簇聯非電導爆管起爆網路在青海木里煤礦的應用

劉 堅 張建華 趙 強 吳 迪

(1.武漢理工大學資源與環境工程學院;2.北方爆破工程有限責任公司)

簇聯非電導爆管起爆網路在青海木里煤礦的應用

劉 堅1張建華1趙 強2吳 迪1

(1.武漢理工大學資源與環境工程學院;2.北方爆破工程有限責任公司)

結合青海木里煤礦的爆破特點和工程實踐，對接力式簇聯、復式簇聯、復式交叉簇聯等幾類簇聯非電導爆管起爆網路的聯接方式進行了分析，并應用概率論方法對其可靠度進行了定量分析比較，為礦山起爆網路的優化及應用提供參考。

非電導爆管 簇聯網路 可靠度

非電導爆管起爆網路[1]具有安全可靠、操作簡便、適應性強等特點，在工程爆破中得到了廣泛的應用。但是，目前導爆管起爆網路是否通暢檢測缺乏有效手段，因此對其可靠度的分析便顯得尤為重要。

1 工程概況

目前青海木里露天煤礦年產量為810多萬t，礦區處于高原地區，以白砂巖為主，巖石節理裂隙發育明顯，巖石普氏硬度系數為8～12。由于爆破網路聯接方式種類繁多，由此導致的盲炮現象時有發生，對礦山生產造成了較大影響，并且一旦發生盲炮，警戒一時無法解除，對礦山交通造成了較大的影響，網路聯接已成為亟待解決的問題。木里煤礦采用排間微差起爆，起爆網路為簇聯聯接，簇聯也俗稱“一把抓”。

2 起爆網路可靠度計算

2.1 可靠度定義

起爆網路在規定的條件下，在規定的時間內，完成規定功能的能力被稱為網路可靠性[2]。由于“完成規定功能”是一隨機事件，可以運用概率論及其他隨機事件定量表示其可能性，即可靠度[3]，記為R。起爆網路由各個元件組成，如導爆管、雷管等，因此網路可靠度與元件可靠度密切相關，此外，“起爆網路應在規定條件、規定時間內完成規定功能”這一事件還與網路設計及現場施工工藝有關，因此網路可靠度還取決于網路設計和現場施工工藝。建立的起爆網路可靠度數學分析模型[4]如下

R=f(R1R2R3R4) ,

(1)

式中，R為網路可靠度；R1為導爆管可靠度；R2為雷管可靠度；R3為現場施工工藝可靠度(含人為因素)；R4為其他偶然因素可靠度。

由于以上各事件互為獨立事件，因此有

R=R1R2R3R4.

(2)

又由于目前R3和R4沒有科學的量化方法進行處理，因而文中實際考慮的是導爆管、雷管以及網路設計所決定的起爆網路可靠度。

2.2 基本假定

①起爆元件與網路僅可能有正常和故障2種狀態，沒有中間狀態；②導爆管傳爆可靠度為1，導爆管雷管各段別的準爆率相等；③僅考慮起爆元件自身可靠度[5]和網路聯結方式對網路可靠度的影響，其他因素視為理想條件。

2.3 計算結果分析

網路可靠度的計算方法有：①提出最小分支的最小值準則，將網路中最后1個炮孔或最小分支可靠度的最小值作為該網路的可靠度；②將所有結點都起爆的概率當作該分支網路的可靠度；③將1個分支的傳爆概率當作該分支網路的可靠度[6]。文中采用第1種方法計算網路可靠度。

2.3.1 接力式簇聯網路可靠度

接力式簇聯網路孔內采用單發高段別起爆雷管，孔外采用雙發低段別雷管作傳播雷管。網路示意如圖1所示，網路中元件可靠度表示為P0，應用可靠性數學中的矩估計法得出雷管的準爆率不低于0.975[7]，則取P0=0.975。

