鈾礦井下非電起爆路網(wǎng)可靠性分析

鈾礦井下非電起爆路網(wǎng)可靠性分析

爆炸采礦是原油采礦技術(shù)的重要技術(shù)之一。起爆軸的研究和設(shè)計(jì)是爆炸采礦技術(shù)中最重要的技術(shù)之一。我國(guó)鈾礦井下采掘爆破廣泛應(yīng)用非電爆破技術(shù),因此,對(duì)鈾礦井下非電起爆網(wǎng)路可靠性影響因素進(jìn)行分析及對(duì)拒爆采取預(yù)防措施顯得很重要。筆者根據(jù)鈾礦井下工程爆破實(shí)踐提出了影響非電起爆網(wǎng)路可靠性的因素及預(yù)防措施,以進(jìn)一步提高非電起爆網(wǎng)路的準(zhǔn)爆性。1炮孔間微差起爆技術(shù)相對(duì)于電爆網(wǎng)路,非電起爆網(wǎng)路的優(yōu)點(diǎn)是不受靜電、雷電、電磁波和雜散電流等的影響,工藝簡(jiǎn)單實(shí)用;外部原料是塑料,金屬和棉紗的用量少;網(wǎng)路連接多種多樣,易于操作和網(wǎng)路延時(shí)準(zhǔn)確;實(shí)現(xiàn)炮孔間的微差方式較為靈活;理論上分段可不受限制,可用較少段別組合雷管就能實(shí)現(xiàn)多段位微差起爆;爆破礦石破碎效果好等。非電起爆網(wǎng)路的缺點(diǎn)是不能對(duì)導(dǎo)爆管逐個(gè)用儀器檢測(cè)準(zhǔn)爆性,對(duì)網(wǎng)路設(shè)計(jì)的可靠性程度也不能用儀表進(jìn)行最終檢查,網(wǎng)路的可靠性只能憑經(jīng)驗(yàn)和直觀感覺(jué)判斷,總存在網(wǎng)路發(fā)生拒爆的隱患。2可靠度的計(jì)算起爆網(wǎng)路的可靠性,是指在正常設(shè)計(jì)、正常敷設(shè)、正常使用和規(guī)定的時(shí)間下,考慮網(wǎng)路元件的可靠性及網(wǎng)路的設(shè)計(jì)形式,網(wǎng)路能完成起爆、延時(shí)等預(yù)定功能的能力。由于“完成預(yù)定功能”是一隨機(jī)事件,因此可以用概率定量表示,稱為可靠度。非電起爆網(wǎng)路的可靠度主要由起爆元件自身的可靠度、起爆網(wǎng)路敷設(shè)形式及其工藝、環(huán)境因素及網(wǎng)路施工質(zhì)量4個(gè)因素決定。2.1網(wǎng)路系統(tǒng)可靠度計(jì)算起爆元件及傳爆結(jié)點(diǎn)是構(gòu)成起爆網(wǎng)路系統(tǒng)的基本元件,元件包括導(dǎo)爆管雷管、導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索及聯(lián)接元件,它們對(duì)起爆網(wǎng)路系統(tǒng)的可靠性有直接影響。元件可靠度指標(biāo)是起爆系統(tǒng)可靠分析計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),系統(tǒng)的可靠度均為基本起爆單元可靠度的函數(shù),因此,要確定網(wǎng)路系統(tǒng)的可靠度,必須首先確定構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)基本起爆單元的可靠度。起爆元件的可靠度,是指起爆元件在有效期內(nèi)和規(guī)定使用條件下實(shí)現(xiàn)其額定技術(shù)性能的能力,用概率定量表征該能力即為起爆元件的可靠度。常用非電起爆元件以及傳爆元件的可靠度分別為:導(dǎo)爆管雷管,0.961;導(dǎo)爆管,0.968;導(dǎo)爆索,0.999;導(dǎo)爆管雷管-導(dǎo)爆索結(jié)點(diǎn),0.998;導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆索結(jié)點(diǎn),0.999;導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管,0.9807;繼爆管,0.997;傳爆雷管-導(dǎo)爆管,0.994。