boombox爆炸机爆爆组合井时拒爆、捡炮和损坏cb信号的处理

boombox爆炸机爆爆组合井时拒爆、捡炮和损坏cb信号的处理

1boomford爆炸机数字爆炸机体积小，重量轻，精度高。它可以用作模拟器和发射器。这是目前最流行的地震勘探流量。近几年,我公司先后购置了近50台美国SeismicSource公司的BoomBox数字爆炸机。然而,BoomBox爆炸机初师不利:在黄土巨厚地区引爆12m×15串联组合井时拒爆、丢炮和丢失CTB信号的几率明显高于模拟爆炸机。由于数字爆炸机点火电压比模拟爆炸机点火电压低1/3左右,于是有人认为数字爆炸机不适宜引爆组合井,制约了数字爆炸机的应用。针对上述问题,笔者作了较为深入地研究。2爆炸机点火保护参数主流地震勘探爆炸机均是电容储能式爆炸机,地震勘探中使用的电雷管为桥丝灼热式瞬发雷管。爆炸机先将直流低电压变换成直流高压存储在电容器中,然后由电容器向电爆网络释放能量,其实质是一阶RC电路零输人响应电路。雷管通电后,电流流经电雷管桥丝电阻按焦耳-楞次定律产生热量,引爆雷管,其数学解析式为:Q=I2Rt。无论电爆网络是否引爆,出于安全原因,4ms后爆炸机停止向电爆网络释放能量,并将电容器中的能量泄放掉。当电爆网络确定后,只要爆炸机的发火电流达到电雷管的串联准爆电流就不会产生拒爆或丢炮。现行国家标准“GB/T16625-1996地震勘探电雷管”规定:雷管的作用时间(即发火延迟时间)≤1ms;国家标准“GB/T8031-2005工业电雷管”要求20发电雷管串联连接,通以1.2A恒定直流电流,不应有瞎火和丢炮。电容储能式爆炸机提供给电爆网络的电流是按指数规律衰减直流电流,不是恒定电流,需用公式(1)求取发火电流的等效有效值:式中:R——电爆网络电阻,单位为Ω;C——爆炸机高压储能电容器的容量,单位为F;T2——计算起始时刻,单位为s;T2——计算终止时刻,单位为s;t——计算起止时间,单位为s。将BoomBox爆炸机器件参数C=100μF,U0=400V,代入公式(1),当电爆网络电阻109Ω时求得0～1ms时段发火电流等效有效值为3.508A。考虑到爆炸机电子开关和二极管3V的正向压降以用CTB信号取样电阻(0.47Ω)后,BoomBox爆炸机应该具有引爆直流电阻<100Ω电爆网络的能力。3高压电源模块根据BoomBox爆炸机的器件参数我们得知:高压储能电容器的容量为100μF,高压电源模块型号为S5-S400。下面我们根据上述参数分析计算BoomBox爆炸机的充电时间。3.1充电时间的确定SeismicSource公司宣称:BoomBox爆炸机充电时间<1s。该指标比经典模拟爆炸机的指标小得多,下面根据BoomBox爆炸机高压形成与储能电路的器件参数推算爆炸机的充电时间。图1是BoomBox爆炸机高压形成与储能电路原理图。根据高压电源模块的技术资料知:S5-S400的标称输出电压U=400V,标称输出功率P=5W。据此,求得S5-S400电源模块的等效内阻R为32000Ω(R=U2/P=4002/5=32000Ω)。有了电源模块等效内阻R和储能电容器容量C,可以求得充电时间。为了说明方便,将图1电路简化成图2形式:图2中,E为BoomBox爆炸机高压电源模块的电动势,E=U=400V;R为BoomBox爆炸机高压电源模块的内阻,R=32000Ω;C为BoomBox爆炸机高压储能电容,C=C75=100μF。高压储能电容器端电压UC与充电时间存在如下关系:于是有:理论上,电容器两端电压达到电源标称输出电压的时间为无穷长,通常认为UC>0.95U时电容已充满电,参考文献6认为t=4RC电容器已满电(UC=0.97U),这里取t=3RC(UC=0.95U)。将有关数据代入t=3RC,得到BoomBox爆炸机的充电时间为9.6s。