鄭 華 兵, 鄭 道 明, 陳 維
(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610072)
我國(guó)在水下巖塞爆破工程中采用電雷管起爆系統(tǒng)已近40多年,在施工中結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況,也成功應(yīng)用電雷管起爆系統(tǒng)完成了17例巖塞爆破并取得一些成功經(jīng)驗(yàn),常規(guī)的毫秒電雷管引爆炸藥是國(guó)內(nèi)巖塞爆破中最常用的方法。由于毫秒電雷管在使用中存在諸多安全問(wèn)題,即:毫秒電雷管在加工與裝填時(shí),在有較強(qiáng)電磁場(chǎng)和雷雨天氣、施工現(xiàn)場(chǎng)存在雜散電流的工況下,對(duì)電雷管的爆破安全和現(xiàn)場(chǎng)施工人員的安全存在較大的隱患;同時(shí),在大型巖塞爆破中采用毫秒電雷管時(shí)突出的缺陷是起爆網(wǎng)路較復(fù)雜,接線時(shí)只要有一個(gè)接頭未聯(lián)好,都會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)路的起爆,而且需要通過(guò)網(wǎng)路計(jì)算,對(duì)各條支路進(jìn)行電阻平衡,必須確保全部雷管安全可靠的起爆。所以,在設(shè)計(jì)和施工中采取措施確保電雷管起爆系統(tǒng)的安全、可靠起爆就顯得尤為重要,也是直接關(guān)系到巖塞爆破成功的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
為了解決巖塞爆破時(shí)起爆系統(tǒng)的準(zhǔn)爆、防雜散電流、簡(jiǎn)化起爆網(wǎng)路的問(wèn)題,在響洪甸抽水蓄能電站工程巖塞爆破中,應(yīng)用電磁毫秒電雷管,有效地解決了水下巖塞爆破電雷管起爆系統(tǒng)安全可靠的問(wèn)題,同時(shí)簡(jiǎn)化了復(fù)雜的聯(lián)網(wǎng)方式。隨著三峽水利樞紐碾壓混凝土圍堰拆除時(shí)引進(jìn)了國(guó)外的數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng),開(kāi)啟了數(shù)碼電子雷管在水利水電工程施工爆破中使用的先例。數(shù)碼電子雷管是具有高可靠性、高精確性、高安全性、具有雙線制雙向無(wú)極性組網(wǎng)通信功能、雷管在線檢測(cè)功能、長(zhǎng)延期時(shí)間范圍的新型高技術(shù)雷管產(chǎn)品。在貴州華電有限公司2×600 MW機(jī)組新建工程取水口巖塞爆破中,采用貴州久聯(lián)民爆器材發(fā)展股份有限公司生產(chǎn)的數(shù)碼電子雷管,解決了水下巖塞爆破起爆系統(tǒng)安全可靠的問(wèn)題,并為水下巖塞爆破又增加了一套安全、可靠、簡(jiǎn)易的起爆系統(tǒng)。
數(shù)碼電子雷管是一種新型起爆器材,該產(chǎn)品除具備一般毫秒電雷管的性能外,還具有以下特點(diǎn):
(1) 延期時(shí)間精確。普通延期雷管在名義延時(shí)1 000 ms時(shí)間段的誤差約為±100 ms,名義延時(shí)越高,誤差越大;數(shù)碼電子雷管在同時(shí)間段的誤差約為±3 ms,且名義延時(shí)升高時(shí)誤差變化很小。
(2) 不受段別限制。普通延期雷管因誤差大,在延期時(shí)間需要做段別劃分。既使進(jìn)行了段別劃分,仍然有竄段現(xiàn)象出現(xiàn)。在實(shí)際使用中,為防止竄段,將雷管跳段使用,使用時(shí)的配段受到一定限制。而數(shù)碼電子雷管可以按照爆破工程需要設(shè)置時(shí)間、無(wú)竄段,可在爆破施工中實(shí)現(xiàn)逐孔微差精確控制爆破。
