ПЕРСПЕКТИВНЫЕ  НАПРАВЛЕНИЯ  СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ  ЭЛЕКТРОДЕТОНАТОРОВ

Саханский  Юрий  Владимирович

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  Теоретической  электротехники  и  электрических  машин  Северо-Кавказского  горно-металлургического  института  (Государственного  технологического  Университета),  РФ,  г.  Владикавказ

E-mail: 

PROMISING  AREAS  FOR  IMPROVING   OF  ELECTRIC  DETONATORS

Sahansky   Yuriy

Ph.D.,   Associate  Professor,  Department  of  Theoretical  Electrical  Engineering  and  Electrical  Machines  North  Caucasus  Mining  and  Metallurgical  Institute  (State  Technological  University),  Russia,  Vladikavkaz

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены  наиболее  широко  применяемые  на  практике  горного  дела  электродетонаторы,  в  т.  ч.  с  электронным  замедлением.  Проанализированы  временные  интервалы  их  срабатывания  и  реализуемого  замедления  в  зависимости  от  температуры  окружающей  среды.

ABSTRACT

Considered  the  most  widely  used  in  practice  Mining  electrodetonators,  including  with  electronic  delay.  Analyzed  time  intervals  of  their  operation  and  implemented  deceleration  depending  on  the  ambient  temperature.

Ключевые  слова:  электровзрывание;  электродетонатор;  безотказность. 

Keywords :  elektroblasting;  electric  detonators;  reliability.

Исследование  методов  проведения  электровзрывных  работ,  их  совершенствование,  оптимизацию  и  повышение  безопасности  можно  провести  наиболее  полно  и  эффективно,  рассматривая  электровзрывной  комплекс  как  систему.  Системный  подход  позволит  наиболее  полно  исследовать  как  внутренние  связи  и  функционально-структурные  особенности  электровзрывного  комплекса,  так  и  условия  и  особенности  его  взаимодействия  с  внешней  средой,  наметить  пути  оптимизации  этих  взаимодействий.

Одной  из  основных  составляющих  частей  системы  электровзрывания  являются  электродетонаторы  [3,  c.  18].

Электродетонатор  —  устройство,  предназначенное  для  детонации  заряда  взрывчатых  веществ,  детонирующего  шнура  или  промежуточного  детонатора. 

Электрический  ток  служит  начальным  импульсом  в  электродетонаторе.  Электродетонаторы  широко  применяются  для  инициирования  промышленных  взрычатых  веществ,  например  в  горной  промышленности,  в  строительстве  и  т.  д.

В  настоящее  время  помимо  обычных  электродетонаторов  стали  использовать  электродетонаторы  с  электронным  замедлением  (ЭДЭЗ),  которые  по  своим  свойствам  существенно  отличаются  от  обычных,  например,  высокой  степенью  безопасности.  Так,  ЭДЭЗ  практически  не  подвержены  влиянию  посторонних  электромагнитных  импульсов  и  блуждающих  токов,  в  то  время  как  обычные  электродетонаторы  подвержены  произвольной  детонации  от  блуждающих  токов,  разряда  молнии  и  т.  п.

ЭДЭЗ  представляют  собой  часть  обычного  электродетонатора  со  встроенным  миниатюрным  микроконтроллером,  позволяющим  осуществить  инициирование  зарядов  взрывчатых  веществ  в  заданном  временном  промежутке.  В  электровзрывных  цепях  при  групповом  взрывании  используют  три  основных  типа  соединений  электродетонаторов:  параллельное,  последовательное  и  смешанное.

Двухпроводная  взрывная  линия  используется  как  для  подачи  тока  к  ЭДЭЗ  и  предварительного  заряда  конденсатора-накопителя  в  нём,  так  и  для  передачи  кодированных  команд  в  микроконтроллер  ЭДЭЗ  и  получения  ответного  сигнала  от  него.  Подрывник  с  помощью  обычного  компьютера  может  тестировать  ЭДЭЗ  на  собранной  взрывной  линии,  устанавливать  последовательность  взрывания  и  непосредственно  осуществлять  подрыв.  После  получения  сигнала  «подрыв»  ЭДЭЗ  переходит  в  автономный  режим  питания,  отсчитывает  заданное  время  и  срабатывает,  даже  если  взрывная  линия  к  этому  моменту  повреждена  или  разрушена.  Каждый  ЭДЭЗ  имеет  индивидуальный  идентификационный  номер,  заданный  в  процессе  его  изготовления  [1,  c.  54].  Благодаря  этому  подрывник  может  обращаться  к  каждому  ЭДЭЗ  по  отдельности.  В  отличие  от  обычных  электродетонаторов  ЭДЭЗ  при  разлете  не  даёт  тлеющих  осколков,  что  делает  их  безопасными  при  применении  в  запыленных  и  загазованных  условиях,  имеют  защиту  от  бытовых  и  промышленных  источников  питания,  служащих  причиной  возникновения  блуждающих  токов.  Это  исключает  возможность  самопроизвольного  взрыва  таких  детонаторов. 