2.2路網(wǎng)敷設(shè)工藝在非電起爆網(wǎng)路中,當(dāng)網(wǎng)路的聯(lián)接形式一定時(shí),起爆網(wǎng)路系統(tǒng)的可靠性是由網(wǎng)路的傳爆性能來(lái)決定的,因此,起爆網(wǎng)路的可靠度反映了起爆網(wǎng)路傳爆性能的穩(wěn)定程度。不同的網(wǎng)路敷設(shè)形式對(duì)應(yīng)著不同的可靠度,如果設(shè)計(jì)選用的起爆網(wǎng)路形式可靠性不高,串聯(lián)太多或雷管段別選擇不合理,那么,通過(guò)合理的敷設(shè)形式,可使可靠度大幅提高,從而減少拒爆現(xiàn)象的發(fā)生。網(wǎng)路敷設(shè)工藝也是影響網(wǎng)路可靠性的重要因素。鈾礦山井下爆破環(huán)境一般都較復(fù)雜,由于井下空間有限,網(wǎng)路敷設(shè)工藝不當(dāng)可能產(chǎn)生如下影響:1)外導(dǎo)爆索和先爆炮孔爆炸時(shí)引起的空氣沖擊波對(duì)孔外網(wǎng)路的影響;2)先爆炮孔引起的地震波對(duì)未爆網(wǎng)路的影響;3)先爆炮孔引起的飛石對(duì)孔外未傳爆網(wǎng)路的影響;4)先爆炮孔引起周圍巖石的松動(dòng)對(duì)鄰近炮孔傳爆線路的影響;5)由于每條支路延期時(shí)間誤差的累加性,經(jīng)過(guò)多段延期時(shí)間接力后,實(shí)際的起爆時(shí)間與設(shè)計(jì)時(shí)間會(huì)有很大的差異,從而有可能在前后排支路間發(fā)生串段、重段現(xiàn)象,引起相鄰網(wǎng)路同時(shí)起爆而破壞起爆網(wǎng)路。2.3路網(wǎng)集中在病理環(huán)境中,易受到影響環(huán)境因素對(duì)可靠性有較大影響。井下爆破作業(yè)環(huán)境狹窄,起爆網(wǎng)路集中在狹小的環(huán)境中,可靠性可能會(huì)受到影響(如先爆沖擊波破壞后段網(wǎng)路);另外,被爆巖體地質(zhì)結(jié)構(gòu)與拒爆的產(chǎn)生有比較密切的關(guān)系,穿過(guò)結(jié)構(gòu)面的炮孔往往產(chǎn)生錯(cuò)位而拒爆。2.4串聯(lián)未遵循操作規(guī)程不可靠的施工方法也是影響網(wǎng)路可靠性的重要因素,如未按設(shè)計(jì)要求正確敷設(shè)網(wǎng)路,網(wǎng)路聯(lián)接未遵循操作規(guī)程及技術(shù)工藝要求等。此外,缺乏嚴(yán)格的施工技術(shù)管理也會(huì)影響網(wǎng)路可靠性,如網(wǎng)路布設(shè)后,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可能存在的隱患:錯(cuò)接、漏接,導(dǎo)爆管被外力拉伸的變形,導(dǎo)爆管形成“死結(jié)”或堵塞炮孔時(shí)導(dǎo)爆管的堵折,網(wǎng)路中的接頭部位沒(méi)有用膠布扎牢等。3道路部署可靠性在起爆網(wǎng)路可靠性4個(gè)影響因素中,起爆單元(屬于物的因素)、網(wǎng)路施工質(zhì)量(屬于人為因素)以及環(huán)境因素都不屬于純技術(shù)層面,起爆網(wǎng)路敷設(shè)(聯(lián)接)形式和敷設(shè)工藝技術(shù)含量較高,是影響網(wǎng)路能否可靠起爆的一個(gè)重要因素。不同的起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)其可靠性不同。下面列舉一鈾礦山井下爆破工程實(shí)例,爆破孔網(wǎng)度為:扇形深孔,每排10個(gè)炮孔,排面孔排距1.4m;共5排,共計(jì)50個(gè)炮孔。針對(duì)這一工程分別對(duì)如下網(wǎng)路(聯(lián)接)形式和敷設(shè)工藝進(jìn)行可靠性計(jì)算。3.1起爆網(wǎng)路系統(tǒng)的可靠性計(jì)算多并串聯(lián)起爆網(wǎng)路如圖1所示,其邏輯計(jì)算單元如圖2所示。圖2中R1,R2,…,R5是傳爆元件可靠度;r1,r2,…,r10是孔內(nèi)起爆雷管,Rk代表其可靠度。其中r1,r2,…,r10是并聯(lián),各并聯(lián)組與組之間是串聯(lián)。