 后的高压气体膨胀作用使得孔间连线产生的裂纹全 部贯通成缝 ［9］。这其中最关键的技术就是让所有光 爆孔同时起爆， 以保证裂缝的形成和平整光滑， 所以 雷管延时参数的确定和起爆顺序的选择对光面爆破 效果影响甚大。根据爆破方案， 确定主爆孔和缓冲 孔采用排间间隔50 ms， 孔间间隔25 ms， 最后光爆孔 同时起爆的起爆网络。雷管品种可以选择非电导爆 管雷管或者电子雷管。当使用导爆管雷管起爆网络 时， 排间地表雷管用3段， 孔间地表雷管用2段， 孔内 高朋飞等 电子雷管在光面爆破中的应用2018年第12期 57 ChaoXing 雷管用13段 （650 ms） ， 组成复式起爆网络； 当使用电 子雷管起爆网络时， 由于电子雷管时间可以现场设 定， 所以每发电子雷管延时直接按起爆网络参数进 行设定， 组成并联起爆网络。 2. 3光面爆破方案选择电子雷管的理由 传统导爆管延期雷管采用延期药来实现延时功 能， 延时精度不高， 常会出现跳段、 盲炮事故， 延期时 间不能根据现场情况灵活设置， 难以实现起爆时序 的精确控制， 爆破效果差。电子雷管是采用电子控 制模块对起爆过程进行控制的雷管， 其实物及结构 见图4。如图4所示， 内置在管壳内部的电子控制模 块具备雷管起爆延期时间控制、 起爆能量控制功能， 内置雷管身份信息码和起爆密码， 能对自身功能、 性 能以及雷管点火元件的电性能进行测试， 并能和起 爆控制器及其他外部控制设备进行通信。因此， 它 具有延时精确、 延期时间设置灵活、 延期范围广、 组 网规模大、 信号传输距离长的优点。这些优点能更 好地实现爆破工程的时序控制与效果控制， 达到预 期的破碎效果及振动灾害控制。在光面爆破方案 中， 最关键的技术就是让所有光爆孔同时起爆， 以保 证裂缝的形成和平整光滑， 也就是说要求雷管的延 期精度越高越好， 这正是电子雷管比传统导爆管雷 管最具有优势的方面， 所以理论上光面爆破采用电 子雷管起爆网络能达到更好的爆破效果。 3电子雷管在光面爆破中的应用 3. 1电子雷管与导爆管雷管的延期性能比较 光面爆破的裂缝是否平整光滑与起爆时间的一 致性有重大关系， 有研究结果表明， 起爆时间一致性 越好， 裂缝的表面越平整越光滑。起爆网络中的参 数设定都是雷管的名义延时， 与其实际延时存在一 定的差别， 因此实验考察电子雷管和非电导爆管雷 管的实际延期时间对起爆网络中雷管的选用具有实 际指导意义。本研究分别测试了名义延时为25 ms、 50 ms和650 ms的电子雷管和非电导爆管雷管实际 延期时间， 采用延时误差来表示雷管的延期精度 ［10］， 每组25发， 测时结果如表2所示。 由表2可知， 在25 ms、 50 ms和650 ms名义延时 的测时结果中， 电子雷管的平均延时与名义延时更 接近， 电子雷管延期时间的标准差、 极差和延时误差 均比导爆管雷管的要小， 说明电子雷管的延期精度 比导爆管要高。电子雷管的延时标准差和极差普遍 较小， 变化不大， 导爆管雷管的延时标准差和极差随 着名义延时的增加而增大。这与它们的延期原理不 同有关， 电子雷管采用电子芯片延时， 延时准确度 高， 其延期性能主要由点火药头的延期精度决定， 而 导爆管雷管采用延期体中的延期药燃烧延时， 由于 燃烧的不稳定性会出现一定程度误差， 它从本质上 是无法避免的， 随着延期时间的增加， 这个误差会逐 渐增大， 所以呈现出导爆管雷管延期时间越大， 其延 时误差和极差也越大的现象。综上分析可知， 电子 雷管的延期时间一致性好， 精度高， 延期性能远远优 异于导爆管雷管的延期性能。 3. 