автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Совершенствование и повышение безопасности технологии подземных горных работ на базе развития теории и практики электровзрывания

На правах рукописи Для служебного пользования

ЭкьаРСбб

ПЕТРОВ ЮРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ НА БАЗЕ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ЭЛЕКТРОВЗРЫВАНИЯ

Специальности:

05.15.02 - «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»,

05.26.01 - «Охрана труда»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Работа выполнена в Северо-Кавказском ордена Дружбы народов государственном технологическом университете

доктор технических наук, профессор Версилов Сергей Олегович доктор технических наук, профессор Голик Владимир Иванович доктор технических наук Разумняк Николай Леонтьевич

Ведущая организация - ОАО Тырныаузский горнообогатительный комбинат

Защита состоится «» июля 2000 г. в /2 часов _мин. на

заседании Северо-Кавказского регионального диссертационного совета Д063.12.01 при Северо-Кавказском государственном технологическом университете, по адресу: 362021, РСО-Алания, г. Владикавказ-21, ул. Николаева, 44, втузгородок СКГТУ (факс 8-8672-74-99-45).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Официальные оппоненты:

Автореферат разослан <с_Л> июня 2000 г.

Ученый секретарь СКРД совета

Кондратьев Ю.И.

И133.03*. О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Взрывные работы занимают одно из наиболее важных мест в системе буровзрывных работ в общем технологическом комплексе горного предприятия. Электрический способ взрывания обладает рядом существенных преимуществ перед другими способами, вследствие чего он получил широкое распространение в различных отраслях промышленности и в горном деле.

В последнее время разработаны приборы взрывания нового типа, -существенно расширен ассортимент элекггродетонаторов (ЭД), получили распространение электрические взрывные сети (ЭВС) сложной конфигурации, возросла энерговооруженность труда. Вследствие этого возникает необходимость в разработке общей методики исследования условий безотказного инициирования ЭД, разработке теории приборов взрывания принципиально нового типа, исследовании сложных ЭВС, находящихся в зоне распространения блуждающих токов, имеющих утечку инициирующего импульса и т.п.

Существующая теория электровзрывания оказалась не в состоянии охватить весь комплекс поставленных практикой вопросов, она приобрела частный характер, что начало тормозить развитие элекгровзрывания в целом.

Применение элекгровзрывания в условиях подземных горных разработок осложняется из-за еще имеющих место отказов и возможности преждевременных взрывов под действием блуждающих токов. Несмотря на многочислешше исследования блуждающих токов на горных предприятиях многие вопросы (например, влияние блуждающих токов различных горизонтов, область применения ЭД различной чувствительности) оставались нерешенными. Специфика

взрывных работ в подземных условиях (стесненные условия монтажа ЭВС, нарушение изоляции проводов, возможность возникновения электрического контакта ЭВС с горным массивом в поле блуждающих токов сложной конфигурации) приводит к необходимости разработать соответствующие теоретические положения и обосновать практические рекомендации по повышению эффективности взрывных работ

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что разработка общей теории и средств повышения безотказности и безопасности электроззрывания в условиях подземных горных разработок является важной народнохозяйственной проблемой. На базе развития теории "и практики электровзрывания появляется возможность совершенствования и повышения безопасности технологии подземных горных работ.

Цель работы - совершенствование и повышение безопасности подземных горных работ на базе развития общей теории и разработки эффективных средств повышения безотказности и безопасности электровзрывания.

Основная идея диссертации. Идеей настоящей работы является обобщение существующих и разработка новых основных положений теории безотказного инициирования ЭД, кроме того, идея работы включает в себя формальное объединение источников блуждающих токов в условиях подземной разработки месторождений и электровзрывных сетей в единую электротехническую систему и применение к этой системе универсальных методов расчета электрических цепей. Развитие теории и практики элекгровзрывания позволяет разработать конкретные мероприятия по совершенствованию и повышению безопасности технологии подземных горных работ.

Методика выполнения работы. В процессе работы применены системный подход, анализ и обобщение литературных источников, экспериментальные исследования, методы математической статистики, статистическое моделирование, теория конечных разностей, метод графов. Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований элекгровзрывных сетей, систем электрического инициирования зарядов и блуждающих токов.

Защищаемые научные положения:

1. Представление магистральных проводов ЭВС линией с распределенными параметрами и описание распределительной сети уравнениями в конечных разностях позволяет адекватно и наиболее полно отразить реальное состояние системы электрического инициирования зарядов при ее монтаже в условиях подземной разработай месторождений, провести наиболее качественный анализ работы ЭВС.

2. Разработка общей теории безотказного инициирования ЭД должна базироваться на применении в условиях безотказности коэффициента передачи по току между ЭД, находящимся в наиболее благоприятных для инициирования условиях, то есть обтекаемым наибольшим током, и ЭД, находящимся в наиболее неблагоприятных для инициирования условиях, то есть обтекаемым наименьшим током.

