Краткие теоретические сведения. Цель работы:получение практических навыков по расчету электровзрывных сетей при постоянном токе на основе принципа обеспечения безотказного взрывания

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНЫХ СЕТЕЙ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОТКАЗНОГО ВЗРЫВАНИЯ ПРИ ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

Цель работы: получение практических навыков по расчету электровзрывных сетей при постоянном токе на основе принципа обеспечения безотказного взрывания зарядов.

Электрическое взрывание зарядов - это наиболее экономичный и технологически эффективный способ. Электровзрывная сеть представляет совокупность электродетонаторов (ЭД) с проводниками, соединенными между собой и с источниками тока.

По назначению в электровзрывной сети проводники разделяются на детонаторные, концевые, участковые, соединительные и магистральные.

Детонаторные проводники непосредственно соединены с ЭД (их сопротивление входит в сопротивление самого ЭД, и при расчете электровзрывных сетей их не определяют, рис. 4.1). При наличии одного ЭД в боевике каждый детонаторный провод соединяется непосредственно с концевым (рис. 4.1, а). При парно-последовательном соединении ЭД в боевике (рис. 4.1, б) детонаторные провода соединены между собой по одному от каждого ЭД, а оставшиеся присоединяются к концевым. При парно-параллельном соединении ЭД в боевике (рис. 4.1, в) детонаторные провода соединены параллельно и к каждой их паре присоединен концевой провод.

а б в

Рис. 4.1. Схемы соединения электродетонаторов в боевиках: h₆ - глубина расположения боевика; l_З - длина заряда; 1_эб - длина забойки; 1 - электродетонаторы; 2 - боевик; 3 - заряд ВВ; 4 - выводные (детонаторные) провода; 5 - концевые провода; 6 - замкнутые концы проводов; 7 - забойка

Концевыми проводами детонаторные провода соединены с участковыми. Длина концевых проводов составляет

, (4.1)

где h_б - глубина расположения боевика, м.

Участковые провода соединяют концевые провода отдельных зарядов между собой. Их длина зависит от схемы соединения сети.

Соединительные провода соединяют крайние заряды или группы зарядов с магистралью. Длина этих проводов зависит от принятой схемы взрывания и расположения зарядов и определяется графоаналитическим способом:

, (4.2)

где - суммарное расстояние от крайних зарядов групп до места их

соединения с магистральными проводниками.

Длину магистральных проводов рассчитывают по расстоянию от места расположения зарядов до взрывной станции через радиус опасной зоны R_без:

(4.3)

Сопротивление проводников (R) при постоянном токе находят по формуле

(4.4)

где ρ_о - удельное сопротивление материала проводника (табл. 4.1), Ом∙мм²/м; 1 - длина проводника, м; S - площадь поперечного сечения проводника, мм².

При t ≠ 20 °С удельное сопротивление проводников (ρ_t) вычисляют по формуле

(4.5)

Таблица 4.1

Показатель	Наименование материалов
Алюминий	Медь	Сталь
Удельное сопротивление ρ₀, Ом∙мм²/м, при t = 20 °С	0,03	0,0175	0,132
Температурный коэффициент сопротивления а	0,004	0,0044	0,005

Пример 1. Определить сопротивление медных магистральных проводников сечением S = 0,8 мм² при температуре 30 °С, если радиус опасной зоны составляет 300 м.

Решение. Найдем длину магистральных проводов:

Удельное сопротивление медных проводов при t = 30 °С рассчитаем по формуле

Сопротивление магистральных проводов составит

Марки и характеристики проводов, применяемых для магистральных линий, приведены в табл. 4.2; для монтажа взрывных сетей - в табл. 4.3.

Таблица 4.2

Марка провода	Число жил	Сечение жилы, мм²	Сопротивление 1 км жилы провода, Ом (при t = 20 °С)	Масса 1 км провода, кг
ЭР		0,2		6,6
ЭВ		0,2		6,5
BMB		0,75		10,3
СП-1		0,75
СП-2		0,75

Таблица 4.3

Марка провода	Сечение жилы, мм²	Сопротивление 1 км жилы провода, Ом (при t = 20 ⁰C)	Масса 1 км провода, кг
ПР и ПВ	0,75 1,0 1,5 2,5 4-6 10-16 25-30 50-70	24,5 18,4 12,3 2,4 4,6-3,07 7,84-1,15 0,736-0,525 0,368-0,263	15-22,1 19-25,2 24-31,1 38-42,2 54-78,3 122-212 278-418 531-783
АПР и АПВ	2,5	7,4 4,6 3,07 1,84	22,6-26,9 29,2-33,9 37,0-42,1 60,8-78,0

Определим сопротивление проводов t ≠ 20 °С:

(4.6)

где R₂₀ - табличные значения сопротивления проводов.

