起爆方法分类
引爆工业炸药有两种方法,雷管,导爆索(需要雷管引爆)。
雷管点燃方法:火雷管、电雷管、导爆管雷管起爆法。
无线电起爆法:电磁波、水下声波起爆法。
(1)非电起爆法
(2)电力起爆法
(3)其它起爆方法
(4)混合起爆网路
起爆器材
各种各样的起爆器材
火花起爆是常用的起爆方法之一,它的起爆过程是由点燃插入火雷管中的导火索,燃烧的火焰将沿着导火索的药芯,以比较缓慢的速度,稳定的传递到起爆雷管,从导火索喷出的火焰引爆火雷管,进而引起药包爆炸。
火花起爆的优点是:操作简单,不需仪器检验,容易学习掌握,成本低。但是在安全程度上比其它起爆方法差,无法用仪器仪表检查起爆的准备工作质量,无法控制延期起爆的时间。只适用于小药量和浅孔起爆,在进行大量爆破、水下爆破或有特殊要求的爆破时,不宜采用火花起爆。
(1)使用经质量检查合格的导火索
(2)将导火索切平的一端轻轻插入火雷管中,与雷管的加强冒接触,并使其与雷管紧密结合。但要注意:不要把导火索斜面的一端插入雷管内,如图5-1所示,这样由于喷火距离太大,可能产生拒爆;如果发现雷管中有杂物,在导火索插入前,必须用指甲轻轻弹出。
(3)如图5-2所示,用专门的雷管钳夹紧雷管口,使导火索段固接在火雷管中。夹时不要用力过猛,以免夹破导火索。雷管钳的侧面应与雷管口平齐,夹的长度不得大于5mm,避免夹到雷管中的起爆药。如果是纸壳雷管可以配合铁箍夹紧或采用缠胶布的办法来固定导火索。
起爆药包的加工就是将制好的起爆雷管插入到起爆药包中,这种装有雷管的药包叫做起爆药包。加工起爆药包时首先要将装雷管的药卷一端用手揉松,然后把此端的纸筒打开,用专用的锥子(木制或竹制)沿药包中心长轴方向扎一个小孔,然后将雷管全部插入,并将药包四周的纸筒收拢紧贴在导火索上,最后用胶布或细绳捆扎好。
装药结束无关人员撤至安全地点并作好了警戒工作以后,可以进行点火。
注意事项
导爆索起爆法是利用绑在导爆索一端的雷管爆炸,起爆导爆索,然后由导爆索传爆,将绑在导爆索另一端的起爆药包起爆。
导爆索起爆法适用于深孔爆破、硐室爆破和光面预裂爆破,其优点为:
(1)安全性好。一般不受外来电的影响,除非雷电直接击中导爆索。
(2)操作技术简单,易掌握,与电雷管起爆方法相比,准备工作量少。
(3)在深孔或光爆中节省雷管。
(4)导爆索的爆速较高,有利于提高被起爆炸药传爆的稳定性。
(5)可以使成组炮孔或药室同时起爆,而且同时起爆的炮孔数不受限制。
(6)可以在有水的环境使用。
缺点:导爆索在装药过程中被折断,无法检查,施工中要仔细保护起爆网路不受损伤。因导爆索成本高,所以采用这种起爆方法的费用较高。在露天爆破时,噪声较大。
可以直接起爆起爆药包,无需在起爆药包中装入雷管。因此它的起爆药包加工也略有不同。
对于深孔爆破,起爆药包的加工有三种方法:一种是将导爆索直接绑在药包上,如图4-3a所示,然后将它送入孔内;另一种方法是散装炸药时,将导爆索的一端系一块石头或药包,如图4-3b所示,然后将它下放到孔内,接着装入散装炸药。第三种方法是采用起爆药柱,将导爆索的一端绑扎在起爆药柱露出的导爆索扣上。
对于硐室爆破,常常将导爆索的一端挽成一个结,如图4-4所示,然后将这个起爆结装入一袋或一箱散装炸药的起爆体中。
导爆索本身需要用火雷管或电雷管起爆。为了保证起爆的可靠,在硐室爆破和深孔爆破时,常在导爆索与雷管联接的地方绑上一卷或两卷炸药包,如图5-5所示,联接时雷管的聚能穴应朝向传爆方向。绑结雷管或药包的位置应在离导爆索末端0.15m的地方。为安全起见,只允许在起爆前将雷管或药包绑结在导爆索上。
导爆索的起爆网路包括:主干索、支干索和引入每个深孔或药室中的导爆索,导爆索网路的联接方法有开口网路和环形网路两种。
(1)串联网路