根據(jù)可靠性理論,元件可靠度按下式計(jì)算:R=1-Fc,(1)式中:R為起爆網(wǎng)路系統(tǒng)中元件抽檢的完好率(或稱可靠度),%;Fc為起爆網(wǎng)路系統(tǒng)中元件抽檢拒爆率(失效率或不可靠度),%。若采用同廠、同批、同期的導(dǎo)爆管和同批號(hào)雷管,可認(rèn)為其可靠度是一致的,則R1=R2=…=R5=R,r1=r2=…=r10=Rk。根據(jù)可靠性理論,并聯(lián)子系統(tǒng)可靠度為:R并=1-(1-Rk)10。(2)各組之間串聯(lián)所構(gòu)成的系統(tǒng),它的可靠度為:R總1=Rn[1-(1-Rk)10]n,(3)式中:R總1為多并串聯(lián)起爆網(wǎng)路系統(tǒng)總的可靠度;Rk為導(dǎo)爆管雷管的可靠度;n為串聯(lián)網(wǎng)路系統(tǒng)中爆破孔排(組)數(shù),n=5,以下同。由2.1節(jié)可知:傳爆元件R=0.994,Rk=0.961,經(jīng)計(jì)算R總1=0.9703。3.2導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管模型起爆可靠度計(jì)算孔外導(dǎo)爆索-孔內(nèi)導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路圖如圖3所示,該網(wǎng)路可靠性邏輯單元計(jì)算圖如圖4所示。雙主導(dǎo)爆索是并聯(lián),主導(dǎo)爆索與分支導(dǎo)爆索、分支導(dǎo)爆索與導(dǎo)爆管之間為串聯(lián),孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管之間是并聯(lián),網(wǎng)路可靠度為:式中:R總2為孔外導(dǎo)爆索與孔內(nèi)導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路聯(lián)接起爆系統(tǒng)總的可靠度;Rs為導(dǎo)爆索元件起爆的可靠度;Rss為導(dǎo)爆索與導(dǎo)爆索結(jié)點(diǎn)起爆的可靠度;Rsg為導(dǎo)爆索與導(dǎo)爆管結(jié)點(diǎn)起爆的可靠度。由2.1節(jié)可知:Rs=0.999,Rss=0.999,Rsg=0.9807,Rk=0.961,計(jì)算得R總2=0.9797。3.3起爆網(wǎng)路系統(tǒng)總可靠度計(jì)算雙網(wǎng)路聯(lián)接起爆網(wǎng)路如圖5所示,其可靠性邏輯單元計(jì)算圖如圖6所示。根據(jù)可靠性理論,串聯(lián)子系統(tǒng)可靠度為:R串=RnRL,(5)式中:R串為串聯(lián)子系統(tǒng)的網(wǎng)路聯(lián)接起爆可靠度;RL為并聯(lián)子系統(tǒng)的網(wǎng)路聯(lián)接起爆可靠度,RL為式(2)中的R并。2個(gè)串聯(lián)組之間并聯(lián)構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng),它的總可靠度為:R總3=1-(1-R串)2=1-(1-RnR并)2,(6)式中:R總3為雙網(wǎng)路聯(lián)接起爆系統(tǒng)總的可靠度。根據(jù)2.1節(jié),計(jì)算得R總3=0.9991。簡(jiǎn)單串聯(lián)的單式網(wǎng)路可靠性低,隨著節(jié)點(diǎn)的增多,可靠性下降很快,而對(duì)于采用復(fù)式起爆網(wǎng)路,其傳爆雷管的使用則成倍增加。從上面計(jì)算可以看出,起爆網(wǎng)路系統(tǒng)中總的可靠度不但與重要的基礎(chǔ)元件可靠性關(guān)系密切,而且與設(shè)計(jì)的爆破炮孔排數(shù)有關(guān)。雙網(wǎng)路聯(lián)接起爆系統(tǒng)的起爆網(wǎng)路可靠度比孔外導(dǎo)爆索-孔內(nèi)導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路系統(tǒng)和多并串聯(lián)起爆網(wǎng)路系統(tǒng)的起爆網(wǎng)路可靠度高,且導(dǎo)爆管比導(dǎo)爆索系統(tǒng)成本低,可以較好地保證網(wǎng)路可靠地起爆。