СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ЧИСЛА СРАБОТАВШИХ ЗАРЯДОВ ПРИ МНОЖЕСТВЕННЫХ ВЗРЫВАХ Российский патент 1998 года по МПК F42D5/00 G01D5/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля числа сработавших зарядов при проведении множественных взрывов в проходческих шахтах и горно-обогатительных комбинатах.

В прототипе описан ряд приборов для подсчета числа сработавших зарядов. Они основаны на регистрации ударных волн в воздухе либо сейсмоакустических волн в грунте. Недостаток этих приборов состоит в необходимости их подстройки в зависимости от типа грунта выработки и расстояния до места взрыва, что требует высокой квалификации специалиста. Описаны также приборы, основанные на регистрации предвзрывного пьезоэлектрического эффекта, электромагнитного потенциала и излучения при взрыве, а также изменении тока в цепи при взрыве электродетонаторов. Однако ни один прибор, основанный на перечисленных явлениях, не обеспечил 100% подсчет числа сработавших зарядов и не вышел за рамки лабораторных и полупромышленных испытаний.

Главным условием обеспечения надежного и достоверного подсчета числа взрывов является высокая помехозащищенность и частота подсчета регистрируемых сигналов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является описанный там же способ, основанный на регистрации инфракрасного излучения от взрыва. В способе в грунт устанавливают заряды, осуществляют их подрыв и регистрируют инфракрасное излучение от взрыва. Недостатком способа является низкая достоверность информации, т.к. вопрос однозначной интерпретации полученных осциллограмм однозначно не решен.

Решаемой технической задачей является повышение достоверности информации о числе сработавших зарядов при множественных взрывах. Это достигается тем, что в грунт устанавливают заряды, осуществляют их подрыв, регистрируют световые вспышки с использованием оптического волокна (ОВ), которое располагают с возможностью касания каждого заряда или его детонирующего шнура (ДШ), ввод последовательности световых вспышек осуществляют через боковую поверхность ОВ начиная с наиболее удаленной от регистрирующего прибора точки касания ОВ с зарядом или ДШ. Для более эффективного ввода световых импульсов в ОВ последнее скручивают в виде петли, чтобы ее наружная поверхность соприкасалась с зарядом или ДШ.

В способе возникающая при взрыве заряда взрывчатого вещества (ВВ) световая вспышка воспринимается световым датчиком (ДС), сигнал с которого вводится в магистральное оптическое волокно (ОВ), по которому информация передается на регистрирующий прибор, который подсчитывает импульсы.

На фиг.1, 2 представлены устройства, реализующие предложенный способ; на фиг. 3 - схема, поясняющая устройство датчика для ввода светового импульса в ОВ через его боковую поверхность; на фиг.4, 5 - осциллограммы, полученные в модельных экспериментах.

Устройства для осуществления способа содержат заряды ВВ1, установленные в грунте, электродетонаторы 2, детонационную разводку 3 из ДШ, датчик ввода светового импульса в оптическое волокно (ДС) 4, магистральное ОВ 5 и регистрирующий прибор 6. Датчики 4 располагают таким образом, чтобы они касались каждого заряда или его детонирующего шнура.

Способ реализуется следующим образом. При подрыве с помощью ЭД детонация распространяется по ДШ и последовательно подрывает заряды ВВ. Перед подрывом заряда детонационная волна в ДШ проходит мимо датчика 4, в результате световой сигнал вводится в ОК и передается на регистрирующий прибор 6. При подрыве последующих зарядов детонационная волна каждый раз передает световые импульсы по ОВ на регистрирующий прибор, который подсчитывает их количество.

Поскольку при взрыве заряда вблизи его ОВ будет разрушено, должна соблюдаться определенная последовательность расположения ДС, соответствующая последовательности взрывов зарядов ВВ (фиг.1). Пусть производится последовательный взрыв N зарядов в очередности 1, 2, ..., N. ДС располагаются вдоль ОВ так, чтобы датчик, срабатываемый от 1-го заряда, располагался в наиболее удаленном от регистрирующего прибора конце ОВ. Датчики, срабатывающие от каждого последующего взрыва, соответственно приближаются к регистрирующему прибору.

В случае одновременного инициирования всех зарядов с помощью ЭД датчики на каждом последующем заряде должны быть удалены от точки инициирования на расстояние
L=n•D•dT,
где
n - номер заряда;
D - скорость детонации;
dT - временное разрешение способа, которое по оценкам составляет dT = 2-5 мкс (фиг.2).

