книги из ГПНТБ / Лурье А.И. Электрическое взрывание зарядов

На графике изменения квадрата мгновенного значения тока во вре­ мени [г2 = /(£)] отмечены момент включения тока 1 (рис. 55), мо­ мент начала саморазвивающейся реакции в воспламенительном со­ ставе наиболее чувствительного ЭД, который взорвется первым 2, и момент 3 взрыва этого ЭД, а также отложены его время воспламе­ нения £в 1 , время передачи 6 m l n , время срабатывания т т 1 п , время от на­ чала отсчета (от нулевой точки синусоиды) до момента включения тока tBK„ и время от начала отсчета до начала реакции в составе t1.

Площадь графика, заштрихованная косыми линиями, в соответ­ ствующем масштабе равна импульсу воспламенения Кв m i n электро­ детонатора, который взорвется первым, а площадь, заштрихованная горизонтальными линиями, — импульсу тока АК, успевшему пройтп во взрывную сеть после начала реакции в этом ЭД. Импульс тока, который получит взрывная сеть от момента включения тока до раз­

Для безотказного воспламеиения всех ЭД группы необходимо, чтобы импульс тока был не меньше пмпульса воспламенения наиме­ нее чувствительного ЭД группы:

Подставив в это равенство значение i из формулы (11.46) и про­ интегрировав его, получим

А К = 4 { ? " " " . ' - ^ s i n 2 ( 0 & + W г ) -s™ 2©*!]}. (И.51)

Из выражения (11.51) можно получить формулу для определения тока, обеспечивающего воспламенение всех ЭД данной группы. Учтя, что /м/]/2~ является эффективным (действующим) значением тока /э фф, запишем

ности импульсов воспламенения наименее и наиболее чувствитель­ ных ЭД группы и времени передачи последнего, но й от момента tlt

110

когда начнется реакция в воспламенительном составе.Так как tx скла­

приходится подставлять параметры партии ЭД или ЭД, выпускаемых данным заводом.

На рис. 56^ноказан график изменения вычисленного по формуле (11.52) эффективного значения воспламеняющего тока в зависимости от величины tx. Значения / э ф ф были определены для ЭД, изготовля­ емых заводом А, с импульсами воспламенения Кв m I n = 0,823 А 2 - мс и Кв m a x = 1,213 А 2 • мс, а минимальное время передачи было принято

Рис. 56. График изменения эффективного значения воспламеняющего тока в зависимости от величины tt

равиым 0,6 мс. Кроме того, на рис. 56 показано (в виде горизонталь­

• i l l

этих ЭД, так как он обеспечивает воспламенение всех ЭД для наи­ худшего случая. При подстановке в формулу (11.52) значения t± пз выражения (11.53) получим формулу для определения безотказного

синуса, имеет размерность угла и выражается в радианах. Так как таблицы для определения значений синусов обычно составлены для углов, выраженных в градусах, это произведение следует умножить на 57,3. При этом для стандартной частоты и для углов, выраженных в градусах, формула (11.54) принимает вид

Значения безотказного переменного тока стандартной частоты,

Эти данные показывают, что безотказный переменный ток для отечественных ЭД общего применения лежит в пределах от 8,6 до 11,2 А и что он значительно больше безотказного постоянного тока.

-112

Гарантийный ток. При большой величине безотказного перемен­ ного тока при относительно небольшом напряжении электрических линий, от которых производится взрывание^(обычно 220 или 380 В), сопротивление последовательной взрывной сети должно быть очень небольшим, поскольку оно равно частному от деления напряжения

считать, что сопротивление магистрали равно 10 Ом, а сопротивле­ ние ЭД принять равным 3 Ом, во взрывную сеть можно последова­ тельно включать в первом случае всего три ЭД, а во втором — восемь ЭД, что, как правило, совершенно недостаточно. Величина безотказ­ ного переменного тока получилась большой потому, что при выводе формулы, по которой он определяется, исходили из наихудших условий, что во взрываемую группу попадут наиболее и наименее чувствительные ЭД партии и что наиболее чувствительный ЭД имеет наименьшее время передачи. Кроме того, считали, что воспламеня­ ющий ток включается в самый неблагоприятный момент времени. Однако вероятность одновременного возникновения этих условий незначительна. Она будет тем ниже, чем меньше электродетонаторов во взрываемой группе. Так как обычно последовательно включают не более 100 ЭД, а в партии имеется 50 ООО ЭД, вероятность появления всех неблагоприятных условий ничтожно мала. Вследствие этого на практике взрывание производится переменным током, меньшим безотказного. При этом возникает некоторая вероятность отказов, которая будет тем выше, чем меньше величина воспламеняющего тока. Приемлемой считается вероятность отказов, равная 1 - Ю - 4 , т. е. допускается отказ одного ЭД на десять тысяч взорванных ЭД *. Добиваться меньшей вероятности отказов, вызываемых недостаточ­ ной величиной воспламеняющего тока, не имеет смысла, так как в настоящее время в среднем на каяедые Ю' 000 выпускаемых ЭД приходится один дефектный, т. е. даже при взрывании безотказным током вероятность отказов все равно будет равна 1 - Ю - 4 .