2电子雷管对爆破块度的影响 鉴于电子雷管与导爆管雷管的延期时间一致性 相差较大， 本研究在地质条件和爆破方案相同的情 况下分别采用电子雷管并联起爆网络和导爆管雷管 复式起爆网络进行了爆破试验， 并对爆破后石块的 筛分结果进行了统计， 结果如图5所示。 由图5可知， 采用电子雷管起爆得到的爆破石料 块度大部分集中在10～450 mm， 其块度在上下包络线 之内， 能较好地满足工程需求。导爆管雷管起爆产 生的石料块度不均匀， 大块和小块较多。这是因为 电子雷管在起爆过程中延期时间与设计时间比较接 近， 能较好地进行应力波叠加， 能量均衡， 发挥出协 金属矿山2018年第12期总第510期 58 ChaoXing 同效应， 从而使岩石破碎均匀； 而孔内的13段导爆管 雷管因为延时极差较大， 起爆时间无法精确控制， 从 而导致有的部位能量密集产生大量小块， 进而导致 有的部位能量损失产生大块。试验结果表明， 电子 雷管由于延期精度高， 与设计延时较接近， 在爆破中 能获得更均匀的块度。 3. 3电子雷管与导爆管雷管光面爆破效果对比 本工程一个重要的指标是边坡的光滑稳定性， 它与光面爆破裂缝成型密切相关， 而裂缝的形成又 主要依靠邻孔之间同时起爆产生的径向冲击波和拉 伸应力波及爆生气体的共同作用。考虑到电子雷管 与导爆管雷管的延期时间一致性相差较大， 在同时 起爆的一致性上会有所差异， 因此研究了它们对光 面爆破效果的影响， 爆破后的边坡效果如图6所示。 从图6中可以看出， 采用电子雷管起爆网络爆破 后的边坡表面平整， 光爆孔清晰， 光爆效果较好， 而 采用导爆管雷管网络起爆的边坡表面凹凸不平， 光 爆孔模糊不清， 光爆效果较差。出现该现象的原因 在于光面爆破开挖方式中， 各邻孔之间的时间差越 大， 贯通裂缝的时间越长， 作用在切向上的爆炸荷载 时间也越长且越不均匀， 形成的裂隙越不平整， 甚至 时间差大于100 ms时， 如同各孔单独起爆形成凹凸 不平的壁面。当所有光爆孔同时起爆时， 会加速贯 穿裂缝的速度， 导致爆生气体的快速逸出， 从而减小 了爆炸荷载的作用时间， 形成平整的裂缝 ［11］。由于 电子雷管在650 ms时的极差只有5.06 ms， 一致性远 高于延时极差为44.70 ms的导爆管雷管， 所以它更容 易形成平整的裂缝。试验结果表明电子雷管起爆网 络比导爆管雷管起爆网络的光面爆破效果更好。 4结论 针对温州绕城高速公路路堑开挖爆破工程， 比 较了电子雷管并联起爆网络和导爆管雷管复式起爆 网络的光面爆破边坡效果和石料块度， 得出如下结 论 （1） 试验测试结果表明电子雷管的平均延时与 名义延时更接近， 电子雷管延期时间的标准差、 极差 和延时误差均比导爆管雷管小， 电子雷管的延期时 间一致性好， 精度高， 延期性能优异于导爆管雷管。 （2） 采用电子雷管起爆， 起爆过程中延期时间与 设计时间比较接近， 爆破后得到的石料块度大部分 集中在10～450 mm， 块度均匀， 能较好地满足工程需 求。而采用导爆管雷管起爆， 起爆时间无法精确控 制， 爆破后产生的石料块度不均匀， 大块和小块较 多。 （3） 采用电子雷管起爆网络爆破后的边坡表面 平整， 光爆孔清晰， 光爆效果较好， 而采用导爆管雷 管网络起爆的边坡表面凹凸不平， 光爆孔模糊， 光爆 效果较差。 参 考 文 献 卿伟， 李由.新型爆破器材在关子岭大断面隧道施工中的应 用 ［J］ .重庆交通大学学报自然科学版， 2010， 29 （5） 700-704. 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