電子雷管在內河航道水下炸礁中的應用*

張韓濤

(湖南省航務工程有限公司,湖南 長沙 410001)

水下炸礁由于施工環境復雜,對起爆器材的防水性能有較高的要求,長期以來水下炸礁都使用導爆管雷管進行爆破施工。導爆管雷管的防水性能可以滿足絕大部分水下炸礁的爆破施工要求。2021年11月,工信部根據《“十四五”民用爆炸物品行業安全發展規劃》,要求2022年6月底前停止生產、8月底前停止銷售除工業數碼電子雷管外的其它工業雷管,并于2022年7月發布了《關于進一步做好數碼電子雷管推廣應用工作的通知》,因此,導爆管雷管退出市場不再銷售,各類爆破工程已全面使用數碼電子雷管。

1 爆破方案

沅水洪江至辰溪航道建設工程土建一標,主要工程內容為洪江樞紐下游河道河床形態調整及船閘下游引航道連接段炸礁工程,主要爆破施工區域位于沅水河洪江樞紐下游,水下炸礁工程量約13.89萬m3。炸礁區域位于沅水河中,部分礁石裸露出水面。重點保護對象為爆區南北兩岸沿線民房,爆區距民房最近距離約65 m。爆區距離上游洪江水電站最近距離約343 m,洪江水電站每日正常發電。南北方向有多條跨河而過的高壓電線及高壓桿塔,爆破環境較復雜。

本工程爆破作業為水陸交接或水下環境,巖質為石灰巖,溶洞較為發育,炮孔內充滿水,并且河床形態復雜,凹凸不平,部分施工區水深低于50 cm,不滿足船舶施工條件,因此本工程選用以下爆破方案。

(1) 本項目為水下炸礁工程,位于河道中央,根據水下炸礁爆區的周邊環境和爆區的巖石結構特點,為盡量加快爆破施工進度,確保破碎的效果和減少爆破振動對岸上保護建筑物的影響,利用鉆機船對爆破區域采取沿水流方向分斷面施工。采用數碼電子雷管逐孔起爆技術,對礁石進行松動爆破。

(2) 對于部分裸露出水面的礁石,利用水下鑿巖設備進行施工,對于硬度較高且成片的礁石,則采用人工手風鉆進行水上作業。由于受到水下鑿巖設備及手風鉆機械性能的影響,水下作業深度有限,無法將礁石清除到設計標高,待礁石清渣后,仍需鉆機船進行后續作業。

2 爆破參數

內河航道水下炸礁工程因其施工環境復雜,應盡量減少二次爆破。本項目工期較為緊張,設計采取一次爆破至設計的河底標高,不進行分層爆破,同時為了降低爆破欠挖,不留根底,鉆孔超深值一般較陸上巖土爆破更大。根據現有施工船舶的性能及施工經驗,確定爆破參數如下。

(1) 孔徑。采用100 型潛孔鉆機船,鉆孔直徑為90 mm。

(2) 孔距、排距。參照現有施工船舶的性能及相關工程經驗,結合本工程的三角形布孔方式,鉆孔間排距均取2.0 m。

(3) 孔深及裝藥結構。由于本工程河道底部高低不平,具體鉆孔深度根據現場測量結果確定。采用防水性能較好的乳化炸藥,藥卷直徑為70 mm,長度為0.4 m,重量為1.6 kg。采用不耦合裝藥結構,且炮孔裝藥長度為孔深的2/3～4/5,同時根據《爆破安全規程》GB 6722—2014)相關規定,采用粒徑小于2.0 cm 的碎石或粗砂填塞炮孔,填塞長度不少于0.5 m。

(4) 鉆孔超深?？紤]到二次爆破成孔較困難,在水下開挖不進行分層爆破,在施工中應一次鉆至設計深度。為了保證設計深度內巖體均勻破碎,不留根底,鉆孔應有一定的超深,以克服底盤巖石的夾制作用?？紤]到水下鉆孔爆破作業效率低,其超深值一般較陸域大。本工程鉆孔超深值設定為1.5 m。

(5) 炸藥單耗。根據內河航道炸礁經驗及本項目巖石性質,確定炸藥單耗為1.0～1.2 kg/m3。

3 電子雷管起爆網路

本項目采用電子雷管起爆網路。使用并聯型電子雷管,逐孔起爆。根據經驗,本項目采用的孔間延時為25 ms。每孔裝入一發數碼電子雷管,每排4孔,起爆排數根據分區大小確定。爆破網路連接比較簡單,向上打開電子雷管尾線卡,將專用起爆母線分開卡入電子雷管腳線尾線卡內,向下合上尾線卡即可。

本項目使用集中控制器(起爆器)起爆數碼電子雷管。起爆網路傳爆順序如圖1所示。起爆器具有延時方案、起爆控制、爆破授權、爆破記錄等功能,設定好延時方案后,還可以對起爆網路進行雷管檢測,查看已連接雷管與延時方案列表中的雷管匹配數量,確保起爆質量。起爆前需進行授權驗證,通過驗證方可起爆,以確保起爆安全。

