關于導爆管起爆網路形式分類方法和可靠度的探討

楊詩杰，周明安，張佩晴，李笛申，鄧杰文

(國防科技大學 土木工程系， 湖南 長沙 410072)

關于導爆管起爆網路形式分類方法和可靠度的探討

楊詩杰，周明安，張佩晴，李笛申，鄧杰文

(國防科技大學 土木工程系， 湖南 長沙 410072)

導爆管起爆網路形式如何分類及其可靠度計算對爆破工程的設計與教學有著非常重要的影響，目前的分類方法基本沿用電路分析的分類形式，在面對一些規模較大、網路形式復雜的工程爆破問題時，其局限性逐漸凸顯。而且導爆管起爆網路的網路施工質量和傳爆、起爆性能等無法用儀表進行檢測，為了克服這些問題，利用概率統計方法分析起爆網路的可靠性及其影響因素，并提出一種新的網路形式的分類方法，依托Visual Basic6.0和Access軟件，開發出一套起爆網路可靠度分析軟件，計算、分析和判斷各導爆管起爆網路的可靠度，找出影響起爆網路可靠度的因素及其規律，對于預防拒爆、保證安全以及設計更為合理的起爆網路具有非常重要的意義。

概率統計方法；導爆管起爆網路；可靠性分析；評估軟件

目前，導爆管起爆網路在各種行業的爆破工程中廣泛應用。自從塑料導爆管起爆系統在我國于1979年研制生產以來，經過30多年的發展，對導爆管起爆網路的理論研究愈加深入，導爆管起爆系統呈現延期時間精確化、網路連接便捷化、網路形式多樣化的趨勢。但由于導爆管起爆網路目前還沒有切實可行的儀器探測手段，所以在進行導爆管起爆網路設計時，通過概率統計的方法來選擇可靠度較高的起爆網路對降低網路失效率，提高爆破效果和保證工程的安全性具有重要意義。

導爆管起爆網路可靠度分為相對可靠度和絕對可靠度，相對可靠度是指只考慮起爆元件的可靠性和起爆網路的設計結構等因素決定的起爆網路的可靠度。絕對可靠度是指綜合考慮各種人為因素和系統因素的綜合影響，是實際可靠度，本文主要對導爆管起爆網路的相對可靠度進行分析。

1 傳統的導爆管起爆網路形式及其可靠度分析

1.1 串聯網路形式

把起爆組合雷管上的導爆管聯結在傳爆連接件上，然后再把傳爆聯結件串聯起來(見圖1)。

圖1 導爆管串聯網路

若該系統由n個元件串聯而成，即該系統稱為單路系統，只有每個元件都正常工作，系統才能正常工作。因此，串聯系統的可靠率R為：

式中，RS為系統的設計可靠度；Ri為第i個元件的可靠度。

1.2 并聯網路形式

把起爆組合雷管并聯在傳爆連接件上(見圖2)。

圖2 導爆管并聯網路

由k個獨立元件組成的并聯系統，有如下關系：

Rs=R1∪R2∪...∪Rd

由于各元件相互獨立，則系統的可靠度為：

1.3 混聯網路形式

混式連接網路中同時具有串聯和并聯的連接形式。它包括起爆雷管和傳爆連接原件的串聯和并聯?；焓狡鸨W路適用于裝藥個數多且成多列布置的情況(見圖3)。

圖3 導爆管混聯網絡

顯然，這套網路的設計可靠度Rs應該是：所有各排最后一個炮孔的可靠度值中的最小值，即：

Rd=minRdj(j=1,2，…，n)

Rdj=Rdj1Rdj2

式中，Rdj1、Rdj2分別為第j個雷管對應的干線與支線的設計可靠度。

式中，Ri為傳爆干線上各傳爆節點的設計可靠度。

式中，Ri1為傳爆支線上各傳爆節點的設計可靠度。

1.4 傳統分類方法的不足

傳統網路形式分類方法引自于電路分析，電路分析中只有當各個元件連接形式為一閉合回路時，電路電流才能傳遞，整個電路系統才能正常工作。但爆轟波傳播特性不同于電流，爆轟波在起爆網路中的傳播具有單向性，傳播過程并不要求起爆網路一定閉合，所以這種網路形式分類方法在引用概念上就存在與原本定義命題前提不一致的問題。另一方面，傳統網路形式分類方法應用到導爆管起爆網路后，在概念上存在偏差。以圖4并聯網路為例，在電起爆網路定義中，并聯網路是將兩個同類或不同類的元件、器件等首首相接，同時尾尾亦相連的一種連接方式。而實際工程中的導爆管并聯網路，其網路形式并不要求尾尾相連，與上述定義明顯不符，在概念上存在偏差。

在實際工程應用方面，這種網路分類方法在面對一些復雜的工程爆破網路時，不能涵蓋其全部網路連接的特點，分類形式存在明顯的局限性，從而給起爆網路的一些特征分析(如可靠度)帶來了困難，這也就需要對傳統的網路分類方法進行改進。

圖4 電起爆并聯網路

2 導爆管起爆網路分類方法的改進及分析

2.1 簇聯式網路

將炮孔內引出的導爆管分成若干束，每束導爆管按照“一把抓”的形式捆聯在一發(或多發)導爆管傳爆雷管上(見圖5)，將這些導爆管傳爆雷管再集束捆聯在上一級傳爆雷管上，直至用一發或一組起爆雷管擊發即可以將整個網路起爆。這種網路簡單、方便。多用于炮孔比較密集和采用孔內延時組成的網路連接中。

