楊詩杰，周明安，張佩晴，李笛申，鄧杰文

(國防科技大學(xué) 土木工程系， 湖南 長沙 410072)

關(guān)于導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)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(xué) 土木工程系， 湖南 長沙 410072)

導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路形式如何分類及其可靠度計算對爆破工程的設(shè)計與教學(xué)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(guī)模較大、網(wǎng)路形式復(fù)雜的工程爆破問題時，其局限性逐漸凸顯。而且導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路的網(wǎng)路施工質(zhì)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(tǒng)計方法分析起爆網(wǎng)路的可靠性及其影響因素，并提出一種新的網(wǎng)路形式的分類方法，依托Visual Basic6.0和Access軟件，開發(fā)出一套起爆網(wǎng)路可靠度分析軟件，計算、分析和判斷各導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路的可靠度，找出影響起爆網(wǎng)路可靠度的因素及其規(guī)律，對于預(yù)防拒爆、保證安全以及設(shè)計更為合理的起爆網(wǎng)路具有非常重要的意義。

概率統(tǒng)計方法；導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路；可靠性分析；評估軟件

目前，導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路在各種行業(yè)的爆破工程中廣泛應(yīng)用。自從塑料導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)在我國于1979年研制生產(chǎn)以來，經(jīng)過30多年的發(fā)展，對導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路的理論研究愈加深入，導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)呈現(xiàn)延期時間精確化、網(wǎng)路連接便捷化、網(wǎng)路形式多樣化的趨勢。但由于導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路目前還沒有切實可行的儀器探測手段，所以在進行導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路設(shè)計時，通過概率統(tǒng)計的方法來選擇可靠度較高的起爆網(wǎng)路對降低網(wǎng)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(dǎo)爆管起爆網(wǎng)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(wǎng)路的設(shè)計結(jié)構(gòu)等因素決定的起爆網(wǎng)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(tǒng)因素的綜合影響，是實際可靠度，本文主要對導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路的相對可靠度進行分析。

1 傳統(tǒng)的導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路形式及其可靠度分析

1.1 串聯(lián)網(wǎng)路形式

把起爆組合雷管上的導(dǎo)爆管聯(lián)結(jié)在傳爆連接件上，然后再把傳爆聯(lián)結(jié)件串聯(lián)起來(見圖1)。

圖1 導(dǎo)爆管串聯(lián)網(wǎng)路

若該系統(tǒng)由n個元件串聯(lián)而成，即該系統(tǒng)稱為單路系統(tǒng)，只有每個元件都正常工作，系統(tǒng)才能正常工作。因此，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠率R為：

式中，RS為系統(tǒng)的設(shè)計可靠度；Ri為第i個元件的可靠度。

1.2 并聯(lián)網(wǎng)路形式

把起爆組合雷管并聯(lián)在傳爆連接件上(見圖2)。

圖2 導(dǎo)爆管并聯(lián)網(wǎng)路

由k個獨立元件組成的并聯(lián)系統(tǒng)，有如下關(guān)系：

Rs=R1∪R2∪...∪Rd

由于各元件相互獨立，則系統(tǒng)的可靠度為：

1.3 混聯(lián)網(wǎng)路形式

混式連接網(wǎng)路中同時具有串聯(lián)和并聯(lián)的連接形式。它包括起爆雷管和傳爆連接原件的串聯(lián)和并聯(lián)。混式起爆網(wǎng)路適用于裝藥個數(shù)多且成多列布置的情況(見圖3)。

圖3 導(dǎo)爆管混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

顯然，這套網(wǎng)路的設(shè)計可靠度Rs應(yīng)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(yīng)的干線與支線的設(shè)計可靠度。

式中，Ri為傳爆干線上各傳爆節(jié)點的設(shè)計可靠度。

式中，Ri1為傳爆支線上各傳爆節(jié)點的設(shè)計可靠度。

1.4 傳統(tǒng)分類方法的不足

傳統(tǒng)網(wǎng)路形式分類方法引自于電路分析，電路分析中只有當(dāng)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(tǒng)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(wǎng)路中的傳播具有單向性，傳播過程并不要求起爆網(wǎng)路一定閉合，所以這種網(wǎng)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(tǒng)網(wǎng)路形式分類方法應(yīng)用到導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路后，在概念上存在偏差。以圖4并聯(lián)網(wǎng)路為例，在電起爆網(wǎng)路定義中，并聯(lián)網(wǎng)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(dǎo)爆管并聯(lián)網(wǎng)路，其網(wǎng)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(yīng)用方面，這種網(wǎng)路分類方法在面對一些復(fù)雜的工程爆破網(wǎng)路時，不能涵蓋其全部網(wǎng)路連接的特點，分類形式存在明顯的局限性，從而給起爆網(wǎng)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(tǒng)的網(wǎng)路分類方法進行改進。

