非电毫秒雷管孔内外延时微差起爆网络技术在水电站石方明挖应用

非电毫秒雷管孔内外延时微差起爆技术

在锦屏电站石方明挖中的应用

摘要：在水电水利工程大规模深孔梯段毫秒微差爆破中,常采用孔内外接力形式的起爆网络。为了保证各类炮孔按规定顺序依次起爆,在网络设计中,不仅需考虑各段雷管的名义延时,还应考虑雷管的延时偏差，且要精确计算爆破设计延时网络图，本文就高边坡石方明挖的爆破设计校核，现场钻孔、装药、联网起爆等重点阐述。 主题词：非电毫秒导爆管雷管 延时微差起爆 爆破设计校核 一、概述

锦屏一级电站泄洪洞出口边坡，施工蓝图开口线高程1840m，下部泄洪洞出口燕尾型挑坎基岩高程1679m，边坡垂直高程161m，为高边坡开挖。

施工详图阶段的基本地质条件为：开挖边坡约1780m高程以上为崩坡积块碎石土，并夹有孤石，细颗粒物质以粉土为主。开挖边坡约1780m高程以下为基岩边坡，岩性为第二段第6层灰色中～厚层状大理岩夹少量绿片岩。坡体表部岩体卸荷强烈，弱风化，岩体较破碎，以裂块结构为主，局部为块裂、碎裂结构，岩体质量分级为Ⅳ1级。本文将重点阐述基岩边坡明挖爆破施工。 二、施工合同技术条款控制爆破要求

施工合同技术条款是施工合同文件的重要组成部分，技术条款是发承包双方在工程安全和施工质量管理等实物操作领域的具体延伸，

监理工程师在校核爆破设计及现场监理控制时，除根据自身施工经验和严格执行《水电水利工程爆破施工技术规范》等相关规范外，应详细阅读合同工程的技术条款，虽然技术条款大多数方面引用上述规范，但水电工程的单一性决定了它特有的技术要求和标准，很多时候会有超规范的技术要求，所以监理工程师校核爆破设计和现场控制时，首先应遵从的合同技术条款，它是我们行使权力的重要依据。（以下节选了技术条款的控制性指标）

1、建筑物基础保护层以上及设计边坡附近的开挖，只能采用钻孔松动爆破的方法；

2、基岩开挖不得采用多排炮孔一响爆破法，而应采用延期雷管； 3、梯段爆破：最大一段的起爆药量不得大于500kg，临近设计建基面和设计边坡时，单段起爆药量不得大于300kg，临近设计边坡坡面的炮孔，应采用缓冲孔爆破，最大一段起爆药量不得大于100kg;

4、预裂爆破必须采用不耦合装药，不耦合系数范围2～5； 5、预裂炮孔的梯段炮孔若在同一爆破网络中起爆，预裂炮孔先于相邻梯段炮孔起爆的时间，不得小于75～100ms;

6、边坡预裂爆破的最大段起爆药量不宜大于50kg; 7、基岩应分层开挖，梯段高度一般不大于10～15m;

8、应采用大区域微差爆破技术，重要部位（如临近已开挖的边坡、隧洞及新浇筑混凝附件等），应采用孔间微差爆破。 三、本工程采用的火工材料及爆破器材的特性

2级岩石乳化炸药：由硝酸铵水溶液与油相溶液在乳化剂的作用

下形成乳胶体，经敏化剂敏化混合而成乳化炸药，抗水性强，特别适用于水电站开挖、航道清理等有水爆破工程。本工程高边坡明挖采用的规格型号Φ32mm—200g乳化炸药用于预裂孔装药、Φ70mm—450g大直径乳化药卷用于主爆孔及缓冲孔装药。

普通导爆索：本工程普通导爆索用于边坡预裂排孔的网络引爆，及预裂孔、缓冲孔、主爆孔的孔内起爆。导爆索起爆法是利用雷管的爆炸，首先引爆导爆索，然后由导爆索网路的爆轰引爆药包的方法。属于索状起爆器材，它以黑索金作为索芯，用棉、麻、纤维及防潮材料包缠而成，外观为鲜红色染料。普通导爆索具有一定的防水性能和耐热性能，导爆索的爆速约为6500m/s，爆速极快。但是这种导爆索在爆轰过程中产生强烈的火焰，只能用于露天爆破作业。导爆索可直接引爆炸药和塑料导爆管，也可以作为独立的爆破能源。

