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一 种新型高安全发爆器 t l f ， z 2 一 种新型高安全发爆器 煤科总院爆破技术研究所到茂后张萍 安徽省准北市2 3 5 0 3 9 徐州建井处 丁日 壁 嗣 垒鲁吴增国 ／ A 摘要作者介绍TF B A一 1 0 0 型高安全发爆器的设计方案，工作原理及主要性能．它 与普通电容式发爆器相比 具有瓦斯和外负电阻连续检测功能 超限闭锁功能．以及供电限时 准 确可靠的 特点／ 关键词高安全发爆器 瓦斯传感器 一 1前言 众所周知，爆破火花是引起煤矿瓦斯、 煤尘爆炸事故的主要火源之一．为确保煤矿 爆破安全， 煤矿安全规程 规定在瓦斯 矿井的放炮作业中，必须执行 “ 一炮三检 制”和 “ 三人连锁放炮制” 但由于瓦斯检 测与放炮操作并非同时进行，且规程的执行 与管理球平和人员素质密切相关，故爆破作 业引起 瓦斯、煤尘爆炸事故时有发生 据 统计，我国煤矿井下煤巷掘进的伤亡事故 中，4 o ％以上是由于瓦 新超限放炮造成的． 爆破安全除与雷管、炸药，爆破工艺等 因素有关外，还与发爆器性能密切相关，特 别是在煤矿爆破作业中，由于爆破地点可能 存在瓦斯，发爆器性能对爆破安全的影响就 更加重要．为此，波兰在1 9 7 5～1 9 8 3 年生 产的第二代放炮器中，已使用了可控硅电路 和晶体臂电路，对瓦斯有检甥 I 报警及闭锁功 能1 9 8 4 年至今生产的第三代放炮器中， 具有电子检测部件 ⋯ 。然而，我国迄今为 止，煤矿仍普遍使用的是7 O 年代开发的矿用 电容式发爆器。该发爆器技术落后，品种单 为了从根本上改变我国矿用发爆器的这 一 落后现状，有效地防止矿井爆破火花引起 瓦斯、煤尘爆炸事故及爆破网络中接点接触 不良引起的瞎炮，我们研究出了一种具有瓦 斯和外负电阻连续检j 黠 及超限闭锁功能和供 电限时准确可靠的高安全发爆器． 2设计思想 放炮引起瓦斯、煤尘爆炸一般应具备两 个基本条件一是放炮地点有瓦斯积聚并达 到爆炸浓度，二是放炮作业产生了足以点燃 瓦斯的火源。若使高安全发爆器在瓦斯超限 时自动中止放炮，或能防止放炮过程产生足 以点燃瓦斯的火花，则放炮作业的安全性将 会大大的提高。 采用切实可行的技术措施实现上述安全 要求，是确定F B A一1 0 0 型高安全发爆器方 案的基本原则．发爆器是重要的煤矿生产工 具之一，除安全方面的考虑外，我们在设计 中还充分兼顾了体积小 重量轻、网络连接 维普资讯 煤矿爆破 1 9 g 7 年第l 期 { 总第3 6 期 j 方便、价格适中、易于推广 一 使用等方面的要 求。 设计研究内容实际包括专用瓦斯传感器 和高安垒发爆器两部分 图1 为使用高安全 发爆器进行爆破作业时，普通电爆系统布置 厂 ] 放炮母线 】高安全 广 I 发 爆 器 r 示意图，在整个放炮过程中，高安全发爆器 对传感器处的瓦斯浓度和外负电阻进行连续 实时监测，一旦超限便 自动中止放炮操作， 并给出相应的灯光指示 [ 一 图I 起爆系统布置示意墨 琵新信号、爆破网络 电阻信号和发爆器 辕出的起爆电流均经由同 一条放炮母线传 警，它们之阀的分离分别通过频分和时分方 法予以实现，主要设计构思分述如下． 21瓦新赶艰向愤的实现 在放炮作业中，连续实时地监铡工作面 处的瓦斯浓度，并将其方便、可靠地传糖给 远方的发爆器，是实现放炮瓦斯超很闭锁的 关键．