導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與分析

 引言
由于受爆破器材性能的限制，逐孔起爆技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中一直都沒有取得令人滿意的效果。但是最近幾年特別是高精度雷管出現(xiàn)后，我們才慢慢的對這種技術(shù)關(guān)注起來，從逐孔起爆的理論和一些實(shí)驗(yàn)效果來講，這項技術(shù)應(yīng)該是礦山開采，大空間臺階爆破和其他的一些相關(guān)爆破領(lǐng)域的主要的發(fā)展方向，該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是以新型爆破器材——高強(qiáng)度和高精度導(dǎo)爆管雷管為依托的。
1 概述
高強(qiáng)度、高精度導(dǎo)爆管事實(shí)現(xiàn)逐孔起爆的技術(shù)關(guān)鍵，為盡快發(fā)展該技術(shù)，國內(nèi)一些爆破器材研究單位已經(jīng)開始研制這一技術(shù)，并取得了一些成果。如澳瑞凱高精度導(dǎo)爆管雷管由民營合資企業(yè)澳瑞凱（威海）爆破器材有限公司生產(chǎn)，使用溫度范圍為-40～180℃，抗拉強(qiáng)度為45kg，耐摩擦、抗沖擊、抗靜電危害。采用三段延期體技術(shù)確保了延期準(zhǔn)確，精度誤差±MS。地表采用不同時間延期雷管，地表延期雷管為9MS（綠色），17MS（黃色），25MS（紅色），42MS（色），65MS（藍(lán)色），100MS（黑色），方便區(qū)分和檢查，該技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。
1.1 高強(qiáng)度導(dǎo)爆管雷管 高強(qiáng)度導(dǎo)爆管是具有一定的抵抗外部干擾能力，因?yàn)樵诂F(xiàn)場施工中，導(dǎo)爆管將不可避免的受到人為的拉扯，石頭的磨損，及裝藥機(jī)的撞擊，溫度環(huán)境的變化和車輪的碾壓等外來因素的影響[1，2，3]，導(dǎo)爆管做為非點(diǎn)起爆系統(tǒng)的重要元件之一，決定了起爆網(wǎng)絡(luò)的可靠性。按照目前的分類方法，可以分為地表網(wǎng)絡(luò)用和孔內(nèi)延期用兩種，其中地表網(wǎng)絡(luò)雷管用高強(qiáng)度導(dǎo)爆管應(yīng)具備抗水、抗拉、抗磨和耐折損性等性能，而孔內(nèi)延期用高強(qiáng)度導(dǎo)爆管具備這些性能外，還應(yīng)具備耐油及耐溫性能。
1.2 高精度導(dǎo)爆管雷管 雷管的延期時間的精度是逐孔起爆技術(shù)的核心部分，然而在這一方面我國和國際水平存在著較大的差距。國內(nèi)民爆器材廠家經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，從延期藥的反應(yīng)機(jī)理入手選擇硼-鉻酸鋇（B-BaCrO4）作為延期藥劑。對硼鉻酸鋇延期藥劑的配方設(shè)計、合格硼鉻酸鋇延期藥劑的制備工藝、延期體的加工工藝、延期體與導(dǎo)爆管的裝備四個方面影響導(dǎo)爆管延時精度的關(guān)鍵因素加以研究，判斷和優(yōu)化延期藥劑的配比，規(guī)范細(xì)化延期體加工工藝、強(qiáng)化延期體與導(dǎo)爆管裝備技術(shù)指標(biāo)進(jìn)而提高其延期精度。研究結(jié)果表明：硼-鉻酸鋇（B-BaCrO4）延期藥的預(yù)點(diǎn)火反應(yīng)時固-固相反應(yīng)，著火反應(yīng)為延期藥燃燒的主反應(yīng)，是一個氣—固反應(yīng)。硼-鉻酸鋇延期藥的延時精度高，長貯穩(wěn)定性好。當(dāng)硼-鉻酸鋇配比為14.6/85.4（wt%）時，在其理論上的零氧平衡附近，藥量具有最大的燃速和燃燒反應(yīng)熱。
2 導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)的基本連接方式
導(dǎo)爆管雷管起爆是目前逐孔起爆和拆除爆破中使用的最多的網(wǎng)絡(luò)。以下是在設(shè)計時用的六種常見的網(wǎng)絡(luò)[4]
