导爆管起爆网络的设计与分析

 引言
由于受爆破器材性能的限制，逐孔起爆技术在实际应用中一直都没有取得令人满意的效果。但是最近几年特别是高精度雷管出现后，我们才慢慢的对这种技术关注起来，从逐孔起爆的理论和一些实验效果来讲，这项技术应该是矿山开采，大空间台阶爆破和其他的一些相关爆破领域的主要的发展方向，该技术的实现是以新型爆破器材——高强度和高精度导爆管雷管为依托的。
1 概述
高强度、高精度导爆管事实现逐孔起爆的技术关键，为尽快发展该技术，国内一些爆破器材研究单位已经开始研制这一技术，并取得了一些成果。如澳瑞凯高精度导爆管雷管由民营合资企业澳瑞凯（威海）爆破器材有限公司生产，使用温度范围为-40～180℃，抗拉强度为45kg，耐摩擦、抗冲击、抗静电危害。采用三段延期体技术确保了延期准确，精度误差±MS。地表采用不同时间延期雷管，地表延期雷管为9MS（绿色），17MS（黄色），25MS（红色），42MS（色），65MS（蓝色），100MS（黑色），方便区分和检查，该技术已经达到了国际领先水平。
1.1 高强度导爆管雷管 高强度导爆管是具有一定的抵抗外部干扰能力，因为在现场施工中，导爆管将不可避免的受到人为的拉扯，石头的磨损，及装药机的撞击，温度环境的变化和车轮的碾压等外来因素的影响[1，2，3]，导爆管做为非点起爆系统的重要元件之一，决定了起爆网络的可靠性。按照目前的分类方法，可以分为地表网络用和孔内延期用两种，其中地表网络雷管用高强度导爆管应具备抗水、抗拉、抗磨和耐折损性等性能，而孔内延期用高强度导爆管具备这些性能外，还应具备耐油及耐温性能。
1.2 高精度导爆管雷管 雷管的延期时间的精度是逐孔起爆技术的核心部分，然而在这一方面我国和国际水平存在着较大的差距。国内民爆器材厂家经过反复的实验，从延期药的反应机理入手选择硼-铬酸钡（B-BaCrO4）作为延期药剂。对硼铬酸钡延期药剂的配方设计、合格硼铬酸钡延期药剂的制备工艺、延期体的加工工艺、延期体与导爆管的装备四个方面影响导爆管延时精度的关键因素加以研究，判断和优化延期药剂的配比，规范细化延期体加工工艺、强化延期体与导爆管装备技术指标进而提高其延期精度。研究结果表明：硼-铬酸钡（B-BaCrO4）延期药的预点火反应时固-固相反应，着火反应为延期药燃烧的主反应，是一个气—固反应。硼-铬酸钡延期药的延时精度高，长贮稳定性好。当硼-铬酸钡配比为14.6/85.4（wt%）时，在其理论上的零氧平衡附近，药量具有最大的燃速和燃烧反应热。
2 导爆管起爆网络的基本连接方式
导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网络。以下是在设计时用的六种常见的网络[4]
2.1 传爆元件组成的复式捆联网络 网络的每个药包中用一发导爆管雷管，将每个药包中引出来的导爆管直接捆绑在两发导爆管传爆雷管上组成顺序式网络。导爆管传爆雷管可以采用瞬发雷管，也可以采用毫秒雷管。采用瞬发导爆管雷管时，各药包将基本依照药包中导爆管段别的时间起爆；当采用毫秒导爆管雷管作为顺序式网络的传爆雷管时，就组成了接力式捆联网络。
2.2 接力式捆联网路 接力式捆联网路是在工程爆破中使用较多的常用的起爆网路。它以延时导爆管雷管作为传爆元件，将网络顺序连接下去，当每经过一个点，其后的连接药包的起爆时间就滞后一定时间，整个网络的药包按一定时差一个（组）一个（组）的顺序起爆所示，因此成为接力式网路。接力式网路的连接方式为捆联，即直接将导爆管用胶布捆接在传爆雷管上。一般接力网路采用双雷管连接。在接力式网路中，通常孔内采用一种段别的导爆管雷管，连接1～2种段别的导爆管雷管，由于导爆管雷管段别少，为施工带来了许多的便利。
接力式的网路可采用直条式，也可采用树杈式，网路有一主路，同时在接力点各方向的岔路在接力传播，主路和岔路中的传播雷管可采用同一段别，也可采用不同段别。根据目前国产延期雷管的精度及延期时间离散情况，采用4排炮孔的点燃阵面比较的合适，一般孔内和孔外导爆管雷管可按照表1进行组合。
