книги / Технология и безопасность взрывных работ

4.3. Электрический способ инициирования зарядов ВВ

Электрическое инициирование (взрывание) – способ ини-

циирования зарядов ВВ с помощью электродетонаторов (ЭД), соединенных в электровзрывную сеть (ЭВС), источника тока и контрольно-измерительной аппаратуры.

Электрическое взрывание включает в себя следующие операции:

1)проверку исправности ЭД и подбор их по сопротивле-

нию;

2)выбор схемы соединения электровзрывной сети и ее

расчѐт;

3)набор необходимого комплекта ЭД;

4)изготовление патронов-боевиков;

5)заряжание и забойку шпуров (скважин);

6)монтаж электровзрывной сети;

7)контроль исправности электровзрывной сети и соответствия еѐ сопротивления расчетным данным;

8)контроль исправности прибора взрывания и взрывание зарядов ВВ;

9)осмотр места взрыва на предмет обнаружения отказавших зарядов.

Преимущества электрического способа взрывания:

– высокая безопасность взрывных работ (ВР);

– возможность инициирования большого числа зарядов как одновременно, так и в любой необходимой последовательности

сшироким диапазоном времени замедления;

–высокая надежность взрывания благодаря предварительной проверке исправности всей электровзрывной сети перед подачей импульса тока;

–возможность применения в шахтах, опасных по газу

ипыли, а также в выработках любого направления, включая стволы.

141

Недостатки электрического взрывания:

–трудоемкость монтажа электровзрывной сети и проверки

ееисправности;

–необходимость отключения электроэнергии в опасной зоне на период монтажа сети для предупреждения преждевременного инициирования электродетонаторов блуждающими токами.

4.3.1. Электродетонаторы

Электродетонатор (ЭД) – устройство для возбуждения детонации заряда ВВ, состоящее из капсюля-детонатора (мгновенного, короткозамедленного и замедленного действий) и электровоспламенителя (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Электродетонатор мгновенного действия с эластичным (а) и жестким (б) креплением мостика накаливания: 1 – гильза; 2 – заряд детонатора; 3 – мостик накаливания; 4 – воспламенительная головка; 5 – выводные провода; 6 – пластиковая пробочка

Электровоспламенитель состоит из мостика накаливания, воспламенительной головки, облегающей мостик, пластиковой пробочки и выводных проводов. Крепление мостика может быть эластичным или жестким.

Благодаря надежной герметизации гильзы в электродетонаторе в качестве первичного ВВ служит азид свинца, покрытый со стороны электровоспламенителя слоем ТНРС, в качестве вторичного ВВ применяется гексоген.

142

По времени замедления различают ЭД мгновенного, ко-

роткозамедленного и замедленного действия.

Время срабатывания ЭД мгновенного действия 2–5 мс. Выпускаются следующих марок:

•ЭД-8Э(водостойкиесэластичнозакрепленныммостиком);

•ЭД-8Ж (водостойкие с жестко закрепленным мостиком);

•ЭДП (водостойкие с платино-иридиевым мостиком накаливания);

•ЭДС (для проведения сейсморазведочных работ);

•ЭД-ПМ (предохранительные мощные, масса вторичного инициирующего ВВ увеличена с 1 до 1,45 г, на гильзе нанесен слой пламегасителя из сернокислого калия толщиной 0,1мм);

•ЭД-1-8-Т (защищенные от действия блуждающих токов до 1 А и зарядов статического электричества до 10 кВ);

•ТЭД-200 (термостойкие);

•ЭДВ (высоковольтные);

•ЭД-22, ЭД-27, ЭД-29 (специальныедляпрессовки, сварки); Диаметр гильзы ЭД 7,2–7,6 мм. Длина 50–80 мм. Толщина

0,2–0,3 мм, у предохранительных 0,45–0,5 мм.

Обычные ЭД применяются при температуре не более ±40 °С. При более высоких температурах используют термостойкие.

Электродетонаторы короткозамедленного и замедленного

действия (рис. 4.8) отличаются от ЭД мгновенного действия тем, что между электровоспламенителем и первичным инициирующим ВВ находится столбик замедляющего состава (5) из смеси свинцового сурика, хромокислого свинца и ферросилиция. Время замедления зависит от длины столбика замедлителя, его состава и плотности.

Время срабатывания ЭД короткозамедленного действия от

10 до 500 мс, замедленного действия – от 0,5 до 10 с.

