第 22 卷 第 2 期 矿 冶 工 程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol. 22 № 2 June 2002 2002 年 6 月 ① 单 孔 单 响 爆 破 网 络 的 研 究 房 泽 法 武 汉 理 工 大 学 , 湖 北 武 汉 430070) ( 摘 要 : 讨 论 了 并 2串 联 单 孔 单 响 微 差 爆 破 网 络 的 约 束 条 件 ,探 讨 了 雷 管 起 爆 误 差 对 这 种 爆 破 网 络 的 影 响 ,指 出 采 用 国 产 导 爆 管 雷 管 的 起 爆 误 差 波 动 范 围 太 大 。 欲 达 到 单 孔 单 响 目 的 ,每 排 最 多 不 能 超 过 3 孔 。 指 出 了 必 须 选 择 雷 管 段 位 组 合 和 提 高 微 差 导 爆 管 雷 管 的 产 品 精 度 。 关 键 词 : 爆 破 工 程 ; 导 爆 管 雷 管 ; 爆 破 网 络 Study on Network of Single Hole2single Shot Blasting Fang Ze2fa ( Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070 , Hubei , China) Abstract : The restriction conditions of parallel2series single hole2single shot millisecond blasting network are discussed. The effect of electric detonator initiation’s error on the blasting network is also discussed. Domestic detonators have a wide error range of initiation. As a result , to achieve the single hole2single shot initiation , it is necessary for each row to have 3 holes at most. Key words : blasting engineering ;non2electric detonator ; blasting network 　 单 孔 单 响 爆 破 网 络 就 是 使 装 药 孔 按 照 设 计 顺 序 和 1 单 孔 单 响 爆 破 网 络 的 约 束 条 件 间 隔 时 间 依 次 逐 个 起 爆 的 一 种 爆 破 网 络 。 在 响 炮 期 间 ,不 允 许 有 两 个 药 孔 在 同 一 时 刻 起 爆 。 由 于 微 差 电 雷 管 段 位 数 量 较 少 ,不 能 满 足 工 程 需 要 ,因 而 微 差 导 爆 管 雷 管 是 实 现 单 孔 单 响 爆 破 网 络 的 首 选 雷 管 。 采 用 导 爆 管 雷 管 的 单 孔 单 响 爆 破 网 络 有 多 种 联 接 形 式 ,工 程 上 常 用 的 是 并 2串 联 ,如 用 2 个 段 位 的 微 差 导 爆 管 雷 管 组 成 n 排 ( n = 1 ,2 ⋯ ) ,每 排 1 孔 的 爆 破 网 络 ,用 3 个 段 位 的 微 差 导 爆 管 雷 管 组 成 n 排 每 排 2 孔 的 爆 破 网 络 。 一 般 地 用 m + 1 个 段 位 的 微 差 导 爆 管 雷 管 可 组 成 n 排 每 排 m 孔 的 爆 破 网 络 。 网 络 联 接 形 式 见 图 1。 单 孔 单 响 爆 破 网 络 有 多 种 联 接 形 式 。 本 文 主 要 讨 论 图 1 中 并 2串 联 联 接 形 式 ,即 用 m + 1 个 段 位 的 微 差 导 爆 管 雷 管 组 成 n 排 每 排 m 孔 的 爆 破 网 络 。 