Воспламеняющий ток, прн котором вероятность отказов' (нз-за

Он растет с увеличением числа ЭД в группе, поскольку при большем числе ЭД выше вероятность попадания во взрываемую группу ЭД

спараметрами, лежащими ближе к их крайним значениям.

Взависимости от рода воспламеняющего тока различают гаран­

тийный постоянный ток /г и гарантийный переменный ток /г ~.

* Допустимая вероятность отказов 1 - Ю - 4 является вероятностью отказов по электродетонаторам. В ряде случаев представляет интерес вероятность отказов по группе, т. е. вероятность появления групп, в которых отказал хотя бы один ЭД. Допустимая вероятность отказов по группам больше допустимой вероятности отказов по ЭД в п раз, где п — число ЭД в группе. Так, например, для п = 100 допустимая вероятность отказов по группам равна 1 • 10"2.

Г а р а н т и й н ы й п о с т о я н н ы й т о к меньше безотказ­ ного постоянного тока. Однако вследствие относительно небольшой величины / б е з /р можно было бы принять равным / б е з , при этом наибольшее значение гарантийного постоянного тока будет равно 0,84 А. «Единые правила безопасности при взрывных работах» пред­

ным безотказному переменному току недопустимо, так как последний имеет весьма большую величину.

Определение гарантийного переменного тока возможно только методами теории вероятностей п математической статистики. При­ меняемые способы его вычисления содержат те или иные допущения, и в зависимости от того, каковы они, дают результаты с большей пли меньшей достоверностью.

Для определения гарантийного переменного токаМ. М. Граевским получено интегральное уравнение, которое связывает вероятность отказов, параметры применяемых ЭД (с учетом закона их распре­ деления) и величину воспламеняющего тока [95]. При составлении этого уравнения было принято: ЭД, который взрывается первым, пмеет минимальный импульс воспламенения и минимальное время передачи; параметры ЭД имеют нормальный закон распределения; разность импульсов воспламенения ЭД во взрываемой группе также пмеет нормальное распределение. Кроме того, было принято, что момент включения воспламеняющего тока и связанный с ним момент возникновения саморазвивающейся реакции в ЭД, который взор- , вется первым, имеют равномерное распределение.

Интегральное уравнение достаточно сложно и в общем виде относительно воспламеняющего тока не решается. Оно было запро­ граммировано и решено на электронно-вычислительной машине для ЭД, выпускаемых разными заводами (см. табл. 3). Полученные при этом значения гарантийного тока для групп из 20 последова­ тельно соединенных ЭД следующие:

Эти данные показывают, что гарантийный переменный ток зна­ чительно меньше безотказного переменного тока, но все же он в не­ сколько раз больше гарантийного постоянного тока и значения нормированного постоянного воспламеняющего тока, предписанного «Едиными правилами безопасности при взрывных работах». Исклю­ чение составляет лишь величина /г~ для ЭД, выпускаемых заводом В, для которых она равна 1,8 А. Последнее объясняется тем, что ЭД этого завода имеют меньшее среднеквадратическое отклонение и большее время передачи (см. табл. 3).

114

Приведенные здесь расчетные значения гарантийного перемен­ ного тока для ЭД завода А М. М. Граевским были проверены экспе­ риментально при помощи специально разработанной электронной аппаратуры, включавшей воспламеняющий ток в точках синусоиды, наименее выгодных для воспламенения ЭД. Такой способ был при­ менен потому, что при прямой проверке (при включении тока в слу­

ментальной проверки согласуются с данными, полученными при решении упоминавшегося выше интегрального уравнения.

Более простой, но менее точный расчетный способ определения

стного появления которых во взрываемой группе ЭД, с учетом веро­ ятности включения воспламеняющего тока в наиболее неблагоприят­ ный момент, равна предельному допустимому значению вероятности отказов (1-10~4 ). Ток, полученный по формуле (11.54) при подста­

и 0mi n был сделан ряд существенных допущений. Однако полученные значения тока для предельно допустимой вероятности отказов 1-10- 4 оказались близкими к величинам гарантийного переменного тока, определенным М. М. Граевским при решении интегрального уравне­ ния. Найденный Н . Г. Петровым гарантийный переменный ток_для

бом определить гарантийный переменный ток для ЭД, выпускаемых заводом А, то этот ток будет около 4 А.