如图所示,将导爆索依次从各药包引出串联在一个网路上,起爆时,通过导爆索依次引爆各药包,串联网路优点是比较简单,但是在传爆过程中,如果一个药包的导爆索发生故障就会影响其后的全部药包起爆,产生大量瞎炮,除了有延期装置外,在工程上没有多少实用价值。
(2)分段并联
分段并联时在深孔或药室外面敷设一条主干索,然后将支干索分别与主干索相连接,主导爆索起爆后,就能分别传递爆炸作用到各药包中去,如网路中无延期元件,各药包的起爆时间几乎是相同的。如图5-8所示。为增加网路的起爆可靠性,可使导爆索分段并联网路构成一个网路,组成双向分段并联网路。
(3)并簇联
并簇联的导爆索起爆网路,是把从各药包引出的导爆索,集中在一起,捆扎成簇,再和主导爆索相连,这种网路一般用在药包和炮孔比较密集的地方。
(4)环形网路
环形网路是一种闭合网路,连接方法如图5-9所示。这种网路的特点是各个深孔或药室中的引爆索可以接受从两个方向传来的爆轰波,起爆的可靠性比开口网路要可靠的多,但导爆索消耗量大。
电力起爆法,又称电点火法或电雷管起爆法,是通电后使电雷管爆炸,从而导致装药爆炸的方法。
电力起爆法优点
(1)网路可以检查,并能按照设计计算数据,及时发现网路联接中的错误,从而保证爆破的可靠性。
(2)主导线可引至安全区或防护掩体内,统一指挥,准确起爆。
(3)可组成不同微差的起爆网路。
(4)可同时起爆数量众多的药包,发挥大规模爆破的威力。
电爆网路操作技术复杂,容易造成漏爆、拒爆和早爆事故,特别是在爆破工点周围有强大电磁场(杂散电流、静电、射频电、雷电)干扰的情况下,存在早爆、误爆,严禁使用电爆网路。分段数受到限制,且灵活性差。雨季不能用。爆破量大,电源要求可靠。网路设计和施工要求高,连接复杂。
在电爆网路中,为保证电雷管准爆,《爆破安全规程》规定:电力起爆时,流经每个雷管的电流为:一般爆破,交流电不小于2.5A,直流电不小于2A;大爆破,交流电不小于4A,直流电不小于2.5A。
电雷管主要参数
雷管电阻:
(最高)安全电流(5min):0.2A
最小发火电流(30ms,0.9999):0.45A
串联起爆电流:1.2A
发火冲能(100ms,0.9999):7.9
静电感度(2000pF):
延期时间:
保证期:瞬发2年,延期电雷管1年半
(1)串联电爆网路
将电雷管的脚线依次连接成串,再与电源相联就构成了串联电路。
如图下图所示。串联电爆网路具有导线消耗少,网路计算简单,线路敷设容易,仪表检查方便等优点。串联网路所需的总电流小,适合选用发爆器起爆。缺点是如果网路中有一处断路,则会造成整个网路拒爆。
式中:
R-电爆网路总电阻,Ω;
R0-网路母线电阻及电源的内阻,Ω;
R1-区域线电阻,Ω;
r -电雷管的电阻,Ω;
N-电雷管的个数;
E-电源的电压,V;
I—通过网路的总电流,A;
i—通过每个电雷管的电流,A。
(2)并联起爆网路
将所有电雷管的两根脚线分别联在两条导线上,再将这两条导线与电源相联就构成了并联电爆网路,如图所示。
并联电爆网路的优点是当某一雷管发生断路或故障时,不会影响整个网路的起爆。并联网路所需的起爆总电流大,适合采用照明电或动力电作为起爆电源。
缺点是线路敷设较复杂,检查比较繁琐,漏接少量电雷管时不易通过仪表检查发现。
如果将一组电雷管的脚线分别连接为两点,再将这两点通过导线与电源相联就构成了簇并联电爆网路,如图所示。
(3)并串联起爆网路
若先将n个雷管并联成组,再将m组串联,如图所示。
(4)串并联网路
若先将n个雷管串成组,再将m组并联,如图所示,计算公式为
将(4-9)和(4-12)公式分别对m和n求导,并令两式等于零后,分别解出最优分组数:
(5)并串并(或复式并联)联网路(如图4-14所示)计算
四、计算题(15%)
某掘进工作面布置有98个炮眼,每个炮眼装一发电雷管,雷管全电阻5欧姆,导线电阻R0=10欧姆,起爆电源为380伏直流电(内阻不计),采用全断面一次起爆方法。通过计算说明:
(1)如何联结才能准爆?
