Способ ускоренного расчета электровзрывных сетей и производительности конденсаторных взрывных приборов
Изложен новый способ расчета электровзрывных сетей по графикам или таблицам, которые строятся один раз разработчиками взрывного прибора и должны быть составной частью его описания.
Производительность взрывного прибора (ВП), т.е. общее число N взрываемых им электродетонаторов (ЭД), зависит, с одной стороны, от параметров ВП (емкости С и напряжения конденсатора-накопителя ВП), с другой - от параметров электровзрывной сети (ЭВС), присоединяемой к ВП (сопротивления магистральной линии Rм, сопротивления электродетонаторов и их чувствительности, а также от схемы соединения ЭД, т.е. от числа параллельных ветвей М). Поэтому расчеты ЭВС и производительности ВП -это, по существу, одна и та же операция, которая дает ряд конкретных значений N в зависимости от параметров конкретных ЭВС. Производительность ВП в отечественной практике в ряде случаев представляют в табличной форме, а за рубежом - в виде графиков.
Существующая методика для каждого конкретного случая предусматривает расчеты ЭВС и производительности ВП по формулам, исходящим из двух классических условий безотказного взрывания. Параметры электровзрывной сети и взрывного прибора, удовлетворяющие обоим условиям, приходится находить методом последовательных приближений, из-за чего данная методика достаточно трудоемка. В более простой методики, автоматически учитывающей первое условие безотказности, все же необходима проверка по второму условию безотказности, которое, как правило, является определяющим.
Разработанная авторами методика, учитывающая оба условия безотказности, предусматривает выполнение расчетов по графикам или таблице, которые строятся один раз - при создании взрывного прибора. При эксплуатации ВП не требуется выполнять никаких вычислений по формулам, кроме, естественно, работы с этими графиками или таблицей. Для любого конденсаторного ВП и электродетонаторов с известными характеристиками могут быть построены соответствующие графики и таблицы, что позволяет быстро и полно ответить практически на все вопросы, возникающие при расчете электровзрывных сетей. Методика успешно подтверждена экспериментально при лабораторных и промышленных испытаниях КВП-2/200, разработанного во ВНИИА.
Для получения формул, необходимых для расчета таблиц и графиков по предлагаемой методике, рассмотрена наиболее общая последовательно-параллельная сеть числом параллельных ветвей М и числом ЭД в каждой ветви п. Общее количество электродетонаторов в ЭВС:
При М = 1, N =п смешанная сеть превращается в последовательную, а при п = 1, N = М - в параллельную. Обе сети являются частным случаем смешанной ЭВС.
С учетом сопротивления магистрали Rь общее сопротивление ЭВС сети. Оно зависит от параметров взрывного прибора (Сн, Uн, числа параллельных ветвей М взрывной сети и параметров ЭД (импульсов воспламенения: нормированного К, минимального времени передачи , нормированного тока Iн). Численные значения приводятся в литературе. Все перечисленные величины входят в условия безотказности, исходя из которых и определяются численные значения при расчете по выражению таблиц и графиков для различных взрывных приборов.
Фактическое значение должно превышать эксплуатации прибора во избежание отказов.
Зависимость при фиксированных значениях М, R эвс и изменяющемся Rм представляет собой уравнение прямой, отсекающей на оси ординат (при Rм =0) значение а на оси абсцисс (при N =0) значение.
Отметим, что для конкретного значения М область безотказного взрывания расположена ниже соответствующей данному М наклонной прямой. Например, 150 электродетонаторов при сопротивлении магистрали 140 0м можно безотказно взорвать при М=1, М = 2, а при М = 3 уже возможны отказы.
Вместе с тем, те же 150 электродетонаторов при Rм =100 0м можно безотказно взорвать при М = 1, 2 или 3, а при М = 4 возможны отказы, так как точка (150, 100) расположена над прямой, соответствующей М = 4.
Вид зависимости N = f(Rм ) получается более удобным для расчетов, особенно при небольших значениях Rм, если построить ее в полулогарифмическом масштабе. Тогда огибающая о- b- с-d- е-f по-прежнему представляет собой зависимость N max =f(Rм).
На графиках, в частности, видно, что для КВП-2/200 и КПМ-3 их максимальная производительность при М=1 и М =2 практически одинакова, а при М > 2 у КПМ-З она меньше, чем у КВП-2/200. Это объясняется тем, что у КВП-2/200 номинальная емкость конденсатора-накопителя больше, чем у КПМ-З (10 против 4 мкФ). Максимальная производительность КВП-2/200 выше, чем у всех приведенных взрывных приборов и машинок, кроме ВМК-500, имеющей зарядное напряжение 3 кВ.