我们在研究专用瓦斯传感器时，对它 的的基本要求是体积小 、重量轻、结构坚 固、耐振动抗冲击 能安全地放置在距工作 面5 m范围内． 专用瓦j 簪 } 传感嚣采用开关量鞠出方式． 这有辅于简化棒感器结构，提高整枫强度和 抗炮崩能力． 传感器与发爆器之间的通讯采用放炮母 线载波技术，与敷设专用通讯线路相比，它 具有网络倩单经济 使用方便的优势；与无 线电磁渡相比，它又有瓦斯信号发送，接受 电路衙单 信号传输距离远、系统工作可靠 等优点．进行放炮作业时，发爆器经放炮母 线接收来自远方传感器输出的瓦斯信号。它 掘 进 工 作 面 能识别三种不同的瓦斯信号状态，井给出相 应的指示和控翻，即瓦斯未超狠时允许放 炮．瓦斯超限或无瓦斯信号输人 通讯中断 时中止放炮，实现了瓦斯超狠对禁止放炮的 闭锁要求． 2 ． 2爆破网络电火花的防止 爆破网络中产生的龟火花主要分为两 类，一类是爆炸完威前产生构电火花，我们 称之为 “ 爆前火花 ”，它主要由发爆器输 出 的高压在网络接触不良的接点处产生电弧放 电引起另一类 为攥炸完成后产生的电火 花，我们称之为 “ 爆后峡花”，它主要是爆 破网络楼破坏后，发爆箍韵供电输出仍末中 断所致．其中 “ 爆前火花 口 危验最大，据 有关资料介绍， 。 爆前火花 引起的瓦斯爆 炸事被约占整个事故柏一半以上“ 。 除我们8 9 年研制的F B G一1 0 0 隔爆型高 频发爆器外，现有普通矿用发爆器没有对爆 破同络电阻进行连续实时监捌并超隈闭锁的 功能 目前对 “ 爆前火花”的唯一防 止对策是靠加强爆破工作管理，确保爆破网 络中各接点接触良好 显然，这在矿井恶劣 维普资讯 一 种新型高安全发爆器 的爆破环境下是难以实现的 为此，我们首 次在普通电爆系统矿用发爆器中实现了对外 负电阻的连续实时监{ 曼 I 和超限闭锁，有效地 防止了 “ 爆前火花”的产生和外负电阻超限 引起的瞎炮，并为发爆器的恒定冲能输出创 造了条件。 根据 爆后火花”产生的原因可知，只 要能在爆破两络被爆炸破坏前切断发爆器的 对外输出，便能可靠地消酥 “ 爆后火花”。 目前我国矿用电容储能式发爆器仍普遍采用 机械毫秒开关来实现这一功能，它串接于发 爆器输出主回路中，在高压大电流冲击下使 用寿命短，供电限时精度和可靠性都很差， 所以 “ 爆后火花 的危险性依然存在． 机械毫秒开关接点在开关过程中产生电 孤，由于电弧消耗能量，致使发爆器的引爆 能力随开关接点烧损程度的恶化而减少．我 们拟采用电子定时开关完成供电限时，解决 使用机械毫秒开关存在的 “ 爆后火花”及其 它所有的问题． 2 3恒定冲能输出技术 现有普通矿用电容储能式发爆器无一例 外地均采用恒定电压辅出，即无论发爆器外 负电阻多大，发爆器储能电容的充电电压都 是同一恒定值．由此带来的危害是，在外负 爆破网络电阻较小的情况下，发爆器输出冲 能太高，爆破电火花的能量和产生的可能牲 大大增加，机械毫秒开关在高压大电流的冲 击下使用寿命将大大缩短。另外，毫秒延期 雷管在过高电压作用下，桥丝与管壳间产生 电弧击穿的危险性增加，电弧击穿管壳会影 响延期药的燃烧速度或使燃烧完全熄灭，由 此导致串段与瞎炮 ⋯ ． 本发爆器采用恒定冲能输出技术，解决 了恒压输出存在的问题，并大大改善了电子 开关的工作条件．