ЭД выпускаются следующих марок (табл. 4.1):

• ЭДКЗ-ПК-короткозамедленный предохранительный – предназначен для взрывных работ (ВР) при температуре от –50

143

до +50 °С в шахтах, опасных по газу и пыли, и в местах, опасных в отношении зарядов статического электричества и блуждающих токов. Замедляющий состав – окись меди и алюминия, интервалы замедления от 10 до 500 мс.

•ЭДКЗ-ПМ – короткозамедленный предохранительный мощный. Предназначен для ВР в шахтах, опасных по газу и пы-

ли. Интервалы замедления: 15, 30, 45, 60, 80, 100, 120 мс.

•ЭДКЗ-П – короткозамедленный предохранительный. Предназначен для ВР в шахтах опасных по газу и пыли. Интер-

валы замедления 25, 50, 75, 100, 125 мс.

•ЭД3Д – электродетонатор замедленного действия. Зажигательный состав – порох, время срабатывания от 0,5 до 10 с.

Рис. 4.8. Электродетонатор непредохранительного типа короткозамедленного и замедленного действия: 1 – пластиковая пробка; 2 – электровоспламенитель; 3 – гильза детонатора; 4 – чашечка; 5 – замедляющий состав; 6 – первичное инициирующее ВВ; 7 – вторичное инициирующее ВВ

К проводам ЭД прикрепляется бирка с цифрой, обозначающей степень замедления. Кроме того, каждая ступень замедления имеет свою окраску придонного участка гильзы (рис. 4.9).

При использовании ЭД короткозамедленного действия происходит увеличение времени воздействия волн напряжений на массив и создание дополнительных свободных поверхностей для смежных зарядов.

За счет этого:

существенно улучшается степень дробления и уменьшается выход негабарита по сравнению с мгновенным и замедленным взрыванием;

144

уменьшается степень нарушенности массива от предыдущих взрывов по сравнению с мгновенным взрыванием;

сокращается ширина развала взорванных пород;

снижается сейсмическое воздействие взрыва;

снижаетсявоздействиеударнойвоздушнойволны(УВВ);

уменьшается радиус разлета кусков;

снижается вероятность подбоя заряда ВВ соседнего шпура (скважины).

Таблица 4.1

Характеристика электродетонаторов короткозамедленного и замедленного действия

Рис. 4.9. Электродетонаторы ЭД-КЗ-ПКМ короткозамедленного действия (а) и ЭД-З-Н замедленного действия (б)

145

К недостаткам короткозамедленного взрывания можно отнести сложность и дороговизну изготовления ЭД, требующих качественных материалов для обеспечения необходимого замедления в очень узком диапазоне.

В настоящее время короткозамедленное взрывание (КЗВ) имеет самое широкое применение как в карьерах, так при подземных горных работах.

При использовании ЭД замедленного действия достигается еще больший эффект по сравнению с короткозамедленным взрыванием, а именно:

снижается сейсмическое воздействие взрыва;

снижается воздействие УВВ;

уменьшается радиус разлета кусков;

обеспечивается надежность и простота исполнения при использовании ОШ при небольших объемах ВР).

Недостатки замедленного взрывания:

ухудшается степень дробления (по сравнению с КЗВ);

увеличивается вероятность подбоя заряда ВВ соседнего шпура (скважины);

ограниченная область применения – проведение выработок по породе при отсутствии выделения метана, а также в забоях, где разрешено применение ВВ II класса при отсутствии газовыделений и взрывчатой пыли.

Сопротивление ЭД складывается из сопротивления мостика накаливания и выводных проводов. В горной промышленности применяют ЭД с нихромовым электровоспламенителем, мостик накаливания которого изготовлен из нихромовой проволочки диаметром 24–54 мкм и длиной 0,5–5 мм.

Сопротивление мостика накаливания с жестким креплением равно 1,8–3,8 Ом, а с эластичным креплением – 2–4,8 Ом. Предельное сопротивление ЭД с медными выводными провод-

никами – 1,6–4,2 Ом, со стальными проводниками длиной от 2 до 4 м – 2,9–9,5 Ом.

146

Для срабатывания электровоспламенителя необходим достаточный импульс воспламенения (Кв), численно равный энергии, выделяемой в каждой части мостика накаливания, имеющей сопротивление 1 Ом.

Наименьшее значение импульса воспламенения kв (А2·с) для взрыва ЭД

kв = I2· tв,

где I – воспламеняющий ток, А; tв – минимальное время протекания воспламеняющего тока, обеспечивающего взрыв ЭД, с.