В «Единых правилах безопасности при взрывных работах» ука­ зано, что при взрывании переменным током воспламеняющий ток должен быть не менее 2,5 А (нормированный ток). Данные стр. 114 показывают, что для ЭД, выпускаемых некоторыми заводами (на­ пример, заводами А, Б и Г), нормированный воспламеняющий пере­ менный ток меньше гарантийного, и поэтому при взрывании пере­

Нормированный воспламеняющий переменный ток ограничивает число ЭД, которое может быть включено во взрываемую последова­ тельную группу. Так, при воспламенении от линий напряжением 220 В сопротивление взрывной сети не должно превышать 88 Ом,

а при 380 В не должно быть больше 152 Ом. Если сопротивление магистрали принять равным 10 Ом, то в первом случае в группе должио быть не более 26 ЭД, а во втором случае — не более 47 ЭД. Во многих случаях этого недостаточно, поэтому вместо простых и наглядных последовательных взрывных сетей приходится при­ менять более сложные смешанные взрывные сети, т. е. сети, состо­ ящие из ряда последовательных групп ЭД, которые между собой соединены параллельно. Поэтому весьма важно, чтобы все заводы добивались выпуска ЭД, для которых величина гарантийного пере­ менного тока приближалась к значению нормированного воспламе­ няющего постоянного тока. Расчеты показывают, что для этого необходимо среднее время передачи повысить до 4 мс, а его мини­ мальное значение — до 1,4 мс. Задача, которую эти заводы должны решить в ближайшее время, — выпускать ЭД с параметрами не хуже чем ЭД завода В (см. табл. 3). Это позволит снизить гарантийный переменный ток до 1,8 А и повысить предельное сопротивление последовательной взрывной сети почти на 40%.

тийного переменного тока можно судить по данным Н. Г. Петрова, полученным расчетным путем.

Если гарантийный переменный ток при взрывании последователь­ ных групп, состоящих из 100 ЭД, принять за 100%, то при 50 ЭД в группе он будет равен 88,0%, при 20 ЭД — 78,5% и при 10 ЭД — 66,5%.

При увеличении числа ЭД в группе сверх ста гарантийный ток растет очень незначительно, и можно считать, что он такой же, как > для ста ЭД.

Условия безотказного воспламенения ЭД, соединенных парал­ лельно и по смешанной схеме. Параллельно включенные ЭД можно

было бы воспламенять стомиллпсекуидным током. Однако при этом будет значительная разновременность взрывов из-за разброса им­ пульсов воспламенения применяемых ЭД. Поэтому на практике через каждый из параллельно соединенных ЭД пропускают ток не менее 1 А, что соответствует предписаниям Госгортехнадзора.

Если при взрывании переменным' током параллельно включен­ ных ЭД возникает опасность разрыва проводов магистрали или дру­ гих параллельных ветвей первым взорвавшимся зарядом, воспла­ меняющий ток в 1 А недостаточен. В этом случае ток, пропускаемый через каждый ЭД, должен быть не меньше гарантийного тока, т. е. тока, которым воспламеняются последовательно соединенные ЭД, поскольку до разрыва проводов наименее чувствительные ЭД должны успеть получить импульс тока, необходимый для их воспламе­ нения.

При взрывании ЭД, включениых по смешанной схеме, в каждой группе должен проходить гарантийный ток, соответствующий роду воспламеняющего тока.

116

Устройство сетевых взрывных приборов

Ниже рассматриваются сетевые прпборы с прямым включениемтока, выпрямительные, конденсаторные и с включением тока в фикси­ рованной точке синусоиды.

Сетевые взрывные приборы с прямым включением тока пред­ назначены для непосредственного подключения взрывной сети к пи­ тающей сети (осветительной или силовой) или к зажимам передвиж­ ной электростанции. Эти приборы можно применять для воспламене­ ния ЭД, соединенных последовательно или по смешанной схеме. При этом в каждой последовательной группе электродетонаторовдолжен быть обеспечен ток не меньше гарантийного.

В качестве взрывных приборов с прямым включением тока исполь­ зуются рубильники и рубящие переключатели, пакетные включатели и переключатели, автоматические выключатели, контакторы, маг­ нитные пускатели, а также взрывные переключатели [10].

Совместно с указанными включателями обычно применяют пред­ охранители, сигнальные лампы, а в ряде случаев, кроме того, изме­ рительные приборы и нагрузочные реостаты. Включатели и вся вспомогательная аппаратура монтируются на щитах, в шкафах или в ящиках с замками. Щиты устанавливаются в запираемых помещениях, укрытиях или блиндажах, а шкафы и ящики могут располагаться и вне помещений, за пределами опасной зоны. Ключи от шкафов, ящиков и помещений должны находиться у лица, ответ­ ственного за взрывные работы.