(2)若起爆电源为380伏交流电,能否准爆?
(3)若采用并串联或串并联,求最优分组。
(1)①采用全串联形式
R=R0+N(r+R1) =10+98×5=500(Ω)
i=I=E/R=380/500=0.76(A)<2A
不能准爆
②采用全并联形式
R=R0+(r+R1)/N =10+5/98=10.05(Ω)
I=E/R=380/10.05=37.81(A)
i=I/N=0.39A<2A
不能准爆
(2)①采用全串联形式
i=I/N=0.76A<2.5A,不能准爆
②采用全并联形式
i=I/N=0.39A<2.5A
不能准爆
(3)③采用并串联,n并联m组串联
m=[N R0/(r+R1)]1/2=(98×10/5)1/2=14
n=N/m=98/14=7
I=E/R=E/[R0+m(r+R1)/n]=380/(10+14×5/7)=19(A)
i=I/n=2.7>2A(或2.5A)
能够准爆
④采用串并联,n串联m组并联
m=[N(r+R1)/R0]1/2=[98×5/10]1/2=7
n=N/m=98/7=14
I=E/R=E/[R0+n(r+R1)/m]=380/(10+14×5/7)=19(A)
i=I/m=2.7>2A(或2.5A)
能够准爆
(1)导线
电爆网路中的导线包括以下几个部分:
①脚线:从雷管内引出的两根导线。它通常是直径0.5mm、长1.5~2.m的铜芯或铁芯聚氯乙烯绝缘线。
②端线:联接电雷管脚线引出至孔口或药室口的导线。直径不得小于0.8mm,一般用单股直径1.13~1.38mm的绝缘胶皮线。
③联接线:联结各孔口或药室之间的导线,规格同端线。
④区域线:联结主线和联接线的导线。实施分区爆破时,各分区与主线间的联线也称区域线。规格同主线。
⑤母线:从爆破电站内主闸刀开关器至爆破区域线(或至联接线)的导线。它在爆破中可以多次重复使用。一般用七股直径1.68~2.11mm绝缘胶皮线。
(2)电源
电起爆的电源有:放炮器、照明电源、动力电源、移动式发电站、干电池、蓄电池等。
(a)照明电和动力电
220v照明电和380v动力电作为起爆电源,特别适合大量电雷管的并联、串并联爆破网路。
用动力电源或照明电源起爆时,必须在安全地点设置两个双刀双掷刀闸,分别做为电源开关和放炮开关。
当电源刀闸开关合上以后,必须有指示灯发亮表示电源接通。放炮刀闸电源线应与电源开关刀闸的刀闸引线接通,放炮刀闸引线应与放炮母线接通,除放炮合闸外,平时放炮刀闸应放在另一掷处短路连接,防止外部电流进入雷管。
(b)发爆器(blasting machine)
发爆器又称起爆器、放炮器。发爆器能够提供给爆破网路的电流较小,一般适用于电雷管的串联网路。由于它具有使用简单,重量轻,便于携带的优点,在小规模的爆破工程中得到广泛的使用。
目前使用的发爆器绝大多数是电容式发爆器,分为矿用防爆型(适用于具有瓦斯与煤尘爆炸危险的环境)和非防爆两种类型,主要有以下几部分组成:
(1)低压直流电源:一般采用4.5v或6伏干电池。
(2)晶体管变流器:将直流电源变换成交流电源,经升压变压器升到几百伏。
(3)整流电路:将交流高压电源整流成为直流高压电源。
(4)储能电路:高压直流电源随即向储能电路的主电容器充电。
(5)限时电路:是矿用发爆器必需的组成部分,一般由机械式毫秒开关组成。设置限时电路的目的是防止电雷管引爆后,爆破电路被拉断或重新搭接产生电火花引起瓦斯或煤尘爆炸。
