Волоконно-оптическое устройство дистанционного управления взрывом

Полезная модель относится к взрывным работам и может быть использована в горнодобывающей промышленности.
При проведении взрывных работ с применением большого количества взрывчатых веществ необходимо обеспечить возможность контроля целостности исполнительной цепи перед проведением взрыва для исключения несрабатывания зарядов взрывчатых веществ.
Хорошо известен электрический способ дистанционного подрыва, в котором используется конденсаторная взрывная машинка, выход которой подключен через магистраль в виде двухпроводной электрической линии связи к исполнительным цепям, каждая из которых состоит из электродетонаторов и проводов, соединяющих электродетонаторы с магистралью и друг с другом и расположенную в границах расположения зарядов взрывчатого вещества. Магистраль вместе с исполнительными цепями образует взрывную сеть.
В качестве конденсаторной взрывной машинки может использоваться взрывной конденсаторный прибор с испытателем взрывной сети, состоящий из первого и второго источников тока, выходы которых подключены к измерительной и взрывной схемам пульта управления соответственно. Выходы измерительной и взрывной схем пульта управления подключены через специальный рычаг параллельно к магистрали взрывной сети. Измерительная схема включает в свой состав омметр, который позволяет определять целостность взрывной цепи путем измерения ее сопротивления. Взрывная схема состоит из повышающего преобразователя напряжения, подключенного к нему накопительного конденсатора с индикатором заряда, и гнезда взрывного ключа [1].
До взрыва рычаг переключен в положение контроля целостности цепи, соединяющим измерительную схему пульта управления с взрывной цепью. При включенном первом источнике тока оператор проверяет по показаниям омметра целостность взрывной цепи. Таким образом, электрический способ взрывания позволяет перед произведением взрыва убедиться в том, что электрический импульс тока пройдет через все электродетонаторы исполнительных цепей.
Если магистраль и исполнительные цепи не повреждены, оператор переключает рычаг в положение подрыва, подключая второй источник тока к взрывной схеме пульта управления, и вставляет взрывной ключ в гнездо, одновременно поворачивая его в режим заряда конденсатора. Электрический ток от второго источника тока поступает на повышающий преобразователь напряжения, который заряжает повышенным напряжением конденсатор-накопитель. При достижении необходимого напряжения индикатор (неоновая лампа) сигнализирует оператору о готовности к подрыву. При повороте взрывного ключа оператором в положение взрыва конденсатор разряжается через магистраль и исполнительные цепи на электродетонаторах, что приводит к подрыву зарядов взрывчатого вещества.
Таким образом, электрический способ взрывания позволяет осуществлять дистанционные проверку перед подрывом и подрыв зарядов взрывчатого вещества.
Недостатком данного способа является недостаточная надежность из-за использования электрических проводов в магистрали и исполнительных цепях. При применении электрических проводов имеется опасность несанкционированного взрыва от токов, наводимых в грунте при разряде молнии вблизи магистрали электровзрывной сети, или от блуждающих токов, возникающих в грунте вблизи электрифицированных железных дорог, мощных радиостанций и линий высоковольтной электропередачи, а также вблизи проводов высокого напряжения в туннелях, шахтах и т.п. Кроме того, утечки тока через изоляцию электрических проводов магистрали из-за ее повреждения могут привести к несрабатыванию электродетонаторов из-за недостаточного тока при том, что на пульте управления перед взрывом не будет отмечено нарушение целостности исполнительной цепи.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является комплект дистанционного управления подрывом зарядов взрывчатых веществ с использованием волоконно-оптической связи, содержащий источник тока, выход которого подключен к входу пульта управления, выход пульта управления через оптический передатчик, волоконно-оптическую линию связи, оптический приемник подключен к входам десяти исполнительных приборов, выходы которых подключены к входам десяти исполнительных цепей [2].
