導爆管起爆網(wǎng)絡的設計與分析

 引言
由于受爆破器材性能的限制，逐孔起爆技術在實際應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關注起來，從逐孔起爆的理論和一些實驗效果來講，這項技術應該是礦山開采，大空間臺階爆破和其他的一些相關爆破領域的主要的發(fā)展方向，該技術的實現(xiàn)是以新型爆破器材——高強度和高精度導爆管雷管為依托的。
1 概述
高強度、高精度導爆管事實現(xiàn)逐孔起爆的技術關鍵，為盡快發(fā)展該技術，國內一些爆破器材研究單位已經(jīng)開始研制這一技術，并取得了一些成果。如澳瑞凱高精度導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，使用溫度范圍為-40～180℃，抗拉強度為45kg，耐摩擦、抗沖擊、抗靜電危害。采用三段延期體技術確保了延期準確，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（藍色），100MS（黑色），方便區(qū)分和檢查，該技術已經(jīng)達到了國際領先水平。
1.1 高強度導爆管雷管 高強度導爆管是具有一定的抵抗外部干擾能力，因為在現(xiàn)場施工中，導爆管將不可避免的受到人為的拉扯，石頭的磨損，及裝藥機的撞擊，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]，導爆管做為非點起爆系統(tǒng)的重要元件之一，決定了起爆網(wǎng)絡的可靠性。按照目前的分類方法，可以分為地表網(wǎng)絡用和孔內延期用兩種，其中地表網(wǎng)絡雷管用高強度導爆管應具備抗水、抗拉、抗磨和耐折損性等性能，而孔內延期用高強度導爆管具備這些性能外，還應具備耐油及耐溫性能。
1.2 高精度導爆管雷管 雷管的延期時間的精度是逐孔起爆技術的核心部分，然而在這一方面我國和國際水平存在著較大的差距。國內民爆器材廠家經(jīng)過反復的實驗，從延期藥的反應機理入手選擇硼-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、延期體與導爆管的裝備四個方面影響導爆管延時精度的關鍵因素加以研究，判斷和優(yōu)化延期藥劑的配比，規(guī)范細化延期體加工工藝、強化延期體與導爆管裝備技術指標進而提高其延期精度。研究結果表明：硼-鉻酸鋇（B-BaCrO4）延期藥的預點火反應時固-固相反應，著火反應為延期藥燃燒的主反應，是一個氣—固反應。硼-鉻酸鋇延期藥的延時精度高，長貯穩(wěn)定性好。當硼-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熱。
2 導爆管起爆網(wǎng)絡的基本連接方式
導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。以下是在設計時用的六種常見的網(wǎng)絡[4]
2.1 傳爆元件組成的復式捆聯(lián)網(wǎng)絡 網(wǎng)絡的每個藥包中用一發(fā)導爆管雷管，將每個藥包中引出來的導爆管直接捆綁在兩發(fā)導爆管傳爆雷管上組成順序式網(wǎng)絡。導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)導爆管雷管時，各藥包將基本依照藥包中導爆管段別的時間起爆；當采用毫秒導爆管雷管作為順序式網(wǎng)絡的傳爆雷管時，就組成了接力式捆聯(lián)網(wǎng)絡。
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。它以延時導爆管雷管作為傳爆元件，將網(wǎng)絡順序連接下去，當每經(jīng)過一個點，其后的連接藥包的起爆時間就滯后一定時間，整個網(wǎng)絡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，通常孔內采用一種段別的導爆管雷管，連接1～2種段別的導爆管雷管，由于導爆管雷管段別少，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)目前國產延期雷管的精度及延期時間離散情況，采用4排炮孔的點燃陣面比較的合適，一般孔內和孔外導爆管雷管可按照表1進行組合。
2.3 網(wǎng)絡型接力式捆聯(lián)網(wǎng)路 網(wǎng)絡型接力式捆聯(lián)網(wǎng)路是在接力式捆聯(lián)網(wǎng)絡基礎上，為了進一步提高起爆網(wǎng)絡的可靠性發(fā)張起來的。網(wǎng)絡型接力式捆聯(lián)網(wǎng)路的連接形式是：孔內高段位雷管起爆藥包，孔外低段位雷管接力式捆聯(lián)進行網(wǎng)絡連接，中段位雷管網(wǎng)絡型布置進行網(wǎng)絡保險。用做網(wǎng)絡保險的中段位雷管，與用作接力的低段位雷管在標稱的延期時間上應該有整數(shù)倍的關系，并由此安排網(wǎng)絡連接點，保證整個網(wǎng)絡延期時間的正確。