Наличие  у  ЭДЭЗ  индивидуального  идентификационного  номера  позволяет  проследить  пути  утечки  детонаторов  в  случае  их  хищения.  Несмотря  на  относительно  высокую  стоимость  электронных  детонаторов,  около  5  %  от  всей  стоимости  взрыва,  использование  таких  изделий  экономически  оправданно.  Ожидаемый  экономический  эффект  от  производства  взрывных  работ  —  около  30  %  [1,  c.  36].  При  точном  задании  последовательности  взрывания  повышается  эффективность  применения  взрывчатых  материалов.  Это  позволяет  экономить  на  стоимости  взрывчатых  веществ.  Как  побочный  эффект,  это  приводит  к  уменьшению  выбросов  в  атмосферу  и  снижению  сейсмики.

  Основой  ЭДЭЗ  является  капсюль-детонатор  мгновенного  действия  со  встроенным  электронным  узлом,  обеспечивающим  замедление  и  срабатывание  электровоспламенительной  головки. 

Рисунок  1.  Схематическое  изображение  ЭДЭЗ:  1  —  капсюль-детонатор  мгновенного  действия;  2  —  воспламенитель  с  электронным  замедлением;  3  —  провод  выводной;  4  —  втулка  резиновая

В  капсюле-детонаторе  мгновенного  действия  1  размещен  воспламенитель  с  электронным  замедлением  2,  который  обеспечивает  отсчет  времени  замедления  и  срабатывание  капсюля-детонатора;  питание  и  информационный  обмен  с  электронным  узлом  осуществляется  через  провод  выводной  3,  герметичность  детонатора  ЭДЭЗ  обеспечивается  с  помощью  втулки  резиновой  4.

Основным  достоинством  электрических  систем  инициирования,  что  подтверждается  их  большой  востребованностью,  является  простота,  надёжность,  безопасность  и  удобство  в  обращении  и  применении.  Основным  же  недостатком  обычных  как  электрических,  так  и  неэлектрических  систем  инициирования,  имеющих  в  своём  составе  пиротехнический  замедляющий  элемент,  является  относительная  неравномерность  скорости  горения  замедлителя,  вследствие  этого  разброс  времени  срабатывания  изделий  может  достигать  значительных  значений  (до  10  %  от  номинального),  что  приводит  к  потере  контроля  над  массовым  взрывом,  и  как  результат,  к  снижению  качества  взрывной  подготовки  горной  массы.  ЭДЭЗ  лишены  вышеуказанного  недостатка,  т.  к.  имеют  встроенный  микроконтроллер,  обеспечивающий  высокую  (±1  мс)  точность  замедления.  К  достоинствам  также  можно  отнести  возможность  программирования  времени  замедления  каждого  детонатора  непосредственно  перед  взрывом,  выбранное  из  широкого  интервала  (от  1  до  10  000  мс)  [2].

К  недостаткам  ЭДЭЗ  можно  отнести:

·     высокую  стоимость;

·     дополнительные  затраты  времени  перед  производством  взрыва  на  программирование  и  тестирование  электронных  детонаторов;

·     высокие  требования  к  квалификации  взрывников;

·     необходимость  дополнительного  обучения  специалистов  и  наличие  специальной  аппаратуры  с  программным  обеспечением  для  проведения  взрывных  работ.

·     необходимость  выполнения  обоснованного  точного  расчёта  программируемого  времени  замедления  инициирования  зарядов,  что  требует  высокой  квалификации  специалистов-взрывников.

Зачастую  при  применении  средств  инициирования  с  электронным  замедлением  при  программировании  устанавливается  время  замедления,  как  и  у  применяемых  ранее  систем  с  пиротехническим  замедлителем,  что  значительно  ограничивает  возможности  системы.  В  общем  виде  системы  инициирования  с  использованием  ЭДЭЗ  можно  представить  в  виде  условной  схемы  (рис.  1.).

Рисунок  2.  Структурная  схема  системы  инициирования  с  использованием  ЭДЭЗ

В  электрической  схеме  предусмотрена  компенсация  температурного  дрейфа,  что  устраняет  влияние  температуры  окружающей  среды  на  точность  срабатывания  изделия.  Схема  компенсации  основана  на  принципе  зависимости  прямого  напряжения  на  диоде  от  температуры.  Измеряя  в  начале  работы  это  напряжение,  микропроцессор  вычисляет  текущую  температуру  печатной  платы  модуля  электронного  замедления.  Значение  измеренной  температуры  используется  для  калибровки  по  температуре  номинальной  частоты  опорного  генератора.  С  целью  уменьшения  времени  срабатывания  (увеличения  быстродействия)  разработан  специальный  тонкопленочный  воспламенитель.  Время  замедления  с  точностью  до  1  мс  программируется  в  процессе  производства  с  учётом  фактической  длины  ударно-волновой  трубки.  В  процессе  изготовления  устройства  алгоритм  работы  программы  микроконтроллера  позволяет  «зашить»  идентификационный  номер  каждого  электронного  модуля  замедления  после  программирования  основной  программы.

