铀矿井下非电起爆路网可靠性分析

铀矿井下非电起爆路网可靠性分析

爆炸采矿是原油采矿技术的重要技术之一。起爆轴的研究和设计是爆炸采矿技术中最重要的技术之一。我国铀矿井下采掘爆破广泛应用非电爆破技术,因此,对铀矿井下非电起爆网路可靠性影响因素进行分析及对拒爆采取预防措施显得很重要。笔者根据铀矿井下工程爆破实践提出了影响非电起爆网路可靠性的因素及预防措施,以进一步提高非电起爆网路的准爆性。1炮孔间微差起爆技术相对于电爆网路,非电起爆网路的优点是不受静电、雷电、电磁波和杂散电流等的影响,工艺简单实用;外部原料是塑料,金属和棉纱的用量少;网路连接多种多样,易于操作和网路延时准确;实现炮孔间的微差方式较为灵活;理论上分段可不受限制,可用较少段别组合雷管就能实现多段位微差起爆;爆破矿石破碎效果好等。非电起爆网路的缺点是不能对导爆管逐个用仪器检测准爆性,对网路设计的可靠性程度也不能用仪表进行最终检查,网路的可靠性只能凭经验和直观感觉判断,总存在网路发生拒爆的隐患。2可靠度的计算起爆网路的可靠性,是指在正常设计、正常敷设、正常使用和规定的时间下,考虑网路元件的可靠性及网路的设计形式,网路能完成起爆、延时等预定功能的能力。由于“完成预定功能”是一随机事件,因此可以用概率定量表示,称为可靠度。非电起爆网路的可靠度主要由起爆元件自身的可靠度、起爆网路敷设形式及其工艺、环境因素及网路施工质量4个因素决定。2.1网路系统可靠度计算起爆元件及传爆结点是构成起爆网路系统的基本元件,元件包括导爆管雷管、导爆管、导爆索及联接元件,它们对起爆网路系统的可靠性有直接影响。元件可靠度指标是起爆系统可靠分析计算的基础数据,系统的可靠度均为基本起爆单元可靠度的函数,因此,要确定网路系统的可靠度,必须首先确定构成系统的各个基本起爆单元的可靠度。起爆元件的可靠度,是指起爆元件在有效期内和规定使用条件下实现其额定技术性能的能力,用概率定量表征该能力即为起爆元件的可靠度。常用非电起爆元件以及传爆元件的可靠度分别为:导爆管雷管,0.961;导爆管,0.968;导爆索,0.999;导爆管雷管-导爆索结点,0.998;导爆索-导爆索结点,0.999;导爆索-导爆管,0.9807;继爆管,0.997;传爆雷管-导爆管,0.994。2.2路网敷设工艺在非电起爆网路中,当网路的联接形式一定时,起爆网路系统的可靠性是由网路的传爆性能来决定的,因此,起爆网路的可靠度反映了起爆网路传爆性能的稳定程度。不同的网路敷设形式对应着不同的可靠度,如果设计选用的起爆网路形式可靠性不高,串联太多或雷管段别选择不合理,那么,通过合理的敷设形式,可使可靠度大幅提高,从而减少拒爆现象的发生。网路敷设工艺也是影响网路可靠性的重要因素。铀矿山井下爆破环境一般都较复杂,由于井下空间有限,网路敷设工艺不当可能产生如下影响:1)外导爆索和先爆炮孔爆炸时引起的空气冲击波对孔外网路的影响;2)先爆炮孔引起的地震波对未爆网路的影响;3)先爆炮孔引起的飞石对孔外未传爆网路的影响;4)先爆炮孔引起周围岩石的松动对邻近炮孔传爆线路的影响;5)由于每条支路延期时间误差的累加性,经过多段延期时间接力后,实际的起爆时间与设计时间会有很大的差异,从而有可能在前后排支路间发生串段、重段现象,引起相邻网路同时起爆而破坏起爆网路。2.3路网集中在病理环境中,易受到影响环境因素对可靠性有较大影响。井下爆破作业环境狭窄,起爆网路集中在狭小的环境中,可靠性可能会受到影响(如先爆冲击波破坏后段网路);另外,被爆岩体地质结构与拒爆的产生有比较密切的关系,穿过结构面的炮孔往往产生错位而拒爆。2.4串联未遵循操作规程不可靠的施工方法也是影响网路可靠性的重要因素,如未按设计要求正确敷设网路,网路联接未遵循操作规程及技术工艺要求等。此外,缺乏严格的施工技术管理也会影响网路可靠性,如网路布设后,没有发现可能存在的隐患:错接、漏接,导爆管被外力拉伸的变形,导爆管形成“死结”或堵塞炮孔时导爆管的堵折,网路中的接头部位没有用胶布扎牢等。