在爆破領(lǐng)域,電子控制模塊是電子雷管的核心組件,與起爆控制器構(gòu)成電子雷管起爆系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,實現(xiàn)電子雷管精準(zhǔn)起爆。
(1)電子雷管較傳統(tǒng)工業(yè)雷管具備明顯優(yōu)勢
電子雷管又稱數(shù)碼電子雷管、數(shù)碼雷管或工業(yè)數(shù)碼電子雷管,即采用電子控制模塊對起爆過程進行控制的電雷管。傳統(tǒng)工業(yè)雷管主要為導(dǎo)爆管雷管、工業(yè)電雷管,通過內(nèi)置的化學(xué)延期藥劑實現(xiàn)延期。
電子雷管采用電子控制模塊替代化學(xué)延期藥劑實現(xiàn)延期,相較傳統(tǒng)工業(yè)雷管具有更高的安全性、可靠性與爆破效率。
(2)電子控制模塊是電子雷管的核心組件
電子控制模塊是電子雷管的核心組件,電子雷管通過電子控制模塊實現(xiàn)可靠通信、身份識別、狀態(tài)檢測、精準(zhǔn)延時、起爆控制等關(guān)鍵功能。同時,電子控制模塊能夠內(nèi)置密碼和身份碼,使得電子雷管起爆系統(tǒng)具有安全管控功能,行業(yè)主管部門已建立電子雷管的安全管控機制,能夠?qū)崿F(xiàn)電子雷管在生產(chǎn)、存儲、流通和使用各環(huán)節(jié)的閉環(huán)管控,特別是通過密碼與授權(quán)控制起爆的功能有效杜絕了涉爆危險品的非法使用,有利于提高社會公共安全水平。
典型的電子控制模塊主要由芯片、儲能元器件、開關(guān)元器件、防護元器件及點火元器件組成。電子控制模塊獲取起爆控制器提供的電源,可執(zhí)行身份識別、在線檢測、授時延時、起爆控制等多種指令。起爆時,芯片接收到指令并通過身份識別后,按照指令進行高精度延期,延期結(jié)束后控制電子開關(guān)導(dǎo)通,儲能元器件的能量通過開關(guān)元器件釋放至點火元器件上完成電子雷管起爆。典型的電子控制模塊的各組成部分及相應(yīng)功能如下圖所示:
(3)電子控制模塊在爆破領(lǐng)域的市場發(fā)展概況
①民爆行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需求推動電子控制模塊細分行業(yè)發(fā)展
傳統(tǒng)工業(yè)雷管通過內(nèi)置的化學(xué)延期藥劑實現(xiàn)延期,安全性、可靠性較差,爆破效率較低。隨著芯片與電子元器件行業(yè)的快速發(fā)展,國外從 20 世紀(jì) 80 年代初開始研究開發(fā)爆破專用電子控制模塊,于 80 年代中期形成了電子雷管產(chǎn)品,但總體處于研發(fā)和應(yīng)用試驗階段。
20 世紀(jì) 90 年代,憑借安全、精準(zhǔn)、高效爆破等優(yōu)勢,嵌入電子控制模塊的電子雷管大量替代傳統(tǒng)工業(yè)雷管,獲得了較快發(fā)展,下游電子雷管市場逐漸趨于成熟。這一階段,瑞典諾貝爾公司、南非 AEL 公司憑借出色的研究能力在競爭中獲得了領(lǐng)先地位,同時市場也涌現(xiàn)了多家開發(fā)、生產(chǎn)爆破專用電子控制模塊和電子雷管的企業(yè)。
2006 年,三峽大壩圍堰拆除采用 Orica 公司的電子雷管產(chǎn)品,系國內(nèi)首次采用電子雷管進行爆破。隨后,國內(nèi)企業(yè)開始研發(fā)電子控制模塊,經(jīng)過十多年的研發(fā)、驗證和工程應(yīng)用,技術(shù)水平日臻成熟,推動了國內(nèi)電子控制模塊細分市場的逐步發(fā)展。
②近年來電子雷管市場迅速發(fā)展,拉動電子控制模塊市場快速增長
隨著技術(shù)實力的提升和爆破工程實踐驗證,國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的電子控制模塊性能逐步提升、制造成本下降,有效降低了電子雷管使用成本,使得電子雷管具備良好的經(jīng)濟性,可廣泛用于各類爆破場景,如一般露天爆破、隧道爆破、地下金屬礦開采和大型拋擲爆破等。對爆破用戶而言,使用電子雷管可以顯著提升安全性、可靠性與爆破效果,并使得爆破綜合成本明顯下降;對監(jiān)管部門而言,使用電子雷管使得安全管控更加便捷、高效,為電子雷管的廣泛推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