2.1 傳爆元件組成的復(fù)式捆聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)的每個藥包中用一發(fā)導(dǎo)爆管雷管，將每個藥包中引出來的導(dǎo)爆管直接捆綁在兩發(fā)導(dǎo)爆管傳爆雷管上組成順序式網(wǎng)絡(luò)。導(dǎo)爆管傳爆雷管可以采用瞬發(fā)雷管，也可以采用毫秒雷管。采用瞬發(fā)導(dǎo)爆管雷管時，各藥包將基本依照藥包中導(dǎo)爆管段別的時間起爆；當(dāng)采用毫秒導(dǎo)爆管雷管作為順序式網(wǎng)絡(luò)的傳爆雷管時，就組成了接力式捆聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
2.2 接力式捆聯(lián)網(wǎng)路 接力式捆聯(lián)網(wǎng)路是在工程爆破中使用較多的常用的起爆網(wǎng)路。它以延時導(dǎo)爆管雷管作為傳爆元件，將網(wǎng)絡(luò)順序連接下去，當(dāng)每經(jīng)過一個點(diǎn)，其后的連接藥包的起爆時間就滯后一定時間，整個網(wǎng)絡(luò)的藥包按一定時差一個（組）一個（組）的順序起爆所示，因此成為接力式網(wǎng)路。接力式網(wǎng)路的連接方式為捆聯(lián)，即直接將導(dǎo)爆管用膠布捆接在傳爆雷管上。一般接力網(wǎng)路采用雙雷管連接。在接力式網(wǎng)路中，通?？變?nèi)采用一種段別的導(dǎo)爆管雷管，連接1～2種段別的導(dǎo)爆管雷管，由于導(dǎo)爆管雷管段別少，為施工帶來了許多的便利。
接力式的網(wǎng)路可采用直條式，也可采用樹杈式，網(wǎng)路有一主路，同時在接力點(diǎn)各方向的岔路在接力傳播，主路和岔路中的傳播雷管可采用同一段別，也可采用不同段別。根據(jù)目前國產(chǎn)延期雷管的精度及延期時間離散情況，采用4排炮孔的點(diǎn)燃陣面比較的合適，一般孔內(nèi)和孔外導(dǎo)爆管雷管可按照表1進(jìn)行組合。
2.3 網(wǎng)絡(luò)型接力式捆聯(lián)網(wǎng)路 網(wǎng)絡(luò)型接力式捆聯(lián)網(wǎng)路是在接力式捆聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高起爆網(wǎng)絡(luò)的可靠性發(fā)張起來的。網(wǎng)絡(luò)型接力式捆聯(lián)網(wǎng)路的連接形式是：孔內(nèi)高段位雷管起爆藥包，孔外低段位雷管接力式捆聯(lián)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，中段位雷管網(wǎng)絡(luò)型布置進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)保險。用做網(wǎng)絡(luò)保險的中段位雷管，與用作接力的低段位雷管在標(biāo)稱的延期時間上應(yīng)該有整數(shù)倍的關(guān)系，并由此安排網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)，保證整個網(wǎng)絡(luò)延期時間的正確。
在類似于網(wǎng)絡(luò)接力式捆聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的還有單向排間搭接網(wǎng)絡(luò)：間隔一定的節(jié)點(diǎn)數(shù)，由第一排依次向后排進(jìn)行搭接，搭接雷管段別與排間傳爆雷管段別一致。在不同的排間同時起爆的導(dǎo)爆管雷管之間，利用瞬發(fā)導(dǎo)爆管雷管，還可以由后排向前排搭接，可以實(shí)現(xiàn)雙向排間搭接。
2.4 復(fù)式交叉捆聯(lián)網(wǎng)路 復(fù)式交叉捆聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在復(fù)式捆聯(lián)網(wǎng)路的基礎(chǔ)上對傳爆部分進(jìn)行了交叉搭接，使主傳爆部分由雙股加強(qiáng)成四股，采用這種網(wǎng)路經(jīng)實(shí)踐證明是可靠的，有保障的。
2.5 雙復(fù)式交叉捆聯(lián)網(wǎng)路 在每個藥包中放置兩個導(dǎo)爆管雷管，將會引出孔外的導(dǎo)爆管分開并各自分組捆聯(lián)在2發(fā)導(dǎo)爆管傳爆雷管上，再將各組的2發(fā)導(dǎo)爆管傳爆雷管組合成復(fù)式交叉網(wǎng)絡(luò)連接到起爆點(diǎn)。這種網(wǎng)絡(luò)耗用的導(dǎo)爆管雷管較多，一般用在藥量較少，風(fēng)險程度高的爆破當(dāng)中。