Условием безотказности при постоянном токе является величина тока, поступающего в ЭД:

(4.7)

где I_г - гарантийный ток, А (I_г = 1 А при взрывании одного ЭД; I_г = 1,15 А -при взрывании от 2 до 100 ЭД; I_Г - 1,25 А - при взрывании более 100 ЭД).

Последовательное соединение ЭД. Наибольшее распространение в практике взрывного дела находит последовательное соединение ЭД (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Схема последовательной электровзрывной сети: 1 -электродетонатор; 2 - патрон-боевик; 3 - заряд ВВ; 4 - забойка; а -расстояние между зарядами; h_б - глубина расположения патрона-боевика; L_М - длины магистральных проводов; l_с - длина соединительных проводов; 1_y - длина участковых проводов; а - расстояние между зарядами

Длину участковых проводов при последовательном соединении находят по формуле

(4.8)

где а - расстояние между зарядами, м; N - количество зарядов.

Общее сопротивление электровзрывной сети при одинаковом сопротивлении всех ЭД Rэд и одинаковом сопротивлении всех концевых проводов R_K в зарядах определим по формуле

(4.9)

где R_M - сопротивление магистральных проводов, Ом; R_c - сопротивление соединительных проводов, Ом; R_y - сопротивление участковых проводов, Ом; R_K - сопротивление концевых проводов, идущих к одному боевику, Ом; R_ЭД - сопротивление ЭД, Ом; N - число боевиков во взрываемой сети.

Требуемое напряжение источника тока для безотказного взрывания рассчитаем по формуле

(4.10)

При последовательной сети с парно-последовательным соединением ЭД в боевике (рис. 4.1, б) общее сопротивление составляет сумму сопротивлений:

(4.11)

Напряжение источника тока для безотказного взрывания определяют по формуле (4.9).

При последовательной сети с парно-параллельным соединением ЭД в боевике (рис. 4.1, в) общее сопротивление вычисляют по формулам

(4.12)

(4.13)

Пример 2. Требуется взорвать 50 зарядов. Среднее сопротивление ЭД равно 3 Ом, сопротивление магистрали - 20 Ом, соединительных проводов - 15 Ом, участковых проводов - 12 Ом и каждой пары концевых проводов - по 1,2 Ом. Определить общее сопротивление сети и подобрать источник тока с требуемым для безотказного взрывания напряжением при последовательном соединении ЭД, а также при последовательных сетях с парно-последовательным и парно-параллельным соединением ЭД в боевике.

Решение. При последовательном соединении ЭД общее сопротивление сети составляет

минимальное напряжение источника тока, обеспечивающее безотказное взрывание, -

При последовательной сети с парно-последовательным соединением ЭД общее сопротивление сети равно

минимальное напряжение источника тока, обеспечивающее безотказное взрывание, -

При последовательной сети с парно-параллельным соединением ЭД общее сопротивление сети

минимальное напряжение источника тока, обеспечивающее безотказное взрывание,

Параллельное соединение электродетонаторов. Общее сопротивление группы параллельно соединенных ЭД (рис. 4.3) находят по выражению

где R_Г - сопротивление группы параллельно соединенных ЭД; R₁, R₂,..., R_n -сопротивление электродетонаторов.

Рис. 4.3. Схема параллельно-пучковой электровзрывной сети: 1 - электродетонатор; 2 - патрон-боевик; 3 - заряд ВВ; 4 - забойка; а - расстояние между зарядами; h_б - глубина расположения патрона-боевика; L_m -длины магистральных проводов; 1_C - длина соединительных проводов; 1_y - длина участковых проводов

При условии, что R₁ ≈ R₂ ≈... ≈ R_n, и с учетом сопротивления концевых проводов R_K и параллельного соединения участковых проводов R_i, определяют по выражению

где N - число ЭД; R_y - сопротивление одной пары участковых проводов. Длину одной пары участковых проводов при параллельном соединении вычисляют по формуле

(4.14)

где L_n - расстояние от концевых проводов заряда до пучка. Общее сопротивление сети равно

(4.15)

Главным условием при использовании параллельного соединения ЭД является обеспечение протекания гарантийного тока через каждый ЭД. Следовательно, ток в магистральной сети I ≥ NI_Г. Отсюда необходимое напряжение источника тока (U) рассчитывают по формуле

(4.16)

При параллельно-пучковой сети с парно-последовательным соединением ЭД в боевике (рис. 4.1, 6) общее сопротивление вычисляют по формуле

(4.17)

а напряжение источника тока для безотказного взрывания определяют по формуле (4.16).