3. Реализация различных резонансных режимов в ЭВС позволяет повысить как эффективность применения системы электрического инициирования зарядов, так и безопасность контрольно-измерительных операций при электровзрывании на шахтах, опасных по газу или пыли.

4. При рассмотрении влияния блуждающих токов штрека на ЭВС систему контактной электровзрывной откатки как влияющего объекта можно представить активным двухполюсником, выходными зажимами которого являются точки втекания блуждающих токов в ЭВС; в свою очередь ЭВС можно представить пассивным четырехполюсником, характеризующимся эквивалентным входным сопротивлением.

5.Анализ безотказности систем электрического инициирования зарядов при проведении массовых взрывов должен учитывать взаимное влияние друг на друга зависимых систем и среднестатистические параметры переменных, характеризующих электрический процесс при инициировании.

6. При выводе и анализе общих условий безотказности необходимо учитывать как утечку инициирующего импульса, так и возможное втекание в ЭВС блуждающих токов, полярность которых определяется конфигурацией поля и направлением токов в рельсах.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны математическая модель и методика расчета сложных ЭВС с учетом утечек на основе описания распределительной сети уравнениями в конечных разностях и представления магистральных проводов линией с распределенными параметрами.

2. Разработана теория безотказного инициирования ЭД, рассматривающая системы с конденсаторным, индуктивным накопителем энергии, с двумя накопителями энергии, а также системы, использующие синусоидальные токи промышленной и повышенной частоты.

3. Разработаны: теоретические основы способов повышения эффективности, безопасности и безотказности систем электрического инициирования зарядов, включающие резонансный способ

инициирования; способ непрерывного контроля сопротивления изоляции ЭВС; теорию инициирования от трехфазных цепей, параметрические способы определения срабатывания ЭД и другие.

4. Разработаны: методика расчета электротяговых блуждающих токов в условиях подземной разработай месторождений, методика определения степени опасности блуждающих токов, критерии применения систем электрического инициирования различных по чувствительности типов.

Научная ценность работы. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования систем электрического инициирования зарядов позволили обобщить существующие и разработать новые основные положения теории безопсазного инициирования ЭД. Разработанная общая методика расчета ЭВС на безотказность инициирования ЭД позволила достоверно проводить анализ условий безотказности сложных систем электрического инициирования зарядов, включающих цепи любой топологии и источники энергии различных типов, включая сторонние источники.

Теоретические и экспериментальные методы исследования ЭВС, развитые в настоящей работе, могут служить основой для новых направлений в теории расчета и в практике проектирования современных систем электрического инициирования зарядов.

Практическое значение работы. Развитая в настоящей работе теория систем электрического инициирования зарядов позволяет реализовать принципиально новые подходы при проектировании как всей системы инициирования, так и отдельных ее частей, что уже нашло свое применение при разработке новых способов и приборов взрывания и контроля (патенты Российской Федерации № 1817922, 2073190,

1811741, 2022289; а.с. СССР №№1732762, 1626802, 1369465, 1236727, 1099693,698368,651618, 1092397).

В работе даны методы расчета электрических параметров сложных ЭВС, определения производительности приборов взрывания при инициировании ЭД новых типов (пониженной и низкой чувствительности).

Применение разработанных автономных приборов взрывания позволяет повысить безотказность взрывных работ на проходке и в лавах. Анализ и обобщение различных случаев воздействия блуждающих токов на ЭВС позволили разработать инженерный метод оценки степени опасности блуждающих токов на предприятии, определить предпочтительные методы защиты ЭВС от опасного воздействия блуждающих токов в условиях подземной разработки месторождений.

Применение разработанных мощных сетевых взрывных приборов и способа определения групповых отказов позволяет повысить эффективность массовых взрывов; их безопасность существенно повысится при использовании разработанных рекомендаций по уменьшению влияния блуждающих токов различных горизонтов.

Резонансный способ инициирования, определение срабатывания ЭД высокочастотным методом позволят повысить эффективность и безопасность элекгровзрывных работ на горных предприятиях, опасных по газу или пыли.

Результаты работы могут быть использованы в нормативной технической документации: технических требованиях на приборы взрывания и контроля, инструкции по ведению работ в зоне влияния блуждающих токов, паспортах буровзрывных работ.

Реализация работы. Результаты исследовании, проведенных в работе, использованы для повышения безотказности и безопасности элекгровзрывания на различных горных предприятиях. К таким предприятиям относятся Тырныаузский вольфрамо-молибденовый комбинат (ТВМК), Садонский свинцово-цинковый комбинат (ССЦК), Урупский ГОК, горные предприятия треста "Тулауголь", рудники производственного объединения "Уралкалий", предприятия горнохимической промышленности (ПО "Апатит", ПО "Каратау"), рудники ГМК "Печенганикель", предприятия ВПО "Союзмедь" и другие.