在類似于網(wǎng)絡接力式捆聯(lián)網(wǎng)絡的還有單向排間搭接網(wǎng)絡：間隔一定的節(jié)點數(shù)，由第一排依次向后排進行搭接，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爆管雷管之間，利用瞬發(fā)導爆管雷管，還可以由后排向前排搭接，可以實現(xiàn)雙向排間搭接。
2.4 復式交叉捆聯(lián)網(wǎng)路 復式交叉捆聯(lián)網(wǎng)絡在復式捆聯(lián)網(wǎng)路的基礎上對傳爆部分進行了交叉搭接，使主傳爆部分由雙股加強成四股，采用這種網(wǎng)路經(jīng)實踐證明是可靠的，有保障的。
2.5 雙復式交叉捆聯(lián)網(wǎng)路 在每個藥包中放置兩個導爆管雷管，將會引出孔外的導爆管分開并各自分組捆聯(lián)在2發(fā)導爆管傳爆雷管上，再將各組的2發(fā)導爆管傳爆雷管組合成復式交叉網(wǎng)絡連接到起爆點。這種網(wǎng)絡耗用的導爆管雷管較多，一般用在藥量較少，風險程度高的爆破當中。
2.6 網(wǎng)絡式閉合起爆網(wǎng)路 網(wǎng)絡式閉合網(wǎng)路利用閉合導爆管網(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)絡相比，其正確性、可靠性和安全性要高得多。在網(wǎng)絡的連接中，通過連接技巧可以把封閉的網(wǎng)格網(wǎng)路限擴展，因此起爆藥包數(shù)量不受到限制。網(wǎng)絡連接簡單，檢查方便，無需進行網(wǎng)絡的計算，大大的節(jié)約了網(wǎng)絡的連接時間。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)絡的延期時間分析 在作業(yè)過程中，要實現(xiàn)逐孔起爆技術，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”；二是在所有的孔內裝同一段位的雷管，孔間和排間都用低段位雷管進行接力。
“孔間接力，排間段差”就是在不同排數(shù)的孔內放入不同段位的雷管，而在同一排炮孔內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行微差時間間隔，而孔內靠各段位的延期時間差值進行微差間隔[5，6]。
假設某一炮孔從各點火雷管被引爆到孔內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)絡中某一個炮孔實際延期時間為Tab1，另外一個炮孔的實際的延期時間為Tab2，則結合式（1）可得：
Tab2-Tab1=tab2-tab1+（k2-k1）tc（2）
從上式可以看得出來，當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)絡中用于孔內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)絡中就有可能有兩個或者更多的炮孔同時起爆，就不能達到爆破安全的要求。
另外，由于生產技術的原因，雷管的延期時間有偏差的，同時考慮到導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）。則在實際的使用過程中，隨著導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 總結國內外這些年來，在研究機構和實驗的基礎上，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，可以達到最佳的爆破效果[7]。也可以通過計算機軟件的模擬來確定合適的延期時間，如圖1所示。
4 結論
①采用高精度，高強度導爆管雷管進行爆破作業(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)絡的分析，確定了合理的延期時間。②高精度，高強度導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孔間微差順序爆破技術，可以使炸藥能量在巖體內的分布更加合理，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。