恒定输出冲能是遭过对外 负电阻连续监测，并根据外负电阻的大小 自 动调节储能电容的充电电压来实现的 因 此，使用新设计的F B A一1 0 0 型高安全发爆 器 井下爆破网络的连接应采用串联接法． 2 ． 4其它功能 现有矿用发爆器一般仅设一钥匙开关， 一 旦旋动开关，机内储能 电容 的充 电便 自动 开始，此时若因意外情况要中止放炮操作， 需要取出开关钥匙，从而使发爆器接线柱两 端产生瞬间危险高压，这在煤矿井下是很不 安全的． 为遴一步提高发爆器的安全性，我们 肯 设了放炮按钮 保证了可在任意时刻中止放 炮操作，而接线柱两端无危险电压输出。仅 当瓦斯、外负电阻在允许的范围内，且储能 电容充电电压达到要求值时，按下放炮按 钮，发爆器的电子开关才能接通放炮。当上 述任一条件不满足时，按下放炮按钮，将使 放炮操作自动中止，接线柱两端仍无危险电 压输出． 为便于使用维护，发爆器面板上设有瓦 斯状态、外负电阻状态、储能电容及机内电 池电压指示灯．对机内密封镉镍电池组的充 电可方便地经由发爆器接线柱进行，避免了 经常开盖更换电} 电 可能对发爆器防爆结构造 成的不利影响．此外，在电路设计中采用了 先进的芯片技术，大大简化了电路结构和系 统工作的可靠性 3- r 作原理及主要技术指标 3 ． 1专用瓦斯抟感器 专用瓦斯传薅器 的礞理框图如图2 所 示，来自催化元件的瓦斯模拟信号经放大比 较电路后被转换为开关量，即瓦斯l裱度低于 1 ％时为 “ 正常 ，反之为 超限 ．图3 给 出了图2 中A、B 两点相应的披形，其中图 3 a 为瓦斯浓度未超限时的波形．图3 b 为 瓦斯浓度超限时的波形． 瓦斯浓度正常时，传感器输出占空比约 为1 ／3 的间断脉冲，瓦斯浓度超限后，传感 器输出由间断变为连续．采用此种信号处理 方式，传感器耗电省，系统抗干扰能力强． 维普资讯 煤矿爆破 1 9 9 7 年第l 期 f 总弟3 6 期 囡 去鼓蛔母线 圈2 专用瓦斯传感器蒙理框图 l 臼 口 口 l B a l } 一 B b 圈3 A 、B 两点波形圈 另外，当传感器或侍辅稿遭出现散障时 如雷管网络短路或放豫母线开路 ， 发 爆器 接收电路无输入信号． 荆用避 特点，方便 地实珊了通 故障的寓动诊断 保证丁瓦新 超限田锁功能盼连续性和可靠性． 捧感器自雷电源，在莽敲炮时可作 为普 通舶瓦斯报警i 獭 用． 传感器的主要技术指标如下 - 瓦斯超限报警范围 子 一 2 弓 ‘ lc 瓦斯超限报警误差 习 ％e H 4 ； 瓦斯超限报警方式就地为绿 一红交替 光信 号．远方为连续载 波输 出，载频约 1 0k H z； 催化元件使用寿命一年以上 电池寿命充放电次数不小于5 o o ； 一 次充电连续工作时闻 8 h ． 3 ．2高安全发爆器 F B A一1 0 O 型高安全发爆器具有瓦斯、 外负电阻、储能电容充电电压和机冉瞻渣电 压的监铡、指示和相应的期馈控制功能． { 1 瓦斯信号接收单元 瓦斯信号接收单元由前置隔离、选额教 大 可再触发单稳、积分和窗 口比较等电菇 组成．它根据接收到的三种不同瓦斯信号， 分别向放炮控制 储能电容充电控材和灯光 指示电路输出相应的控制信号． c 2 l 蚪负电阻检铡单元 外负电阻检旃单元由检测信号振、隔 离、滤馥和比较等电路单元组成．鸯发爆嚣 外负电阻超限，发爆器将自动锁定茬这一状 态，只有当断开发爆器电源．捧睬姆碳网络 故障后方可继续放炮。