国家标准GB 7958-87《煤矿用电容式发爆器》规定:限时电路的安全供电时间≤4ms。
(6)显示电路:一般由电压表、氖灯和分压线路构成。电压表显示主电容的充电电压,当电压达到额定电压后,氖灯发光,指示可以放炮。
(7)外壳:分为防爆和非防爆两种类型。防爆型外壳可以防止电路系统的触电火花引燃瓦斯。
(8)钥匙开关和放电回路:接到准备起爆的命令后,由放炮员插入开关钥匙,将开关旋至“充电”位置,主电容充电至氖灯发亮;接到起爆命令后,将开关旋至“起爆”位置,主电容接通电爆网路放电,引爆电雷管。随即开关接通内置放电电阻,释放主电容中剩余电荷。
国产发爆器型号很多,工作原理基本相同。任何一种型号的发爆器,它所能引爆的电雷管最大数量是一定的,而且,网路中电雷管的连接方式不同,发爆器所能引爆的雷管数量也不同。下表是GFB-1200型发爆器起爆能力。
一般情况下,单发全并联时,发爆器所能引爆的电雷管数量最少。随着使用年限的增加,发爆器中电容器的充放电能力逐渐下降,发爆器的引爆能力也会逐渐低于额定引爆能力。
(1)网路的敷设与连接
(2)网路的导通
(a)为保证起爆的可靠性,要求分串导通时不掉雷管,分区导通时不掉串,总导通时误差值不超过设计总电阻值的5%~10%。只准采用专用爆破电表导通网路和校核电阻。专用爆破电表的工作电流应小于30mA。必须在装药填塞完毕和无关人员撤离现场后,才准在作业面导通网路和校核电阻。
(b)爆破网路主线应设中间开关,并与其它电源线路分开敷设,应采用绝缘良好的导线,不准利用铁轨、铁管、钢丝绳、水和大地作爆破线路。露天爆破允许使用架设在电杆磁瓶上的裸露导线,但不准使用直流电机车的架空线。
(c)必须严格检查主线、区域线、端线、电源开关和插座等的断通与绝缘情况。在联入网路前,各自的两端应短路。
(d)爆破网路的联接必须在工作面的全部炮孔(或药室)装填完毕和无关人员全部撤至安全地点之后,由工作面向起爆站依次进行。两线的接点应错开10cm,接点必须牢固,绝缘良好。
(e)爆破主线与起爆电源或发爆器联接之前,必须测全线路的总电阻值。总电阻值应与实际计算值符合(允许误差±5%)。若不符合,禁止联接。
(f)在有瓦斯与煤尘爆炸危险的环境中采用电力起爆时,只准使用防爆型发爆器作为起爆电源。其它情况下准许采用动力电、照明电和经鉴定合格的发爆器作为起爆电源。
(g)用动力电源或照明电源起爆时,起爆开关必须安放在上锁的专用起爆箱内。起爆开关箱的钥匙和发爆器的钥匙在整个爆破作业时间里,必须由爆破工作领导人或由他指定的爆破员严加保管,不得交给他人。
(h)爆破作业场地的杂散电流值大于30mA时,禁止采用普通电雷管。
(i)地铁、隧道、地下硐室、地下水利工程和井下采煤等的电力起爆,当采用电缆作为专用爆破线时,距装药工作面50m以外允许电气照明。地下金属矿的电力起爆,属一般爆破者,装起爆药包前必须撤除工作面的一切电源;属大爆破者,装起爆体前的停电范围由设计确定。露天硐室大爆破,装起爆体前应撤除各个硐室的电源。
(j)各种发爆器和用于检测电雷管及爆破网路电阻的爆破专用电表等电气仪表,每月以及大爆破前均应检查一次,电容式发爆器至少每月赋能一次。
(3)电爆网路施工注意事项
①电爆网路施工要精心,要准确起爆,要防止电爆网路受潮漏电,造成拒爆。
②施工中要防止杂散电流进入电爆网路,造成早爆事故。