设 雷 管 的 微 差 时 间 为 : T = t 北Δ 0 ; T1 = t1 北Δ 1 ⋯ ; Tm = tm 北Δ m ⋯ 0 0 (1) 表 示 孔 外 联 接 雷 管 的 公 称 起 爆 时 间 ;Δ 0 表 示 孔 外 联 接 雷 管 最 大 起 爆 误 差 ;T 表 示 第 i 段 孔 内 微 差 导 爆 管 雷 管 起 爆 时 间 ;t 表 示 第 i 段 孔 内 联 接 雷 管 的 公 称 起 爆 时 间 ;Δ 表 示 第 0 0 式 中 T 表 示 孔 外 联 接 雷 管 起 爆 时 间 ,t i i i 段 孔 内 微 差 导 爆 管 最 大 起 爆 误 差 (i = 1 ,2 , ⋯ ,m) 。 显 然 ,这 是 一 个 孔 外 等 间 隔 微 差 传 爆 的 单 孔 单 响 爆 破 网 络 。 又 设 孔 内 雷 管 起 爆 顺 序 为 : a 11 → a21 ⋯ → am1 → a12 → a22 ⋯ → am2 ⋯ → 1 n → a2 n ⋯ → amn a 图 1单 孔 单 响 爆 破 网 络 　 各 孔 内 雷 管 起 爆 时 间 是 : ① 收 稿 日 期 : 2002202205 作 者 男 副 教 授 硕 士 第 2 期 房 泽 法 : 单 孔 单 响 爆 破 网 络 的 研 究 35 α 11 = t0 + t1 北 Δ 0 北 Δ 1 ; a12 = 2 t0 + t1 北 2Δ 0 北 Δ 1 ; ⋯ ⋯ ; a1 n = nt0 + t1 北 nΔ 0 北 Δ 1 ; a21 = t 0 + t 2 北 Δ 0 北 Δ 2 0 2 0 2 0 2 0 2 ; a22 = 2 t + t ; ⋯ ⋯ ; a2 n = nt + t ; 北 2Δ 北 Δ 北 nΔ 北 Δ ⋯ ⋯ a m1 = t 0 + t m 北 Δ 0 北 Δ m ; am2 = 2 t 0 + t m 北 2Δ 0 北 Δ m ; ⋯ ⋯ ; amn = nt 0 + t n 北 nΔ 0 北 Δ n (2) 　 　 　 为 便 于 问 题 的 讨 论 ,作 了 如 下 几 点 假 设 : ) 设 孔 外 传 爆 雷 管 之 间 的 联 线 长 度 和 传 爆 雷 管 到 各 孔 内 引 爆 雷 管 间 的 联 线 长 度 均 相 等 。 ) 设 孔 外 各 节 点 上 的 传 爆 雷 管 段 位 相 同 。 引 入 两 个 极 限 时 间 : 求 孔 内 用 高 段 位 雷 管 ,孔 外 用 低 段 位 雷 管 ;同 排 炮 孔 的 雷 管 段 位 也 互 不 相 同 ,才 能 保 证 单 孔 单 响 。 那 么 ,网 络 中 孔 内 所 用 雷 管 的 微 差 时 间 应 满 足 如 下 约 束 条 件 : 1 2 t i +1 - Δ i+1 > t i + Δ ( i = 0 ,1 ,2 , K , m - 1) (4) i 3) 为 达 到 单 孔 单 响 目 的 ,在 第 j 排 炮 孔 aij (i = 1 , 1 ) 最 大 引 爆 时 间 间 隔 Tmax 。 2 , ⋯ m) 中 ,相 邻 两 响 炮 孔 间 雷 管 的 微 差 时 间 应 有 如 下 对 于 多 排 布 孔 的 单 孔 单 响 爆 破 网 络 ,有 时 同 排 炮 孔 中 两 个 先 后 引 爆 药 孔 间 的 微 差 间 隔 时 间 、前 后 排 相 同 列 中 的 孔 间 微 差 间 隔 时 间 相 差 不 能 太 大 ;硐 室 爆 破 中 ,有 时 要 求 相 邻 两 个 药 室 之 间 的 微 差 间 隔 时 间 相 差 不 能 太 大 。 