近年來,國家頒布了各種政策,大力支持電子雷管的推廣應(yīng)用。工業(yè)和信息化部于 2018 年頒發(fā)《關(guān)于推進民爆行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見》,加大對數(shù)碼電子雷管的推廣應(yīng)用力度;并于 2021 年 11 月發(fā)布《“十四五”民用爆炸物品行業(yè)安全發(fā)展規(guī)劃》,要求除保留少量產(chǎn)能用于出口或其它經(jīng)許可的特殊用途外,2022年 6 月底前停止生產(chǎn)、8 月底前停止銷售除工業(yè)數(shù)碼電子雷管外的其它工業(yè)雷管。
在政策和市場的推動下,電子雷管市場迎來爆發(fā)式增長,相應(yīng)推動了爆破專用電子控制模塊市場的快速增長。2018 年以來,電子雷管產(chǎn)量從 2018 年的 0.16億發(fā)增長至 2022 年的 3.44 億發(fā),平均年化復(fù)合增長率為 115.33%;電子雷管替代率(電子雷管產(chǎn)量/工業(yè)雷管總產(chǎn)量)逐年上升,從 2018 年的 1.28%提升至 2022年的 42.73%。2023 年 1-6 月,電子雷管產(chǎn)量為 3.03 億發(fā),同比增長 219.17%;電子雷管替代率為 91.27%,較上年同期提高 71 個百分點。目前,我國電子雷管已基本實現(xiàn)全面替代。
(4)電子控制模塊在爆破領(lǐng)域的應(yīng)用場景
電子控制模塊作為電子雷管的核心組件,主要結(jié)合電子雷管的不同應(yīng)用場景進行設(shè)計、開發(fā),下游民爆企業(yè)將電子控制模塊置入電子雷管中,最終銷售并應(yīng)用于各類礦山開采與大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域。在經(jīng)濟上行周期,煤、鐵、銅等各類礦產(chǎn)品的需求相應(yīng)增加,加上“雙碳”目標(biāo)下新能源汽車等產(chǎn)業(yè)對鋰、鎳等礦產(chǎn)資源的需求大幅上升,將使得礦產(chǎn)資源開采量有所增加,相應(yīng)推動電子雷管的市場需求。
在經(jīng)濟下行周期,國家將統(tǒng)籌加大交通運輸(鐵路、公路等)、能源、通信、水利等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),也將帶動電子雷管等民用爆炸物品行業(yè)發(fā)展。因此,礦山開采與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)互為補充,為電子雷管等民用爆炸物品提供了較為穩(wěn)定的市場需求,相應(yīng)支撐了電子控制模塊與起爆控制器市場的發(fā)展。
此外,煤礦許用電子雷管預(yù)計將投入市場,成為電子控制模塊市場新的增長點。根據(jù)《“十四五”民用爆炸物品行業(yè)安全發(fā)展規(guī)劃》,要發(fā)展高穩(wěn)定性、可靠性工業(yè)數(shù)碼電子雷管,適應(yīng)煤礦井下等特殊場所應(yīng)用的工業(yè)數(shù)碼電子雷管。
由于煤礦許用電子雷管應(yīng)用于存在可燃氣和煤塵爆炸危險的礦井爆破作業(yè),對電子控制模塊技術(shù)準(zhǔn)入條件要求較高,需要確保電路具有足夠高的安全設(shè)計。目前,使用發(fā)行人電子控制模塊的部分民爆企業(yè)已通過國家專門煤礦用產(chǎn)品檢驗機構(gòu)的安全認證。未來,隨著煤礦許用電子雷管投入市場,相應(yīng)的電子控制模塊市場也將迎來增長。
(5)國內(nèi)爆破企業(yè)在海外市場的發(fā)展
民爆行業(yè)在“十三五”期間積極響應(yīng)“一帶一路”號召,積極推進民爆生產(chǎn)、爆破服務(wù)的一體化發(fā)展,加強國際交流合作。民爆企業(yè)不斷提高“走出去”能力,與礦山企業(yè)、工程建設(shè)企業(yè)等采取聯(lián)合投標(biāo)、共同開發(fā)的方式,大力開拓國際市場,同時,積極到國外投資建設(shè)生產(chǎn)設(shè)施,提供爆破作業(yè)一體化服務(wù)。
2021年初,民爆行業(yè)生產(chǎn)總值前 20 名生產(chǎn)企業(yè)集團中,有 8 家分別在亞洲、非洲、南美洲的 14 個國家有建廠或并購等投資計劃,總投資額近 7.1 億元。國內(nèi)電子雷管生產(chǎn)企業(yè)拓展海外市場,將給電子控制模塊細分市場帶來新的增長點。
隨著技術(shù)、產(chǎn)品的不斷成熟,國內(nèi)電子控制模塊在產(chǎn)品性能上與國外同類產(chǎn)品相比差距逐步縮小,而銷售價格遠遠低于國外同類產(chǎn)品。因此,電子控制模塊已具備走出國門、走向國際市場的條件,在南非、南美與澳洲等礦產(chǎn)資源豐富的國家和地區(qū)具備中高端應(yīng)用市場的競爭力,海外市場具有良好的發(fā)展空間。