(3) 數(shù)碼電子雷管具有良好的聯(lián)網(wǎng)可檢測(cè)性。而普通非電延期雷管在聯(lián)網(wǎng)完成后只能靠人工檢查,普通電延期雷管也只能用儀器做簡(jiǎn)單的通斷檢測(cè),在大規(guī)模網(wǎng)路連接中,無(wú)法用通斷檢測(cè)來(lái)判斷連接是否可靠。數(shù)碼電子雷管可對(duì)聯(lián)網(wǎng)雷管電腦系統(tǒng)對(duì)ID地址、延期時(shí)間進(jìn)行掃描,可以準(zhǔn)確獲得網(wǎng)路中每一發(fā)雷管的地址、延時(shí)時(shí)間值、運(yùn)行是否正常等,從而確??煽康钠鸨?/p>
(4) 極高的安全性。數(shù)碼電子雷管顛覆了傳統(tǒng)的雷管起爆方式,只有采用安全性極高的專用起爆器并經(jīng)過(guò)密碼驗(yàn)證后才能起爆。普通的電源如電池、交流電、直流電甚至220 V工頻電源均不能起爆數(shù)碼電子雷管,靜電、雜散電流、射頻電等均不會(huì)誤起爆數(shù)碼電子雷管。
(5) 延期時(shí)間。 數(shù)碼電子雷管可以根據(jù)用戶的自身要求在0~15 000 ms范圍內(nèi)自行設(shè)定,分段間隔不小子5 ms,延期時(shí)間的誤差不大于名義延時(shí)的±1%。
(6) 專用設(shè)備。 數(shù)碼電子雷管使用專用起爆器和專用控制器進(jìn)行起爆,每臺(tái)專用起爆器可以組網(wǎng)起爆100發(fā)電子雷管,每臺(tái)專用控制器可控制64臺(tái)專用起爆器同時(shí)起爆。
(7) 數(shù)碼電子雷管具有檢查功能。 用數(shù)碼電子雷管組成的起爆網(wǎng)路具有在線檢測(cè)功能,當(dāng)雷管裝入炮孔后,可以通過(guò)專用起爆器檢測(cè)到起爆網(wǎng)路內(nèi)的雷管數(shù)量、每發(fā)雷管的ID地址和延期時(shí)間。
(8) 其它指標(biāo):① 抗雜散電流能力。當(dāng)輸入2 000個(gè)頻率100 Hz、幅值10 V、占空比50脈沖信號(hào)雷管不發(fā)生爆炸。②靜電感度。數(shù)碼電子雷管在121 kV/2 000 pF的靜電條件下,對(duì)數(shù)碼電子雷管殼腳、兩極間放電,雷管均不發(fā)生爆炸。③抗高低溫性能。數(shù)碼電子雷管在氣溫70 ℃±5 ℃或-40 ℃±5 ℃環(huán)境下靜置2 h,其雷管能正常起爆。
國(guó)內(nèi)在1998年前施工爆破的18例巖塞爆破均采用電雷管起爆,電雷管價(jià)格便宜,購(gòu)買方便,但施工比較復(fù)雜,每條爆破網(wǎng)路的電阻必須平衡,雜散電流對(duì)電雷管影響很大,況且電雷管在施工中安全隱患大,施工強(qiáng)度高。而施工單位普遍使用的普通塑料導(dǎo)爆管雷管非電起爆技術(shù),其使用熟練、價(jià)格便宜、分段靈活,不受散雜電流和雷電影響。塑料導(dǎo)爆管雷管是水電行業(yè)爆破施工中最主要的爆破器材,但塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)也存在自身的缺陷,其主要缺點(diǎn)為:
(1) 延時(shí)誤差大: 塑料導(dǎo)爆管毫秒雷管ms1和ms2段雷管的延時(shí)為25 ms,測(cè)試中雷管ms1和ms2的誤差卻達(dá)到±10 ms;而ms15段雷管的延時(shí)是880 ms,但雷管誤差卻達(dá)到了±60 ms。由于雷管誤差大帶來(lái)了一個(gè)不容忽視的問(wèn)題:當(dāng)?shù)投卫坠芎透叨卫坠芙M合使用時(shí),高段雷管的誤差已超過(guò)低段雷管的延時(shí),若在巖塞爆破中使用,易導(dǎo)致起爆順序紊亂。
(2) 雷管延時(shí)的分布容易導(dǎo)致重段: 塑料導(dǎo)爆管毫秒雷管的延時(shí)順序是25 ms、50 ms、75 ms、110 ms、150 ms、175 ms....,延時(shí)中都有公約數(shù)5。當(dāng)爆破網(wǎng)路比較大時(shí),極容易重段。