4拒絕爆炸的原因和預(yù)防措施4.1拒絕爆炸的原因4.1.1產(chǎn)品質(zhì)量不合格1)導(dǎo)爆管本身質(zhì)量欠佳,有砂眼、管腔狹窄或異物堵塞、管內(nèi)缺藥段過(guò)長(zhǎng)或管口密封不良管內(nèi)受潮而引發(fā)拒爆。塑料導(dǎo)爆管生產(chǎn)過(guò)程中可能有高熔點(diǎn)塑料雜質(zhì)等異物混入,造成產(chǎn)品管壁敷藥不均勻,甚至產(chǎn)生堵塞、斷藥等,影響傳爆。2)導(dǎo)爆索本身質(zhì)量不合格(如漏裝泰安或?qū)П髯兗?xì))導(dǎo)致的拒爆。3)非電雷管起爆能力不夠造成雷管響后炸藥不爆,雷管貯存時(shí)間超過(guò)有效期而產(chǎn)生拒爆。4)連通管四通連接件頂部有砂眼,使爆轟波飛逸,起不到傳爆的作用,或者連接件的尺寸過(guò)大,使導(dǎo)爆管不能插牢,在傳爆時(shí)脫落,造成拒爆;在導(dǎo)通處起綁扎作用的黑膠布過(guò)期失效,或黏度不夠,起不到加強(qiáng)接頭拉力的作用。4.1.2導(dǎo)爆管設(shè)施不完善,導(dǎo)致反應(yīng)中斷1)網(wǎng)路敷設(shè)時(shí),導(dǎo)爆管被外力拉伸變形,造成管壁磨損或管徑拉細(xì),管內(nèi)拒爆或延長(zhǎng)傳爆時(shí)間,如拉力大于60N,由于導(dǎo)爆管管經(jīng)變細(xì)傳爆速度約降為900m/s(正常為≮1600m/s)。2)導(dǎo)爆管形成“死結(jié)”或堵塞炮孔時(shí),將導(dǎo)爆管堵折而形成孔內(nèi)瞎炮;施工中由于人員行走、機(jī)械移動(dòng)及裝藥過(guò)程中炮棍的沖擊和摩擦等原因,可能造成導(dǎo)爆管被壓破、折斷、切斷、砸傷等而影響正常傳爆;若導(dǎo)爆管管口、雷管管口密封不實(shí),在施工中導(dǎo)爆管內(nèi)進(jìn)水或水沿管壁滲入管內(nèi),將導(dǎo)致拒爆。3)炮孔裝藥爆破中,通常將雷管裝在炮孔底部,使雷管聚能穴朝上,實(shí)現(xiàn)反向起爆。由于裝填時(shí)受拉,且裝藥后受上部裝藥和填塞體壓迫,易形成對(duì)折,對(duì)折部位導(dǎo)爆管內(nèi)徑急劇減小,甚至擠實(shí),因而可能導(dǎo)致傳爆中斷。4)起爆雷管如為金屬殼雷管,雷管聚能穴爆炸產(chǎn)物流的實(shí)測(cè)飛散速度約為3000～3300m/s,由于聚能流或飛散金屬管片的破壞作用很強(qiáng),而塑料導(dǎo)爆管的強(qiáng)度又比較低,因此,聯(lián)接網(wǎng)路時(shí),如果將起爆雷管聚能穴朝向?qū)П軅鞅较?一旦導(dǎo)爆管被擊中,則完全可能切斷導(dǎo)爆管,中斷傳爆。5)在爆破規(guī)模較大、孔數(shù)多、一次裝藥量大,以及在網(wǎng)路比較復(fù)雜的情況下,由于施工強(qiáng)度大,容易出現(xiàn)局部孔或個(gè)別導(dǎo)爆管漏聯(lián)進(jìn)網(wǎng),產(chǎn)生拒爆。導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管網(wǎng)路可能產(chǎn)生導(dǎo)爆索尾端爆炸,擊穿導(dǎo)爆管而導(dǎo)致后面的網(wǎng)路斷路。6)采用小藥卷起爆多根并聯(lián)導(dǎo)爆管時(shí),藥卷與導(dǎo)爆管相距過(guò)近,導(dǎo)致藥卷爆炸提前破壞相鄰導(dǎo)爆管網(wǎng)路,引起大量拒爆。7)網(wǎng)路敷設(shè)后,缺乏嚴(yán)格的檢查驗(yàn)收制度,人為造成錯(cuò)接、漏接或網(wǎng)路中的接頭部位沒(méi)有用膠布扎牢,使管脫落,引起拒爆。4.1.3直接破壞路網(wǎng)爆破有害效應(yīng)主要有爆破震動(dòng)、飛石和沖擊波。1)由于空間狹窄,井下爆破地震波有可能震落危石砸壞網(wǎng)路,且沖擊波受到巷道拐角和巷道壁的反射加強(qiáng)作用,就有可能直接破壞后續(xù)起爆網(wǎng)路。2)飛石對(duì)網(wǎng)路的破壞主要視爆破規(guī)模的大小,尤其是爆破網(wǎng)路總延期時(shí)間的長(zhǎng)短而定。