圖5 導爆管簇聯式起爆網路

2.2 分流接力式網路

從擊發點出來的爆轟波利用其單向和分流傳遞特性，通過導爆管、導爆管繼爆管、傳爆元件或分流式連接元件逐級接力傳遞下去并引爆裝在藥包中的導爆管雷管使網路中的藥包起爆(見圖6)。同時，利用雷管延期時間的累加性，還可達到各傳爆點不同時間爆破的目的。

圖6 導爆管分流接力式起爆網路

2.3 閉合式網路

閉合網路與上述導爆管網路不同，它的連接元件是塑料套管接頭(或塑料反射四通接頭)和導爆管。利用爆轟波反射特性和這種反射式連接元件，通過連接技巧，把導爆管連接成網格狀多通道的起爆網路，提高網路傳爆的可靠性(見圖7)。

圖7 導爆管閉合網路

3 復雜系統起爆網路設計可靠度

3.1 布爾展開定理分析法

以圖8起爆網路為例，運用布爾展開定理分析該網路的可靠度。

圖8 橋形網路

起爆網路系統的可靠度為：

則Rd=R3(R1+R2-R1R2)(R4+R5-R4R5)+q3(R1R4+R2R5-R1R4R2R5)

對同一系統的元件，可認為Ri=R,qi=q=1-R，

則該起爆網路的可靠度為：

3.2 全概率分析法

全概率公式為：

P(A|Bi)為條件概率公式，表示在事件Bi發生的條件下事件A發生的概率，Bi之間為互不相容事件。

利用全概率公式將復雜起爆網路分解為簡單的串聯或并聯網路，進而可以進一步計算起爆網路可靠度。

4 起爆網路中傳爆雷管失效相關性近似處理

事實上，起爆網路中的各傳爆雷管并不是相互獨立的，假定每個傳爆雷管相互獨立是基于每個雷管的失效原因不同，實際情況是這些雷管失效往往具有共同的原因。

目前由于同一個廠家生產相同一批雷管的生產條件、作業程序、人員素質和相關環境都相同，所以這些雷管往往具有失效相關性，相應的雷管可靠度也比較接近。所以，不考慮各傳爆雷管的排序問題，假定每個雷管的條件關聯系數相同。即：

λ1=0；λi=λ0=常數(i=2,3,…n)

(1)

假定條件關聯系數基本值λ0與廠家的生產水平等級和工人素質等級M二者存在線性關系如下：

λ0=0.05M+0.35(M=8～10級)

(2 )

所以，對串聯起爆網路系統來說，如果考慮傳爆雷管失效相關性，則有：

對并聯起爆網路系統來說，如果考慮傳爆雷管失效相關性，則有：

將上文分析假定得出的式(1)和式(2)兩個條件帶入，則有：

5 起爆網路可靠度計算軟件

對于一些工程規模較大且比較重要的爆破項目，導爆管起爆網路的分段數達到幾百甚至幾千段，這種網路的復雜程度很高，難以直接利用上述方法進行計算。況且這些工程起爆網路的設計形式對工程爆破的成功與否起著至關重要的作用，不同的起爆網路的敷設形式，對應著不同的可靠度，所以，利用上文介紹的概率統計方法編寫一個可靠度軟件來計算起爆網路的可靠度，并選擇最合理的起爆網路，對預防拒爆現象的發生具有重要意義。

利用VB語言編制出“導爆管起爆網路可靠度計算軟件”，界面見圖9。

圖9 導爆管起爆網路可靠度計算軟件工作界面

導爆管起爆網路可靠度計算軟件由登錄界面和工作界面兩部分組成，其中工作界面有4個窗口：

(1) 參數控制窗口。該軟件總共有10個基本參數：炮孔排數n，爆破工程設計方案中的實際炮孔排數；每排炮孔孔數m，實際使用主爆區每排炮孔孔數，一般情況下每排的炮孔數設計值相等，如果主爆區的炮孔數不完全相等，則輸入起爆網路中數量最多的炮孔孔數；傳爆節點并聯雷管數，默認值為2發；導爆管雷管可靠度(95%置信度)：默認值為97.5%；傳爆雷管條件關聯系數：默認值為0.75；干線雷管名義延期時間，默認值為42 ms；支線雷管名義延期時間，默認值為25 ms；雷管名義誤差時間，默認值為3 ms；節點所在排數i，根據實際方案情況輸入；節點所在孔數j，根據實際方案情況輸入。

(2) 可靠度計算結果輸出窗口。用來輸出計算結果，共有節點可靠度、節點延期時間(ms)、系統可靠度、前后排不竄段節點j。

(3) 起爆網路示意圖窗口。顯示起爆網路整體示意圖。

(4) 提示欄窗口。用于提示整個軟件運算的過程及出現的問題故障，如計算成功、參數輸入錯誤等。

6 結 語

(1) 導爆管網路廣泛應用于各類爆破工程中，起爆網路的形式也變得越來越多樣化。但傳統的網路分類方式在概念上和實際工程應用上都存在問題。采用簇聯式、分流接力式、閉合式3種網路形式分類，對起爆網路形式的分析更加清晰明了。

(2) 通過分析各種基本起爆網路的可靠度計算方法并編制可靠度計算軟件，可以得出，要想獲得高可靠性的起爆網路，降低拒爆情況的發生概率。第一，在實際工程設計中，首先必須明確了解網路中每個元件的可靠度，以及對元件可靠度影響的各種因素(如出廠時間、雷管相關性、距離、溫度、濕度等)，并將這些因素考慮到實際的網路設計中。第二，要根據工程的實際情況設計出不同的起爆網路方案，通過起爆網路可靠度計算軟件運算后，對方案作出進一步的評價和選擇。

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2016-02-17)

楊詩杰(1995-)，男，甘肅文縣人，彈藥工程與爆炸技術專業學士，Email：15200869124@163.com。