Щиты, шкафы и ящики с аппаратурой для взрывания называются взрывными станциями. Помещение'(укрытие, блиндаж), из которого производят взрывание при помощи взрывных станций или автоном­ ных взрывных приборов, называется взрывным пунктом. Простейшая взрывная станция содержит вспомогательный 1 (рис. 58, а) и взрыв­ ной 2 рубильники, сигнальные лампочки Л, зажимы или штепсель­ ный разъем 6 для подключения к питающей сети и зажимы Кл дляприсоединения взрывной сети. Вспомогательный рубильник при­ меняется для обеспечения двойного разрыва цепи и предотвращения случайного включения воспламеняющего тока.

Верхняя сигнальная лампочка позволяет судить о наличии напря­ жения, а нижняя дает возможность убедиться в том, что во взрывную сеть напряжение было подано.

В более совершенной взрывной станции (рис. 58, б) имеется переключатель В (вместо взрывного рубильника) и испытательная цепь для проверки способности взрывной станции обеспечить' во взрывной сети гарантийный ток.

Применение переключателя позволяет держать провода маги­ страли до момента взрыва в замкнутом состоянии в соответствии с «Едиными правиламп безопасности при взрывных работах». Необ­ ходимость указанной выше проверки взрывной станции объясняется тем, что напряжение питающей сети может быть меньше номи­ нального, а также тем, что воспламеняющий ток может вызвать в.

117

реостата RH, вольтметра V и амперметра А. Перед взрыванием изме­ ряют сопротивление взрывной сети и на такое сопротивление регу­ лируют реостат i?H . После этого рубильником 4 его подключают к питающей сети. Если при этом амперметр покажет, что ток в испы­ тательной цепи не меньше расчетного, выключают рубильник 4. Затем замыкают рубильник 3 и переводом переключателя В в поло­ жение а — а производят взрыв.

Если взрывная станция должна давать значительный ток (при взрывании смешанных взрывных сетей с большим числом парал-

а€

реле времени, которое автоматически выключает в ней ток через небольшой промежуток времени (например, через 1 мин), защищая нагрузочный реостат от перегрева.

На рис. 58, в приведена схема взрывной станции, которая отли­ чается от предыдущей тем, что в ней вместо взрывного рубильника лтрименен контактор 5 (испытательная цепь на рис. 58, в не пока­ зана). Воспламеняющий ток включают нажатием взрывной •кнопки Кн. Эта кнопка может быть отнесена на большое расстояние от взрывной станции, поскольку по идущим к пей проводам проходит малый ток (десятые доли ампера) и они могут быть малого сечения.

."Это позволяет взрывную станцию приблизить к месту взрыва, умень­ шив длину, а следовательно, и сопротивление магистрали, что дает возможность увеличить число ЭД в группах и число параллельно включенных групп. Чтобы при этом взрывная станция не была повреждена взрывом, ее размещают в блиндаже или укрытии.

118

Применяются также сетевые взрывные приборы с прямым включе­ нием тока, предназначенные для короткозамедленного взрывания при помощи ЭД мгновенного действия. Эти приборы называются взрывными коммутаторами. Имеются также взрывные коммутаторы, у которых источником тока служат батареи.

При использовании коммутаторов ЭД мгновенного действия разбиваются по группам (по необходимому числу ступеней замедле­ ния), и ток к группам подводится поочередно через заданные про­ межутки времени. При этом ток подается по отдельным линиям, число которых равно числу групп.

Взрывные коммутаторы могут быть с вращающимся (поворачи­ вающимся), движущимся поступательно или падающим замыка­ телем. Принципиальная схема коммутатора с поворачивающимся:

замыкателем и схема связанной с ним взрывной сети показаны нарис. 59.

Замыкатель коммутатора приводится в движение пружиной: или миниатюрным электродвигателем через соответствующий редук­ тор. Для электрического привода замыкателя используются синхрон­ ные двигатели со строго постоянной скоростью вращения или кол­ лекторные двигатели (постоянного или переменного тока), допуска­ ющие регулировку скорости в широких пределах.

В коммутаторах должно быть устройство, исключающее возмож­ ность повторной посылки тока во взрывную сеть. В некоторых ком­ мутаторах предусматривается электромагнитный механизм, позво­ ляющий производить пуск замыкателя дистанционно, что дает возможность располагать коммутатор ближе к месту взрыва и, сле­ довательно, уменьшить длину многопроводной взрывной сети.

Число ступеней замедления, которое может дать взрывной ком­ мутатор, зависит от числа имеющихся в нем контактов. Длительностьинтервалов между импульсами тока, посылаемыми во взрываемыегруппы ЭД, определяется расстоянием между контактами и ско­ ростью движения замыкателя, а длительность импульса тока —

1.1Э