否 则 先 爆 孔 已 将 被 爆 物 体 炸 飞 ,后 爆 孔 抵 抗 线 改 变 方 向 ;或 是 在 有 覆 盖 防 护 的 拆 除 爆 破 中 将 被 爆 介 质 上 的 覆 盖 防 护 材 料 掀 起 ,造 成 爆 破 事 故 ,所 以 引 入 最 大 引 爆 时 间 间 隔 Tmax 这 一 概 念 。 显 然 ,最 大 起 爆 时 间 间 隔 既 可 以 指 两 个 先 后 引 爆 药 孔 ,也 可 以 指 前 后 排 相 同 列 中 的 孔 。 当 然 ,对 于 相 距 较 远 互 不 影 响 的 两 约 束 条 件 : T max > a( i+1) - aij ≥ Tmin ( j = 1 ,2 , K , n ; i = 1 ,2 , ⋯ , m - 1) 　 将 式 (2) 中 数 据 代 入 上 式 ,注 意 到 对 于 已 经 引 爆 的 传 爆 雷 管 ,其 起 爆 误 差 已 是 一 个 确 定 值 ,其 对 应 的 前 后 项 相 减 为 零 。 由 此 可 得 : Tmax > ti+1 - t - (Δ i+1 + Δ ) ≥ Tmin i i ( i = 1 ,2 , ⋯ , m - 1) (5) 4) 在 第 j + 1 排 最 先 响 炮 孔 与 第 j 排 最 后 响 炮 孔 中 ,应 有 如 下 约 束 条 件 : 　 个 先 后 引 爆 的 药 室 或 装 药 孔 不 存 在 这 一 问 题 。 Tmax 的 Tmax > a1( j+1) - amj ≥ Tmin 确 定 视 具 体 情 况 而 定 ,实 际 上 确 定 Tmax 是 个 复 杂 的 问 题 ,暂 不 在 此 讨 论 。 ( j = 1 ,2 , ⋯ , n - 1) 将 式 (2) 中 的 数 据 代 入 上 式 ,得 : + t - t 1 m - (Δ + Δ + Δ ) ≥ Tmin i = 1 ,2 , ⋯ , m - 1) 2 ) 最 小 微 差 时 间 间 隔 Tmin 。 Tmax > t 0 1 0 0 采 用 单 孔 单 响 微 差 爆 破 网 络 的 目 的 往 往 是 为 了 降 低 爆 破 振 动 ,以 使 保 护 对 象 由 爆 破 引 起 的 质 点 振 动 速 度 降 至 安 全 规 程 规 定 的 范 围 之 内 ,少 受 或 免 受 爆 破 振 动 的 危 害 。 为 达 到 降 低 爆 破 振 动 之 目 的 ,要 求 先 后 引 爆 的 相 邻 两 炮 孔 之 间 的 微 差 爆 破 时 间 不 能 小 于 某 一 特 定 值 ,我 们 称 这 一 间 隔 时 间 为 相 临 两 炮 孔 最 小 微 差 间 ( (6) 2 网 络 的 可 靠 度 如 图 2 所 示 的 网 络 ,假 设 导 爆 管 传 爆 可 靠 度 为 1、 每 孔 内 单 发 雷 管 、不 考 虑 其 它 因 素 对 网 络 可 靠 度 的 影 [ 3～ 5] 响 ,准 爆 可 靠 度 用 下 式 表 示 : v m n 隔 时 间 [ Tmin 。 Tmin 的 确 定 已 有 许 多 论 文 进 行 了 研 p = [1 - (1 - p0 ) ] (7) 1 ,2] 。 究 式 中 p0 为 单 个 雷 管 的 准 爆 率 ,p0 ≥ 97. 5 %;n 为 雷 管 排 数 ;m 为 每 排 雷 管 数 ;v 为 每 结 点 上 传 爆 雷 管 数 量 。 由 上 式 可 知 ,图 1 所 示 的 爆 破 网 络 随 着 每 结 点 传 爆 雷 管 数 v 的 增 加 ,网 络 可 靠 度 提 高 ;随 着 网 络 排 数 n 和 每 排 雷 管 数 m 的 增 加 ,网 络 可 靠 度 逐 渐 下 降 。 为 提 高 网 络 的 可 靠 度 ,结 点 上 常 用 双 发 或 多 发 传 爆 雷 管 。 