非电毫秒塑料导爆管雷管：塑料导爆管雷管由塑料导爆管和非电雷管组成。塑料导爆管是一种高压聚氯乙烯制成的中空细管，管的内壁涂有一层薄而均匀的高能混合炸药，炸药是由奥克托金或者黑索金。每米导爆管内含炸药量导爆管起爆后，在管内产生两种波，一种是爆轰波，另一种是冲击波，冲击波超前于爆轰波，由于管道的约束，使得冲击波衰减得比自由空间慢。冲击波在向前传播的途径上遇到管内炸药，使炸药发生化学反应，而这一化学反应又给冲击波补充能量使其不衰减。这样由此及彼，在冲击波的作用下，导爆管中的炸药连续发生化学反应，维持其稳定传爆，一经起爆即以稳定的爆速由起点传爆至终点。导爆管传递的爆轰波是一种低爆速的爆轰波，传爆速度约

为2200m/s，只能起爆与之相匹配的非电雷管，再由雷管爆炸引爆孔内炸药。非电毫秒雷管与毫秒延期电雷管的主要区别在于：不用电雷管中的电点火装臵，而用一个与塑料导爆管相连接的塑料连接套，有塑料导爆管雷管的爆轰波来点燃延期药，从而起到延时起爆的作用。

瞬发电雷管及起爆装臵：本工程爆破网络最后一个节点采用的雷管为瞬发电雷管，由电雷管尾部引出两根绝缘导电线—脚线，连接电子发爆器起爆。

四、分部工程施工资源投入及开挖施工流程

在开挖区域适当位臵布臵一台固定式空压机站，开挖面布臵6台YQ-100B风动型潜孔钻机，对于预裂孔有孔斜要求的，采用罗盘仪控制钻入角度，以满足施工蓝图边坡开挖线要求。

开挖施工流程为：爆破边界初步清理→爆破设计→技术交底→测量放样→钻机就位→钻孔→验收孔深、孔斜→装药→爆破网络→出渣→爆破效果检查、总结、优化→进入下一循环。 五、装药

本工程高边坡预裂孔爆破采用不耦合配合竹片等间距间隔空气柱装药结构。炮孔孔壁与药包之间留有空隙，炮孔直径D与药包直径d的比值称为不耦合系数。由于采用不耦合装药，当炸药爆轰时产生的冲击波首先在药包与孔壁之间空隙中一定程度的衰减，如果间隙适当孔壁处爆轰产生的压力低于岩石的抗压强度，则孔壁不致于被压碎。

主爆孔及缓冲孔采用不耦合或耦合连续装药结构，一般不做过多的要求，以产生的松动爆破效果进行再优化设计。

六、非电毫秒雷管孔内、外延时微差爆破技术

非电毫秒导爆管雷管已经在前文进行了详细介绍，非电雷管在爆破网络中只起到传爆作用，如何在工程业主提供的有限段位的非电延时雷管进行较复杂的爆破网络设计，本节将重点阐述毫秒雷管孔内外延时及产生的微差爆破效果。

孔外延时就是将非电毫秒雷管布臵在孔外或边坡开挖掌子水面平上。相邻两级或相邻两段炮孔之间的爆炸时间间隔也就是孔外传爆雷管的特定延期时间，爆破便按串联逐级进行，这就构成了多段等间隔微差爆破的典型网络。爆破需要多少段爆破，就用多少个传爆雷管。很明显，爆破作业的微差数不受毫秒雷管段数限制。至于传爆雷管选择多长时间间隔的毫秒雷管合适，要视岩石硬度参数及炮孔之间的距离等因素综合考虑，这种微差起爆方式不会发生串联，也就是不用段位或孔位不会在同一个时刻爆炸，从而保证最大单响起爆药量。

孔外延时的特点：

1、可以进行多段大面积微差爆破，从理论上讲，段数不受限制； 2、各段微差爆破可相等，也可以不相等。 3、使用的毫秒雷管段数很少，联网时不易联混。

选择孔外延时起爆顺序的原则是：在爆破网络中按预先设定的先起爆的爆破孔爆炸前，孔外起到传爆作用的非电毫秒雷管必须传爆完全，以保证外孔传爆的非电塑料导爆管雷管不至于被先行爆炸的冲击波和飞石破坏未传爆完成的导爆管雷管。