Для передачи в одну нитку ОК цуга световых сигналов от последовательного взрыва серии зарядов взрывчатого вещества (ВВ) необходимо решить задачу ввода световых вспышек через боковую поверхность ОК. Устройство ввода не должно удорожать существенно методику контроля. Оно также не должно приводить к заметным потерям проходящего светового сигнала. В противном случае при большом количестве взрываемых зарядов (> 100) световой сигнал от первого взрываемого заряда будет ослаблен настолько, что будет проблематична его регистрация. Кроме того, амплитуда сигнала должна быть такова, чтобы была возможна его регистрация с помощью фотодиодов, чувствительность которых заметно ниже, чем у ФЭУ. Использование фотодиодов предпочтительно при использовании этого способа в горно-добывающей промышленности, так как позволяет выполнить счетчик сработавших зарядов малогабаритным и достаточно легким.

Для качественного анализа задачи ввода световых импульсов в ОВ через его боковую поверхность рассмотрим плоский оптический слой с показателем преломления n₁ > n₀, где n₀ - показатель преломления окружающей среды (фиг.3). Любой световой луч, входящий в слой снаружи, выйдет из него. Внутрь слоя попадает лишь крайне малая часть энергии луча, отраженная от границы 2, которая также выйдет из слоя. Для захвата луча, пришедшего извне, необходимо, чтобы угол падения на границе 2 был больше угла преломления луча на границе 1. в этом случае, если угол f₂ окажется больше угла полного внутреннего отражения, то часть энергии луча захватывается внутрь слоя и распространяется по нему. Этому условию можно удовлетворить, если изогнуть плоский слой, как показано на фиг.3б.

Проверка способа осуществлена в экспериментах, постановка которых приведена на фиг.1. Детонирующий шнур (ДШ) 3 марки ДШЭ-12 подрывался электродетонатором 2. Детонационная волна последовательно проходила мимо датчиков 4, которые вводили световые импульсы в магистральный ОК и в виде цуга передавались на светоприемник. Заряды 1 в опытах отсутствовали. В качестве светоприемников использовались фотодиоды ФД-256. Для увеличения сигнала использовался усилитель с коэффициентом усиления N=10³. Поступающие на светоприемник импульсы регистрировались осциллографом С9-4А.

Осциллограмма опыта с 10 точками контакта ОВ с ДШ приведена на фиг.4. Из осциллограмм видно, что форма и амплитуда импульсов такова, что разработка прибора для их подсчета не представляет затруднений. Пробный вариант такого прибора с цифровой индикацией был разработан и опробован нами в условиях внутреннего полигона.

Осциллограмма опыта, в котором ОВ сворачивалось в кольцо и пристыковывался к ДШ своей выпуклой и вогнутой частью, представлена на фиг.5. Из осциллограммы видно, что амплитуда сигнала существенно больше в случае пристыковки кольца ОВ к ДШ своей выпуклой частью, что демонстрирует эффективность конструкции ДС.

К преимуществам способа следует отнести:
- полная пожаро- и взрывобезопасность,
- нечувствительность к электромагнитным наводкам,
- возможность работы в увлажненных местах, в том числе и под водой,
- высокая частота регистрируемых взрывов до 10⁵ за секунду,
- малый объем и вес,
- не требует высокой квалификации специалиста,
- низкая стоимость (ниже любой из известных моделей, так цена 1 км ОВ составляет ~ 200 долларов США, прибора для подсчета световых импульсов в ОВ ~ 50-100 долларов).

Расстояние от места взрыва 0,5-1 км, количество подсчитываемых взрывов практически не ограничено.

Литература:
Н. В. Колотилин. Регистрация взорвавшихся шпуровых зарядов. Безопасность труда в промышленности, N 5, 1982, с.40.

Использование: измерительная техника для контроля числа сработавших зарядов ВВ при проведении горных работ. Сущность изобретения: способ регистрации числа сработавших зарядов ВВ при множественных взрывах, для чего заряды устанавливают в грунте и подрывают. Вспышки оптического излучения взрывов регистрируют в области видимого света. Оптическое волокно располагают с возможностью касания каждого заряда или его детонирующего шнура. Световые вспышки вводят через боковую поверхность оптического волокна последовательно, начиная с наиболее удаленной от регистрирующего прибора точки касания оптического волокна с зарядом или детонирующим шнуром. Технический результат заключается в повы шении достоверности информации о числе сработавших зарядов при множественных взрывах. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ регистрации числа сработавших зарядов ВВ при множественных взрывах, заключающийся в том, что заряды устанавливают в грунте, подрывают их, регистрируют вспышки оптического излучения взрывов и подсчитывают количество сработавших зарядов, отличающийся тем, что вспышки оптического излучения регистрируют в области видимого света, для чего используют оптическое волокно, которое располагают с возможностью касания каждого заряда или его детонирующего шнура, световые вспышки последовательно вводят через боковую поверхность оптического волокна, начиная с наиболее удаленной от регистрирующего прибора точки касания оптического волокна с зарядом или детонирующим шнуром. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оптическое волокно скручивают в виде петель так, чтобы его наружная поверхность соприкасалась с каждым зарядом или его детонирующим шнуром.