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                                電子雷管簡(jiǎn)述
                                
           
                                
               2023-08-20 10:49:34
               發(fā)布者：青島順安爆破工程有限公司
               
                                
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                                電子雷管，又稱(chēng)數碼電子雷管、數碼雷管或工業(yè)數碼電子雷管，即采用電子控制模塊對起爆過(guò)程進(jìn)行控制的電雷管。
                                
其中電子控制模塊是指置于數碼電子雷管內部，具備雷管起爆延期時(shí)間控制、起爆能量控制功能，內置雷管身份信息碼和起爆密碼，能對自身功能、性能以及雷管點(diǎn)火元件的電性能進(jìn)行測試，并能和起爆控制器及其他外部控制設備進(jìn)行通信的專(zhuān)用電路模塊。
                                
電子雷管起爆系統基本上由三部分組成，即雷管、編碼器和起爆器
                                
Ⅰ編碼器
                                

                                
編碼器的功能，是在爆破現場(chǎng)對每發(fā)雷管設定所需的延期時(shí)間。具體操作方法是，首先將雷管腳線(xiàn)接到編碼器上，編碼器會(huì )立即讀出對應該發(fā)雷管的ID碼，然后，爆破技術(shù)員按設計要求，用編碼器向該發(fā)雷管發(fā)送并設定所需的延期時(shí)間。爆區內每發(fā)雷管的對應數據將存儲在編碼器中。編碼器首先記錄雷管在起爆回路中的位置，然后是其ID碼。在檢測雷管ID碼時(shí)，編碼器還會(huì )對相鄰雷管之間的連接、支路與起爆回路的連接、雷管的電子性能、雷管腳線(xiàn)短路或漏電與否等技術(shù)情況予以檢測。對網(wǎng)路中每發(fā)雷管的這些檢測工作只需1s，如果雷管本身及其在網(wǎng)路中的連接情況正常，編碼器就會(huì )提示操作員為該發(fā)雷管設定起爆延期時(shí)間。
                                
Ⅱ起爆器
                                

                                
PBS電子起爆系統中的起爆器，控制整個(gè)爆破網(wǎng)路編程與觸發(fā)起爆。起爆器的控制邏輯比編碼器高一個(gè)級別，即起爆器能夠觸發(fā)編碼器，但編碼器卻不能觸發(fā)起爆器，起爆網(wǎng)路編程與觸發(fā)起爆所必須的程序命令設置在起爆器內。一只起爆器可以管理8只編碼器，因此，目前的PBS電子起爆系統最多組成1600發(fā)雷管的起爆網(wǎng)路。每個(gè)編碼器回路的最大長(cháng)度為2000m，起爆器與編碼器之間的起爆線(xiàn)長(cháng)1000m。
                                
PBS電子雷管起爆網(wǎng)路示意起爆器通過(guò)雙絞線(xiàn)與編碼器連接，編碼器放在距爆區較近的位置，爆破員在距爆區安全距離處對起爆器進(jìn)行編程，然后觸發(fā)整個(gè)爆破網(wǎng)路。起爆器會(huì )自動(dòng)識別所連接的編碼器，首先將它們從休眠狀態(tài)喚醒，然后分別對各個(gè)編碼器及編碼器回路的雷管進(jìn)行檢查。起爆器從編碼器上讀取整個(gè)網(wǎng)路中的雷管數據，再次檢查整個(gè)起爆網(wǎng)路，起爆器可以檢查出每只雷管可能出現的任何錯誤，如雷管腳線(xiàn)短路，雷管與編碼器正確連接與否。起爆器將檢測出的網(wǎng)路錯誤存入文件并打印出來(lái)，幫助爆破員找出錯誤原因和發(fā)生錯誤的位置。
                                
只有當編碼器與起爆器組成的系統沒(méi)有任何錯誤，且由爆破員按下相應按鈕對其確認后，起爆器才能觸發(fā)整個(gè)起爆網(wǎng)路。
                                
當出現編碼器本身的電量不足時(shí)，起爆器會(huì )向編碼器提供能量。對PBS起爆系統1600發(fā)雷管的整個(gè)網(wǎng)路起爆編程，可在5min內完成。
                                
Ⅲ電子雷管及其起爆系統的安全性
                                
電子雷管用戶(hù)目前普遍關(guān)心的仍然是安全問(wèn)題。電子雷管本身的安全性，主要決定于它的發(fā)火延時(shí)電路。充電晶體管和放電晶體管組成系統主發(fā)火電路，電容在微控制器控制下通過(guò)點(diǎn)火晶體管放電，引燃引火頭。
                                