2.3 网络型接力式捆联网路 网络型接力式捆联网路是在接力式捆联网络基础上，为了进一步提高起爆网络的可靠性发张起来的。网络型接力式捆联网路的连接形式是：孔内高段位雷管起爆药包，孔外低段位雷管接力式捆联进行网络连接，中段位雷管网络型布置进行网络保险。用做网络保险的中段位雷管，与用作接力的低段位雷管在标称的延期时间上应该有整数倍的关系，并由此安排网络连接点，保证整个网络延期时间的正确。
在类似于网络接力式捆联网络的还有单向排间搭接网络：间隔一定的节点数，由第一排依次向后排进行搭接，搭接雷管段别与排间传爆雷管段别一致。在不同的排间同时起爆的导爆管雷管之间，利用瞬发导爆管雷管，还可以由后排向前排搭接，可以实现双向排间搭接。
2.4 复式交叉捆联网路 复式交叉捆联网络在复式捆联网路的基础上对传爆部分进行了交叉搭接，使主传爆部分由双股加强成四股，采用这种网路经实践证明是可靠的，有保障的。
2.5 双复式交叉捆联网路 在每个药包中放置两个导爆管雷管，将会引出孔外的导爆管分开并各自分组捆联在2发导爆管传爆雷管上，再将各组的2发导爆管传爆雷管组合成复式交叉网络连接到起爆点。这种网络耗用的导爆管雷管较多，一般用在药量较少，风险程度高的爆破当中。
2.6 网络式闭合起爆网路 网络式闭合网路利用闭合导爆管网路，把整个爆破区域的药包通过连接技巧组成格式的网路。网格式闭合网路的连接以插接为主，这与接力式捆联网路有所不同。它比常用的雷管起爆网络相比，其正确性、可靠性和安全性要高得多。在网络的连接中，通过连接技巧可以把封闭的网格网路限扩展，因此起爆药包数量不受到限制。网络连接简单，检查方便，无需进行网络的计算，大大的节约了网络的连接时间。只需要掌握基本的技巧，任何爆破工都可以直接记性操作。
3 逐孔起爆的延期时间
3.1 起爆网络的延期时间分析 在作业过程中，要实现逐孔起爆技术，一般有两种方式：一是“孔间接力，排间段差”或者“排间接力，孔间段差”；二是在所有的孔内装同一段位的雷管，孔间和排间都用低段位雷管进行接力。
“孔间接力，排间段差”就是在不同排数的孔内放入不同段位的雷管，而在同一排炮孔内放入相同段位的雷管，“排间接力，孔间段差”就是各排各孔之间依次放入不同段位的雷管，排间靠孔外接力雷管进行微差时间间隔，而孔内靠各段位的延期时间差值进行微差间隔[5，6]。
假设某一炮孔从各点火雷管被引爆到孔内雷管爆炸所需要的时间可以用下式来表示：Tab=tab+ ktc（1）
式中：Tab为第a排第b个炮孔被引爆所需要的时间；tab为第a排第b个炮孔内雷管自身的延期时间；tc为接力雷管的延期时间；k为第a排第b个炮孔被引爆时的接力雷管的顺序数。
如果网络中某一个炮孔实际延期时间为Tab1，另外一个炮孔的实际的延期时间为Tab2，则结合式（1）可得：
Tab2-Tab1=tab2-tab1+（k2-k1）tc（2）
从上式可以看得出来，当tab2-tab1与（k2-k1）tc两者绝对值相等而符号相反时，Tab2-Tab1=0，两个炮孔实际的延期时间相等，则出现两个炮孔同时起爆的情况。
如果一个网络中用于孔内延期时间的任意两个雷管的延期时间的差值是接力雷管延期时间的整数倍时，这个网络中就有可能有两个或者更多的炮孔同时起爆，就不能达到爆破安全的要求。
另外，由于生产技术的原因，雷管的延期时间有偏差的，同时考虑到导爆管在传爆过程中需要考虑在传爆过程中需要的时间因素（取2m/ms）。则在实际的使用过程中，随着导爆管布线长度的增加，延期时间不能得到有效的控制，微差重合的几率会大大增加，就不能做到真正的逐孔起爆。
3.2 合理的延期时间的选择 总结国内外这些年来，在研究机构和实验的基础上，提出了同排孔间的最佳延期时间为3～8ms左右，排间的最佳延期时间为8～15ms左右，可以达到最佳的爆破效果[7]。也可以通过计算机软件的模拟来确定合适的延期时间，如图1所示。
4 结论
①采用高精度，高强度导爆管雷管进行爆破作业时，不会出现炮孔之间延期时间重合的现象，通过对起爆网络的分析，确定了合理的延期时间。②高精度，高强度导爆管雷管使逐孔爆破的效果得到了有效的保证。③采用高精度雷管的孔内孔间微差顺序爆破技术，可以使炸药能量在岩体内的分布更加合理，增加了岩石在破碎过程中的碰撞次数，破碎矿岩的块度、粒度、松散度等得到了改善。