Асп. Саханский Ю. В.
Кафедра теоретической
электротехники и электрических машин.
Северо-Кавказский
горно-металлургический институт (государственный технологический университет)
Раскрыт
системный подход к изучению электровзрывных комплексов. Определены условия и
границы нормального функционирования системы.
Исследование
электровзрывных работ, их совершенствование и повышение безопасности можно
провести наиболее полно и эффективно, рассматривая электровзрывной комплекс как
систему. Системный подход позволит наиболее полно исследовать как внутренние
связи и функционально-структурные особенности электровзрывного комплекса, так
условия и особенности его взаимодействия с внешней средой, наметить пути
оптимизации этих взаимодействий.
Рассматривая
электровзрывной комплекс как систему, необходимо, прежде всего, определить
границы системы и её составляющие части. В электровзрывной комплекс входят:
электровзрывная цепь, устройство взрывания (прибор взрывания), приборы
контроля. Структурная схема электровзрывного комплекса изображена на рисунке.
Структурная
схема системы взрывания.
Электровзрывная
цепь состоит из электродетонаторов (ЭД), распределительной сети и магистральных
проводов. Основным компонентом системы, влияющим на параметры остальных её
составляющих, является ЭД. От типа ЭД, их числа и схемы соединения зависит
требуемая мощность устройства взрывания, параметры контрольно-измерительной
аппаратуры и ряд других важных характеристик электровзрывного комплекса.
Параметры ЭД, в свою очередь, определяются технологией электрического
взрывания, надёжностью и безопасностью системы. Срабатывание ЭД должно вызвать
взрыв взрывчатого вещества во взрывной полости.
Устройство
взрывания должно воздействовать на ЭД электрическим импульсом, и оно может быть
реализовано в виде автономного источника питания или в виде промежуточного
звена между силовой и электрической цепями.
Назначение
приборов контроля – установить готовность электровзрывной цепи и устройства
взрывания к инициированию, а также осуществить контроль срабатывания ЭД,
оценить степень опасности блуждающих токов на электровзрывную цепь.
В
общем случае математическая модель системы может быть представлена в виде
соответствия двух функций, одна из которых относится к воздействию на систему, а другая
характеризует реакцию системы на это воздействие – .
, (1)
где
– факторы, определяющие воздействие,
– факторы, определяющие реакцию системы.
Воздействующими
факторами, например, в случае применения наиболее распространённых
конденсаторных взрывных приборов будут: выходное напряжение U, емкость
конденсатора – накопителя C, величина шунтирующего резистора RШ, наличие и
величина дополнительной индуктивности L и др. Факторами, определяющими реакцию
системы, будут число N и параметры ЭД – сопротивление электродетонатора
R,импульс воспламенения K,время передачи θ, параметры магистральных
проводов, топология электровзрывной цепи и т.д. Кроме того, необходимо
учитывать и стороннее влияние на систему (блуждающие токи) и степень её
электромагнитной совместимости.
Заданное
в формуле (1) соответствие определяется функциональными требованиями к системе:
результат воздействия прибора взрывания должен привести к срабатыванию всех ЭД
в цепи, что возможно только при выполнении конкретных условий, называемых
условиями безотказности. Условия безотказности устанавливают необходимое
соответствие между параметрами источников энергии (воздействия) и нагрузкой
(электровзрывной цепью) с учётом возможных отклонений этих параметров.
Таким
образом, нормальное функционирование системы возможно при обязательном
выполнении двух условий:
система
должна безотказно сработать при действии внутренних источников энергии;
система
должна быть гарантированно устойчивой от воздействия внешних источников
энергии.
Для
выполнения первого условия должны быть соблюдены следующие соотношения:
при , (2)
где
– энергия, получаемая ЭД от прибора взрывания;
– максимальная энергия, необходимая ЭД для
срабатывания;
IЭД
– ток через электродетонатор;
iН
– величина нормированного тока, т.е. тока, протекание которого через ЭД
приводит к выделению тепла, необходимого для инициирования.
Для
выполнения второго условия должны быть соблюдены соотношения:
(3)
или
, (4)
где
– энергия
сторонних воздействий на электровзрывную цепь;
– минимальная энергия, необходимая для
срабатывания ЭД;
– величина тока, вызванная сторонним влиянием
на электровзрывную цепь.
Соотношения
(2), (3), (4) лежат в основе анализа условий безотказности при электровзрывании
и моделировании электровзрывных систем. Далее в работе обоснованы и исследованы
математические модели конкретных электровзрывных комплексов, представленные соответствующими
функциональными звеньями, отражающими условия безотказности и электромагнитную
совместимость системы.
Электровзрывной
комплекс обладает рядом специфических свойств, тесно связанных с предъявляемыми
ему требованиями. Технические требования на систему электровзрывания должны
включать в себя:
1.
Общие технические требования, характеризующие систему электровзрывания как
единый комплекс, определяющие как внутренние, так и внешние взаимодействия
данного комплекса, его свойства как целостной структуры.
2.
Технические требования на основные компоненты системы – магистральные провода,
ЭД, устройства взрывания, приборы контроля.
Система
должна удовлетворять требованиям технологии взрывных работ – ЭД должны иметь
необходимое число ступеней замедления, число ЭД в электровзрывной цепи должно
позволить одновременно инициировать требуемое число зарядов.
Одним
из специфических свойств электровзрывного комплекса является то, что его
основной компонент – электровзрывная цепь существует очень кратковременно, разрушаясь
при воздействии электрического импульса достаточной мощности. Это воздействие
связано со срабатыванием ЭД и инициированием взрывчатого вещества.
Воздействие
электрического импульса устройства взрывания на электровзрывную цепь должно
привести к надёжному срабатыванию всех ЭД, включённых в цепь. Однако в ряде
случаев этого не происходит, т.е. возникают отказы. Причинами отказов могут
быть, прежде всего, несоответствие параметров прибора взрывания параметрам
электровзрывной цепи, т.е. не выполняются условия безотказности. Существуют и
другие причины отказов – дефектные ЭД, повреждения магистральных проводов и
т.п. Главное условие безотказного срабатывания ЭД – это соответствие между
параметрами источника тока (взрывного прибора) и параметрами электровзрывной
цепи и ЭД.
Электровзрывной
комплекс должен позволять проводить надёжный контроль как готовности
электровзрывной цепи к инициированию, так и контроль срабатывания ЭД. Это
требование в современных электровзрывных комплексах выполняется лишь частично,
с невысокой надёжностью результатов измерения. Далее автором намечены пути
совершенствования информационно-измерительной аппаратуры электровзрывного
комплекса.
Система
электровзрывания должна быть достаточно универсальной, обладающей широким
диапазоном производительности, возможностью сочетания основных компонентов
различного типа, широким спектром условий применения.
Параметры
существующих устройств взрывания, функциональные возможности и технические
характеристики приборов контроля обычно позволяют создавать более или менее
оптимальные электровзрывные комплексы, обладающие требуемым уровнем надёжности.
Моделирование
в электровзрывании позволяет наиболее полно исследовать электровзрывной
комплекс как систему.
Вопросы
моделирования приобретают особую значимость, в частности, из-за трудностей
экспериментального исследования электровзрывных цепей и ЭД.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.skgtu.ru/
Дата добавления: 02.09.2009