Приведены максимальные значения общего количества N подрываемых электродетонаторов в зависимости от сопротивления магистрали Rм и числа параллельных ветвей М, а также число п ЭД в одной ветви, сопротивление одной ветви -Rв распределительной сети и общее сопротивление распределительной сети.
Получены с использованием одних и тех же формул и содержат аналогичные сведения, поэтому определение N с помощью их приводит к одинаковым результатам.
При расчетах ЭВС возникают задачи двоякого рода в зависимости от исходных данных для расчета. При проверочном расчете известны общее число N взрываемых электродетонаторов, число параллельных ветвей М, число п последовательно соединенных ЭД в ветви и сопротивление магистрали Rм. Требуется убедиться в том, что подрыв такой ЭВС данным взрывным прибором будет безотказным.
При другого рода задачах, требующих полного расчета ЭВС, обычно известны число N взрываемых электродетонаторов и их размещение на местности. Требуется определить минимальное число М групп в сети, распределение ЭД по группам (п) и максимально допустимое сопротивление R Необходимость полного расчета обычно возникает при взрывании больших ЭВС (с большим числом ЭД и параллельных ветвей), когда оптимизация числа параллельных ветвей и распределения ЭД по ветвям делает ЭВС более экономичными.
Покажем на числовых примерах применение предлагаемой методики для решения конкретных задач с использованием взрывного прибора КВП-2/200 и ЭД нормальной чувствительности.
Пример 1. Требуется взорвать 300 электродетонаторов нормальной чувствительности с сопротивлением 3 0м. Произвести полный расчет ЭВС, т.е. определить число параллельных ветвей М и сопротивление магистрали R.
На графике проводим через точку N=300 горизонтальную прямую до пересечения с ломаной кривой N, =f(Rм ), что дает максимально возможное сопротивление магистрали R . =65 0м при числе параллельных ветвей М = 3. Если реальное сопротивление магистрали меньше 65 0м, то безотказность взрывания при М = 3 тем более будет обеспечена, так как ток через ЭД будет больше нормированного. При Rм>65 0м возможны отказы: точки (N=300, Rм >65 0м) находятся выше кривой N=f(R, т.е. в зоне отказов.
Из графика следует, что безотказный подрыв 300 ЭД возможен при М =2, 3, 4, 5, 6, 7 и R = 60, 65, 48, 32, 18 и 8 Ом соответственно, но только при М = 3 сопротивление магистрали получается наибольшим, а ее сечение - наименьшим, т.е. кривая N =f(Rм) дает решение с наименьшим сечением магистрали.
Пример 2. Рассчитать ЭВС по условиям примера 1, но при = 4, 2 0м.
Пример 3. Проверить, можно ли безотказно взорвать прибором КВП-2/200 300 электродетонаторов с сопротивлением = 3 Ом в трех параллельных ветвях, если сопротивление магистрали 40 Ом.
Пример 4. По ряду соображений необходимо выполнить взрывную сеть из двух параллельных ветвей (М = 2).0ценить возможности прибора КВП-2/200 по производительности и соответствующие значения сопротивления магистрали.
Максимальная производительность ВП составляет 380 ЭД при Rм == 1 Ом. В диапазоне значений R от 1 до 20 0м производительность ВП изменяется незначительно, а в диапазоне от 60 до 280 Ом она резко уменьшается от 300 до единиц ЭД. При значениях Rм от 65 до 150 0м производительность ВП максимальна по сравнению с другими значениями М; указанные границы диапазона R соответствуют точкам пересечения кривой для М = 2 со смежными кривыми для М = 1 (точка е) и М = 3 (точка d).
Предлагаемая методика позволяет при помощи таблиц и графиков производить полный и проверочный расчеты электровзрывных сетей, а также определять производительность взрывного прибора. Таблицы и графики получают единожды при разработке данного прибора с учетом обоих условий безотказности взрывания. В дальнейшем при эксплуатации ВП никаких дополнительных вычислений по формулам не требуется, кроме работы с таблицей и графиками, а безотказность взрывания при этом гарантируется.
С помощью методики можно быстро и полно ответить практически на все вопросы, возникающие при расчете электровзрывных сетей в эксплуатации, что иллюстрируется приведенными примерами. В техническом описании на каждый разрабатываемый ВП целесообразно приводить в качестве справочного материала указанные графики для расчета систем электровзрывания, использующих данный ВП.