對于雙發捆綁傳爆雷管正常起爆而言，只有當主線雷管依次起爆后，最后1條支線和孔內雷管正常起爆網路的最后1個炮孔才能起爆，將第m級分支任意炮孔正常起爆的可靠度作為網路的可靠度，則有

R=[1-(1-P0)2]m+1P0，

(3)

式中，P0為原件初始可靠度；m為主線雷管數目。

式(3)中，m取不同值所對應的網路可靠度見表1。

圖1 接力式簇聯網路示意

表1 不同m值對應的網路可靠度

由表1可知，當m取40時網路可靠度仍可達到0.951，由此得出，接力式簇聯網路能夠滿足該爆破工程的要求。

2.3.2 復式簇聯網路可靠度

復式簇聯網路由孔內采用雙發高段別起爆雷管[8]，孔外采用雙發傳爆雷管簇聯而成，每雙發捆綁雷管依次記為1～n，共2個分支，如圖2所示。

圖2 復式簇聯網路

該網路中只有2個分支均失效，最后1個炮孔才不能起爆，將最后1個炮孔起爆的可靠度作為該網路可靠度，

R=1-{1-[1-(1-P0)2]n}2，

(4)

式中，P0為原件初始可靠度；n為雷管數目。

式(4)中，n取不同值所對應的網路可靠度見表2。

表2 不同n值對應的網路可靠度

由表2可知，當爆破孔數達到400個時，該網路可靠度達0.951，可見復式簇聯網路能滿足該礦山爆破工程要求。

2.3.3 復式交叉簇聯網路可靠度

復式交叉簇聯網路孔內采單發高段別雷管，孔外分為2個部分，分別采用2發低段別傳播雷管“一把抓”，第i級和第i+1級孔外雷管交叉相聯形成復式的簇聯網路，如圖3所示。

最后1個炮孔起爆的條件是孔外2個分支的1～n級傳爆雷管按順序任意起爆其中1個，將最后1個炮孔起爆的可靠度作為整個網路的可靠度，

圖3 復式交叉簇聯網路

(5)

式(5)中，n取不同值所對應的網路可靠度見表3。

表3 不同n值對應的網路可靠度

由表3可知，隨著n值大幅增加網路可靠度基本保持不變，基本與單發雷管準爆率相等，滿足爆破工程的要求。

3 結 論

(1)在相同孔數條件下，復式交叉簇聯網路使用雷管數最少，經濟成本最低。

(2)在其他條件相同條件下，復式交叉簇聯網路可靠度最高，而且可靠度穩定，基本不隨孔數的增加而遞減。

(3)盡管文中所提的3種簇聯聯接方式均能滿足該礦爆破工程要求，但復式交叉簇聯網路具有成本低廉、操作簡便、網路清晰的優點，如果增加雷管段別仍能實現逐孔起爆，提高爆破質量，因此，推薦礦山優先采用復式交叉簇聯起爆網路。

[1] 中國力學學會工程爆破專業委員會.爆破工程[M].北京：冶金工業出版社，1992.

[2] 唐健軍.起爆網路的可靠性及其評價方法[J].礦業研究與開發，1986(4)：161-168.

[3] 孔 偉.復雜系統可靠性工程相關理論及技術研究田[D].重慶：重慶大學，2002

[4] 將仁言，左明健.可靠性模型與應用阿[M].北京：機械工業出版社，1999.

[5] 齊世福.基本單元的可靠性試驗及結果分析[J].爆破，2003(S)：80-102.

[6] 楊月平.非電起爆網路可靠性研究及其計算軟件評價開發[D].長沙：中南大學，2005.

[7] 姚 堯，孟 沖，師俊平.捆聯及跨越式聯接線路提高導爆管起爆網路的可靠度[J].工程爆破，1996(4)：60-63.

[8] 曹 躍，趙 翔.簇聯導爆管網路傳爆聯接方式探討[J].爆破，2006，23(2)：77-79.

2015-01-06)

劉 堅(1990—)，男，碩士研究生，430070 湖北省武漢市洪山區珞獅路122號。