Комплект дистанционного управления подрывом работает следующим образом. Команда управления подрывом зарядов взрывчатых веществ, задаваемая оператором с пульта управления при включенном источнике тока, подается на оптический приемник, где преобразуется в оптический сигнал, содержащий спектрально кодированный адрес одного из десяти исполнительных приборов. Оптический сигнал по волоконно-оптической линии связи передается на оптический приемник, где с помощью оптических фильтров выделяется адресный сигнал и формируется электрический сигнал, который поступает с одного из десяти выходов фотоприемника на вход выбранного исполнительного прибора. Этот исполнительный прибор срабатывает и замыкает исполнительную цепь, вызывая подрыв связанного с ним заряда взрывчатого вещества.
Комплект дистанционного управления подрывом зарядов взрывчатых веществ с использованием волоконно-оптической связи за использования для передачи управляющих сигналов по диэлектрическому волоконно-оптическому кабелю исключает несанкционированный подрыв из-за наведенных токов и грозовых разрядов.
Недостатком данного устройства является невозможность контроля целостности исполнительной цепи заряда взрывчатого вещества перед проведением взрыва для исключения несрабатывания заряда взрывчатого вещества.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является расширения функциональных возможностей, а именно возможность контроля целостности исполнительной цепи заряда взрывчатого вещества перед проведением взрыва для исключения несрабатывания заряда взрывчатого вещества.
Технический результат достигается тем, что волоконно-оптическое устройство дистанционного управления взрывом, содержащее источник тока, выход которого подключен к первому входу пульта управления, волоконно-оптический кабель, исполнительный прибор, выход которого соединен с входом заряда взрывчатого вещества, дополнительно содержит контрольный прибор, первый и второй оптические приемопередатчики, контрольный модуль, причем выход пульта управления подключен к входу первого оптического приемопередатчика, двунаправленный оптический полюс которого через волоконно-оптический кабель подключен к двунаправленному оптическому полюсу второго оптического приемопередатчика, выход и вход второго оптического приемопередатчика соединены друг с другом через последовательно соединенные исполнительный прибор, заряд взрывчатого вещества и контрольный прибор, выход первого оптического приемопередатчика через контрольный модуль подключен ко второму входу пульта управления.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
1 – источник тока;
2 – пульт управления;
3 – первый оптический приемопередатчик;
4 – волоконно-оптический кабель;
5 – второй оптический приемопередатчик;
6 – исполнительный прибор;
7 – заряд взрывчатого вещества;
8 – контрольный прибор;
9 – контрольный модуль.
10 – генератор низкой частоты;
11 – генератор высокой частоты;
12 –тумблер переключения режима работы пульта управления 2;
13 – кнопка взрыва;
14 – реле блокировки взрыва.
15 – фильтр высокой частоты;
16 – фильтр низкой частоты;
17 – катушка индуктивности;
18 – транзисторный ключ;
19 – выпрямительный диод;
20 – тиристор;
21 – накопительный конденсатор;
22 – реле;
23 – источник постоянного тока.
На фиг. 1 представлена функциональная схема совмещенного волоконно-оптического устройства дистанционного управления взрывом.
На фиг. 2 представлена схема варианта исполнения пульта управления 2.
На фиг. 3 представлена схема варианта исполнения исполнительного прибора 6.
Устройство состоит из источника тока 1, выход которого подключен к первому входу пульта управления 2. Выход пульта управления 2 подключен к входу первого приемопередатчика 3, двунаправленный оптический полюс которого через волоконно-оптический кабель 4 подключен к двунаправленному оптическому полюсу второго приемопередатчика 5. Выход второго приемопередатчика 5 подключен к входу исполнительного прибора 6, выход которого подключен к входу заряда взрывчатого вещества 7. Выход заряда взрывчатого вещества 7 подключен к входу контрольного прибора 8, выход которого подключен к входу второго приемопередатчика 5. Выход первого приемопередатчика 3 подключен к входу контрольного модуля 9, выход которого подключен ко второму входу к пульту управления 2.