圖4 電起爆并聯(lián)網(wǎng)路

2 導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路分類方法的改進及分析

2.1 簇聯(lián)式網(wǎng)路

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

圖5 導(dǎo)爆管簇聯(lián)式起爆網(wǎng)路

2.2 分流接力式網(wǎng)路

從擊發(fā)點出來的爆轟波利用其單向和分流傳遞特性，通過導(dǎo)爆管、導(dǎo)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(dǎo)爆管雷管使網(wǎng)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(dǎo)爆管分流接力式起爆網(wǎng)路

2.3 閉合式網(wǎng)路

閉合網(wǎng)路與上述導(dǎo)爆管網(wǎng)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(dǎo)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(dǎo)爆管連接成網(wǎng)格狀多通道的起爆網(wǎng)路，提高網(wǎng)路傳爆的可靠性(見圖7)。

圖7 導(dǎo)爆管閉合網(wǎng)路

3 復(fù)雜系統(tǒng)起爆網(wǎng)路設(shè)計可靠度

3.1 布爾展開定理分析法

以圖8起爆網(wǎng)路為例，運用布爾展開定理分析該網(wǎng)路的可靠度。

圖8 橋形網(wǎng)路

起爆網(wǎng)路系統(tǒng)的可靠度為：

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

對同一系統(tǒng)的元件，可認為Ri=R,qi=q=1-R，

則該起爆網(wǎng)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(fā)生的條件下事件A發(fā)生的概率，Bi之間為互不相容事件。

利用全概率公式將復(fù)雜起爆網(wǎng)路分解為簡單的串聯(lián)或并聯(lián)網(wǎng)路，進而可以進一步計算起爆網(wǎng)路可靠度。

4 起爆網(wǎng)路中傳爆雷管失效相關(guān)性近似處理

事實上，起爆網(wǎng)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(chǎn)相同一批雷管的生產(chǎn)條件、作業(yè)程序、人員素質(zhì)和相關(guān)環(huán)境都相同，所以這些雷管往往具有失效相關(guān)性，相應(yīng)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(guān)聯(lián)系數(shù)相同。即：

λ1=0；λi=λ0=常數(shù)(i=2,3,…n)

(1)

假定條件關(guān)聯(lián)系數(shù)基本值λ0與廠家的生產(chǎn)水平等級和工人素質(zhì)等級M二者存在線性關(guān)系如下：

λ0=0.05M+0.35(M=8～10級)

(2 )

所以，對串聯(lián)起爆網(wǎng)路系統(tǒng)來說，如果考慮傳爆雷管失效相關(guān)性，則有：

對并聯(lián)起爆網(wǎng)路系統(tǒng)來說，如果考慮傳爆雷管失效相關(guān)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(wǎng)路可靠度計算軟件

對于一些工程規(guī)模較大且比較重要的爆破項目，導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路的分段數(shù)達到幾百甚至幾千段，這種網(wǎng)路的復(fù)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(wǎng)路的設(shè)計形式對工程爆破的成功與否起著至關(guān)重要的作用，不同的起爆網(wǎng)路的敷設(shè)形式，對應(yīng)著不同的可靠度，所以，利用上文介紹的概率統(tǒng)計方法編寫一個可靠度軟件來計算起爆網(wǎng)路的可靠度，并選擇最合理的起爆網(wǎng)路，對預(yù)防拒爆現(xiàn)象的發(fā)生具有重要意義。

利用VB語言編制出“導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路可靠度計算軟件”，界面見圖9。

圖9 導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路可靠度計算軟件工作界面

導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)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(shù)控制窗口。該軟件總共有10個基本參數(shù)：炮孔排數(shù)n，爆破工程設(shè)計方案中的實際炮孔排數(shù)；每排炮孔孔數(shù)m，實際使用主爆區(qū)每排炮孔孔數(shù)，一般情況下每排的炮孔數(shù)設(shè)計值相等，如果主爆區(qū)的炮孔數(shù)不完全相等，則輸入起爆網(wǎng)路中數(shù)量最多的炮孔孔數(shù)；傳爆節(jié)點并聯(lián)雷管數(shù)，默認值為2發(fā)；導(dǎo)爆管雷管可靠度(95%置信度)：默認值為97.5%；傳爆雷管條件關(guān)聯(lián)系數(shù)：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(jié)點所在排數(shù)i，根據(jù)實際方案情況輸入；節(jié)點所在孔數(shù)j，根據(jù)實際方案情況輸入。

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

(3) 起爆網(wǎng)路示意圖窗口。顯示起爆網(wǎng)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(xiàn)的問題故障，如計算成功、參數(shù)輸入錯誤等。

6 結(jié) 語

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

(2) 通過分析各種基本起爆網(wǎng)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(wǎng)路，降低拒爆情況的發(fā)生概率。第一，在實際工程設(shè)計中，首先必須明確了解網(wǎng)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(guān)性、距離、溫度、濕度等)，并將這些因素考慮到實際的網(wǎng)路設(shè)計中。第二，要根據(jù)工程的實際情況設(shè)計出不同的起爆網(wǎng)路方案，通過起爆網(wǎng)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(shù)專業(yè)學(xué)士，Email：15200869124@163.com。