圖1 爆破網路

4 數碼電子雷管起爆網路安全保護措施

(1) 針對數碼電子雷管腳線線頭為卡口式,不具備防水性能,在下雨或是有水的環境中會造成網路電阻偏大,從而導致盲炮的問題,本項目前期使用普通電子雷管,連接起爆網路時利用泡沫浮標,將線卡固定在浮標上進行防水。線卡集中接入母線后,使用塑料膜(袋)包裹卡扣進行防水。雖針對性采取了多環節的防水處理措施,但遇到水流過急、風浪較大時,線卡處仍然出現積水,導致出現電阻偏大的情況。水中起爆網路故障排查工序繁瑣,對施工效率有一定影響。施工后期,雷管廠家生產了無孔防水線夾取代原有線夾,雖然防水效果得到改善,但母線連接處仍然無法完全防水,為確?？煽科鸨?施工中,起爆母線連接后,在母線與線卡連接處、上下蓋縫隙處擠注硅脂進行防水,取得了較好的防水效果。

(2) 數碼電子雷管起爆母線抗拉能力有限。數碼電子雷管的起爆母線直徑只有0.6 mm,抗張拉能力小,本項目施工區域距離洪江樞紐僅300 m,水流流速較大,起爆母線無法承受河水的沖擊。藥包進行加工時,將條形藥卷對接,并用竹片把藥卷夾好、綁緊,每條藥包長度控制在3 m 內,安裝1個雷管,最后將雷管腳線與吊炮繩綁扎在一起,有效保護好雷管腳線。雷管腳線引上浮標桶后,將母線卡入接緊,并對接口縫隙處進行防水處理,然后用膠布將起爆母線與Φ7 mm 錦綸尼龍牽引繩綁緊在一起,與1.5 mm2單芯護套線連接,使用1.5 mm2單芯護套線做起爆主線,牽引至起爆點進行起爆。

5 數碼電子雷管的優勢

(1) 數碼電子雷管可靈活設置不同的延時方案,可針對不同的施工環境隨時調整延期方案,可在0～16 000 ms的范圍內任意設置延時時間,延期段別數量可達數百乃至上千個,而且爆破網路設計簡單。水下炸礁考慮清渣及挖泥船的開挖能力,每次爆破的炮孔一般不超過10排,電子雷管設置延期段別完全可以滿足水下炸礁施工的需要。

(2) 數碼電子雷管延時精度高,延期時間150 ms的延時誤差在1.5 ms以內,延期時間大于150 ms的延時誤差不大于0.1%。

本次水下炸礁爆破采用電子雷管后,由于延期精度的提高,相對于傳統的導爆管雷管,逐孔起爆的誤差得到了控制,真正意義上實現了逐孔起爆,提高了炸藥的利用率。逐孔起爆很好地控制了巖石移動速度,爆破振動峰值小范圍疊加作用在相鄰炮孔間,破碎率高,炸藥利用率高,爆破的塊度大小均勻,爆堆松散,避免了產生根底,較好地改善了破碎效果。開挖完畢后,采用GPS全球定位系統和回聲測深儀進行檢測,檢測結果表明,爆破效果良好。

(3) 本項目主要對爆破施工區域兩岸沿線民房、水電站進行爆破振動監測。在距爆破區域65 m處的民房監測的數據結果表明,爆破振動速度最大值為1.4295 cm/s,對應的頻率為55.56 Hz,滿足爆破安全要求。數碼電子雷管在一定程度上能降低爆破振動有害效應。

(4) 數碼電子雷管起爆網路可檢測,可靠性高。原來的非電導爆管雷管網路基本上只能通過有損檢測的方法進行檢測,然而,這種檢查方式十分依賴于現場施工人員的經驗、技術及責任心,主觀性比較強。而且在組網過程中施工人員還會出現漏接、誤接等情況,從而降低起爆網路的可靠性,導致爆破效果受到影響。而使用數字電子雷管,可以有效地規避此種情況,首先在數碼電子雷管使用前,可以使用控制器對數碼電子雷管進行單發檢測,檢測其是否合格。同時在完成組網工作后,可通過控制器檢測雷管數量、雷管工作情況,有效避免因雷管拒爆造成盲炮,排除漏連、誤接問題,確保起爆網路的可靠性。

(5) 斷線起爆,起爆器發出起爆信號后,即使母線被斷開,到了預定時間,雷管依然能夠正常起爆,可防止因爆破網路被破壞而產生拒爆的現象。

(6) 安全性高。電子雷管安全系數高,對外部雜散電流有屏蔽作用,可抵御雜散電流、靜電、雷電、感應電和射頻電等外來電干擾,能有效防止因雜散電流入侵而導致的早爆事故,極大地消除了爆破安全隱患。

6 結論

(1) 在河道水下炸礁工程中,采用浮標桶集中連接數碼電子雷管起爆網路,采用塑料袋或塑料膜進行包裹防護,采用廠家防水尾線卡后進一步采用加注硅脂加強防水,取得了良好的防水效果,保證了電子雷管的可靠起爆。

(2) 數碼電子雷管在靈活性、可靠性、精確性、安全性等方面與非電導爆管雷管相比具有明顯的優勢,克服了傳統導爆管延期時間精度不足及高段別間延期時間太大的弊端,采用孔間25 ms延時逐孔起爆,明顯改善了爆破效果,避免了大塊和根底的產生。

(3) 采用Φ7 mm 錦綸尼龍繩加強起爆母線抗拉強度,采用Φ0.6 mm 銅芯起爆母線連接1.5 mm2單股銅芯護套線做起爆主線,較好地解決了河道水環境中起爆母線抗拉強度不足而容易被拉斷的問題。