2.6 網(wǎng)絡(luò)式閉合起爆網(wǎng)路 網(wǎng)絡(luò)式閉合網(wǎng)路利用閉合導(dǎo)爆管網(wǎng)路，把整個爆破區(qū)域的藥包通過連接技巧組成格式的網(wǎng)路。網(wǎng)格式閉合網(wǎng)路的連接以插接為主，這與接力式捆聯(lián)網(wǎng)路有所不同。它比常用的雷管起爆網(wǎng)絡(luò)相比，其正確性、可靠性和安全性要高得多。在網(wǎng)絡(luò)的連接中，通過連接技巧可以把封閉的網(wǎng)格網(wǎng)路限擴(kuò)展，因此起爆藥包數(shù)量不受到限制。網(wǎng)絡(luò)連接簡單，檢查方便，無需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的計算，大大的節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)的連接時間。只需要掌握基本的技巧，任何爆破工都可以直接記性操作。
3 逐孔起爆的延期時間
3.1 起爆網(wǎng)絡(luò)的延期時間分析 在作業(yè)過程中，要實(shí)現(xiàn)逐孔起爆技術(shù)，一般有兩種方式：一是“孔間接力，排間段差”或者“排間接力，孔間段差”；二是在所有的孔內(nèi)裝同一段位的雷管，孔間和排間都用低段位雷管進(jìn)行接力。
“孔間接力，排間段差”就是在不同排數(shù)的孔內(nèi)放入不同段位的雷管，而在同一排炮孔內(nèi)放入相同段位的雷管，“排間接力，孔間段差”就是各排各孔之間依次放入不同段位的雷管，排間靠孔外接力雷管進(jìn)行微差時間間隔，而孔內(nèi)靠各段位的延期時間差值進(jìn)行微差間隔[5，6]。
假設(shè)某一炮孔從各點(diǎn)火雷管被引爆到孔內(nèi)雷管爆炸所需要的時間可以用下式來表示：Tab=tab+ ktc（1）
式中：Tab為第a排第b個炮孔被引爆所需要的時間；tab為第a排第b個炮孔內(nèi)雷管自身的延期時間；tc為接力雷管的延期時間；k為第a排第b個炮孔被引爆時的接力雷管的順序數(shù)。
如果網(wǎng)絡(luò)中某一個炮孔實(shí)際延期時間為Tab1，另外一個炮孔的實(shí)際的延期時間為Tab2，則結(jié)合式（1）可得：
Tab2-Tab1=tab2-tab1+（k2-k1）tc（2）
從上式可以看得出來，當(dāng)tab2-tab1與（k2-k1）tc兩者絕對值相等而符號相反時，Tab2-Tab1=0，兩個炮孔實(shí)際的延期時間相等，則出現(xiàn)兩個炮孔同時起爆的情況。
如果一個網(wǎng)絡(luò)中用于孔內(nèi)延期時間的任意兩個雷管的延期時間的差值是接力雷管延期時間的整數(shù)倍時，這個網(wǎng)絡(luò)中就有可能有兩個或者更多的炮孔同時起爆，就不能達(dá)到爆破安全的要求。
另外，由于生產(chǎn)技術(shù)的原因，雷管的延期時間有偏差的，同時考慮到導(dǎo)爆管在傳爆過程中需要考慮在傳爆過程中需要的時間因素（取2m/ms）。則在實(shí)際的使用過程中，隨著導(dǎo)爆管布線長度的增加，延期時間不能得到有效的控制，微差重合的幾率會大大增加，就不能做到真正的逐孔起爆。
3.2 合理的延期時間的選擇 總結(jié)國內(nèi)外這些年來，在研究機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了同排孔間的最佳延期時間為3～8ms左右，排間的最佳延期時間為8～15ms左右，可以達(dá)到最佳的爆破效果[7]。也可以通過計算機(jī)軟件的模擬來確定合適的延期時間，如圖1所示。
4 結(jié)論
①采用高精度，高強(qiáng)度導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行爆破作業(yè)時，不會出現(xiàn)炮孔之間延期時間重合的現(xiàn)象，通過對起爆網(wǎng)絡(luò)的分析，確定了合理的延期時間。②高精度，高強(qiáng)度導(dǎo)爆管雷管使逐孔爆破的效果得到了有效的保證。③采用高精度雷管的孔內(nèi)孔間微差順序爆破技術(shù)，可以使炸藥能量在巖體內(nèi)的分布更加合理，增加了巖石在破碎過程中的碰撞次數(shù)，破碎礦巖的塊度、粒度、松散度等得到了改善。