Волоконно-оптическое устройство дистанционного управления взрывом работает следующим образом.
До подрыва при включенном источнике питания 1 оператор с пульта управления 2 подает команду проверки, которая последовательно транслируется через оптический приемопередатчик 3, волоконно-оптический кабель 4, оптический приемопередатчик 5 на вход исполнительного прибора 6. По поступившей команде проверки исполнительный прибор 6 на своем выходе формирует низкое напряжение, которое поступает на вход заряда взрывчатого вещества 7. При исправности взрывной цепи заряда взрывчатого вещества 7 это напряжение передается на его выход, с которого поступает на вход контрольного прибора 8, где производится измерение электрического тока, индуцированного поданным напряжением. При превышении измеренным током заданного порога контрольный прибор 8 формирует сигнал исправности взрывной цепи заряда взрывчатого вещества 7. Этот сигнал поступает на вход второго оптического приемопередатчика 5, который преобразует его в оптический аналог и с оптического полюса по волоконно-оптическому кабелю 4 передает на оптический полюс первого приемопередатчика 3, где обратно преобразуется в сигнал исправности взрывной цепи заряда взрывчатого вещества 7. С выхода первого оптического приемопередатчика 3 сигнал поступает на вход контрольного модуля 9, на выходе которого формируется сигнал разблокирования подрыва, поступающий на второй вход пульта управления 2, после чего оператор подает команду подрыва с пульта управления 2. Эта команда с выхода пульта управления 2 поступает на вход первого оптического приемопередатчика 3, где преобразуется в оптический аналог и с оптического полюса по волоконно-оптическому кабелю 4 поступает на оптический полюс второго оптического приемопередатчика 5, где обратно преобразуется в команду подрыва и с выхода второго оптического приемопередатчика 5 поступает на вход исполнительного прибора 6. По поступившей команде подрыва исполнительный прибор 6 на своем выходе формирует высокое напряжение, которое поступает на вход заряда взрывчатого вещества 7, что приводит к его подрыву.
В качестве источника тока 1 можно использовать аккумулятор 12FGHL22, 12 В.
В качестве пульта управления 2 можно использовать прибор, схема которого приведена на фиг. 2. Пульт управления 2 содержит генератор низкой частоты 10, выход которого через нормально разомкнутый контакт тумблера переключения режима работы 12 подключен к выходу пульта управления 2, генератор высокой частоты 11, который через нормально замкнутый контакт тумблера переключения режима работы 12, нормально разомкнутый контакт кнопки взрыва 13 и нормально разомкнутый контакт реле блокировки взрыва 14 к выходу пульта управления 2. Первый вход пульта управления 2 параллельно подключен к входам генератора низкой частоты 10 и генератора высокой частоты 11.
После подачи питания с выхода источника тока 1 на вход пульта управления 2 генераторы низкой и высокой частоты 10 и 11 на своих выходах начинают вырабатывать переменные сигналы низкой и высокой частоты соответственно. При переключении оператором тумблера переключения режима работы 12 в положение проверки низкочастотные сигналы от генератора низкой частоты 10 поступают через нормально разомкнутые контакты тумблера 12 на выход пульта 2 управления. При этом нормально замкнутые контакты тумблера 12 разомкнуты, что блокирует прохождение высокочастотных сигналов с генератора 11. При переключении оператором тумблера переключения режима работы 12 в обратное положение прекращается прохождение низкочастотных сигналов на выход пульта управления 2.
При успешном прохождении проверки на второй вход пульта 2 управления поступает сигнал снятия блокировки взрыва, по которому срабатывает реле 14 блокировки взрыва, при этом замыкается его нормально разомкнутый контакт. При нажатии оператором кнопки 13 взрыва высокочастотные сигналы от генератора 11 через нормально замкнутый контакт тумблера 12, нормально разомкнутые контакты кнопки 13 и реле 14 поступают на выход пульта управления 2 и вызывают взрыв.