(3) 塑料導(dǎo)爆管腳線抗拉強(qiáng)度偏小: 巖塞爆破炮孔較深并有一定上傾角度,孔中一般都有水存在,裝藥時(shí)非常困難并容易損壞塑料導(dǎo)爆管腳線,導(dǎo)致拒爆發(fā)生。
巖塞爆破追求一次爆通和成形,獲得最佳的拋擲方向和爆堆形狀,得到最佳的減震效果。巖塞爆破對(duì)起爆順序和起爆時(shí)間的準(zhǔn)確性要求很高,而傳統(tǒng)的電雷管和非電起爆系統(tǒng)難以滿足要求。為了保證爆破效果,盡量減小爆破振動(dòng)對(duì)取水口圍巖的影響,對(duì)孔間起爆時(shí)差提出了更高的要求,所以,塘寨工程巖塞爆破最終決定采用數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)。
塘寨火電廠引水隧洞雙取水口水下巖塞爆破采用排孔爆破方案,1#巖塞軸線與水平線的夾角為30°,巖塞內(nèi)口直徑為3.5 m、外口直徑為6.17 m,上沿厚度3.63 m、下沿厚度4.56 m,巖塞平均厚度4.095 m。2#巖塞軸線與水平線的夾角亦為30°,內(nèi)口直徑3.5 m,外口直徑6.02 m,上沿厚度3.97 m,下沿厚度4.31 m,巖塞平均厚度4.14 m。巖塞爆破的炸藥采用經(jīng)敏化劑敏化混合而成的乳化炸藥,雷管經(jīng)考察、測(cè)試和試用,最終選用了貴州久聯(lián)民爆器材發(fā)展股份有限公司生產(chǎn)的數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)。
(1) 數(shù)碼電子雷管的質(zhì)量檢測(cè): 巖塞爆破前,對(duì)選取用于本次爆破所用的電子雷管不同段位各3發(fā),分別把雷管在水中浸泡3 d后,把雷管從水中取出,用專用儀器測(cè)試電子雷管的延期時(shí)間精度及起爆可靠度。
(2) 導(dǎo)爆索在水中浸泡后起爆性能的檢測(cè): 浸泡前導(dǎo)爆索爆速不低于6 500 m/s,把導(dǎo)爆索放在水下浸泡3 d后取出,其爆速不低于6 000 m/s,浸泡后的導(dǎo)爆索能可靠傳爆和起爆炸藥,用導(dǎo)爆索與φ32藥卷相連接,用雷管起爆索導(dǎo)爆。
(3) 起爆網(wǎng)路模擬試驗(yàn): 為檢測(cè)所采用的爆破網(wǎng)路的可靠性,巖塞爆破前對(duì)實(shí)際爆破網(wǎng)路進(jìn)行了模似試驗(yàn)。為節(jié)約起爆器材,減少試驗(yàn)工作量,現(xiàn)場(chǎng)只進(jìn)行了實(shí)際網(wǎng)路的簡(jiǎn)化模擬,因?yàn)樵摵?jiǎn)化模似試驗(yàn)已能反映整個(gè)網(wǎng)路傳爆可靠性和實(shí)際延期時(shí)間。在試驗(yàn)時(shí),模擬網(wǎng)路的傳爆雷管、起爆雷管全部按設(shè)計(jì)的時(shí)間引爆,證明所采用的網(wǎng)路是可靠的。
巖塞爆破采用數(shù)碼電子雷管起爆方案,起爆順序?yàn)橹苓咁A(yù)裂孔首先起爆,形成預(yù)裂縫,然后中間掏槽孔藥包起爆,待巖塞中間貫通后,輔助爆破孔最后起爆,使巖塞最終爆通成型。預(yù)裂炮孔每孔中均裝兩發(fā)電子雷管和2根導(dǎo)爆索,其他爆破孔每孔中均裝1根導(dǎo)爆索,裝2發(fā)電子雷管。每個(gè)巖塞均分4段起爆,其中預(yù)裝孔為1段、掏槽孔分2段,輔助爆破孔分1段。
2#取水口巖塞爆破鉆孔參數(shù)、爆破參數(shù)和起爆網(wǎng)路和1#取水口巖塞相同。為減少爆破震動(dòng)效應(yīng),1#巖塞比2#巖塞滯后250 ms起爆。為了保證爆破安全,采用一臺(tái)起爆器同時(shí)擊發(fā)起爆。1#取水口巖塞爆破起爆網(wǎng)路見(jiàn)圖1。
圖1 1#取水口巖塞爆破起爆網(wǎng)路圖
