本发明涉及一种煤矿井下利用瞬发雷管实施毫秒爆炸的矿用电子毫秒发爆器。 目前,我国煤矿井下爆破工艺普遍采用的都是电容贮能式发爆器,它的基本工作原理见方框图图1,原理图图2。
其电源为三节一号电池,由两支3AD50C晶体三级管的元件组成的推挽式变压器藕合自激振荡器,升压500V左右交流电压,径D1~D4倍压整流后给C1~C4串联组成的电容器充电,当充电到设定电压时,由R3、R4和ND组成的指示电路发光,放炮时,扭转机械式高压开关,接通由贮能电容器和雷管组成的放炮回路,引爆雷管,达到爆破的目的。
从图2原理图可以看出,这种起爆器只能起到引爆雷管的功能。在起爆时,用瞬发雷管进行瞬时爆破、毫秒雷管进行毫秒爆破,不能用瞬发雷管进行毫秒爆破。
毫秒爆破是一项井下先进的爆破技术,多年的实践证明,采煤工艺实施毫秒爆破从安全上,经济效益上都有着广泛的推广前景,但目前毫秒爆破尚存在如下问题:
1.在爆破器料的秒量精度上,我国毫秒雷管的标准间隔时间为25±10毫秒,秒量偏差大,影响爆破效果,而要提高秒量精度采用化学方法作为延期元件很难达到要求。
2.从爆破工艺上看,以井下回采工作为例,一般炮眼的间距为0.5~1.5米,当炮眼间距1米时,毫秒爆破最佳的延期时间为3.3毫秒。显然,用间隔25毫秒的雷管进行爆破不能充分发挥炸药的作功能力,因此,在井下复杂的地质条件下,需要寻找一个适用井下爆破工艺的最佳时间间隔。
3.经济效益上,毫秒雷管的生产工艺复杂,成本高。毫秒雷管同瞬发雷管地单发差价为0.16元,以我厂为例,每年销售量毫秒雷管600万发,按此计算,差价为96万元。我国的毫秒雷管的年生产量为206亿发,差价为0.33亿元。
4.生产工艺的安全上,由于毫秒雷管工艺复杂,所以危险工序多,近几年生产雷管的厂家出现的伤亡事故大多出在毫秒雷管生产线上,并且,毫秒雷管的抗静电能力差,贮存、运输、使用都不安全。
美国《爆破工程》1986年第四卷第四期:杜邦公司POSIDET延时起爆器在25毫秒~500毫秒之间具有25毫秒一段的20个延时段;奥地利维也纳SCHAFFLER公司生产的型号为1022型微差开关起爆间隔为20~50毫秒,这两种产品在爆破的时间间隔精度上都需进一步提高。利用电子元件控制毫秒爆破的时间间隔精度,提高炸药的作功能力以及经济效益,对于露天和井下进行毫秒爆破工艺,将有广泛的前景。
本发明的目的是设计一种电子毫秒发爆器。其基本原理是拟用电子线路,使之产生一定时间间隔,一定能量的脉冲电流,使瞬发雷管起爆,从而达到用瞬发雷管代替毫秒雷管进行露天和井下毫秒爆破工艺的目的。
本发明的目的是这样实现的,见图(3)矿用电子毫秒发爆器方框图。
矿用电子毫秒发爆器由:时钟、计数器、译码器、触发器、高压开关的电路组成,见原理图(图4),当电子毫秒发爆器高压开关逆时针方向旋转至检查位置,检查电源电压是否正常,如指示灯发绿色亮光,说明电压低于额定电压,应仃止使用。逆时针旋转到充电位置,时钟电路,电源变换开始工作。时钟电路为RC振荡器,其频率为125~145HZ之间,周期为7~8毫秒,半个周期脉冲宽度为3.5~4毫秒,此脉冲为冲击电流持续时间。这时计数器被触发器封锁,译码器,放大器,高压开关都处于等待状态。电源变换是由两支三极管等元件组成的推挽式变压器藕合自激振荡器通过二极管倍压整流到设定电压给贮能电容器充电,当电容器的端电压达到额定值800伏时,氖灯发闪亮光,此时已达到起爆电压,将开关旋钮顺时针转向放炮位置,双稳态触发器开始工作,启动计数器,时钟脉冲通过计数器计数,输出脉冲与时钟脉冲相与,便得到一定时间间隔的脉冲,脉冲宽度3.5~4毫秒,脉冲经微分放大后为高压开关提供启动和关闭信号,贮能器的电能,通过高压无触点开关,使一定数量的雷管引爆,其电流的持续时间不大于4毫秒,起爆完毕。