当外负电阻班瓣定范 围内时，该电路还为储能电容电压挺潜屯路 提供拯翻信号。 。 3 惰能电容电压检簿单 元 储能电害电压检铡单元包括霰样 比较 等电路． ．它船根据外负电阻好受纯静动调节 储艟电客充电电压．实觋发爆群程 睫 球艟输 出 蛩 储能电容充电 至要臻萤耐，它搏正交 漆器静 工作 并给出灯光指承朔兔_许媛匏信 号．⋯ ‘ 。 r 4 捕 艟电容充电控糊单嚣 请能电容充电控黼单’亢生要画逻熏n鸯。 路组成，它分别接收来自砖掰涫号 外 贺电 阻检铡和褚能电容电压 柱潮譬增涌嘲 锄控 错信号．_当瓦斯信号中断．赢斯浓度翱外负 电阻超鼹交储髓电容宛奄耄麓粼鬯随讣 负电 忸 的变化而自动改变 繇 都祷中J止变 流器工作． - ’ 一 u 眶 『 n 堋 坩蝌mⅢ Ⅲ m ■■ ■J ■■ t‘ ■■ ●L E‘ ff } 世伸 uⅡ丌 Ⅱ 艏瓣 儿“ H排 址豫Ⅱ HHH孙韭 n“ ． ． 维普资讯 一 种新型高安全发爆器 5 放炮控制单元 放炮控制单元由延时和逻辑电路组成． 只有当储能电容充电至规定值、外负电阻在 规定范围内、瓦斯浓度低于闭锁值且通讯正 常时，按下放炮按钮 它才输出放炮触发脉 冲，当上述任一放炮条件不能得以满足时， 按下放炮按钮将自动中止放炮 6 电子定时开关 电子定时开关由单稳延时，驱动隔离及 高压开关元件组成 它将储能电容向外负爆 破网络的供电时间准确地限制在4 ms 以内， 并能迅速释放储能电容的残留电荷 当放炮 操柞意外中止时，它也能为储能电容的安全 放电提供通路． 7 变流升压单元 变流升压单元为一典型可控单端反激变 换电路。脉冲变压器次壤轻倍压整燕后向储 能电容充电，以获得放炮所需的低内阻高压 电源，其控制信号来自储能电容充电控制电 路。 8 电源、灯光指示等 本机采用密封曝镍电池组供电，电源电 路为变流器和其它控制电路提供各自所需， 且相互去耦的电源。它还包括经接线柱向机 内电池充电所需的隔离电路． 灯光指示由驱动电路和四支双色发光二 极管组成，分别对瓦斯、外负电阻、储能电 容充电电压和机内电池组电压状态进行显 示。如瓦斯信号指示灯发绿、红、橙光分别 对应于瓦斯信号的正常、超限和通讯中断． 其它如摹准电压电路，为比较定时及逻 辑门电路等电路单元提供所需的电压基准 给电置零电路，为整机各电路单元在给电时 处于预定的工作状态． 发爆器的主要技术指标如下 额定引爆能力1 0 0 发 输出峰值电压 1 5 0 0 V 额定负载电阻6 2 0 E J 输出冲能 8 ． 7 A ms 外负电阻检电流 1 5 mA 供电时间 4 ms 充电时间 1 5 s 供电电源由G N Y 0 ． 6 A H x 6 节密封隔 镍蓄电池组组成，额定电压7 2 V ，电池充电 后可连续放炮1 0 0 次以上。 4 结语 在该发爆器研究过程中，我们进行J大 量实验室条件下的各种试验工作，证实了系 统技术方案正确可行。样机通过型式试验和 防爆检验后，又进行了系统的地面试验和井 下工业性试验，对系统的技术性能进行了深 人全面的考察．在淮北矿务局朔里矿进行的 井下工业性实验证明，发爆器各项技术指标 达到了设计要求 ． F B A一1 0 0 型高安全发爆器设计新颖， 技术先进，功能完善，安全可靠、使用方 便，各技术指标达到攻关目标要求．专用传 感器能悬挂在距工作面5 m范围内，一旦瓦 斯或外负电阻超限能 自动停止放炮，可有效 地防止煤巷掘进爆破火花引起的瓦斯煤层爆 炸事故和爆破网络电阻超限引起的瞎炮。 