四川省乐山市公安局治安管理支队 四川乐山 614000
摘要：电子雷管是应用电子模块对起爆过程进行控制的电雷管。涉及的技术有微电子技术、数码技术、加密技术，具有延时、通讯、加密和控制功能。其本质安全远高于普通雷管（抗直流、交流及杂散电流）。能够实现全生命周期监管，有利社会公共安全管控（从生产至使用实现闭环）：三码密码管控、数据上传、黑名单设置、禁爆区域设置等。极大的向民用爆炸物品管理本质安全实现迈向一大步。
关键词：电子雷管，安全管理，运用
前言
数码电子雷管简称电子雷管，是一种在雷管内装有电子芯片、能够双向无极性通讯、可现场编程设定延期时间、并通过授权密码起爆的高科技产品，它是起爆器材领域里最为引人瞩目的明星。国外电子雷管及起爆系统的研究开发工作大约始于20世纪80年代初，到90年代，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，到21世纪初，电子雷管及其起爆系统技术得到了快速发展。目前，在国际市场上占据了同类产品的大部分市场。较为成熟的产品代表有澳大利亚Orica公司Icon电子雷管及起爆系统和波兰eDET公司的电子雷管及起爆系统。其中，Orica公司Icon电子雷管可现场编程使用，延期时间为0～15000ms，延期精度在0～100ms内误差0.2ms，101～15000ms内误差为0.1％，其起爆系统最大起爆网络可起爆4800只电子雷管。而波兰eDET公司的电子雷管可现场编程使用，延期时间范围为0～8000ms，一次最大起爆网路可起爆4000只电子雷管。数码电子雷管是将普通瞬发电雷管与电子控制线路相结合，集密码控制、精确延时，专用起爆、GPS定位、指纹识别、区域限制、起爆信息存储等多功能于一身，每发雷管都有一个密码，一旦发生丢失、被盗、没有密码均不能起爆，若使用传统方法的起爆、220V电源都无法使其起爆，可最大限度减少民爆物品被不法分子利用危害社会的可能性，能进一步加强危险品管理，提高危险品流通、使用环节安全水平。随着电子雷管相关技术的研究及电子雷管产业的发展，电子雷管正逐渐向高安全性、高可靠性、高稳定性及智能化方向发展。
目前，国内生产厂家以“代工”国外技术或者商标为主，这类厂家依靠进口国外产品部件或技术，在国内组装生产，并无自主知识产权。我国在雷管的电子延期技术的研制尚处于起步阶段，目前全国仅有雅化实业、北方邦杰、贵州久联、山西壶化等少数厂商研制的产品进行过行业技术鉴定。
1.电子雷管特点、技术水平及市场竞争力分析
1.1技术特点
起爆受密码控制，当外部输入密码与雷管内部预先设置密码一致时，雷管才能正常起爆，以解决雷管的非授权使用控制问题；为提高雷管的安全性和可靠性；该雷管采用高精度、高准确性的电子延期部件，性能参数优良的发火组件，专用基础雷管组合构成，大幅度提升延期雷管的工作精度，使延期雷管性能大大提高；同时，由于采用专用起爆装置和授权使用技术可极大减小对社会安全的威胁。该产品作为一项高技术的新产品，其制造工艺必然与传统的工业电雷管生产工艺不同，涉及到的工艺环节更多、更复杂，要求也更高。主要的生产环节包括：微电子芯片设计、制作与检测；电子雷管延期模块生产、检测及起爆系统生产与检测；电子雷管点火头生产、检测；雷管电路与火工品集成制造、产品检验与试验等。
（1）电子雷管火工部分的生产工艺革新
由于电子雷管所用的基础雷管管壳型号与传统产品不同，传统生产线不能满足需求，需要研发与之配套的生产线满足技术革新的需求；于此同时为满足电子雷管精确的起爆能力，将采用高精度装填单质炸药技术，压缩工艺和定位技术的全面革新，使得产品整体技术水平达到设计要求。
（2）药头药发火参数控制与起爆能量控制匹配工艺研究
点火药头发火参数控制与起爆能量控制的匹配性是本项目研发的关键所在，延期时间由芯片控制，这段时间的延期精度虽得到了保障，但是从药头燃烧、引燃起爆药转换爆轰的过程是项目研究的重点，也是该项目整体延期精度的重要环节，为此项目研究需从点火药、起爆药进行研究，并研制配套的生产装配和工艺流程，制造出满足要求的发火组件。脚线和点火头与电子延时模块焊接、雷管电路与基础雷管的集成封装工作，过程中需要控制多项工艺参数，因此本道工艺有别于单纯的电子线路封装，需要设计专门的工艺设备和工序过程检测设备。
（3）芯片制作与检测
微电子芯片是电子雷管核心部分，采用微电子工艺制造。芯片延时模块研制是整个项目研制的难点，其主要特点是：低功耗、总线断电后能精确延时、安全起爆、稳定性和抗干扰能力强。根据产品总体性能指标，芯片延时模块应具有如下性能指标：
