劉 堅 張建華 趙 強 吳 迪

(1.武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院;2.北方爆破工程有限責任公司)

簇聯(lián)非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路在青海木里煤礦的應(yīng)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(huán)境工程學院;2.北方爆破工程有限責任公司)

結(jié)合青海木里煤礦的爆破特點和工程實踐，對接力式簇聯(lián)、復(fù)式簇聯(lián)、復(fù)式交叉簇聯(lián)等幾類簇聯(lián)非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路的聯(lián)接方式進行了分析，并應(yīng)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(wǎng)路的優(yōu)化及應(yīng)用提供參考。

非電導(dǎo)爆管 簇聯(lián)網(wǎng)路 可靠度

非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路[1]具有安全可靠、操作簡便、適應(yīng)性強等特點，在工程爆破中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，目前導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)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(chǎn)量為810多萬t，礦區(qū)處于高原地區(qū)，以白砂巖為主，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育明顯，巖石普氏硬度系數(shù)為8～12。由于爆破網(wǎng)路聯(lián)接方式種類繁多，由此導(dǎo)致的盲炮現(xiàn)象時有發(fā)生，對礦山生產(chǎn)造成了較大影響，并且一旦發(fā)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(wǎng)路聯(lián)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(wǎng)路為簇聯(lián)聯(lián)接，簇聯(lián)也俗稱“一把抓”。

2 起爆網(wǎng)路可靠度計算

2.1 可靠度定義

起爆網(wǎng)路在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力被稱為網(wǎng)路可靠性[2]。由于“完成規(guī)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(wǎng)路由各個元件組成，如導(dǎo)爆管、雷管等，因此網(wǎng)路可靠度與元件可靠度密切相關(guān)，此外，“起爆網(wǎng)路應(yīng)在規(guī)定條件、規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能”這一事件還與網(wǎng)路設(shè)計及現(xiàn)場施工工藝有關(guān)，因此網(wǎng)路可靠度還取決于網(wǎng)路設(shè)計和現(xiàn)場施工工藝。建立的起爆網(wǎng)路可靠度數(shù)學分析模型[4]如下

R=f(R1R2R3R4) ,

(1)

式中，R為網(wǎng)路可靠度；R1為導(dǎo)爆管可靠度；R2為雷管可靠度；R3為現(xiàn)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(dǎo)爆管、雷管以及網(wǎng)路設(shè)計所決定的起爆網(wǎng)路可靠度。

2.2 基本假定

①起爆元件與網(wǎng)路僅可能有正常和故障2種狀態(tài)，沒有中間狀態(tài)；②導(dǎo)爆管傳爆可靠度為1，導(dǎo)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(wǎng)路聯(lián)結(jié)方式對網(wǎng)路可靠度的影響，其他因素視為理想條件。

2.3 計算結(jié)果分析

網(wǎng)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(wǎng)路中最后1個炮孔或最小分支可靠度的最小值作為該網(wǎng)路的可靠度；②將所有結(jié)點都起爆的概率當作該分支網(wǎng)路的可靠度；③將1個分支的傳爆概率當作該分支網(wǎng)路的可靠度[6]。文中采用第1種方法計算網(wǎng)路可靠度。

2.3.1 接力式簇聯(lián)網(wǎng)路可靠度

接力式簇聯(lián)網(wǎng)路孔內(nèi)采用單發(fā)高段別起爆雷管，孔外采用雙發(fā)低段別雷管作傳播雷管。網(wǎng)路示意如圖1所示，網(wǎng)路中元件可靠度表示為P0，應(yīng)用可靠性數(shù)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(fā)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(nèi)雷管正常起爆網(wǎng)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(wǎng)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(shù)目。

式(3)中，m取不同值所對應(yīng)的網(wǎng)路可靠度見表1。

圖1 接力式簇聯(lián)網(wǎng)路示意

表1 不同m值對應(yīng)的網(wǎng)路可靠度

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

2.3.2 復(fù)式簇聯(lián)網(wǎng)路可靠度

復(fù)式簇聯(lián)網(wǎng)路由孔內(nèi)采用雙發(fā)高段別起爆雷管[8]，孔外采用雙發(fā)傳爆雷管簇聯(lián)而成，每雙發(fā)捆綁雷管依次記為1～n，共2個分支，如圖2所示。

圖2 復(fù)式簇聯(lián)網(wǎng)路

該網(wǎng)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(wǎng)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(shù)目。

式(4)中，n取不同值所對應(yīng)的網(wǎng)路可靠度見表2。

表2 不同n值對應(yīng)的網(wǎng)路可靠度

由表2可知，當爆破孔數(shù)達到400個時，該網(wǎng)路可靠度達0.951，可見復(fù)式簇聯(lián)網(wǎng)路能滿足該礦山爆破工程要求。

2.3.3 復(fù)式交叉簇聯(lián)網(wǎng)路可靠度

復(fù)式交叉簇聯(lián)網(wǎng)路孔內(nèi)采單發(fā)高段別雷管，孔外分為2個部分，分別采用2發(fā)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(lián)形成復(fù)式的簇聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)路的可靠度，

圖3 復(fù)式交叉簇聯(lián)網(wǎng)路

(5)

式(5)中，n取不同值所對應(yīng)的網(wǎng)路可靠度見表3。

表3 不同n值對應(yīng)的網(wǎng)路可靠度

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

3 結(jié) 論

(1)在相同孔數(shù)條件下，復(fù)式交叉簇聯(lián)網(wǎng)路使用雷管數(shù)最少，經(jīng)濟成本最低。

(2)在其他條件相同條件下，復(fù)式交叉簇聯(lián)網(wǎng)路可靠度最高，而且可靠度穩(wěn)定，基本不隨孔數(shù)的增加而遞減。

(3)盡管文中所提的3種簇聯(lián)聯(lián)接方式均能滿足該礦爆破工程要求，但復(fù)式交叉簇聯(lián)網(wǎng)路具有成本低廉、操作簡便、網(wǎng)路清晰的優(yōu)點，如果增加雷管段別仍能實現(xiàn)逐孔起爆，提高爆破質(zhì)量，因此，推薦礦山優(yōu)先采用復(fù)式交叉簇聯(lián)起爆網(wǎng)路。

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2015-01-06)

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