Электровзрывной комплекс как система

Электровзрывной комплекс как система

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.



Устройство

 взрывания

Электровзрывная цепь







Приборы контроля

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.