孔内延时就是将非电雷管布臵在爆破孔内，通过非电塑料导爆管

中爆轰波引爆孔内延时雷管，孔内炸药不会瞬间爆炸，而是按预先设定好的起爆时间，延时起爆。对露天大断面、大方量松动爆破。前一级炮孔爆炸飞石会不会砸段后一级孔外延时雷管后边的导爆管呢？这是很可能的。这时应采用新的设计方案，即将孔内的瞬发雷管改装成毫秒延时雷管，以增加爆炸孔与未点火炮孔之间的距离，即增加了爆炸炮孔与孔外导爆管中运行的爆轰波之间的距离，提高整个爆破网络的安全系数。不过做这种设计时，要严格控制炮孔内所选择的毫秒雷管的段数。因通常孔外传爆雷管的毫秒段数较低，如果孔内选择的毫秒雷管段数较高，那么孔内毫秒雷管的延时间隔偏差要大于孔外传爆雷管的延时间隔的偏差。这种偏差的综合效果就可能造成串段。例如：炮孔内毫秒雷管的延时时间都是380±35ms，而孔外用的延时雷管时间为25±10ms。如果1号炮孔内的毫秒雷管的延时时间取上限即415ms，2号炮孔内的雷管和2号传爆雷管的延时时间取下限，就是说在1号传爆雷管爆炸后415ms第1号炮孔才爆炸，可是在第360ms（380-35+15=360ms）第2号炮孔就已爆炸，即第2号炮孔在第1号炮孔前爆炸。由此可见，孔内毫秒雷管段数选择是十分严格的。

在目前水电站大规模、大断面、大方量石方明挖中大多数采用非电毫秒雷管孔内、外延时微差顺序起爆技术。采用雷管组成接力起爆网络，起爆顺序有排间顺序、孔间顺序、波浪式“V”形、梯形及对角线微差起爆方式等，其岩石破碎质量较好，采用高精度的多段毫秒雷管则减震效果更好。若孔内进行间隔装药再分段，可组成孔间、孔内双向微差顺序起爆，并能进一步提高爆破质量，但爆破网络复杂、技

术要求高，对爆破器材质量要求更高。这样技术可以在工程业主提供有限段位的非电毫秒雷管一次将几吨或十几吨的乳化岩石炸药分成个个小段位进行微差起爆，以保证合同技术条款要求的边坡预裂爆破最大单响药量和主爆孔及缓冲孔最大单响药量装药要求。 七、捆联（俗称：双保险）

捆联（双保险）：非电雷管除串联、并联外还有捆联。所谓捆联,是在爆破网络中将两个或两个以上(一般均为同段别)非电延时雷管捆扎在一起或放入同一炮孔或孔外结点。雷管捆联后,只要其中任一雷管爆炸,则此孔外结点或炮孔均爆炸。因为它可提高起爆网络的准爆率,在本工程中就是采用这种联网结构。 八、爆破设计校核

按照前述的爆破施工程序，爆破设计应是最早进行的工作内容，施工单位应先进行爆破网络图绘制，绘制依据包括：技术条款、爆破相关规范、前一爆破施工后的优化设计、本次爆破的地形断面结构、本工程采用的非电毫秒雷管各段位的延时时间表等。爆破设计内容主要包括：钻孔平面布臵图、钻孔个数、钻孔深度、钻孔倾斜度、孔排孔距、爆破网络连接图、装药结构图、钻孔装药参数、岩石构造、总装药量、单响药量、线装药密度、炮孔堵塞长度、各分级分段的精确延时时间等。

监理工程师应结合上述要求，精确计算本次爆破网络中各分级、分段爆破延时时间，在较为合理的工况下，保证理论接力起爆顺序上，不串段、不拒爆、不超过技术要求的最大单响起爆药量等。现场监理

工程师进行爆破前的检查控制时，就是将纸上谈兵的理论要求付诸以实现。 九、结言

爆破工程采用的技术及爆破方法、方案千变万化，但万变不离其宗，只要掌握起爆器材的特性、爆破工程施工技术规范、爆破网络的起爆顺序等通用知识，经自身长时间的学习摸索，就能灵活运用到各类爆破工程中去。

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