一般情況,飛石沖出至回落到地面的時(shí)間不小于1s,因此,如果起爆網(wǎng)路總延時(shí)超過(guò)1s或更長(zhǎng),后段網(wǎng)路就有可能被前期的飛石砸壞。3)如果爆破延期時(shí)間設(shè)計(jì)不當(dāng),由于井下空間狹窄,前排已爆空氣沖擊波就有可能把后排起爆網(wǎng)路沖壞。4.1.4構(gòu)面與拒爆的關(guān)系大量的工程爆破實(shí)踐表明:巖石工程爆破中,斷層及大的節(jié)理、裂隙等不僅對(duì)爆破質(zhì)量和爆破安全有較大的影響,而且地質(zhì)結(jié)構(gòu)面與拒爆的產(chǎn)生有比較密切的關(guān)系,即往往在穿過(guò)結(jié)構(gòu)面的孔位產(chǎn)生拒爆。這種情況在中深孔爆破中,采用同段導(dǎo)爆管雷管地表微差的情況下尤為明顯,如果出現(xiàn)多個(gè)孔洞穿過(guò)同一結(jié)構(gòu)面且起爆雷管非同段,則前孔炮孔裝藥爆炸后,在同一結(jié)構(gòu)面上,后段孔內(nèi)導(dǎo)爆管受到前段孔爆炸空氣沖擊波的沖擊,很可能在結(jié)構(gòu)面位置被切斷,如果導(dǎo)爆管被切斷前尚未傳爆,就產(chǎn)生了拒爆。4.2管口壓壓,嚴(yán)格控制導(dǎo)爆管爆破1)通過(guò)必要的質(zhì)檢和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),及時(shí)發(fā)現(xiàn)材料中存在的問(wèn)題,把好爆破器材質(zhì)量關(guān)。在施工中,盡量采用質(zhì)量好的起爆器材,變質(zhì)失效的起爆器材,要按有關(guān)規(guī)程堅(jiān)決予以銷毀。2)按設(shè)計(jì)聯(lián)接起爆網(wǎng)路,對(duì)可能造成起爆網(wǎng)路損害的部位,應(yīng)采取措施保護(hù)該部位的網(wǎng)路;布網(wǎng)過(guò)程應(yīng)在地面鋪設(shè)導(dǎo)爆管,避免用力伸拉或管路懸空受很大拉力,避免其受拉變長(zhǎng);布設(shè)時(shí),注意不要形成管路“死結(jié)”,對(duì)炮孔內(nèi)管路要特別注意其順直,避免堵孔。3)針對(duì)導(dǎo)爆管易受潮拒爆,導(dǎo)爆管剪開(kāi)后要及時(shí)燒封管口,在空氣濕度大的情況下,應(yīng)考慮采用雷管傳爆。4)檢查用于綁扎導(dǎo)爆管或?qū)П鞯哪z布是否可以正常使用,對(duì)無(wú)黏性、霉變的膠布不要使用;并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的聯(lián)網(wǎng)材料的工藝操作和聯(lián)接牢固情況,決定現(xiàn)場(chǎng)膠布綁扎加固的標(biāo)準(zhǔn),杜絕傳爆時(shí)管路的脫落。5)采用雷管傳爆時(shí),導(dǎo)爆管應(yīng)理順后綁扎雷管,雷管尾應(yīng)順向?qū)П艿奈膊?雷管應(yīng)盡可能放在被傳管束的中心部位;放雷管部位除用膠布綁扎外,還要用厚紙板等覆蓋,以防雷管殼碎片飛散削斷導(dǎo)爆管。6)就深孔微差爆破而言,控制爆破規(guī)模,一是降低施工勞動(dòng)強(qiáng)度,確保施工質(zhì)量;二是控制爆破延期段數(shù)不致太多,尤其是確保起爆網(wǎng)中的地表總延長(zhǎng)時(shí)間不要太長(zhǎng)。7)應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的爆破員或爆破工程技術(shù)人員采用雙人作業(yè)制敷設(shè)起爆網(wǎng)路,并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)爆破和設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人組成的檢查組(不得少于2人)檢查驗(yàn)收,確保全部起爆單元都聯(lián)進(jìn)網(wǎng)路,避免漏聯(lián)現(xiàn)象發(fā)生