設(shè)計(jì)確定掏槽孔藥包分為2段,輔助爆破孔分為1段,預(yù)裂孔分為1段。由于塘寨發(fā)電有限公司2×600 MW機(jī)組新建工程取水口巖塞爆破較小,爆破時(shí)分4段起爆即可,其中預(yù)裂孔為1段,掏槽炮孔分為2段,輔助爆破孔分為1段,掏槽孔(集中藥包)起爆分段編排情況見(jiàn)表1。
表1 藥包起爆分段編排表
塘寨電廠巖塞爆破采用貴州久聯(lián)民爆器材發(fā)展股份有限公司生產(chǎn)的智能電子雷管起爆系統(tǒng),該系統(tǒng)可任意設(shè)置延時(shí)時(shí)間,雷管的正負(fù)誤差能控制在1~2 ms以內(nèi),克服了其它起爆雷管存在的誤差問(wèn)題。巖塞爆破使用的雷管均為定制并具有較強(qiáng)的抗水能力。
電子雷管是起爆系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,爆破施工之前,在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)所有要使用的數(shù)碼電子雷管進(jìn)行了延期時(shí)間設(shè)置,可根據(jù)工程要求在0~15 000 ms范圍內(nèi)設(shè)定,分段間隔不小于5 ms。對(duì)巖塞爆破延期時(shí)間設(shè)計(jì)要結(jié)合巖塞爆破要求進(jìn)行,將設(shè)計(jì)的延期時(shí)間輸入到雷管中后,爆破網(wǎng)路已建成,建成的爆破網(wǎng)路必須遵循安全準(zhǔn)爆的原則。其各段的起爆時(shí)間如下: 預(yù)裂孔為0 ms,掏槽孔為98 ms、108 ms,輔助爆破孔為173 ms。
貴州省貴陽(yáng)市塘寨火電廠取水口工程的巖塞體布置掏槽集中藥包2層(排孔),共計(jì)12個(gè)孔,輔助爆破排孔12個(gè),周邊預(yù)裂孔36個(gè)。預(yù)裂孔每孔中用2根導(dǎo)爆索同時(shí)裝2發(fā)電子雷管,其它爆破孔每孔均下1根導(dǎo)爆索,也裝2發(fā)電子雷管。巖塞體分4段起爆。其中預(yù)裂孔為1段,掏槽孔分2段,輔助爆破孔分1段,各段的起爆時(shí)間為: 0 ms、98 ms、108 ms、173 ms。
起爆網(wǎng)路是巖塞爆破成敗的關(guān)鍵。因此,在起爆網(wǎng)路施工中,必須保證巖塞能嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的起爆順序、起爆時(shí)間安全準(zhǔn)爆。但必須強(qiáng)調(diào)一點(diǎn),數(shù)碼電子雷管的連線接頭不能置于水中,應(yīng)對(duì)水中網(wǎng)路做好防護(hù)工作,防止充水過(guò)程中損壞起爆網(wǎng)路。網(wǎng)路連接過(guò)程應(yīng)設(shè)專人跟班檢查,防止錯(cuò)接或漏接,網(wǎng)路連接完成后應(yīng)組織專人進(jìn)行全面檢查,同時(shí),所有雷管腳線都要引到地面進(jìn)行時(shí)間設(shè)置并輸入專用起爆器中形成起爆網(wǎng)路。因此,在雷管腳線上引過(guò)程中,需要注意對(duì)腳線的保護(hù)和固定,所有的其他工作都不得危及雷管腳線的安全。
在把巖塞爆破雷管腳線引到地面層后,給每一發(fā)雷管按設(shè)計(jì)好的時(shí)間輸入到雷管中,數(shù)碼電子雷管連接到專用起爆器中,每臺(tái)專用起爆器可組網(wǎng)起爆100發(fā)電子雷管,組網(wǎng)后對(duì)聯(lián)網(wǎng)雷管的ID地址、延期時(shí)間進(jìn)行掃描,檢查網(wǎng)路中每一發(fā)雷管的地址、延時(shí)時(shí)間值、運(yùn)行是否正常等,確保巖塞可靠起爆。塘寨火電站取水口巖塞爆破在聯(lián)網(wǎng)完成并進(jìn)行了最后的檢查后,隨著指揮部一聲令下,在一陣沉悶的爆破聲中,兩股水柱從水庫(kù)水面升起,隨后巖塞部位的水面形成了兩個(gè)巨大的旋渦,說(shuō)明取水口巖塞爆破順利貫通,也證明了采用高精度電子雷管在水下巖塞爆破工程中的應(yīng)用獲得成功。