本发明的优点是:
1.用瞬发雷管代替毫秒雷管进行毫秒爆破。从井下试验资料来看,10ms以下的毫秒爆破间隔延期时差起爆三级煤矿乳化炸药的爆轰概率好于25ms间隔延期时差起爆三级煤矿乳化炸药的爆轰概率。
2.可以根据各种不同的介质,制造不同延时时间的发爆器,以达到最佳的爆破效果。
3.由于采用了电子元件作为延时元件,所以毫秒爆破的时间间隔精度大大提高,这是用化学方法作延时元件不可比拟的。
4.使用本发爆器可以取得显著的经济效益。每使用1万发雷管可节省差价1600元,每使用1吨炸药可节省600元。全国每年使用雷管2.06亿发,使用炸药106万砘,产生的社会效益将是巨大的。
本发明的具体结构由以下实施例及其附图给出:
图3为矿用电子毫秒发爆器方框图
图4为矿用电子毫秒发爆器原理图
下面结合图3图4详细说明依据本发明提出的具体装置的细节及工作情况。
1.时钟电路
时钟电路为Rc振荡器,是由Co36二个与非门串联组成,为了避免负载对振荡器的影响,在它们之间加一级缓冲级,起到缓冲和隔离作用。同时信号经整理后得到理想的脉冲方波,振荡器的振荡频率为125~145赫兹,周期7~8毫秒,半个周期的脉冲宽度为3.5~4毫秒,这个时间为起爆雷管冲击电流的持续时间。
2.计数线路
计数器为C187时序计数器,它主要是对时钟脉冲进行计数,根据时间要求的不同,在0~9输出端进行选择。
3.译码线路
译码器是由两块Co36组成,它的主要作用是将计数器的脉冲和时钟脉冲相与,得到间隔为8.5毫秒,脉冲宽度为4毫秒的三个脉冲,这三个脉冲为高压开关的驱动脉冲。
4.信号放大线路
放大器是由R7、R8、BG1、B和C6、R10、GB2、B2组成的脉冲放大器(共三组,结构相同)将微分后的方形波前后沿放大,以便有足够的功率驱动可控硅,并保证脉冲电流的持续时间。
5.高压开关线路
高压开关是由KP1、KP2、D10~D13、D23~D25、R22、R24、C14组成,(共三组,结构相同)的可控硅无触点高压开关,其中KP1为起动开关,KP2为关闭开关,开关的时间由放大器控制,C14~C16使KP1~KP6相互隔离,C14对KP1、KP2进行隔离,C14是电容元件,在工作中产生负脉冲,影响KP1、KP2的起动和截止的准确与可靠。因此D23~D25组成吸收电路,以消除C14产生的负脉冲。
6.其它线路
触发器是有CO36两个与非门组成的双稳态线路,控制计数器,使之工作和仃止。
贮能器是2支22uF/450V的电容器组成,共三组。
电源变换由3DD325等元件组成的推挽式变压器藕合的自激振荡器,经变压器升压整流到设定电压向电容器充电。
电子毫秒发爆器主要技术参数
1.段别间隔时间:0~1段 0ms
0~2段 8.5±1ms
0~3段 17±1ms
2.每段最大外接电阻:320Ω
3.每段冲击电压峰值:800V
4.每段点火冲能:≥8.7A2mS
5.冲击电流持续时间:4ms
6.充电时间:<15s
图中二极管均为1N4007、J1、J2、J3、为CO36集成电路。