國內電子(數碼)雷管發展概況
電子雷管,又稱數碼雷管或數碼智能雷管。說得簡單些,實際就是普通瞬發雷管外掛電子控制電路。其本質在于一個微型電子芯片控制,取代了普通電雷管中的延期藥與電點火元件,不僅大大地提高了延時精度,而且控制了通往引火頭的電源,從而最大限度地減少了因引火頭能量需求所引起的誤差。其起爆能力與傳統延期藥雷管相同,延期和控制是其兩個基本功能。
電子雷管的研究工作于20世紀80年代初開始,在20世紀90年代電子雷管及其起爆系統取得了快速的發展,逐步趨于成熟和爆破工程實用化階段。國外電子雷管發展最為成熟的是澳大利亞Orica公司生產的i-KonTM 電子雷管起爆系統,2006年三峽圍堰爆破使用的就是Orica公司的數碼雷管;日本旭化成數碼電子雷管、非洲炸藥公司AEL公司的電子雷管均已在工程爆破作業中廣泛使用。
國內電子雷管的起步也較早,20世紀80年代原冶金部安全環保研究院開始研制電子延期超高精度雷管,于1988年完成我國第一代電子雷管。云南燃料一廠于1996年開展了電子延期電雷管的研制工作,2001年12月通過了技術鑒定和設計定型。目前,中國兵器工業系統總體部(北方邦杰)、貴州久聯民爆器材發展股份有限公司、西安213所以及國內幾個知名的民爆器材生產企業相繼開展此項研究工作,并取得了較大的突破,有些已經在爆破工程中得以應用。
(一)貴州久聯民爆器材發展股份有限公司的電子延期雷管
2006年5月26日,貴州久聯的電子延期雷管通過原國防科工委的技術鑒定,來自國家民爆質檢中心、長江水利委員會長江科學院、兵器安全技術研究所、南京解放軍理工大學等單位的專家們鑒定認為,該電子雷管技術達到國內領先水平。該產品是與北京理工大學、貴陽金翅電氣公司歷時兩年多時間研制的。
該電子雷管由電子延時器、剛性藥頭組成的點火機構與工業火雷管組成。雷管體采用現有技術的方法進行制作。制作時,先在導線的前端連接上一個具有時間設定功能的電子延時器,并在電子延時器的輸出端上連接一個引火藥頭,安裝上電子延時器;引火藥頭采用剛性引火藥頭;底部炸藥有松裝炸藥層和起爆炸藥層,起爆炸藥采用GTG起爆炸藥;最后將連接在導線上的電子延時器和引火藥頭連同導線的前端一起裝進雷管體內,并將導線的前端通過彈性PVC材料塑料塞封裝在雷管體的上部即成。使用時,只需將導線連接在起爆器上即可起爆。
據介紹,該電子雷管延期時間可做到1到30段,20毫秒等間隔,延時誤差在5ms。可以看出,貴州久聯已通過鑒定的電子雷管屬于比較初級的水平,主要是以一個電子計數器取代延期體來完成精確延時功能,不具有在線編程、在線檢測、數據交互等功能。目前他們正在積極研發第二代電子雷管技術。
(二)云南燃料一廠的電子延期雷管
云南燃料一廠是國內開展電子雷管研究最早的廠家。20世紀80年代就與冶金部安全環保研究院合作研制我國第一代電子雷管。1996年重新開展了電子延期電雷管的研制工作,并于2001年12月通過了技術鑒定和設計定型。近幾年又與凱泰集團合作研制新一代電子雷管。凱泰集團是我國最早涉足自動識別技術領域一家大型高技術密集型股份制企業,專業從事條碼技術、磁識別技術、IC卡技術的研究、開發和產品的生產。
所研制的安全型智能電子雷管控制系統核心是電子雷管,含自動識別受控雷管起爆器、讀寫卡終端、IC卡及相應的軟件一起構成了安全型智能電子雷管控制系統。
電子延期雷管與貴州久聯的產品結構相同,主要在普通雷管上加裝了一個微電子密碼延時器,其構成如下:雷管導線的輸出端與充電模塊、CPU主控模塊的輸入端連接,在CPU主控模塊內設有閃存模塊、電可擦寫存儲模塊和比較器;CPU主控模塊的輸出端連接延時模塊,延時模塊的輸出連接雷管的引爆藥頭,充電模塊的輸出端與CPU主控模塊連接。雷管導線的輸出端與通訊模塊的輸入端連接,通訊模塊的輸出端與CPU主控模塊的輸入端連接。
該安全型智能電子雷管控制系統安全控制具體實施過程如下:生產商生產的雷管內設有微電子密碼延時器,并將每枚雷管的ID碼輸入到閃存模塊內后,將每枚雷管的ID碼通過網絡傳送到安全管理部門備案;銷售商將獲得的每枚雷管的ID碼傳送到安全管理部門備案;購買人到安全管理部門申請購買后由安全管理部門發起爆授權卡,起爆授權卡內存儲有每枚可起爆雷管的ID碼,購買人到具有起爆授權卡內存儲可起爆雷管的ID碼的經銷商處購買;購買完畢后在起爆時將起爆授權。
據介紹,該電子雷管的延時誤差可達毫秒級,可同時引爆100個采用微電子密碼延時器的電子雷管。