При параллельно-пучковой сети с парно-параллельным соединением ЭД в боевике (рис. 4.1, в) общее сопротивление

(4.18)

(4.19)

Последовательно-параллельное соединение электродетонаторов. При последовательно-параллельном соединении ЭД в группе соединены последовательно, а группы между собой - параллельно (рис. 4.4).

Общее сопротивление сети рассчитывается по формуле

(4.20)

где n - число последовательно включенных боевиков в группе; m - число параллельных групп; R_C - сопротивление соединительных проводов одной группы; R_y - сопротивление участковых проводов одной группы.

Длина участковых проводов в группе

(4.21)

Ток в магистрали

(4.22)

Общее сопротивление последовательно-параллельной сети с парно-последовательным соединением ЭД в боевике (рис. 4.1, б) находят по формуле

(4.23)

а ток в магистрали определяют по формуле (4.22).

Рис. 4.4. Схема последовательно-параллельной электровзрывной сети: 1 -электродетонатор; 2 - патрон-боевик; 3 - заряд ВВ; 4 - забойка; h_б - глубина расположения патрона-боевика; L_m - длины магистральных проводов; 1_C—длина соединительных проводов; l_у - длина участковых проводов

При последовательно-параллельной сети с парно-параллельным соединением ЭД в боевике (рис. 4.1, в) общее сопротивление и ток в магистрали рассчитывают по формулам

(4.24)

(4.25)

Параллельно-последовательное соединение электродетонаторов. При параллельно-последовательном соединении ЭД в группе соединены параллельно, а группы между собой - последовательно (рис. 4.5).

В этом случае общее сопротивление взрывной сети

(4.26)

где n - число параллельно включенных боевиков в группе; m - число последовательных групп; R_y - сопротивление пары участковых проводов.

Рис. 4.5. Схема параллельно-последовательной электровзрывной сети: 1 -электродетонатор; 2 - патрон-боевик; 3 - заряд ВВ; 4 - забойка; h_б- глубина расположения патрона-боевика; L_m - длины магистральных проводов; 1_C -длина соединительных проводов; 1_у - длина участковых проводов

Длину пары участковых проводов вычисляют так же, как и в случае параллельно-пучкового соединения.

Ток в магистрали рассчитывают по формуле

(4.27)

При параллельно-последовательной сети с парно-последовательным соединением ЭД в боевике (рис. 4.1, б) общее сопротивление находят по формуле

(4.28)

а ток в магистрали - по формуле (4.27).

При последовательно-параллельной сети с парно-параллельным соединением ЭД в боевике (рис. 4.1, в)

(4.29)

(4.30)

Пример 3. Число шпуров 50 шт., расстояние между шпурами 0,8 м. Сопротивление каждого ЭД вместе с концевыми проводами 6 Ом. Расстояние до источника тока 200 м. В качестве магистральных проводов используется медный кабель с сечением жилы 2,5 мм², медные соединительные и участковые провода с сечением 1 мм². Напряжение источника постоянного тока 120 В. Выбрать схему соединения электровзрывной сети, обеспечивающую безотказное взрывание (если при последовательном, параллельном и параллельно-последовательном соединениях ЭД длина соединительного провода равна 20 м, а при последовательно-параллельном длина соединительного провода в каждой последовательно соединенной группе ЭД составляет по 20 м).

Решение. Найдем длину магистральных проводов:

Определим сопротивление магистральных проводов:

Вычислит сопротивление соединительных проводов:

При последовательном соединении длина и сопротивление участковых проводов составляют:

Общее сопротивление электровзрывной сети равно

Отсюда величина тока в сети I = U/R_общ = 120/304,2 = 0,39А < I_г. Следовательно, она недостаточна для безотказного взрывания.

При параллельном соединении длина и сопротивление одной пары участковых проводов (при L_П = 4 м) равны

Общее сопротивление электровзрывной сети равно

Значит, величина тока в сети I = U/R_общ = 120/3,55 = 33,8А < 50I_г, т.е. она недостаточна для безотказного взрывания.

При последовательно-параллельном соединении выделяем 5 групп зарядов, включающих 10 последовательно соединенных ЭД. Длина и сопротивление участковых проводов в каждой группе составят: