Взрывные работы на жд строительстве - Расчет электровзрывных сетей

Соединения электродетонаторов в сети бывают последовательные, параллельные и смешанные.
Выбор той или иной схемы соединения электродетонаторов в основном зависит:

1. от вида, мощности и напряжения источника тока;
2. от величины, расположения и количества зарядов.

Расчет электровзрывной сети сводится к определению тока, который поступит в каждый электродетонатор. Этот ток должен быть не менее гарантийного.
Исходными данными для расчета электровзрывной сети являются:

1. вид, мощность и напряжение источника тока;
2. принятая схема соединения электродетонаторов;
3. материал и сечение проводников.

Для любой схемы соединения электродетонаторов принимают такую последовательность расчета:

1. составляется схема соединения электродетонаторов и подключения их к источнику тока;
2. назначаются длины, сечения и марки магистральных, соединительных, участковых и концевых проводов;
3. определяется сопротивление взрывной сети;
4. определяется ток, который поступит в каждый электродетонатор.

А. Расчет сети с последовательным соединением электродетонаторов

Последовательным соединением электродетонаторов называется такое соединение, при котором концы соседних электродетонаторов сращиваются между собой, а оставшиеся два свободных конца крайних электродетонаторов присоединяются к проводам, идущим к источнику тока (рис. 94).
Расчет взрывной сети производится в такой последовательности:

1. составляется схема соединения электродетонаторов и подключения их к источнику тока (см. рис. 94);
2. назначаются длины, сечения и марки магистральных, соединительных, участковых и концевых проводов.

Рис. 94. Последовательное соединение электродетонаторов

Эти обозначения сохраняются для всех случаев расчета взрывных сетей.

Рис. 95. Последовательное соединение с парно-последовательным подключением электродетонаторов
4) по закону Ома определяется ток, который поступит в каждый электродетонатор,
157

Преимущества последовательного соединения следующие:

1. возможность применения менее мощного источника тока;
2. простота расчета, монтажа и проверки взрывной сети;
3. меньший расход проводов.

Основными недостатками последовательного соединения являются:

1. недостаточная надежность схемы, так как разрыв сети, в какой-либо точке приводит к отказу всей сети;
2. необходимо очень тщательно подбирать электродетонаторы по сопротивлению.

Схему последовательного соединения можно улучшить, если ввести в каждый заряд два последовательно соединенных электродетонатора (рис. 95).
На Амвросиевских карьерах схема последовательного соединения с парно-последовательным соединением электродетонаторов успешно применяется с 1952 г.          

Пример. Проверить возможность безотказного взрывания 50 электродетонаторов, соединенных последовательно, если:

1. источником тока служит электроосветительная линия напряжением 220 в (ток переменный);
2. расстояние между соседними электродетонаторами 3 м;
3. взрывная станция расположена на расстоянии 300 м от крайнего заряда;
4. заряды расположены на глубине 3 м;
5. провода применены медные марки ПР: для магистрали — сечением 1,5 мм², для соединительных, участковых и концевых проводов — 0,75 мм²;
6. сопротивление одного электродетонатора 1,1  Ом.

Решение. 1. Составляем схему соединения электродетонаторов (см. рис. 94).
2. Определяем длины проводов:
а) общая длина магистральных проводов

Б. Расчет сети с параллельным соединением электродетонаторов
Основным видом параллельного соединения электродетонаторов является параллельно-пучковое.

1 В этом и последующих примерах и задачах предполагается применение электродетонаторов с константановым мостиком накаливания.

Рис. 96. Параллельно-пучковое соединение электродетонаторов
Параллельно-пучковым соединением электродетонаторов называется такое соединение, при котором одни концевые провода электродетонаторов, собранные вместе, подключаются к одному магистральному проводу, а вторые концевые провода, собранные вместе, подключаются ко второму магистральному проводу (рис. 96).
Расчет взрывной сети производится в таком порядке:

1. составляется схема соединения электродетонаторов и подключения их к источнику тока (см. рис. 96);
2. назначаются длины, сечения и марки магистральных, соединительных и концевых проводов;
3. определяется общее сопротивление взрывной сети по формуле

Электровзрывную сеть с параллельно-пучковым соединением следует проектировать так, чтобы сопротивления отдельных ветвей были равны между собой.

Основным преимуществом параллельно-пучкового соединения является почти полная безотказность взрыва по сравнению с последовательным соединением электродетонаторов.
Недостатком этой схемы является:

1. потребность в мощном источнике тока;
2. возможность взрыва только небольшого количества электродетонаторов;
3. затруднительность проверки исправности электровзрывной сети при помощи линейного мостика взрывника.

Пример. Проверить возможность безотказного взрывания трех параллельно соединенных в пучок электродетонаторов, если:

1. источником тока служит электроосветительная линия напряжением 120 в (ток переменный);
2. расстояние между соседними зарядами 8 м;
3. взрывная станция расположена на расстоянии 450 м;
4. заряды расположены на глубине 10 м;
5. провода медные, марки ПР: для магистрали — сечением 1,5 мм², для соединительных и концевых проводов — сечением 0,5 мм²;
6. сопротивление одного электродетонатора 0,9  Ом.

Решение. 1. Составляем схему соединения электродетонаторов (см. рис. 96).       
2. Определяем длину проводов:
а) общая длина магистральных проводов
160

Ток Iэд больше гарантийного, поэтому взрыв возможен.

В. Расчет сети со смешанным соединением электродетонаторов

Смешанным соединением электродетонаторов называется такое, при котором в сети имеются электродетонаторы, включенные и последовательно и параллельно.
В практике электровзрывания наибольшее распространение нашли следующие схемы смешанного соединения электродетонаторов:

1. параллельно-последовательное соединение с парным включением электродетонаторов;
2. последовательно-параллельное соединение электродетонаторов;
3. последовательно-параллельное соединение с парным включением электродетонаторов;
4. последовательно-параллельное соединение с дублированием взрывной сети.

1. Расчет параллельно-последовательного соединения с парным включением электродетонаторов. Параллельно-последовательным соединением с парным включением электродетонаторов называется такое соединение, при котором в каждую группу подключается по два параллельно соединенных электродетонатора, а группы между собой соединяются последовательно.
Расчет взрывной сети производится следующим образом:

1. составляется схема соединения электродетонаторов и подключения их к источнику тока (рис. 97);
2. назначаются длины, сечения и марки магистральных, соединительных, участковых и концевых проводов;
3. определяется общее сопротивление взрывной сети

(18)
где т — количество последовательно соединенных групп электродетонаторов в  Ом;
Ргр — сопротивление двух параллельно соединенных электродетонаторов в  Ом.
Сопротивление каждой группы

1. определяется ток в месте разветвления (в точке А)

(19)
5) определяется ток, который поступит в каждый электродетонатор (при равенстве их сопротивлений)
(20)
 Пример. Проверить возможность безотказного взрыва двадцати последовательно соединенных групп с парным включением электродетонаторов, если:

1. источником тока служит электроосветительная линия напряжением 220 в (ток переменный);
2. расстояние между соседними группами электродетонаторов (зарядами) 5 м.

Рис. 98. Последовательно-параллельное соединение электродетонаторов

1. Определяем ток в месте разветвления (в точке Л) [по формуле (19)]

Ток Iэд больше гарантийного, поэтому взрыв возможен.

1. Расчет сети с последовательно-параллельным соединением электродетонаторов. Последовательно-параллельным соединением электродетонаторов называется такое, при котором электродетонаторы в группе соединены последовательно, а группы между собой соединены параллельно.

Расчет взрывной сети производится так:

1. составляется схема соединения электродетонаторов и подключения их к источнику тока (рис. 98);
2. назначаются длины, сечения и марки магистральных, соединительных, участковых и концевых проводов;

Рис. 99. Последовательно-параллельное соединение с парным включением электродетоиаторов

1. Расчет последовательно-параллельного соединения с парным включением электродетоyаторов.

Это соединение электродетонаторов отличается от последовательно-параллельного тем, что к каждой паре концевых проводов параллельно подключаются по два электродетонатора.
Расчет взрывной сети производится таким образом:

1. составляется схема соединения электродетоyаторов и подключения их к источнику тока (рис. 99);
2. назначаются длины, сечения и марки магистральных, соединительных, участковых и концевых проводов;

1. Определяется ток в месте разветвления (в точке А)

Если магистральные провода не дублируются, то расчет взрывной сети производится в том же порядке, в каком он производился в случае последовательно-параллельного соединения электродетонаторов.               
Электровзрывные сети со смешанным соединением электродетонаторов следует проектировать так, чтобы сопротивления последовательно или параллельно включенных групп электродетонаторов были равны между собой.
При смешанном соединении электродетонаторов до некоторой степени устраняются отдельные недостатки, имеющие место при последовательном и параллельном соединениях. Однако недостатки, присущие этим схемам, все же частично сохраняются.
Схемы с парно-параллельным включением электродетонаторов имеют следующий недостаток. В тех случаях, когда один из электродетонаторов будет неисправным или при монтаже взрывной сети он окажется неподключенным, то через другой исправный и подключенный парный электродетонатор пройдет двойной ток. Поэтому взрыв такого электродетонатора, а следовательно, и разрыв цепи, может произойти до того момента, когда остальные пары электродетонаторов или часть их успеют взорваться. Это может привести к массовым отказам. Замерить же потерю проводимости одного электродетонатора при помощи линейного моста взрывника в смонтированной сети трудно.
Основными преимуществами смешанного соединения электродетонаторов являются:

1. большая надежность взрыва по сравнению с последовательным соединением электродетонаторов
2. возможность взрыва большего количества электродетонаторов, чем при параллельном их соединении.

При смешанном соединении электродетонаторов, как правило, требуется более мощный источник тока, чем при последовательном соединении. Затрудняется также проверка исправности электровзрывной сети и определение общего сопротивления сети при помощи линейного взрывного моста с взрывной станции.
1 Если в качестве источника тока применяется конденсаторная взрывная машинка КПМ-2, то последовательное соединение электровзрывной сети с парно-последовательным соединением электродетонаторов имеет преимущество перед смешанным соединением.

Рис. 101. Неправильный способ дублирования электровзрывной сети детонирующим шнуром

При массовых взрывах электровзрывная сеть, смонтированная по любой схеме, должна обязательно дублироваться сетью из детонирующего шнура. Это мероприятие обеспечивает полную гарантию безотказности взрыва. Однако в данном случае не всегда можно применять типовые сети из детонирующего шнура, принятые при бескапсюльном способе взрывания. Указанное положение можно рассмотреть на следующем примере. Одной из наиболее распространенных схем соединений при взрывании только при помощи детонирующего шнура является параллельно-ступенчатая схема (см. рис. 53); для дублирования же электровзрывных сетей такую схему применять нельзя. Как видно из рис. 101, если в первую очередь взорвется заряд 3 и электровзрывная цепь разомкнется ранее, чем сработают остальные электродетонаторы (это вполне возможно, учитывая рассмотренный выше недостаток схем с парнопараллельным включением электродетонаторов), то отрезки детонирующего шнура, идущие к зарядам № 4, 5, 6, не взорвутся, потому что они подсоединены к магистральному шнуру по ходу детонационной волны. Заряды же № 1 и 2 также не взорвутся в связи с тем, что участок магистрального шнура и отрезки ДШ, идущие к этим зарядам, не взорвутся.
Необоснованным является предположение о вероятности взрыва первыми электродетонаторов, находящихся на поверхности и предназначенных для инициирования детонирующего шнура. Действительно при существующем разбросе во времени срабатывания электродетонаторов с константановым мостиком до 70 миллисекунд взрыв указанных электродетонаторов может произойти в последнюю, а не в первую очередь. Поэтому необходимо выбрать такую схему дублирующей сети из детонирующего шнура, которая, будучи инициирована в любой точке, обеспечила бы безотказный взрыв всех остальных отрезков ДШ, входящих в состав данной сети. Это обеспечивается присоединением отрезков детонирующего шнура от зарядов к магистрали при помощи узла ДШ (рис. 102). 
Места присоединения отрезков детонирующего шнура надлежит дополнительно обматывать свободным концом ДШ. При проектировании электровзрывных сетей не следует предусматривать специальных электродетонаторов на поверхности земли для подключения их к дублирующей сети из детонирующего шнура.

