电子雷管起爆技术研究进展与发展建议_冷振东.pdf

电子雷管起爆技术研究进展与发展建议DOI 10.15302/J-SSCAE-2023.07.001电子雷管起爆技术研究进展与发展建议冷振东 1,2，范勇 1，涂书芳 2，周桂松 2，郭一鸣 1（1.三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌 443002；2.中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆 401121）摘要：电子雷管提高了延期精度以及起爆网路设计的灵活性，可实现“生产 运输 储存 使用”全生命周期安全管控，成为民爆行业重点发展方向。本文从产品结构、应用场景、智能化水平、爆破设计理论、拒爆失效机理等方面着手，梳理了电子雷管起爆技术的发展现状，总结了系列化和标准化、智能化、短延时设计、大规模起爆网路等技术发展趋势；结合工程应用实践，凝练了复杂环境下拒爆现象频发、爆破应用研究脱节、产品类型单一、标准体系不健全等电子雷管起爆技术与应用问题。着眼民爆行业发展需求，提出了电子雷管起爆技术的重点研究方向：电子雷管精确延时控制爆破破岩理论，信息技术与电子雷管起爆技术融合，差异化的电子雷管产品体系，电子雷管标准体系。关键词：电子雷管；起爆技术；延期参数；设计理论；标准体系中图分类号：O384 文献标识码：AElectronic Detonator Initiation Technology:Research Progress and Development StrategiesLeng Zhendong 1,2,Fan Yong 1,Tu Shufang 2,Zhou Guisong 2,Guo Yiming 1(1.College of Hydraulic&Environmental Engineering,China Three Gorges University,Yichang 443002,Hubei,China;2.China Gezhouba Group Explosive Co.,Ltd.,Chongqing 401121,China)Abstract:Electronic detonators not only improve delay accuracy and the flexibility of initiation network design,but also realize the full lifecycle safety control of detonators from production to transportation,storage,and blasting operation.Therefore,electronic detonators are the key development direction of the civil explosive industry.This study summarized the development status of the electronic detonator initiation technology from the aspects of electronic detonators structure,application scenarios,intelligent level,blasting design theory,and failure mechanism.Our study indicates that electronic detonators will develop toward serialization and standardization,the electronic detonator initiation technology will develop toward more intelligence,the electronic detonator delay design theory will develop toward short delay,and the electronic detonator initiation network will develop toward a large scale.Based on engineering practices,we summarized the technological and application problems of electronic detonators,including frequent occurrence of misfire detonation,disconnection between detonation research and application,limited product types,and a defective standards system.Considering the demand of the civil explosive industry,we proposed the following key research directions:theories of precise delay-controlled blasting,integration of information technology with electronic detonator initiation,series of differentiated electronic detonator products,and standards systems of electronic detonators.Keywords:electronic detonator;initiation technology;delay timing;design theory;standard system收稿日期：2022-06-21；修回日期：2022-09-05通讯作者：范勇，三峡大学水利与环境学院教授，研究方向为工程爆破及岩石动力学；E-mail:资助项目：国家自然科学基金项目(51979152)；重庆市英才计划项目(cstc2022ycjh-bgzxm0079)本刊网址： 2023 年 第 25 卷 第 1 期一、前言民爆行业作为国家工程建设的基础性行业，产品广泛用于矿产资源开采、水电资源开发、基础设施建设、爆炸加工等领域，是基础工业的基础、能源工业的能源。