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电子雷管

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  电子雷管,又称数码电子雷管、数码雷管或工业数码电子雷管,即采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管。

  其中电子控制模块是指置于数码电子雷管内部,具备雷管起爆延期时间控制、起爆能量控制功能,内置雷管身份信息码和起爆密码,能对自身功能、性能以及雷管点火元件的电性能进行测试,并能和起爆控制器及其他外部控制设备进行通信的专用电路模块。

  电子雷管技术的研究开发工作,大约始于20世纪80年代初,到80年代中期,电子雷管产品开始进入起爆器材市场,但总体上还处于技术与产品研究开发和应用试验阶段。1993年前后,瑞典Dynamit Nobel公司、南非AECL公司分别公布了他们的第一代电子雷管技术和相应的电子延期起爆系统,商标分别为Dynatronic和ExEx1000。在整个90年代,新型电子雷管及其起爆系统技术获得了较快发展,两家公司又分别于1996年、1998年公布了他们的第二代技术。

  1998年之后,为了抢占技术和产品市场,Dynamit Nobel公司又在法国注册了Davey Bickford公司,开发生产Daveytronic电子雷管系统,与Orica公司合资在德国注册了精确爆破系统公司(Precision Blasting System),开发生产PBS电子雷管系统;在南非,AECL公司又开发了一种注册商标为Electrodt的电子雷管起爆系统,还出现了SaSol矿用炸药公司等多家开发、生产电子雷管的新公司。与此同时,全球范围内还陆续出现了其他品牌的电子雷管系统,电子雷管技术逐渐趋于成熟和爆破工程实用化。

  编码器的功能,是在爆破现场对每发雷管设定所需的延期时间。具体操作方法是,首先将雷管脚线接到编码器上,编码器会立即读出对应该发雷管的ID码,然后,爆破技术员按设计要求,用编码器向该发雷管发送并设定所需的延期时间。爆区内每发雷管的对应数据将存储在编码器中。编码器首先记录雷管在起爆回路中的位置,然后是其ID码。在检测雷管ID码时,编码器还会对相邻雷管之间的连接、支路与起爆回路的连接、雷管的电子性能、雷管脚线短路或漏电与否等技术情况予以检测。对网路中每发雷管的这些检测工作只需1s,如果雷管本身及其在网路中的连接情况正常,编码器就会提示操作员为该发雷管设定起爆延期时间。

  PBS电子起爆系统中的起爆器,控制整个爆破网路编程与触发起爆。起爆器的控制逻辑比编码器高一个级别,即起爆器能够触发编码器,但编码器却不能触发起爆器,起爆网路编程与触发起爆所必须的程序命令设置在起爆器内。一只起爆器可以管理8只编码器,因此,目前的PBS电子起爆系统最多组成1600发雷管的起爆网路。每个编码器回路的最大长度为2000m,起爆器与编码器之间的起爆线m。

  PBS电子雷管起爆网路示意起爆器通过双绞线与编码器连接,编码器放在距爆区较近的位置,爆破员在距爆区安全距离处对起爆器进行编程,然后触发整个爆破网路。起爆器会自动识别所连接的编码器,首先将它们从休眠状态唤醒,然后分别对各个编码器及编码器回路的雷管进行检查。起爆器从编码器上读取整个网路中的雷管数据,再次检查整个起爆网路,起爆器可以检查出每只雷管可能出现的任何错误,如雷管脚线短路,雷管与编码器正确连接与否。起爆器将检测出的网路错误存入文件并打印出来,帮助爆破员找出错误原因和发生错误的位置。

  只有当编码器与起爆器组成的系统没有任何错误,且由爆破员按下相应按钮对其确认后,起爆器才能触发整个起爆网路。

  当出现编码器本身的电量不足时,起爆器会向编码器提供能量。对PBS起爆系统1600发雷管的整个网路起爆编程,可在5min内完成。

  电子雷管用户目前普遍关心的仍然是安全问题。电子雷管本身的安全性,主要决定于它的发火延时电路。充电晶体管和放电晶体管组成系统主发火电路,电容在微控制器控制下通过点火晶体管放电,引燃引火头。

  就点燃雷管内引火头的技术安全性来说,传统延期雷管靠简单的电阻丝通电点燃引火头,而电子雷管的引火头点燃,通常除靠电阻、电容、晶体管等传统元件外,关键是还有一块控制这些元件工作的可编程电子芯片。如果用数字1来表征传统电阻丝的点火安全度,则电子点火芯片的点火安全度则为100000。

  与传统电雷管比较,电子雷管除受电控制外,还受到一个微型控制器的控制,且在起爆网路中该微型控制器只接受起爆器发送的数字信号。

  电子雷管极其起爆系统的设计,引入了专用软件,其发火体系是可检测的。雷管的发火动作也是完全以软件为基础。在雷管制造过程中,每发雷管的元器件都要经过检验,检验时,施加于每个器件上的检验电压均高于实际应用中编码器的输出电压。通不过检验的器件,不能用于雷管生产。此外,还要对总成的电子雷管进行600V交流电、3000V静电和50V直流电试验。

  电子起爆系统服从“本质安全”概念。除上述电子雷管的本质安全性外,系统中的编码器同样具有良好的安全性,编码器只是用来读取数据,所以它的工作电压和电流很小,不会出现导致雷管引火头误发火的电脉冲,即使不慎将传统的电雷管接在编码器上,也不会触发雷管发火。此外,编码器的软件不含任何雷管发火的必要命令,这意味着即使编码器出现错误,在炮孔外面的编码器或其他装置也不会使雷管发火。

  在网路中,编码器还具备测试与分析功能,可以对雷管和起爆回路的性能进行连续检测,会自动识别线路中的短路情况和对安全发火构成威胁的漏电(断路)情况,自动监测正常雷管和缺陷雷管的ID码,并在显示屏上将每个错误告知其使用者。在测试中,一旦某只雷管出现差错,编码器会将这只雷管的ID码、它在起爆回路中的位置和它的错误类别告诉使用者。只有使用者对错误予以纠正且在编码器上得到确认后,整个起爆回路才可能被触发。

  在电子雷管起爆网路中,雷管需要复合数字信号才能组网和发火,而产生这些信号所需要的编程在起爆器内。经计算,杂散电流误触电子雷管发火程序的几率是十六万亿分之一。

  电子雷管技术的不断发展与完善,其技术优越性在全球爆破界得到了越来越广泛的认识,特别是新型电子雷管生产成本的不断下降,其生产应用已从早期的稀有、贵重矿物开采领域扩大到普通矿山和采石场。

  电子雷管技术的推广应用,已对电和非电雷管构成技术威胁。电子雷管实现高精度起爆时序控制,为精确爆破设计、爆破效果控制、爆破机理与过程模拟研究,提供了新的技术支持。

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