下 面 引 入 几 个 约 束 条 件 : ) 对 于 传 爆 雷 管 , 其 微 差 时 间 应 有 如 下 约 束 条 件 : 1 Tmax > { T 0 } max , { T 0 } min > Tmin (3) 　 如 对 于 两 个 段 位 组 成 的 每 排 单 孔 的 单 孔 单 响 爆 破 网 络 ,传 爆 雷 管 微 差 间 隔 时 间 不 应 小 于 降 低 爆 破 振 动 所 需 的 最 小 微 差 时 间 ,当 然 ,微 差 时 间 也 不 能 取 得 过 大 。 而 对 于 每 排 多 孔 的 单 孔 单 响 微 差 爆 破 网 络 ,传 爆 雷 管 的 微 差 爆 破 时 间 又 不 能 大 于 某 一 个 极 限 值 。 3 实 例 根 据 某 火 工 品 厂 生 产 的 微 差 导 爆 管 雷 管 产 品 举 一 个 n 排 每 排 双 孔 单 孔 单 响 的 应 用 实 例 。 导 爆 管 雷 管 前 9 段 段 位 与 微 差 时 间 见 表 1。 2 ) 在 网 络 设 计 中 ,为 保 证 网 络 可 靠 传 爆 ,一 般 要 3 6 矿 冶 工 程 第 22 卷 表 1导 爆 管 雷 管 段 位 与 微 差 时 间 表 管 中 不 难 达 到 。 又 设 Tmax = 250 ms ,Tmin = 5 ms 。 由 约 束 条 件 式 (3) 得 : 雷 管 段 位 / 段 2 3 4 5 6 7 8 9 微 差 时 间 Πms 25 北10 50 北10 75 北10 105 北15 150 北15 200 北20 250 北20 310 北25 Tmax = t0 北 Δ 0 ; t0 - Δ 0 > Tmin 取 t 束 条 件 (4) 求 得 : - (Δ + Δ i + k ) = k - 2Δ = 25 - 16 = 9 > 0 0 = 200 ms 代 入 上 两 式 ,约 束 条 件 满 足 要 求 。 由 约 当 m = 2 时 得 到 每 排 双 孔 单 孔 单 响 微 差 爆 破 网 络 的 约 束 条 件 式 (3) ～ (6) 变 为 : t i +1 - t i i T max > t 0 + Δ - Δ 0 ; t ; t 0 - Δ + Δ 0 > Tmin ; 约 束 条 件 也 满 足 要 求 。 t 0 + Δ 0 < t 1 1 1 1 < t 2 - Δ 2 ; 在 第 j 排 孔 aij (i = 1 ,2 , ⋯ ,m) 中 ,约 束 条 件 (5) 变 T max > t 2 - t 1 - (Δ - (Δ 2 + Δ + Δ 1 ) > Tmin ; 为 :Tmax > k - (Δ i + 1 +Δ ) ≥ Tmin 满 足 要 求 。 i T max > t 1 + t 0 - t 2 0 1 + Δ 2 ) > Tmin (8) 在 第 j 排 与 排 j + 1 炮 孔 中 ,约 束 条 件 (6) 变 为 : - ( m - 1) k - (Δ + Δ + Δ ) ≥ Tmin m T max = t 0 0 1 　 根 据 上 表 产 品 可 知 ,满 足 条 件 式 (8) 的 n 排 每 排 2 孔 的 孔 内 外 微 差 单 孔 单 响 雷 管 段 数 组 合 见 表 2。 这 里 由 上 式 推 得 m ≤ 7 段 。 即 采 用 等 间 隔 微 差 导 爆 管 雷 管 ,在 提 高 雷 管 延 时 精 度 (缩 小 Δ ) 条 件 下 达 到 单 孔 单 响 目 的 每 排 可 布 置 多 达 7 孔 。 所 以 雷 管 延 时 精 度 Δ 值 在 生 产 条 件 和 生 产 工 艺 允 许 时 应 尽 可 能 小 。 T max 取 200 ms , Tmin 取 5 ms 。 因 为 表 2 中 的 组 合 满 足 式 (8) 中 的 约 束 条 件 ,所 以 先 后 引 爆 的 两 相 邻 装 药 炮 孔 间 不 会 发 生 窜 段 或 同 时 起 爆 的 现 象 。 