雷管是爆破工程的重要起爆材料，用于产生起爆并据此引爆各种炸药及导爆索、导爆管等。工业和信息化部“十四五”民用爆炸物品行业安全发展规划（2021年）提出，全面推广电子雷管，严格执行工业雷管减量置换为电子雷管政策。相关政策将促进民爆器材产品结构的大调整，也将引导工程爆破技术的新变革。电子雷管采用电子控制模块取代传统雷管中的延期药和点火装置，延期精度可控制在1%（或1 ms）以内，现场可灵活设置延期时间，为控制爆破振动、优化破碎效果提供了技术条件。早在1988年，国内相关企业采用电子计数器取代化学延期体研制了第一代电子雷管，但不具有在线编程、在线检测、数据交互等功能。2009年，“隆芯1号”电子雷管在多次爆破作业中获得成功应用1，标志着国产新一代电子雷管投入工程应用。经过10余年发展，国产电子雷管的芯片设计、抗电磁干扰、发火可靠性、信号传输、大规模组网检测等技术取得突破2，支持产品量产，性能指标达到国际先进水平。同时，针对社会治安管控的严格要求，电子雷管产品的管壳码、用户编码、起爆密码“三码合一”，便于“生产 运输 储存 使用”全生命周期安全管控。“十四五”时期，我国电子雷管使用量将超过8108发/年，直接产值超过170亿元，带动上游原材料、下游爆破施工服务产值超过500亿元。由电子雷管起爆技术带来的社会安全、环保效益、爆破施工降本增效等价值也极为突出。国内外学者在电子雷管起爆技术及应用方面开展了持续且富有成效的研究，发展了孔间微差干涉减震3、错相减振4、孔间短延时应力波叠加破岩5、孔内爆轰波碰撞强化破岩6、基于多普勒效应的振动频率调控7等技术。但整体来看，基于电子雷管的精确控制爆破理论研究明显滞后于工程实践需求。一些省份在前期试点推广过程中发现，电子雷管拒爆率较高、爆破设计理念未能及时革新、产品种类单一、技术标准不健全等问题，制约着电子雷管的预期应用成效。全面梳理电子雷管起爆技术的发展现状，深刻剖析电子雷管在全面推广过程中的技术应用壁垒，精准布局电子雷管起爆技术未来重点研究方向，是我国民爆行业高质量发展的基本前提。针对于此，本文从发展现状、趋势提炼、问题剖析等角度开展电子雷管起爆技术研究综述，并就行业发展提出应对建议，以期为电子雷管技术攻关、工程应用以及行业管理研究提供基础参考。二、电子雷管起爆技术发展现状（一）产品结构不断优化电子雷管具有多种结构类型（见图1），近年来国内产能快速增长，基本替代了进口产品。2021年，全国电子雷管生产企业有28家，许可产能为5.35108发；实际产能从2016年的1.79106发增长至2021年1.64108发8，居世界首位。得益于行业主管部门的积极推动，电子雷管的产品结构也在快速调整；“十三五”时期，电子雷管在工业雷管总量中的占比快速增长，由2015年的0.1%增长到2021年的18.43%（见图2）。图1不同类型雷管的结构示意图图2我国工业雷管品种结构分布（2021年）143电子雷管起爆技术研究进展与发展建议（二）应用场景不断丰富近年来，随着电子雷管技术成熟度的提高，电子雷管应用场景不断丰富，使用环境由小型露天爆破快速拓展至大型露天爆破、隧道掘进、孔桩爆破、井下非煤矿山、拆除爆破（如危楼、桥梁、水工建筑物）等工程领域。1.水利水电工程2006年，中国葛洲坝集团易普力股份有限公司在国内首次引进国外电子雷管产品，成功用于三峡工程三期碾压混凝土（RCC）围堰拆除爆破（见图3）；拆除总量为1.867105 m3，电子雷管用量为2506发，总延期时间为12.888 s。此后，向家坝水电站二期围堰9、杨房沟水电站坝基开挖10、大渡河双江口水电站料场爆破11、刘家峡水电站岩塞爆破、银江水电站边坡开挖、白鹤滩水电站进水口爆破等水利水电工程的重要部位施工，均使用了电子雷管起爆技术。工程应用表明，电子雷管相比传统雷管，在大规模起爆网络设计、现场操作便捷性方面具有优势，耐水性、抗压性表现良好。2.露天矿山爆破目前，电子雷管广泛应用于各类露天矿山爆破施工（如铁矿、金矿、铜矿、石灰石矿等矿山1215，见图4），顺利突破了极寒、高海拔等复杂环境下的应用瓶颈。无论是破碎效果，还是爆破振动控制，电子雷管都明显优于导爆管雷管。国产电子雷管在露天矿山爆破中的拒爆率可控制在0.3以内。3.地下爆破近年来，电子雷管在隧道掘进、井下非煤矿山巷道掘进方面的应用趋势明显1618。然而，多数施工单位在地下爆破中使用电子雷管时，基本沿用了导爆管雷管的设计与施工模式，现场操作使用依然繁琐。电子雷管拒爆问题成为制约地下爆破应用拓展的主要因素，这是因为各厂家的电子雷管产品质量参差不齐，部分产品在小断面隧道爆破开挖中的拒爆率高达5，影响了施工作业安全和工程进度。4.拆除爆破电子雷管的应用场景正在向拆除爆破方面延伸。20192021年，我国采用电子雷管进行的桥梁和楼房拆除爆破项目超过83个，如吉安市赣江特大桥爆破拆除、无锡市正星广场爆破拆除、襄阳市汉江沉管隧道预制场坞门爆破拆除等。相关项目较多采用电子雷管、导爆管雷管混合网路1922，发挥了两种雷管的优点：前者延期精度高且可实现“断线起爆”，后者具有“无限”扩展能力。2021年6月，攀枝花市米易县安宁河大桥成功爆破拆除，爆破采用了电子雷管长延时连锁解体、不均匀沉降错位解体塌落的爆破网路设计方法（见图5），保证了周围环境安全。（三）智能化水平不断提升电子雷管起爆系统与物联网、大数据等信息技术融合程度不断加深，爆破设计软件、注册机的数据传输壁垒也已解决，实现了雷管延期时间的批量自动设定、非接触注册编码等功能（见图6）；改善了操作快