考虑高压电源模块输出功率20%余量后,BoomBox爆炸机的其充电时间为7.6s。3.2高压储能电容器b点电位图3是BoomBox爆炸机高压准备就绪检测电路原理图。图中IC37及外围电路组成一个单限电压比较器,门槛电平为1.594V(由电阻R104和R107对5VISO分压取得)。储能电容器两端的电压为“0”时,UA>UB,比较器输出为低电平,光电耦合器IC36内的LED点亮,光电耦合器输出低电平,经IC41C反相后变为低电平,即HV_READY=0。高压储能电容器充电时,储能电容器两端的电压逐渐增高,B点电位随之增高。当UB>UA时,比较器翻转,HV_READY=1,BoomBox译码器将“高压就绪信息”(BoxXXReady,XX为爆炸机标识号)发给编码器并显示在显示器上,操作员看到“高压就绪信息”后,点击“Go”发出点火指令。根据基尔霍夫电流定律和叠加定理,B点电位由高压储能电容器端电压UC(BoomBox电路图标注为HV)流比电阻RT25和R106支路在R106产生的压降与5VISO流经R99、R62和R106在R106产生的压降叠加形成。由于5VISO分量远小于HV分量,不考虑5VISO分量的影响,于是有:由于BoomBox爆炸机HV_READY=1的条件为UB>UA,故:将数据代入式(3),解得HV>271.76V,实测HV为269～271V。这就是说:爆炸机设计人员认为UC(HV)达到271.76V时高压储能电容器已充满电。据此,利用式(2)反推出BoomBox爆炸机充电时间为3.646s。考虑到操作员反应时间(从看到“HighVoltageReady”信息到发出点火指令的时间)为0.5～1s,UC最高只有306V。3.3爆破电流的模拟为了适应组合井生产需求,西安庆华民用爆破器材股份有限公司等民瀑器材公司生产了一种20m铜质长脚线雷管,其脚线绕在线轴上,如图4所示。在布设组合爆炸网络时,工作人员未将多余的雷管脚线剪掉。这不仅增加了电爆网络的电阻,同时绕线轴上的雷管脚线形成了若干个空心电感线圈。设电爆网络中的电感线圈总电感为L,直流电阻为R,则电爆网络可用图5所示的等效电路模型表示。电流变化会引起电感线圈磁通量的变化,产生自感电动势。自感势的大小与电感量和电流的变化率有关,其数学表达式如下:如前所述,电容储能式爆炸机提供给电爆网络的电流是按指数规律衰减的,故放炮时,电爆网络中的L将产生自感电动势。根据楞次定律知:闭合回路中自感电动势产生的感生电流方向与产生自感电动势的原生电流方向相反,冲抵了回路中的原生电流(发火电流),造成发火电流减小,导致点火冲能减小,从而产生了拒爆、丢炮、丢失CTB、爆炸机电子开关损坏等一系列问题。为了验证电感对发火电流影响,2010年3月在室内使用上海艾镇电器厂制造的BX7-2滑线式变阻器模拟雷管进行了一次实验。滑线式变阻器乃线绕电位器,属于有感电阻。将滑线式变阻器电阻调整到70Ω以上时,爆炸机丢失CTB信号。2009年12月下旬,在陕甘彬长工区使用BoomBox爆炸机作了一次引爆模拟12m×15串联组合爆实验,电爆网络布置在地面。将15发电雷管串联联接,雷管脚线为15m单芯铜导线,母线为50m3铜4钢被复线,实测电爆电阻91.2Ω左右。操作员看到“高压准备就绪”信号4～5s后,发出点火指令,实验10炮,无拒爆、丢炮,CTB信号示值12μs左右。从2010年1月开始,在彬长工区施工的341队将10台BoomBox爆炸机运用于实际生产,拒爆率、丢炮率与同一工区施工的YB7841爆炸机(高压电路与SSS-300爆炸机相同)无明显差异。需要说明的实际生产中,扣除药柱的高度后雷管脚线长度比实验时短,炮线母线也比实验时短,电爆网络电阻比实验数据要小。4爆炸机信号检测电路通过分析,对BoomBox爆炸机有了新的认识:(1)