3道路部署可靠性在起爆网路可靠性4个影响因素中,起爆单元(属于物的因素)、网路施工质量(属于人为因素)以及环境因素都不属于纯技术层面,起爆网路敷设(联接)形式和敷设工艺技术含量较高,是影响网路能否可靠起爆的一个重要因素。不同的起爆网路设计其可靠性不同。下面列举一铀矿山井下爆破工程实例,爆破孔网度为:扇形深孔,每排10个炮孔,排面孔排距1.4m;共5排,共计50个炮孔。针对这一工程分别对如下网路(联接)形式和敷设工艺进行可靠性计算。3.1起爆网路系统的可靠性计算多并串联起爆网路如图1所示,其逻辑计算单元如图2所示。图2中R1,R2,…,R5是传爆元件可靠度;r1,r2,…,r10是孔内起爆雷管,Rk代表其可靠度。其中r1,r2,…,r10是并联,各并联组与组之间是串联。根据可靠性理论,元件可靠度按下式计算:R=1-Fc,(1)式中:R为起爆网路系统中元件抽检的完好率(或称可靠度),%;Fc为起爆网路系统中元件抽检拒爆率(失效率或不可靠度),%。若采用同厂、同批、同期的导爆管和同批号雷管,可认为其可靠度是一致的,则R1=R2=…=R5=R,r1=r2=…=r10=Rk。根据可靠性理论,并联子系统可靠度为:R并=1-(1-Rk)10。(2)各组之间串联所构成的系统,它的可靠度为:R总1=Rn[1-(1-Rk)10]n,(3)式中:R总1为多并串联起爆网路系统总的可靠度;Rk为导爆管雷管的可靠度;n为串联网路系统中爆破孔排(组)数,n=5,以下同。由2.1节可知:传爆元件R=0.994,Rk=0.961,经计算R总1=0.9703。3.2导爆索、导爆管模型起爆可靠度计算孔外导爆索-孔内导爆管起爆网路图如图3所示,该网路可靠性逻辑单元计算图如图4所示。双主导爆索是并联,主导爆索与分支导爆索、分支导爆索与导爆管之间为串联,孔内导爆管雷管之间是并联,网路可靠度为:式中:R总2为孔外导爆索与孔内导爆管起爆网路联接起爆系统总的可靠度;Rs为导爆索元件起爆的可靠度;Rss为导爆索与导爆索结点起爆的可靠度;Rsg为导爆索与导爆管结点起爆的可靠度。由2.1节可知:Rs=0.999,Rss=0.999,Rsg=0.9807,Rk=0.961,计算得R总2=0.9797。3.3起爆网路系统总可靠度计算双网路联接起爆网路如图5所示,其可靠性逻辑单元计算图如图6所示。根据可靠性理论,串联子系统可靠度为:R串=RnRL,(5)式中:R串为串联子系统的网路联接起爆可靠度;RL为并联子系统的网路联接起爆可靠度,RL为式(2)中的R并。2个串联组之间并联构成整个系统,它的总可靠度为:R总3=1-(1-R串)2=1-(1-RnR并)2,(6)式中:R总3为双网路联接起爆系统总的可靠度。根据2.1节,计算得R总3=0.9991。简单串联的单式网路可靠性低,随着节点的增多,可靠性下降很快,而对于采用复式起爆网路,其传爆雷管的使用则成倍增加。从上面计算可以看出,起爆网路系统中总的可靠度不但与重要的基础元件可靠性关系密切,而且与设计的爆破炮孔排数有关。双网路联接起爆系统的起爆网路可靠度比孔外导爆索-孔内导爆管起爆网路系统和多并串联起爆网路系统的起爆网路可靠度高,且导爆管比导爆索系统成本低,可以较好地保证网路可靠地起爆。4拒绝爆炸的原因和预防措施4.1拒绝爆炸的原因4.1.1产品质量不合格1)导爆管本身质量欠佳,有砂眼、管腔狭窄或异物堵塞、管内缺药段过长或管口密封不良管内受潮而引发拒爆。塑料导爆管生产过程中可能有高熔点塑料杂质等异物混入,造成产品管壁敷药不均匀,甚至产生堵塞、断药等,影响传爆。2)导爆索本身质量不合格(如漏装泰安或导爆索变细)导致的拒爆。3)非电雷管起爆能力不够造成雷管响后炸药不爆,雷管贮存时间超过有效期而产生拒爆。4)连通管四通连接件顶部有砂眼,使爆轰波飞逸,起不到传爆的作用,或者连接件的尺寸过大,使导爆管不能插牢,在传爆时脱落,造成拒爆;在导通处起绑扎作用的黑胶布过期失效,或黏度不够,起不到加强接头拉力的作用。4.1.2导爆管设施不完善,导致反应中断1)网路敷设时,导爆管被外力拉伸变形,造成管壁磨损或管径拉细,管内拒爆或延长传爆时间,如拉力大于60N,由于导爆管管经变细传爆速度约降为900m/s(正常为≮1600m/s)。