1、浅谈数码雷管的设计张英豪 陈成芳（山东天宝化工股份有限公司，山东平邑，273300）摘要：新型数码延期雷管是由数码延期体和基础雷管组成。民爆行业已将其作为“十一五和 “十二五”期间的雷管发展方向。因此它的设计既要达到电子延时精度准确、密码器爆的性能要求，又要适合中国国情满足成本适中、使用方便的特点。作者对在研制新型数码雷管过程中遇到的问题进行了分析和探讨，并就其产品设计和市场定位提出了自己的观点和建议。关键词：电子；雷管；设计；探讨1 引言在民用爆破器材行业“十一五”规划纲要中明确提出了指导思想与目标，其中主要有：坚持节约发展、清洁发展、安全发展，促进行业技术进步、安全生产、环境保护，加快优化
2、产品结构。“十一五”期间的主要任务是优化产品结构：工业雷管等起爆器材向高精度、高可靠性、高安全性、环保型方向发展，发展以导爆管雷管、电子雷管为代表的新型高技术产品，提高工业雷管火工元件的科技含量，实现产品技术升级。同时在 2010 年工信部发布的关于民用爆炸物品行业技术进步的指导意见工信部安2010227 号中指出：工业雷管向安全可靠、高精度、智能型、环保型方向发展，电雷管向导爆管雷管方向发展，研制电子雷管及智能起爆系统。另外，公安部和工信部先后多次召开有关电子雷管推广和工艺技术研讨会，足见电子雷管越来越受到大家的关注。工业雷管目前主要有电雷管和导爆管雷管两种。二者分别存在延期精度不高、联网复
3、杂、使用环境受限、网络无法检测、一旦丢失或被盗后易于被非法起爆等这样或那样的缺点。而微电子的逻辑控制火工品在民用爆破中的应用，对于提高应用效率和提高操作安全性更有特殊的意义 1。基于此，国内火工品生产企业纷纷着手开发电子雷管(也称数码雷管)。作者曾利用前后近四年时问研制开发了适合我国国情的新型数码延期雷管，且完成了工业化生产前的所有试产等准备工作，并顺利通过了工业和信息化部科技司组织的科技成果鉴定。数码雷管的优点在于它克服了上述电雷管与导爆管雷管的缺点，加之采用密码起爆技术和电子延期技术增加了使用安全性和社会安全性，杜绝了铅延期体带来的环境污染问题，符合民爆行业清洁发展、安全发展的发展方向，有
4、开发和研究的必要。2 国内外数码雷管的发展慨况及存在的问题国外在民爆领域早已开始生产和使用电子延期雷管，电子延期雷管较普通延期雷管延期精度高，能很好地解决串段问题 2。数码延期雷管的研究开发始于 20 世纪 80 年代初。80 年代中期，电子延期雷管产品进入民爆器材市场，但总体上还处于技术、产品的研发应用试验阶段。90 年代后，该技术发展迅速。如：瑞典 DynamitNobel 公司、法国 DeltaCapsInternational(DCI)公司、南非 Aletch 公司、日本旭化成工业公司、美国 The Ensign-Bickford 公司、德国 DynamitNobelGmbh 公司、澳
5、大利亚(ICI)Orcal 公司等世界著名制造商和企业，均研制开发出了电子延期雷管及其起爆系统。目前在市场上具有先进水平的系统主要是法国 DaveyBickford 公司的 Daveytrionic 系统、德国 DynamitNobel 公司的 Dynatronic 系统及(ICI)0rical 公司的Ex2000 系统。1998 年澳大利亚用 Dynatronic 电子延期雷管起爆系统进行了大型的爆破实验，1999 年前后，美国在几个州用法国 DaveyBickford 的 Dynatronic 系统也进行了大量的爆破试验，均取得了很好的爆破效果和巨大的成功。2006 年 6 月 6 日，长
6、江三峡围堰爆破采用 0rical 公司生产的电子延期起爆系统进行了爆破。但是国内在电子延期的技术研究和产品开发方面，特别是在民用爆破领域里大多还处于研发阶段，尚未实现大规模工业化生产。有关国内外电子雷管性能对比见表 1 和表 2。当前制约数码雷管发展的主要问题为成本高、自动化程度低、操作技术水平要求高、组网能力低和可靠性差等方面。要想在民爆行业发展和推广该项技术，必须解决这些问题。我认为解决这些问题的关键是如何对数码雷管产品进行设计和市场定位。下面结合在研制数码雷管过程中有关产品的设计问题进行探讨。3 数码雷管性能安全性是首先要考虑的问题，没有安全也就无质量可言。安全涉及使用、运输、储存和生产
7、多方面 3。在产品设计研制时，我们充分考虑了产品的使用安全性与社会安全性，以及如何与现有生产线嫁接提高自动化程度进而改变手工焊接方式，提高产品延期精度，产品成本严格控制使其价格能被用户接受、操作简单方便尽量不改变用户又能达到电子雷管效果等等问题。山东天宝化工股份有限公司设汁的产品采用多种手段和技术，确保了产品处于安全受控状态，基本满足了上述性能要求。31 密码控制每发数码电子雷管都设有唯一身体识别码(ID 码)，与现有公安雷管编码系统规定的 13 位编码对应并生成一个新的密码，这一密码授权后才能起爆，以防止私下流通和非法起爆。32 双密码技术和密码起爆技术每个起爆器都具有双密码控制，由安全员和
8、爆破员掌控。在每次起爆之前，现场安全员和爆破员必须同时输入正确的操作密码，起爆器才能进入起爆界面，否则新型数码延期雷管就无法起爆；并且在连续三次输入错误密码后，起爆器将直接锁死。锁死后的起爆器必须返回设计单位进行解锁。每只数码延期模块的可编程延时芯片在出厂前都被写入一个固定的起爆密码，在接收到来自发爆器的密码序列之后，每只芯片都会与自身存储的密码逐位对比，如果完全一致，则执行后续的延时起爆操作；否则不做任何响应。33 使用年限管理可对使用期限进行控制，超过规定使用期限后雷管将不能再被起爆。这样可便于公安管理部门掌控每年雷管用量和非常时期禁止爆破作业命令的执行力，又能在很大程度上杜绝民间长期私藏
9、雷管伺机作案的发生。34 记忆功能起爆器具有存储记忆功能，能滚动记录该起爆器引爆新型数码延期雷管的起爆日期和时间及使用地点(通过 GPS 定位)，使用单位不具备删除功能，记录可在起爆器上查阅，也可由管理部门通过起爆器通信接口由电脑读出，便于管理部门的管理和追溯及涉爆案件的查处。35 防非法流通功能起爆器内置起爆密码。产品在出厂时专门设置了起爆器内置密码和新型数码延期雷管的内置密码，起爆前利用通信机制进行密码校验，每一个用户采购的新型数码延期雷管只能由授权给该客户的智能起爆器起爆，每一个新型数码延期雷管只能由对应的起爆器起爆，可防止用户之间的非法流通和使用。36 起爆器自毁技术起爆器一旦被非法解
10、剖就会将内部主芯片烧壤，从而防止起爆器被非法仿制。37 抗非法起爆能力新型数码延期雷管具有抗交、直流电和普通发爆器的能力。高于 35V 的电压或普通无法使其起爆，只能破坏雷管部分电路，但是这些部分被破坏以后，控制芯片将自动锁功能，此后无论如何也无法再起爆(35V 及以下电压也不能起爆，但此后该雷管还可以密码起爆器起爆)。此外，由于基础雷管特殊结构，即使延期模块部分被非法拆解后，分也不能被导火索点燃，做到了本质安全。38 安全排盲炮功能新型数码延期雷管具有自动排“哑炮”功能，其功能表现在正常起爆后，如果新型数码延期雷管有未爆管，就会启动自动放电电路，在半小时之内放电完成，可避免因排哑炮而产生的危
11、险，提高爆破施工的安全性。39 精确延期功能日前，国内延期药搞得好的电雷管和导爆管雷管也只能做到 25ms 等间隔，而国外爆破实践和研究表明 1015ms 的段间隔爆破效果和减振作用明显，目前的电雷管和导爆管雷管都无法做到。山东天宝化工股份有限公司开发的新型数码延期雷管延时精度可达到3ms。其功能实现是以晶振作为基本定时元件，由于晶振的高精度、高稳定性和极低的温度系数，加之发火元件一致性好，高精度延期功能得以顺利实现。因此，数码电子雷管可以设计任意时间间隔且精度准确，改变了传统雷管每段 25ms时间间隔且存在串段的现象，使逐孔起爆真正做到了一孔一响，减振成为可能。首批产品在顺义试用，从北京理工
12、大学杨军教授指导参与的测振结果分析来看，效果远好于现有毫秒延期电雷管。表 3 为测试结果。测试的结论是：采用 10ms 间隔数码雷管延时起爆，因采用的是逐孔起爆技术，单段最大药量减少 3550kg，与延迟时间为 25ms 的普通雷管比较，减振效果显著，降振率为 602。4 数码雷管的产品设计建议众所周知，数码延期雷管难于推广的原因主要集中在成本高、爆破作业要求技术水平高、生产自动化程度低、改或建生产线费用高、组网能力有限等方面。因此，在产品初步设计阶段要充分考虑这些因素，以便使开发出的产品有生命力和发展前景。41 产品设计时要考虑成本相比电雷管而言，数码雷管成本高，所以设计时要考虑我国国情，要
13、考虑成本控制和用户接受能力。国外数码雷管每发售价 100 美元，远远超出目前国内大多数用户的接受能力，无市场推广前景。正是基于这方面原因，在保证安全可靠前提下严格控制成本，降低售价是电子雷管在国内推广的重要因素42 产品设计要尽量使其使用简便用户是上帝，设计时贤充分考虑现有放炮员素质，尽量使操作简便不改变用户使用习惯。比如，要研发专用快速网路连接卡子，开发简捷网路测试仪及起爆仪器，仪器界面设计要友好、人性化，尽量不改变用户使用习惯。43 产品生产工艺要提高自动化程度(效率安全质量)目前国内大多在 PCB 板分切、脚线与芯片焊接、点火元件生产等方面采用手工方式，这会带来很多弊端：一是工序繁琐、效
14、率低；二是质量受人为因素影响，也无法保证。同时，手工方式也与数码雷管产品的先进性不匹配。研制单位应当在电子雷管生产工艺及设备自动化方面下些工夫，为工业化生产及产品可靠性创造条件。44 设计生产线时要充分立足现有生产线为降低费用投入，要尽量立足现有生产线。有的厂家只考虑了产品性能未过多考虑以后的工业化生产需花费大量资金重新建线，这就为以后推广应用、扩大生产设置了障碍。45 产品设计要有足够组网能力以满足用户需求爆破业的飞速发展，对爆破器材的性能提出了新的要求。如：为提高爆破效率、增大爆破规模、降低爆破振动往往选择电子雷管，一次起爆的雷管数量很多，要求产品配套起爆器的组网能力要大。因此，电子雷管及
15、其起爆系统在设计时要充分考虑这一点。5 结论(1)鉴于目前电雷管和导爆管雷管存在的诸多缺陷：如延时精度无法满足爆破技术飞速发展的要求；铅延期体污染大不利于行业清洁发展的需要；一旦丢失或被盗后存在易于被非法起爆的社会安全风险。所以，数码雷管所具备的巨大优越性和社会效益就体现出来，而且数码雷管符合行业产业技术政策，是起爆器材的发展方向。(2)研发的数码电子雷管、专用起爆器及配套专用生产检测设备应设计合理、技术先进、使用简便安全、密码起爆功能要满足流通环节管理，减少涉爆案件的发生。(3)只要从我国国情出发，认真进行产品设计，降低成本，提高组网能力，走工业化发展道路，数码雷管的推广和应用是必然趋势。参考文献1RWBickes，jr，scb Explosive StudiesDE8700562019872徐振相，周彬我国工业起爆器材产品发展现状及发展趋势J爆破器材，2003(5)：l33陈福梅火工品原理与设计M北京：兵器工业出版社，1990