就點(diǎn)燃雷管內引火頭的技術(shù)安全性來(lái)說(shuō)，傳統延期雷管靠簡(jiǎn)單的電阻絲通電點(diǎn)燃引火頭，而電子雷管的引火頭點(diǎn)燃，通常除靠電阻、電容、晶體管等傳統元件外，關(guān)鍵是還有一塊控制這些元件工作的可編程電子芯片。如果用數字1來(lái)表征傳統電阻絲的點(diǎn)火安全度，則電子點(diǎn)火芯片的點(diǎn)火安全度則為100000。
                                
與傳統電雷管比較，電子雷管除受電控制外，還受到一個(gè)微型控制器的控制，且在起爆網(wǎng)路中該微型控制器只接受起爆器發(fā)送的數字信號。
                                
電子雷管極其起爆系統的設計，引入了專(zhuān)用軟件，其發(fā)火體系是可檢測的。雷管的發(fā)火動(dòng)作也是完全以軟件為基礎。在雷管制造過(guò)程中，每發(fā)雷管的元器件都要經(jīng)過(guò)檢驗，檢驗時(shí)，施加于每個(gè)器件上的檢驗電壓均高于實(shí)際應用中編碼器的輸出電壓。通不過(guò)檢驗的器件，不能用于雷管生產(chǎn)。此外，還要對總成的電子雷管進(jìn)行600V交流電、3000V靜電和50V直流電試驗。
                                
電子起爆系統服從“本質(zhì)安全”概念。除上述電子雷管的本質(zhì)安全性外，系統中的編碼器同樣具有良好的安全性，編碼器只是用來(lái)讀取數據，所以它的工作電壓和電流很小，不會(huì )出現導致雷管引火頭誤發(fā)火的電脈沖，即使不慎將傳統的電雷管接在編碼器上，也不會(huì )觸發(fā)雷管發(fā)火。此外，編碼器的軟件不含任何雷管發(fā)火的必要命令，這意味著(zhù)即使編碼器出現錯誤，在炮孔外面的編碼器或其他裝置也不會(huì )使雷管發(fā)火。
                                
在網(wǎng)路中，編碼器還具備測試與分析功能，可以對雷管和起爆回路的性能進(jìn)行連續檢測，會(huì )自動(dòng)識別線(xiàn)路中的短路情況和對安全發(fā)火構成威脅的漏電（斷路）情況，自動(dòng)監測正常雷管和缺陷雷管的ID碼，并在顯示屏上將每個(gè)錯誤告知其使用者。在測試中，一旦某只雷管出現差錯，編碼器會(huì )將這只雷管的ID碼、它在起爆回路中的位置和它的錯誤類(lèi)別告訴使用者。只有使用者對錯誤予以糾正且在編碼器上得到確認后，整個(gè)起爆回路才可能被觸發(fā)。
                                
在電子雷管起爆網(wǎng)路中，雷管需要復合數字信號才能組網(wǎng)和發(fā)火，而產(chǎn)生這些信號所需要的編程在起爆器內。經(jīng)計算，雜散電流誤觸電子雷管發(fā)火程序的幾率是十六萬(wàn)億分之一。1引言
                                
        近年來(lái)，隨著(zhù)城市的快速發(fā)展，石方爆破周邊環(huán)境越來(lái)越復雜，對爆破有害效應特別是爆破振動(dòng)的控制越來(lái)越嚴格。數碼電子雷管成功研制可以有效解決爆破振動(dòng)的控制，被稱(chēng)為爆破技術(shù)的一場(chǎng)革命，目前已成功應用于多項地鐵交通、城鎮地區等重點(diǎn)工程，其顯著(zhù)地降低振動(dòng)效果的優(yōu)勢已逐漸得到體現。
                                
        數碼電子雷管是一種可以任意調節并實(shí)現精確延期發(fā)火時(shí)間的新型電雷管，延期精度可以達到1ms，可以有效降低爆破振動(dòng)的特性已得到廣泛的認可，國內外眾多應用實(shí)踐表明，使用電子雷管可以降低振動(dòng)30%~60%，但其減振的機理還處于探討階段。多位學(xué)者[1-3]通過(guò)試驗和理論分析論證了微差爆破干擾減震存在的條件，認為錯相減震的機理在于通過(guò)精確的起爆延時(shí)間隔設計，從而使爆炸波到達被保護點(diǎn)時(shí)相位錯開(kāi)約 1/2周期，以實(shí)現地震波的段間疊加特性，達到較明顯的降震效果。
                                