③在下列场合施工中,应采取一些防护措施。
a)工厂附近有发电机,蓄电瓶等电源,井下电车铁轨及一些电的良好导体就有可能将杂散电流导入药室,当杂散电流强度比较大时,就可能引起单个电雷管发生爆炸。防止杂散电流流入起爆药包的方法,通常是将起爆雷管的尾端短接起来,就可以避免杂散电流进入电爆网路。
b)雷击
有的工地在施工期间,为了防止雷击事故,架设避雷针,还在地面敷设导电的接地网路。假使正当装药堵塞期间,工地附近发生雷击闪电,或者根据天气预报,将有大雷雨时,较好的办法是将起爆雷管的联线打开,用绝缘胶布包好,装入木箱内放入导洞中,这样既避免杂散电流以进入电爆网路又可防止因短路而构成的线圈产生感生电流。
c)工地附近有电力输电线和输电网路,强大的高压电源,强力的无线电发射台等发射功率强大的电磁波,使闭合回路形成感应线圈,产生感生电流,当感生电流以足够大时,也能引起电雷管爆炸,发生早爆事故。因此应将网路尾端打开。
d)杂散电流
装药车在装药过程中,使用硬质聚乙稀装药管,往往产生大量静电电荷集聚导致早爆事故。
如果遇到上述情况,尽可能使用非电导爆起爆系统。
广东珠海机场电力起爆网路计算简介:
珠海炮台山万吨级大爆破,用炸药1万2千吨,爆破岩石量1085万立方米,共布置条形药包122个,集中药包19个,导硐药室长18km,在4~45m高差内多层布药。导线长度达数万米,接头3000多个,雷管572发。但要考虑不同时段装药先后起爆相互作用,雷管段数和延时准确性,网路完好可靠性预报,台风海浪的影响,如何减少导线长度和敷设作业量,线路接头电阻及传爆可靠性等。珠海炮台山大爆破使用的雷管为1~60段高精度毫秒延期电雷管的前38段,总延期时间近4s。
(1)起爆顺序与雷管段号的确定
根据总体设计中最大一段装药量、被保护目标的位置和距离、药室位置及装药量、爆破效果和块度要求,按照现有的起爆器材的性能确定起爆段数、顺序及延期时间间隔共33段(响),持续时间为3750±100ms。如表1。
电阻计算
计算方法:按照计算图2中规定的符号及编号由两侧向中间依次计算。
算式:表2列出主线路的各算式,副线路算式与主线路完全相同,只是其符号右上角均加“/”,计算时取其相应值带入即可。计算结果见表4。
④设计后工作
按照计算结果,用明矾水阻代替网路负载进行了数十次试验,无一失败,负载电流与网路设计电流值完全吻合,供电系统及其开关性能可靠,达到了设计要求。在水阻试验的基础上,对起爆网路进行了1:1试验,并且采用“多通道数据采集及处理系统”和“SC-16光线示波器”两套独立的测试系统对网路的准爆性和延时间隔进行了测试,测试结果表明:网路中所有的雷管全部准爆,延时基本符合要求,从而验证了设计的正确性。
利用塑料导爆管为传爆元件,并与起爆元件、连接元件及末端工作元件等构成的起爆系统称为塑料导爆管起爆系统(the nonel initiation system),简称导爆管起爆系统。
非电起爆网路的优点:
(1)操作技术简单,工人容易掌握,与电起爆法比较,起爆的准备工作量少;
(2)安全性较高,一般不受外来电的影响,除非雷电直接击中它;
(3)成本低,便于推广;
(4)它能使成组炮孔或药室同时起爆,而且同时起爆的炮孔数不受限制,并且它能实现各种方式的微差起爆。
它的缺点是:
(1)起爆前无法用仪表来检查起爆网路联接的质量;
(2)不能用于有可燃性气体和粉尘爆炸危险的地点;