1）采用两线制电源与信号复用方式。信号传输方式采用5V～25V差分电压，脉宽调制方式，总线通讯速率>1kbps；
2）具备12条通讯指令功能，现场在线状态检测功能；
3）24位EEROM擦写功能，可断电保存数据，擦写次数大于10000次；断电保存时间大于2年；
4）内置RC时钟，延期误差 18000ms内误差不超过0.5‰；
5）模块单独使用或并联使用时，时间可重复设定；
6）延时最小间隔为1ms；驱动电流2A。
7）通过多次改版，最终研制的芯片延时模块能满足所有功能要求。
根据本产品体积小、器件密度高的特点，需要采用高密度电子线路表面帖装（SMT）自动生产线，普通的人工焊装线难以适应本产品的生产要求。现已有高密度电子线路表面贴装（SMT）自动生产线，但针对本项目产品的需要，还需进行适应性改造和深度研发。同时雷管电路调试复杂，需要检测的参数很多，针对批量生产必须开发专用的调试检测专用设备。
（4）智能电子雷管及其电起爆器产品检验与试验
电子雷管及其电起爆器的产品检验需要开发专用的检测设备。这种雷管不仅要按照雷管的相关标准按照爆炸物资要求进行性能和安全性试验，还要按照电子产品的相关规范进行试验，如各项电磁兼容性、复杂环境下的工作可靠性等。针对这些专门试验项目，需要建立相应的基础设备条件。
总之，高安全智能电子雷管生产线与传统的工业雷管生产线已有很大的区别，增加了多项工序如微电子芯片、高密度电子线路生产与检测工序，需要在传统工艺线的基础上进行大幅度改进设计，是一项集成度和技术难度非常高的工作。
1.2技术水平
与国内外同类技术相比，我公司电子雷管产品除了同类产品的可现场编程和网络在线检测的功能外，在部分指标，如延期时间范围（0～18000ms）、延期精度以及起爆网络的负载能力（最大7200发）等方面与国内同类产品相比具有领先性。
1.3市场竞争力
民爆产品为特殊商品，有严格监管制度，市场相对稳定和固定，传统工业雷管拥有相对稳定的市场和用户群，该项目自身具有的独特优势可赢得更大的市场空间和竞争力。
2.电子雷管市场应用和产业化前景分析
2019年全国工业雷管产量汇总表（行业工作简报2020年第1期）
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随着现代科学技术的发展和社会的进步，在爆破工程的运用中，用户已认识到安全、环保、高精度、高爆力的重要性和必要性，这种需求正在大幅度的上升，具有这类性能的产品，市场的需求量也正在扩大。从全球范围的行业发展的总体趋势来看，电子雷管是整个行业发展的主要趋势，因此，我国民爆行业电子雷管发展潜力巨大。随着国家对西部大开发力度的不断加大，国家重点工程项目的不断开工与投入，以及爆破技术不断发展，对爆破器材的性能水平要求越来越高，电子雷管可望在许多应用场合逐步取代目前广泛使用的传统延期雷管，市场前景广阔。
3.电子雷管起爆系统安全性和可靠性
3.1电子雷管安全性
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。
电子雷管极及起爆系统的设计，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。
3.2电子雷管可追溯性
（1）产品使用过程可追溯性
数码电子雷管是将普通瞬发电雷管与微电子芯片控制线路相结合，集密码控制、精确延时、专用起爆、GPS定位、指纹识别、区域限制、起爆信息存储等多功能于一身，在丢失、被盗情况下传统方法均无法使其起爆。
（2）产品生产过程追溯体系建设
建立电子雷管原材料质量检测信息数据智能存储中心。所有入厂原材料经过检测并将质量信息录入系统，系统自动进行分析判断，对照设定工艺技术要求判断材料合格与否，同时将材料的供应商、采供人员、采购日期、检测质量情况等信息自动存储到生产端数据中心，每种材料按批次产生唯一的编码代号。该编码作为材料的追踪识别码进行生产流程的传递。
建设产品生产过程信息追溯体系。通过生产记录、雷管编码、二维码、条形码四合一信息追溯体系建立与完善，以公司生产计划平台、质量共享平台、车间下发和班组上报共享平台为依托，推进产品生产过程信息追溯体系建设。生产记录将产品从原材料到成品装配验收（原材料代码、操作人员代号、设备代号及各工序的控制参数、雷管性能参数等）的所有信息进行记录保存。通过条形码采集来完成数码电子雷管的生产、销售，其中条形码分为箱条码和盒条码，箱条码附于雷管包装箱上，盒条码附于箱内包装袋或盒上。每箱产品的箱条码和盒条码通过箱、盒绑定，进行信息采集后通过条码打印系统或出入库系统实现箱、盒关系查询功能，查询出箱、盒条码，并查询对应的数码电子雷管编码。