可以看出云南燃料一廠的電子雷管,除提供精確延時功能外,側重于為雷管全生命周期過程的安全管理提供技術保障。通過在每一發雷管中采用射頻識別芯片,其芯片中ID編碼的具有唯一性,標識每一發雷管。對每一發雷管從生產、銷售、購買、使用到爆破狀態進行全程監控管理,以便于更有效地加強對雷管使用的管理功能,防范雷管流失可能造成的社會危害,同時也為案件偵察提供迅速和準確的信息。
(三) 中國兵器工業系統總體部(北京北方邦杰科技發展公司)的"隆芯1號"數碼雷管
2007年1月11日,中國兵器工業系統總體部研制的以"隆芯1號"數碼雷管為核心的"智能安全電子雷管控制器技術研究"項目通過原國防科工委科技與質量司和民爆局聯合組織的國防基礎科研項目驗收。專家一致認為,以顏景龍博士為核心的團隊按照合同任務書要求,圓滿完成了各項研制任務,達到了規定的技術指標,其主要技術指標達到國際先進水平。
為促進該技術的產業化,相關部門成立了北京北方邦杰科技發展公司開展產品的工業化試驗及推廣工作。2008年7月17日至8月1日,隆芯1號數碼電子雷管,首次在杭州錢塘江引水入城隧洞工程爆破中成功應用。在某該地段采用隆芯1號數碼電子雷管,共實施全斷面爆破18次,總掘進長度為40余米,使用隆芯l號數碼電子雷管2400余發。應用隆芯1號數碼電子雷管實施全斷面延時干擾降震爆破,不僅掘進速度得到了明顯提高,在爆破塊度和均勻性方面也有明顯改善,未出現過二次解炮爆破,根底也未發現需要補爆的情況。優良的爆破效果,不僅使業主和施工單位非常滿意,而且隧洞上方的居民也感覺爆破振動不大。
2009年2月24日,在北京國際會議中心,由工業和信息化部科技司組織、安全生產司主持召開了"隆芯1號電子雷管及其起爆系統" 科技成果鑒定會,工信部安全生產司吳風來司長、羅志堅巡視員,科技質量司阮汝祥處長,中國民爆器材行業協會荊延貴秘書長,以及中國兵器工業集團的有關領導出席了會議。與會專家一致認為:該項目填補了國內的技術空白,技術可行,達到了國際先進水平,同意隆芯1號電子雷管及其起爆系統通過設計定型鑒定,并建議采取鼓勵性措施推動隆芯1號電子雷管的批量化試生產和使用,盡快實施生產定型。隆芯1號電子雷管通過設計定型,標志著我國具有自主知識產權的數碼爆破器材產品已達到國際先進水平。
該起爆系統(銥缽起爆系統)以隆芯1號數碼電子雷管為核心,含銥缽表、銥缽起爆器等設備。具有兩線制無極性并聯網路組網雙向通信的功能,可在線檢測雷管狀態,回讀并驗證已設定的雷管延期時間,精確把握雷管工作狀況。具備了高安全性、精準起爆的系統性能,能夠很容易實現和完成復雜延時爆破的網路設計。設計參數實現了計算機化,避免了人為輸入導致的出錯可能性。
隆芯1號數碼電子雷管是銥缽起爆系統的核心組成部分。該雷管延期范圍可在1~15000 ms范圍內任意設定,最小延期設定間隔為1ms。
銥缽起爆系統采用雙線并聯結構,一個銥缽表可以兩線制并聯帶載多個雷管,一個銥缽起爆器可以兩線制并聯帶載多個銥缽表。系統總體設計容量多達26個銥缽表,一次同步起爆雷管達到5200發。
可以看出中國兵器工業系統總體部研制的"隆芯1號"數碼雷管是國內最為成熟的產品技術,其技術水平基本與國外相當。據隆芯1號數碼電子雷管研制團隊的劉星博士介紹,云南燃一、貴州久聯的電子雷管,以及西安213所、北京京煤集團正在研制的電子雷管,嚴格意義上只能算第一代電子雷管,設計基本雷同,以一個電子計數器取代延期體,其技術水平相當于80年代日本的EDD雷管水平。存在以下不足:不具備數據交互能力,對延期間不能設定,只有在芯片生產廠直接寫;通電后即開始延期,不具備能量管理能力;均采用晶體工作,雷管的抗振性較差,不適合規模化使用;模擬部分采用分離器件設計,成本還偏高。
目前湖北衛東機械化工廠、西安慶華民用爆破器材有限公司已經與北方邦杰簽訂合同,引進隆芯1號數碼電子雷管技術。
(四)其它電子雷管
近期安徽理工大學化工學院謝興華等人成功研制了可編程智能電子延期電雷管,具有在線檢測、編程功能,可與普通雷管混用、組網能力好、可使用密碼起爆等優點。
南京理工大學與江西9394廠也開展電子延期電雷管的研制工作,于 2006年1月開始研制,經過近兩年來的方案論證和性能試驗,產品性能指標達到國標規定的要求,該產品目前進入技術鑒定階段,擬進行小批量試生產。
(五)結束語
目前國內幾個規模較大的起爆器材生產廠家以及各民爆器材研究院所均看到了電子雷管所代表的發展方向,紛紛開始獨立或協作研制電子雷管,各有特點,但技術水平差別較大。除"隆芯1號"數碼雷管已能應用于爆破工程外,其它基本處于研制或完善階段,還有很長的路要走。畢竟通過技術鑒定只能說明在原理上沒問題,但作為產品則要求的是技術成熟度,要能適合于規模化生產,解決和點火藥頭的匹配、生產和使用的方法、試驗場使用等一系列環節的問題,可能比研發還要復雜。