При неуспешном прохождении проверки на втором входе пульта 2 управления отсутствует сигнал снятия блокировки взрыва и нормально разомкнутый контакт реле 14 блокирует прохождение сигнала от генератора 11 при нажатой кнопке взрыва 13.
В качестве первого и второго оптических приемопередатчиков 3, 5 можно использовать приемопередатчик оптический TRSL-9110FG фирмы Optoway Technology Inc.
В качестве волоконно-оптического кабеля 4 можно использовать оптический кабель СЛ-ОКМБ-01НУ-1Е7-1,0.
В качестве исполнительного прибора 6 можно использовать прибор, схема которого приведена на фиг. 3. Исполнительный прибор 6 содержит фильтры высокой 15 и низкой 16 частоты, входы которых подключены к входу исполнительного прибора 6. Выход фильтра высокой частоты 15 подключен к управляющему входу транзисторного ключа 18. Выход фильтра низкой частоты 16 подключен к электромагнитной катушке реле 22. Проводящий канал транзисторного ключа 18 с одной стороны через катушку индуктивности 17 параллельно подключен к клемме +U источника постоянного тока 23 и катоду выпрямительного диода 19, с другой стороны проводящий канал транзисторного ключа 18 параллельно с отрицательным выводом накопительного конденсатора 21 подключен к клемме -U источника постоянного тока 23. Катод выпрямительного диода 19 параллельно подключен к плюсовому выводу накопительного конденсатора 21, аноду тиристора 20 и нормально разомкнутому переключающему контакту реле 22. Катод тиристора 20 подключен к нормально замкнутому переключающему контакту реле 22. Общий переключающий контакт реле 22 подключен к выходу исполнительного прибора 6.
При проверке на вход исполнительного прибора 6 от пульта управления 2 через первый приемопередатчик 3, волоконно-оптический кабель 4, второй приемопередатчик 5 поступает низкочастотный переменный сигнал, который блокируется фильтром 15 и пропускается фильтром 16. По этому сигналу срабатывает реле 22 и происходит переключение его контактов. Постоянное низкое напряжение от источника постоянного тока 23 через катушку индуктивности 17, выпрямительный диод 19 и нормально замкнутый переключающий контакт реле 22 поступает на выход исполнительного прибора 6.
При подрыве на вход исполнительного прибора 6 от пульта управления 2 через первый приемопередатчик 3, волоконно-оптический кабель 4, второй приемопередатчик 5 поступает высокочастотный переменный сигнал, который блокируется фильтром 16 и пропускается фильтром 15. По этому сигналу происходит формирование высокого напряжения на накопительном конденсаторе 21 за счет импульсного повышения напряжения на катушки индуктивности 17 при закрытии проводящего канала транзисторного ключа 18 и выпрямлении этого напряжения выпрямительным диодом 19. При превышении порогового уровня тиристора 20 высоким напряжением на конденсаторе 21 тиристор 20 пробивается и электрический ток с накопительного конденсатора 21 через нормально замкнутый переключающий контакт реле 22 поступает на выход исполнительного прибора 6, с которого передается на вход заряда 7 взрывчатого вещества, вызывая его подрыв.
Взрывная цепь заряда взрывчатого вещества 7 может быть построена на основе электродетонаторов ЭД-8.
Контрольный прибор 8 может быть построен на основе микросхемы компаратора AD8611.
Контрольный модуль 9 может быть построен на основе микросхемы мультивибратора CD4029.
Таким образом, предлагаемое устройство расширяет функциональные возможности, а именно обеспечивает возможность контроля целостности исполнительной цепи заряда взрывчатого вещества перед проведением взрыва для исключения несрабатывания заряда взрывчатого вещества.
Источники информации
1. Магойченков М. А., Галаджий Ф. М., Росинский Н. Л. Мастер-взрывник. – М.: Недра, 1975. – С.72–73
2. Патент РФ на полезную модель № 114575, МПК H04B 3/00 (2006.01), 28.10.2011.