Значение импульса воспламенения практически становится постоянным (рис. 4.10) при постоянном токе, величина которого примерно равна двукратному значению стомиллисекундного I100 воспламеняющего тока (постоянный ток, который, протекая через ЭД в течение 100 мс, безотказно вызывает его воспламенение, для ЭД он равен 0,5А). Такое значение импульса воспламенения называется номинальным (К0).

Рис. 4.10. Зависимость импульса воспламенения kв от величины тока I

В зависимости от величины импульса воспламенения kв выделяют электродетонаторы различной чувствительности к сторонним токам:

147

нормальной чувствительности (kв = 3…8 А2 мс);

пониженной чувствительности (kв = 25…50 А2 мс);

грозоустойчивые (kв = 1100…2500 А2 мс).

Порядок изготовления патрона-боевика при электрическом способе инициирования зарядов аналогичен порядку при огневом способе.

4.3.2. Электровзрывные сети и их расчет

После заряжания шпуров (скважин) монтируют электровзрывную сеть (ЭВС). Соединение электродетонаторов может быть последовательное, параллельное и смешанное.

1. Последовательное соединение ЭД – наиболее распро-

страненный способ взрывания зарядов (рис. 4.11). По назначению в сети провода подразделяются:

•на концевые (к) – соединяют детонаторные провода (Д)

сучастковыми,

•участковые(у) – соединяютконцевыепроводамеждусобой,

•соединительные (с) – соединяют два крайних концевых

или детонаторных провода с магистральными,

•магистральные (м) – от места взрывания (взрывной станции) до двух свободных концов соединительных проводов, к которым подсоединяется магистраль.

Рис. 4.11. Схема последовательного однорядного соединения электродетонаторов в ЭВС

Преимущества схемы:

– ток во всех ЭД одинаков и равен току в ЭВС, что позволяет использоватьдлявзрыванияисточникминимальной мощности;

148

–простота монтажа ЭВС;

–легкость контроля за исправностью сети,

–простота расчета ЭВС.

Недостатки схемы:

–сравнительно небольшое (ограниченное) количество взрываемых ЭД;

–вероятность массового отказа исправных ЭД при попадании в сеть дефектных ЭД.

Порядок расчета ЭВС:

1) определяется сопротивление магистральных, соединительных и других проводов;

2) находится общее сопротивление ЭВС и величина тока, протекающего по электровзрывной сети;

3) рассчитывается величина тока в ветвях сети и в отдельных ЭД;

4) сила тока, поступающего в каждый электродетонатор, должна быть не меньше величины гарантийного тока.

Гарантийный ток (Iг) – ток, вызывающий воспламенение всех электровоспламенителей в последовательной цепи ЭД, силой не менее (при нихромовом мостике):

•1 А – при постоянном токе и числе одновременно взрываемых электродетонаторов до 100 шт.;

•1,3 А – при постоянном токе и числе одновременно взрываемых электродетонаторов до 300 шт.;

•2,5 А – при переменном токе при любом числе ЭД. Сопротивление магистральных и соединительных прово-

дов R, Ом:

где ρ0 – удельное сопротивление при температуре 20 °С, Ом·мм2/м; l – длина проводов ЭВС (для магистральных проводов берется двойная длина), м: dпр – диаметр провода, мм.

149

Таблица 4.2

Значения удельных сопротивлений проводов и их температурных коэффициентов

При других температурах удельное сопротивление материала (табл. 4.2) проводника ρt (Ом·мм2/м) может быть определено по формуле

где α – температурный коэффициент электрического сопротивления металлов; t – температура, при которой производится монтаж ЭВС, °С.

С целью учета дополнительного сопротивления (например, сростки проводов и д.т.) в формулу вводится коэффициент запа-

са k = 1,1.

Величина тока I (А) в ЭВС:

I R E r0 ,

где Е – ЭДС источника тока, В; R – общее сопротивление электровзрывной сети, Ом; r0 – внутренне сопротивление источника тока при использовании взрывных машинок (батарейных), Ом.

При последовательном соединении ЭД общее сопротивление электровзрывной сети Rпосл (Ом) определяется по формуле

Rпосл = Rпр + n · r,

где Rпр – сопротивление магистральных и соединительных проводов, Ом; r – сопротивление одного ЭД с концевыми проводами, Ом; n – количество ЭД в сети, шт.

150