产品按照生产的时间顺序采用激光雕刻技术进行编码，编码与生产记录台账一一对应，并作为重要信息自动储存到生产数据储存中心，用于雷管产品的销售流通的追踪。每一发雷管的编码在十年内具有唯一性，可通过雷管码号追踪雷管的生产、销售、使用情况。同时，建立芯片ID码与雷管编码的双码追踪数据中心。芯片ID码是产品性能实现的需要，雷管编码为行业监管的需要。数码电子雷管产品在出厂前，进行管体编码的同时，通过电脑控制系统，将这一编码信息对应到该发产品的电子芯片中，再通过系统处理形成一个信息代码，新信息码将芯片的ID码和雷管编码可靠绑定生成二维码附于每发产品上成为产品的可读标识，作为雷管起爆器扫描识别码，用于使用现场产品信息的快速录入，并针对不同爆破作业的需求对数码电子雷管进行组网起爆。该二维码会自动储存到双码追踪数据中心，永久保存。
（3）产品流通使用过程追溯系统建设
产品销售追踪管控。客户购买数码电子雷管产品时，需到地方公安机关办理购买、运输审批，并持购买信息卡到销售企业或生产企业办理产品购买业务，销售或生产企业按公安机关审批的数量将对应的产品编码信息录入购买卡中，发货后及时将产品销售的详细信息上传到公安信息网民爆物品信息采集系统中。客户收货时办理入库，将购买卡的产品信息及时上传至地方公安管理部门，实现产品的闭环管理。
产品使用过程追溯体系建设。以地方民爆物品安全管理平台、网络监管平台为依托，通过我公司设计开发的专用起爆器读取数据并自动上传，实现每发数码电子雷管使用环节可追溯到具体的施工项目名称、施工单位、起爆点经纬度、起爆时间（可以精确到日、时、分、秒）、起爆器编号以及起爆状态等的追溯需求。用户每天领用数码电子雷管时，将需求品种规格数量录入到地方民爆物品安全管理平台。电子雷管装入炮孔后，通过专用起爆器，扫描产品二维码，读取芯片ID码，进行信息绑定解读，进而识别出该发产品编码信息，将信息录入到起爆器中，通过GPS定位，完成雷管组网信息录入，并通过起爆器设计起爆方案，对起爆网络内雷管进行检测与授时，确认无误后输入起爆密码，进行起爆。电子雷管起爆完成后，起爆器会将使用完的电子雷管产品编码信息及位置信息等自动上传到网络监管平台，网络监管中心将该数据与用户购买电子雷管编码数据相核销，及时掌握产品的使用动态。监管部门的网络监管平台在每天23：00前停止数据上传，若出现数据不符或缺失，系统便自动锁定，无法开出次日的需求计划，用户需要核实确认并到地方公安机关申请解除锁定。
各省、市、区县公安机关可以使用“全国民爆信息管理系统”中的数码电子雷管管理功能，对本辖区电子雷管进行管控，提高监管水平。
随着全国各省的民爆信息管理系统电子雷管管理功能的升级，“全国电子雷管密码中心”的部署完成，三码绑定软件试运行成功，未来数码电子雷管在政府管控下使用会更加安全、规范、可控。
4.应用效果发展
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。
起爆器材产品一直作为特殊监管流通商品，由于涉危涉爆，其生产、流通、使用等环节均需要受到相关部门的监管。而常规起爆器材管控体系，往往只解决了从产品出厂到工地库房过程的监控，“最后一公里”的使用环节的监管并未解决，而工业数码电子雷管作为起爆器材行业的新兴高科技产品，以其本身所固有的产品特性，解决了雷管使用这“最后一公里”的难题，实现了雷管全生命周期的有效管控。正是基于该背景，数码电子雷管追踪体系建设实现了数码电子雷管产品从生产制造到使用完成全流程的信息记录，实现该雷管生命周期信息的可查可追溯。
数码电子雷管在使用前需将雷管编码号与电子芯片ID所产生的二维码，进行扫描后录入起爆人员信息后才能进行起爆，可最大限度减少民爆物品被不法分子利用危害社会的可能性，能进一步加强危险品管理，提高危险品流通、使用环节安全水平，是未来民爆行业发展的方向。数码电子雷管广泛应用于矿山开采、高层建筑拆除、雷管安全管控力度大、工程爆破精度高的地区得到广泛使用，且使用性能稳定，产品追溯的安全性得到保证，实现了生产企业质量管控流向清楚，追溯更实时、高效、准确的管理为目的。
5.未来发展方向
由于国家对雷管安全管控力度的不断强化，公安部统一部署全国数码电子雷管密码中心—存储密码并提供下载申请。“全国民爆信息管理系统网络服务平台”可实现数码电子雷管跟踪管理、起爆器管理、设定准爆规则、禁爆规则、接收起爆器信息等，最终实现民爆生产企业生产线改造的三码绑定上传功能。
参考文献：
【1】张芳，刘媛媛.中国爆破器材行业协会工作简报，2020.（1）37-42.
【2】贾海波，李晓虎，陈红刚，常根召.电子雷管应用中的安全技术分析，2012