Возможно  дублирование  идентификационного  номера  на  боковой  поверхности  алюминиевой  гильзы  капсюля-детонатора  изделия  путём  нанесения  лазером  штрихового  кода,  выполненного  в  структуре  RSS-кода  в  исполнении  2D.

С  помощью  специальных  команд  производится  тестирование  электронного  модуля  и  в  соответствующие  регистры  устройства  сопряжения  записывается  информация  с  идентификационным  номером,  заданным  временем  замедления  и  измеренным  временем  замедления.

При  применении  ЭДЭЗ  для  получения  точного  запрограммированного  времени  замедления  необходимо  инициировать  ударно-волновую  трубку  вблизи  (±10  см)  от  места  прикрепления  этикетки,  указывающей  время  замедления.  Все  приведённые  меры  позволили  достичь  разброса  заданного  времени  задержки  не  более  0,2  мс  +  0,2  %  от  времени  замедления  в  диапазоне  температур  от  минус  50  ºС  до  плюс  50  ºС. 

Таблица  1. 

Фактическое  время  срабатывания  устройств  ЭДЭЗ  при  температуре  (23±1)  ºС  [3,  с.  4]

Таблица  2. 

Фактическое  время  срабатывания  устройства  ЭДЭЗ  при  температуре  минус  50  °С  [3,  c .  4]

Таблица  3. 

Фактическое  время  срабатывания  устройства  ЭДЭЗ  при  температуре  плюс  50  °С  [3,  c .  4]

Двухпроводная  взрывная  линия  служит  для  подачи  питания  на  ЭДЭЗ,  передачи  кодированных  команд  и  получения  ответной  информации  от  ЭДЭЗ  в  процессе  тестирования.  Выводные  провода  ЭДЭЗ  с  помощью  специальных  соединителей  присоединяют  к  взрывной  линии,  которая,  в  свою  очередь,  соединяют  через  согласующий  адаптер  с  компьютером  (ноутбуком).  Каждый  электронный  детонатор  имеет  свой  индивидуальный  идентификационный  номер,  запрограммированный  в  процессе  производства.  Благодаря  индивидуальному  номеру,  оператор  взрывных  работ  может  обращаться  к  каждому  ЭДЭЗ  отдельно  с  помощью  кодированного  сигнала.

С  помощью  специальной  программы  оператором  компьютера  (ноутбука)  проводится  тестирование  каждого  ЭДЭЗ  на  его  исправность  и  готовность  к  взрыву,  после  чего  задается  последовательность  взрывания  каждого  детонатора;  проводится  дополнительное  тестирование  на  исправность  ЭДЭЗ  и  целостность  взрывной  сети  и  выдается  команда  «подрыв».  После  получения  команды  «подрыв»  каждый  ЭДЭЗ  переходит  в  режим  автономного  питания,  самостоятельно  отсчитывает  заданное  время  и  срабатывает  даже  в  том  случае,  если  взрывная  линия  к  этому  моменту  будет  разрушена.

Всё  вышеизложенное  позволяет  сделать  вывод,  что  в  ближайшей  перспективе  ЭДЭЗ  могут  составить  реальную  конкуренцию  обычным  электродетонаторам,  т.к.  они  обладают  большим  потенциалом  по  повышению  эффективности,  безопасности  и  безотказности  буровзрывных  работ.

Результаты  теоретических  исследований  в  настоящее  время  подвергаются  экспериментальной  проверке,  которая  уже  даёт  положительные  результаты.  В  частности,  электродетонаторы  с  параметрическим  замедлением  будут  обладать  свойствами,  аналогичным  свойствам  ЭДЭЗ,  однако  они  будут  существенно  дешевле  в  производстве  и  эксплуатации.

Список  литературы:

1.Андреев  В.В.  Об  особенностях  применения  систем  взрывания  с  электронным  замедлением,  2010  г.

2.Иванов  А.С.  Перспективы  развития  современных  средств  инициирования.  ОАО  «НМЗ  «Искра»  г.  Новосибирск,  2012. 

3.Колганов  Е.В.,  Ильин  В.П.,  Соснин  В.А.,  Страхов  А.Г.,  Беллин  В.А.,  Ефремовцев  А.Н.  Выбор  систем  управления  взрывом,  2010  г.