2)导爆管形成“死结”或堵塞炮孔时,将导爆管堵折而形成孔内瞎炮;施工中由于人员行走、机械移动及装药过程中炮棍的冲击和摩擦等原因,可能造成导爆管被压破、折断、切断、砸伤等而影响正常传爆;若导爆管管口、雷管管口密封不实,在施工中导爆管内进水或水沿管壁渗入管内,将导致拒爆。3)炮孔装药爆破中,通常将雷管装在炮孔底部,使雷管聚能穴朝上,实现反向起爆。由于装填时受拉,且装药后受上部装药和填塞体压迫,易形成对折,对折部位导爆管内径急剧减小,甚至挤实,因而可能导致传爆中断。4)起爆雷管如为金属壳雷管,雷管聚能穴爆炸产物流的实测飞散速度约为3000～3300m/s,由于聚能流或飞散金属管片的破坏作用很强,而塑料导爆管的强度又比较低,因此,联接网路时,如果将起爆雷管聚能穴朝向导爆管传爆方向,一旦导爆管被击中,则完全可能切断导爆管,中断传爆。5)在爆破规模较大、孔数多、一次装药量大,以及在网路比较复杂的情况下,由于施工强度大,容易出现局部孔或个别导爆管漏联进网,产生拒爆。导爆索-导爆管网路可能产生导爆索尾端爆炸,击穿导爆管而导致后面的网路断路。6)采用小药卷起爆多根并联导爆管时,药卷与导爆管相距过近,导致药卷爆炸提前破坏相邻导爆管网路,引起大量拒爆。7)网路敷设后,缺乏严格的检查验收制度,人为造成错接、漏接或网路中的接头部位没有用胶布扎牢,使管脱落,引起拒爆。4.1.3直接破坏路网爆破有害效应主要有爆破震动、飞石和冲击波。1)由于空间狭窄,井下爆破地震波有可能震落危石砸坏网路,且冲击波受到巷道拐角和巷道壁的反射加强作用,就有可能直接破坏后续起爆网路。2)飞石对网路的破坏主要视爆破规模的大小,尤其是爆破网路总延期时间的长短而定。一般情况,飞石冲出至回落到地面的时间不小于1s,因此,如果起爆网路总延时超过1s或更长,后段网路就有可能被前期的飞石砸坏。3)如果爆破延期时间设计不当,由于井下空间狭窄,前排已爆空气冲击波就有可能把后排起爆网路冲坏。4.1.4构面与拒爆的关系大量的工程爆破实践表明:岩石工程爆破中,断层及大的节理、裂隙等不仅对爆破质量和爆破安全有较大的影响,而且地质结构面与拒爆的产生有比较密切的关系,即往往在穿过结构面的孔位产生拒爆。这种情况在中深孔爆破中,采用同段导爆管雷管地表微差的情况下尤为明显,如果出现多个孔洞穿过同一结构面且起爆雷管非同段,则前孔炮孔装药爆炸后,在同一结构面上,后段孔内导爆管受到前段孔爆炸空气冲击波的冲击,很可能在结构面位置被切断,如果导爆管被切断前尚未传爆,就产生了拒爆。4.2管口压压,严格控制导爆管爆破1)通过必要的质检和现场试验,及时发现材料中存在的问题,把好爆破器材质量关。在施工中,尽量采用质量好的起爆器材,变质失效的起爆器材,要按有关规程坚决予以销毁。2)按设计联接起爆网路,对可能造成起爆网路损害的部位,应采取措施保护该部位的网路;布网过程应在地面铺设导爆管,避免用力伸拉或管路悬空受很大拉力,避免其受拉变长;布设时,注意不要形成管路“死结”,对炮孔内管路要特别注意其顺直,避免堵孔。3)针对导爆管易受潮拒爆,导爆管剪开后要及时烧封管口,在空气湿度大的情况下,应考虑采用雷管传爆。4)检查用于绑扎导爆管或导爆索的胶布是否可以正常使用,对无黏性、霉变的胶布不要使用;并根据现场使用的联网材料的工艺操作和联接牢固情况,决定现场胶布绑扎加固的标准,杜绝传爆时管路的脱落。5)采用雷管传爆时,导爆管应理顺后绑扎雷管,雷管尾应顺向导爆管的尾部;雷管应尽可能放在被传管束的中心部位;放雷管部位除用胶布绑扎外,还要用厚纸板等覆盖,以防雷管壳碎片飞散削断导爆管。6)就深孔微差爆破而言,控制爆破规模,一是降低施工劳动强度,确保施工质量;二是控制爆破延期段数不致太多,尤其是确保起爆网中的地表总延长时间不要太长。7)应由有经验的爆破员或爆破工程技术人员采用双人作业制敷设起爆网路,并经现场爆破和设计负责人组成的检查组(不得少于2人)检查验收,确保全部起爆单元都联进网路,避免漏联现象发生