瓦斯信号的放炮母线载波通讯技术，瓦 斯和外负电阻连续监铡及超眼闭锁技术、发 爆器恒能输出技术和电子限时开关及先进芯 片技术的采用，大大提高了起爆系统的安全 性、可靠性和使用维护的方便性，产品主要 技术性能居国内领先地位。 F B A一1 0 0 型高安全发爆器 的主要设计 思想代表了我国矿用发爆器今后的发展方 向，对我国矿用发爆器的更新换代，提高煤 矿爆破安全将产生积极辣远的影响． 5 参考文献 【 1 l赵艾叶波兰煤矿使用的第三代放炮器，煤 炭科学技术，1 9 C O g ． [ 2 l 李明宴等 ．晶体管电容式发爆器，煤炭工业 出版杜，1 9 7 9 ． 1 ． 维普资讯 1 5 煤矿爆破 1 9 9 7 年第 1 期 总第3 6 期 f6 厂 安太堡露天煤矿现场混装乳化炸药的 生产工艺 安太堡露天煤矿张彬 山西省塑州市0 毫 【 8 5 瑷 一 摘 要该文重点介 绍了安太堡露天煤矿引进 美国I R E c o 公司专利技术的现场混装乳化 炸药的生产工艺及性能，从生产线到生产工艺做 了详细的敦述．安太堡矿通过使用选一技术。 获得了良好的经济技术效益， ／ ．， 关键词 ，殍貉 1 引言 袋一袋装卸车，装填炮孔，效率很低，劳动 安太堡露天煤矿是我国和美国西方石油 公司共同台资建设的大型露天煤矿，设计年 产量为1 5 3 3 万吨原煤，是我国目前建设的 最大的露天煤矿． 安太堡露天煤矿初期永孔爆破所用的乳 化炸药，是由抚顺十一厂和阜新十二厂供应 的。因运量大，运距远，在运输上有一定困 难，经常因发生供应不及时或规格不对路 而 影响使用；且给铁路运抽增加压力，同在安 全上也造成威胁．此外还有经挤方面和乳化 炸药储存期有限、过期失效造成浪费等问 题．重要的一点 采购的乳化炸药产品与我 矿爆破工艺很不相适应，其一，需要人工一 强度大，在用量大的情况下需要很大人力， 而合同规定又没有这些定员；其二，袋装乳 化炸药装进炮孔以后和孔壁接触有 一定问 题，会影响爆破效果，加大消耗和爆破成 本；其三，炸药爆破以后，破碎的炸药袋混 人原煤中，进人选煤厂以后经常发生堵塞筛 孔，造成局部停产处理． 由于存在上述问题和困难．有岿要从根 本上改变这种一袋一袋装填的作业方式，采 用泵注连续装药．于是，1 9 8 8 年5 月．专门 从事炸药技术的美国IR E C O公司向安太堡 提出了一项建议，由该公司提腆 技术和设 备，在现场制造散装炸药．安太墨露天煤矿 【 3 】煤科总院爆破技术研究所 F B Gl o o 蕊爆 型高额发辱器的研究报告，1 9 8 9 ． 【 4 】C N P a t ． N o ． 1 0 1 9 4 1 5 ． 圈 C N P a t ． N o ． 1 0 7 4 5 3 3 ． 嘲 c N P a t ． N o ． 8 7 2 1 0 4 2 7 ． f 7 l W． aa t h e r ． T h e c t r k I l_I I I i岫 o f B la s t i n g i n , ．． h a f t s l n k t n g ,焉 哺 Te c h n o l o g y． e p t e mb e ． 1 蛳 f 8 】煤科总院爆破技术研究所．F B A一 1 0 0 型 高安全发爆器工业性实验报告 l S 9 4 ． 1 2 ． 维普资讯