(3)爆区太长或延期段数太多时,空气冲击波或地震波可能会破坏起爆网路;
(4)在高寒地区塑料管硬化会恶化导爆管的传爆性能。
(1)导爆管的爆轰原理
导爆管起爆以后,管内将产生爆轰波。在起爆的瞬间可以看到,爆轰波似一闪光通过导爆管。在导爆管出口端部喷出的爆轰波可以引爆火雷管,但不能直接引爆工业炸药。导爆管的传爆不会破坏环境,传爆后的管壁亦无破损。
导爆管本身不具有爆炸危险性,在火焰和机械碰撞的作用下不能被起爆,可以作为非危险品运输。
导爆管在受到足够强度的激发冲量作用后,将在管内形成一个向前传递的不稳定爆轰波。该爆轰波在导爆管中传播约300mm后转变为稳定爆轰波,此后,爆轰波的传播速度将保持恒定,形成稳定传爆。
稳定传爆时,粘附在导爆管内壁上的炸药粉末受到爆轰波前沿波阵面高温高压的作用,首先在炸药表面发生化学反应,反应的中间产物迅速向管内扩散,反应放热一部分用于维持管内的高温高压,另一部分则使余下的炸药粒子继续反应。
扩散到管腔的中间产物与空气混合后,继续发生剧烈的爆炸反应,爆炸产生的能量支持爆轰波前沿波阵面稳定前移而不致衰减,稳定前移的爆轰波继续使内壁上未反应的炸药开始反应。这个过程的循环就是导爆管内的稳定传爆。
(2)导爆管起爆系统的组成部件
以导爆管为主体的起爆系统元件主要有非电导爆管、击发元件、传爆元件、连接元件、起爆元件等部分组成。
①非电导爆管:是由一种透明塑料制成,管外径为3毫米,内径1.5毫米,管的内壁涂有一层薄薄的泰安(或其它猛炸药)与铝粉等组成的炸药,装药量(20±2m)/m,引爆后能以1950±50m/s的稳定爆速传播,导爆管传爆后,管壁完好无损。
②非电导爆管引爆方法:凡一切能产生激波的元件都可以作为击发元件。非电导爆管可以用击发枪和火帽、导爆索和炮孔装药、雷管和电击发笔等引爆。
③连接元件:连接元件是导爆管起爆系统的另一个重要组成部分,用于将二个或多个导爆管连接在一个起爆网路上,将爆轰波逐渐传递下去,引爆整个网路,从而实现多孔和大面积多药包的准确起爆。主要连接元件有:卡口塞、连接块和传爆接头(三通、四通)等。如图5-17、5-18所示。
④传爆元件:传爆元件的使用是将冲击波信号(爆轰波)由击发元件传给各个起爆元件,传爆元件由导爆管或导爆管雷管组成。传爆雷管可用各种瞬发或延期雷管,后者对线路起延时作用。
⑤起爆元件:它是由导爆管和它末端组装的雷管(瞬发或延期雷管)组成,用于引爆炮孔或药室中的炸药。主要有瞬发、毫秒延期、半秒延期和秒延期导爆管雷管。
(3)导爆管系统的工作原理
导爆管起爆系统是由击发元件引起传爆元件中的导爆管起爆,传爆到连通管并带动各导爆管起爆和传爆,连接元件往下的导爆管有两类:一是属于起爆元件的导爆管,由于它的传爆引起雷管起爆,结果炮孔中的炸药起爆;另一类是属于传爆元件的导爆管,它的作用是继续往下传爆爆轰波。就这样接连地传爆下去,使所有的炮孔和药室都起爆。
在没有连接元件或不能使用连接元件时,可采用雷管进行简易连接,即把一根或多根甚至数十根导爆管均匀地捆扎在雷管的周围,利用雷管对导爆管的侧向起爆作用传递爆轰波。捆扎物可用聚丙烯包扎带、细绳、雷管脚线和胶布等。捆扎的强度愈大,起爆的可靠性愈好。
实验表明:一发8号雷管最多可以起爆50余根的导爆管,但为了起爆可靠,以每发雷管起爆8~10根导爆管为宜,而且必须将这些导爆管用胶布等牢固地捆绑在雷管的周围。