Г. Определение предельно допустимого сопротивления электровзрывной сети при использовании в качестве источника тока конденсаторной взрывной машинки КПМ-2
Как указывалось ранее, большая мощность конденсаторных машинок дает возможность применять их для взрывания не только последовательных, но и параллельных или смешанных взрывных сетей.
Исследования показали, что предельно допустимым сопротивлением последовательно соединенной электровзрывной сети при использовании КПМ-2 составляет Rпр = 150  Ом (при использовании типовых электродетонаторов с. константановым мостиком диаметром 50 мк).

Вопросы для повторения

1. Перечислите основные типы соединений электровзрывных сетей. Нарисуйте схемы этих соединений.
2. От чего зависит выбор схемы соединения электродетонаторов?
3. Перечислите основные исходные данные для расчета электровзрывной сети.
4. Расскажите, в какой последовательности производится расчет электровзрывной сети.
5. Каковы основные преимущества и недостатки последовательного соединения?
6. Как производится расчет сети с последовательным соединением электродетонаторов?
7. Каковы основные преимущества и недостатки параллельно-пучкового соединения?
8. Как производится расчет сети с параллельно-пучковым соединением электродетонаторов при одинаковых сопротивлениях ветвей?
9. Как производится расчет параллельно-последовательного соединения с парным включением электродетонаторов?
10. Как производится расчет сети с последовательно-параллельным соединением электродетонаторов?
11. Как производится расчет последовательно-параллельного соединения с парным включением электродетонаторов?
12. Как производится расчет последовательно-параллельного соединения электродетонаторов с дублированием взрывной сети?
13. Каковы основные преимущества и недостатки различных сетей со смешанным соединением электродетонаторов?
14. Какие требования предъявляются к сети из детонирующего шнура, если она предназначается для дублирования электровзрывной сети?
15. Как определяется предельно допустимое сопротивление различных схем электровзрывных сетей при использовании в качестве источника тока конденсаторной взрывной машинки КПМ-2?

Задачи

1. Проверить возможность безотказного взрывания двадцати электродетонаторов, соединенных последовательно, если:
2. источником тока служит электроосветительная линия переменного тока напряжением 120 в;
3. расстояние между соседними зарядами 3 м;
4. взрывная станция расположена на расстоянии 500 м от крайнего заряда;
5. заряды расположены на глубине 3 м;
6. провода медные марки ПР: для магистрали — сечением 2,5 мм², а для соединительных, участковых и концевых проводов — сечением 1,0 мм²;
7. сопротивление одного электродетонатора 1,2  Ом.
8. Проверить возможность безотказного взрывания трех параллельно соединенных в пучок электродетонаторов, если:
9. источником тока служит электроосветительная линия переменного тока напряжением 220 в;
10. расстояние между соседними зарядами 6 м;
11. взрывная станция расположена на расстоянии 600 м от крайнего заряда;
12. заряды расположены на глубине 8 м;
13. провода медные: Sмаг= 2,5 мм²; Sсоед = S конц = 0,38 мм²;
14. сопротивление одного электродетонатора 1,2  Ом.
15. Проверить возможность безотказного взрывания двадцати четырех последовательно соединенных групп с парно-параллельным включением электродетонаторов, если:
16. источником тока служит электросиловая линия переменного тока напряжением 380 в;
17. расстояние между группами электродетонаторов (зарядами) 7 м;
18. взрывная станция расположена на расстоянии 650 м от крайнего заряда;
19. заряды расположены на глубине 5 м;
20. провода медные марки ПР: для магистрали — сечением 1,5 мм² и для всех остальных проводов — 0,75 мм²;
21. сопротивление одного электродетонатора 0,9  Ом.
22. Проверить возможность безотказного взрывания двух параллельно соединенных групп электродетонаторов при условии, что каждая группа состоит из шестнадцати последовательно соединенных электродетонаторов (параллельно-последовательное соединение), если:
23. источником тока служит электросиловая линия переменного тока напряжением 220 в;
24. расстояние между зарядами в ряду 12 м;
25. взрывная станция расположена на расстоянии 550 м;
26. заряды расположены на глубине 8 м;
27. провода медные марки ПР: для магистрали — сечением 1,0 мм² и для всех остальных проводов — 0,75 мм²;
28. сопротивление одного электродетонатора 0,80  Ом.