        本文利用波動(dòng)理論分析了數碼電子雷管爆破技術(shù)干擾降振的原理，并在深圳地鐵11號線(xiàn)石方爆破中進(jìn)行了推廣應用，取得了很好的減振效果。
                                
        2數碼電子雷管起爆技術(shù)降振原理
                                
        利用波動(dòng)理論分析，當兩個(gè)或多個(gè)擾動(dòng)同時(shí)傳到某一點(diǎn)時(shí)，這點(diǎn)的總狀態(tài)參量等于這兩個(gè)擾動(dòng)或多個(gè)擾動(dòng)在這點(diǎn)的參量代數和，即所謂的波的疊加性。兩波相遇時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度、振幅和應力發(fā)生疊加，但波的頻率和波速不發(fā)生疊加，每個(gè)波仍繼續按照原來(lái)的傳播方向、速度進(jìn)行傳播。雖然爆破振動(dòng)波的波形并不完全符合正弦波，還是可以借鑒和參照正弦波在介質(zhì)中傳播的情況進(jìn)行分析，當兩個(gè)振動(dòng)波錯峰疊加時(shí)，其波峰是疊加相消的，此時(shí)的相位差也可認為是兩列波開(kāi)始傳播的時(shí)間間隔。
                                
        利用數碼電子雷管的精確延時(shí)，設計兩列波開(kāi)始傳播的時(shí)間間隔，對于主振周期為T的兩列爆破振動(dòng)波，當間隔時(shí)間滿(mǎn)足T/3<△t<2T/3 ，兩列振動(dòng)波就能達到不同程度的疊加相消。對于爆破振動(dòng)，主振主要發(fā)生在前面1~2幅波，后面的波振幅很小，因此主要是促使前面的幾幅波發(fā)生疊加。
                                
        3工程應用
                                
        3.1工程概況
                                
        深圳市城市軌道交通11號線(xiàn)福永站為地下2層車(chē)站，基坑深17 m，開(kāi)挖方量約80000 m3，設計采取明挖法；區間隧道長(cháng)約654.5m，地下線(xiàn)擬采用馬蹄形斷面，隧道埋深0m～10.133m，初步設計擬采取暗挖法+明挖法。周邊環(huán)境非常復雜，施工場(chǎng)地兩側有許多廠(chǎng)房、辦公樓和以及給水、電信、電力、燃氣等管線(xiàn)，其中DN500次高壓（1.6Mpa）燃氣管道距基坑邊最近距離只有12 m，埋深約1.86-2.39 m，要求振速控制在2 cm/s以?xún)?。綜合考慮環(huán)境、工期等因素，決定采用電子雷管進(jìn)行爆破開(kāi)挖。
                                
        3.2爆破試驗
                                
        理論分析可知，爆破過(guò)程中實(shí)現波相干擾降振的關(guān)鍵技術(shù)是確定合理延時(shí)時(shí)差，保證波形能發(fā)生錯相疊加，達到減振的目的，為此需要通過(guò)爆破試驗來(lái)確定最佳起爆延時(shí)時(shí)差；另外通過(guò)幾次試爆還可以得到該區域地質(zhì)條件下的振動(dòng)衰減規律和施工工藝，為優(yōu)化爆破設計提供科學(xué)依據。爆破試驗分基坑爆破和隧道爆破。
                                
        （一）基坑爆破
                                
        實(shí)現波相干擾降振的精確延時(shí)時(shí)差與區域地質(zhì)條件、地形條件、爆破方式、裝藥結構等因素有關(guān)，為了確定適合本工程的最佳延時(shí)時(shí)間。設計了單孔和群孔共9組試驗，群孔爆破試驗采用由8~20 ms不同秒量的延時(shí)間隔[4]。通過(guò)對爆破振動(dòng)波形進(jìn)行分析，最終確定適合本工程的起爆延期時(shí)差。
                                
        根據工程經(jīng)驗，主爆破區域鉆孔直徑不宜選擇過(guò)大。試驗選擇鉆孔直徑d=76 mm。由于爆破區域內多為泥巖、砂巖，針對不同的巖石類(lèi)型，選用不同的炸藥單耗 0.35～0.4 kg/m3。
                                
        第一組試驗，為16個(gè)孔，孔深3.2 m，孔間距為1.6m×1.7 m，每孔的藥量為3 kg。第一個(gè)孔單獨響，響完280 ms后，其余的孔以17 ms間隔逐孔起爆，起爆順序及延時(shí)秒量見(jiàn)圖1所示。通過(guò)這組試驗可以得到單孔的振動(dòng)波形參數和群孔延時(shí)17 ms的振動(dòng)情況。
                                
      
   
                                
   
  
                                
      
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