5 结 语 表 2满 足 约 束 条 件 的 雷 管 组 合 研 究 了 用 m + 1 个 段 位 的 微 差 导 爆 管 雷 管 组 成 n t2 - t1 - (Δ 1 +Δ 2) t0 + t1 - t2 - (Δ 0 +Δ 1 +Δ 2) 排 孔 、每 排 m 孔 的 并 串 联 微 差 爆 破 网 络 ,研 究 结 果 表 明 : 段 数 组 合 5 67 段 78 段 89 段 89 段 15 10 15 15 5 1 ) 现 有 国 产 微 差 导 爆 管 雷 管 ,实 现 单 孔 单 响 每 排 6 45 75 30 布 置 的 炮 孔 数 m 是 有 限 的 ,因 此 ,应 该 认 真 选 择 雷 管 段 位 组 合 ;为 提 高 每 排 布 置 的 雷 管 数 量 ,应 研 制 生 产 高 精 度 (小 Δ ) 等 间 隔 微 差 雷 管 。 7 6 2 ) 这 种 并 2串 联 联 接 单 孔 单 响 微 差 爆 破 网 络 随 着 排 数 n 和 每 排 雷 管 数 m 的 增 加 ,网 络 的 可 靠 度 逐 渐 降 对 于 n 排 每 排 3 孔 的 微 差 爆 破 网 络 ,采 用 表 1 中 的 产 品 ,极 难 找 到 满 足 单 孔 单 响 约 束 条 件 的 组 合 。 其 原 因 是 该 产 品 起 爆 误 差 波 动 范 围 太 大 ,不 容 易 组 成 n 排 炮 孔 每 排 3 孔 单 孔 单 响 的 爆 破 网 络 。 低 ,所 以 在 进 行 爆 破 网 络 设 计 时 应 注 意 这 一 问 题 。 参 考 文 献 4 对 等 间 隔 微 差 雷 管 起 爆 精 度 的 要 求 [ 1] 　 王 雪 峰 . 矿 山 微 差 爆 破 技 术 问 题 的 探 讨 . 见 :中 国 力 学 学 会 工 程 爆 破 专 业 委 员 会 编 . 工 程 爆 破 文 集 第 四 辑 . 北 京 :冶 金 工 业 出 版 对 于 每 排 孔 数 较 多 的 微 差 爆 破 网 络 ,对 爆 破 振 动 要 求 严 格 的 爆 破 工 程 ,为 达 到 单 孔 单 响 目 的 ,往 往 要 求 厂 家 专 门 生 产 高 精 度 雷 管 。 现 对 这 种 雷 管 的 微 差 时 间 间 隔 、起 爆 精 度 的 要 求 做 一 讨 论 。 社 ,1993. 186～ 190 [ [ [ [ 2] 　 吴 子 俊 . 微 差 爆 破 间 隔 时 间 对 矿 岩 破 碎 影 响 的 研 究 . 长 沙 矿 山 研 究 院 季 刊 ,1985 ,2 3] 　 姚 尧 . 深 孔 预 裂 爆 破 技 术 及 非 电 毫 秒 差 起 爆 网 络 . 西 安 :西 北 工 业 大 学 出 版 社 ,1993. 209～ 215 设 相 邻 段 位 间 雷 管 微 差 时 间 的 差 值 为 一 常 数 。 各 段 雷 管 的 微 差 时 间 由 式 (1) 变 为 : 4] 　 叶 海 旺 ,房 泽 法 . 孔 内 外 微 差 爆 破 网 路 及 其 可 靠 度 分 析 . 爆 破 (增 刊 ) , 1999(16) :85～ 89 T 0 = t 0 北 Δ 0 ; T 1 = t 0 + k 北 Δ 1 ; T 2 = t 0 + 2 k 北 Δ 2 ; ⋯ ; T m = T 0 + mk 北 Δ (9) m 5] 　 张 正 宇 ,等 . 塑 料 导 爆 管 非 电 接 力 式 起 爆 网 路 及 其 可 靠 性 分 析 . 见 :中 国 力 学 学 会 工 程 爆 破 专 业 委 员 会 编 . 工 程 爆 破 文 集 第 四 辑 . 北 京 :冶 金 工 业 出 版 社 ,1993. 196～ 203 这 里 取 k = 25 ms ,设 各 段 微 差 雷 管 的 起 爆 误 差 均 为 Δ = 北 8 ms 。 这 一 技 术 要 求 在 前 10 段 微 差 导 爆 管 雷