Разработаны и испытаны мощный тиристорный сетевой прибор взрывания ВТ-1, сигнализатор блуждающих токов СБТ-2(удостоен бронзовой медали ВДНХ СССР в 1985 г.). Результаты работы использованы: в "Перспективных технических требованиях к системам электровзрывания" (1989 г.), в утвержденной МЦМ СССР в 1984 г; "Временной инструкции по замерам параметров элекгротяговых блуждающих токов и рекомендациях по обеспечению безопасного применения элекгровзрывания в условиях подземных горных выработок"; в .ЕПБ при взрывных работах (1993 г.); в "Технических правилах ведения взрывных работ в энергетическом строительстве"(1997 г.).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на заседаниях Междуведомственной комиссии по взрывному делу (Москва, ИГД им. A.A. Скочинского, 1982-1990 г.г.), на конференциях по элекгробезопасности на открытых и подземных горных работах (г. Днепропетровск, 1982 г.), на конференциях МакНИИ (1986-1990 г.г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Перспективы автоматизации горно-обогатительного производства цветной металлургии с применением микропроцессорной техники (г.

Орджоникидзе, 1987 г.), на семинарах и совещаниях ТВМК (1987-1995 гх), Садонского свшщово-цинкового комбината ("Пути развития горного производства", 1993 г.), на международных конференциях: "Теоретические и практические вопросы приложения начертательной геометрии в горном деле и геологии для решения инженерных и научных задач", СК ГТУ, Владикавказ, 1994 г. и "Безопасность и экология горных территорий", СК ГТУ, Владикавказ, 1995 г.; на различных семинарах и конференциях СК ГМИ-СКГТУ 1981-1999 г.г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в двух монографиях ("Защита зарядов взрывчатых веществ от преждевременных взрывов блуждающими токами", коллектив авторов, Москва, "Недра", 1987 г., "Основы теории электровзрывания", Ю.С. Петров, Владикавказ: "Терек", 1998 г.); в 93 статьях; по теме диссертации получено 8 авторских свидетельств и 4 патента.

Диссертационная работа от теоретического анализа до внедрения в производство выполнялась параллельно с хоздоговорными работами (в которых автор выступал в качестве научного руководителя), в соответствии с отраслевыми научно-техническими программами, в частности программой МП-1Г "Повысить технический уровень взрывных работ на карьерах и подземных рудниках" 1989-1995 г.г. Результаты хоздоговорных научно-исследовательских работ представлены в 15-ти отчетах (1979 - 1996 г.г.).

Кроме перечисленных ранее горных предприятий исследования проводились на предприятиях Гидроспецстроя, Московского метрополитена, предприятиях "Союзвзрывпрома" и др.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и приложений, изложенных на 329 страницах текста,

содержит 56 рисунков, 13 таблиц, 188 формул, список литературы из 114 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дана краткая характеристика работы. В первой главе дан анализ современного состояния электровзрывания как части технологического комплекса горного предприятия; рассмотрены особенности электрического способа взрывания и средств электрического инициирования зарядов; дан анализ основных направлений в развитии теории и практики электровзрывания; обоснованы задачи и методы исследований.

В общем технологическом комплексе производственных процессов горного предприятия буровзрывные работы являются одним из наиболее ответственных этапов. Проблемой совершенствования буровзрывных работ занимались такие крупные ученые как Э.О. Миндели, Ф.А. Баум, O.E. Власов, Г.И. Покровский, М. А. Садовский, Н. В. Мелышков, Г. П. Демидюк, В. В. Ржевский, Ф.М. Гельфанд, Н.Г. Петров, Б.Н. Кутузов, И.З. Дроговейко, М.Ф. Друкованный, В.Л.Барон, А.И. Липовой, В.И. Еменеев и другие. Трудами перечисленных и многих других ученых и производственников создана как теоретическая основа, так и технические средства буровзрывного комплекса.

Отличительной особенностью взрывных и электровзрывных работ в частности является их повышенная опасность, связанная с масштабами последствий возможного несанкционированного взрыва. При различных нарушениях в системе элекгровзрывания, воздействии на нее различных сторонних факторов возможны как преждевременные взрывы, так и отказы зарядов. В связи с этим к системам электровзрывания предъявляются повышенные требования в отношении

надежности (безотказности) и безопасности, устойчивости к внешним воздействиям - блуждающим токам.

Электровзрывание зарядов развивается в направлении создания безопасных, высоконадежных систем электрического инициирования зарядов с широкими технологическими возможностями. Однако, применяемые в настоящее время средства инициирования имеют устаревшую элементную базу, ограниченные функциональные возможности, в большинстве случаев не удовлетворяющие возросшим требованиям технологии взрывных работ.

Анализируя теоретическую базу электрического способа взрывания, следует отметить, что основы теории элекгровзрывания были заложены еще в 1933-1936 г.г. К. Дрекопфом (Германия). Дальнейшее развитие теория электрического взрывания зарядов получила в трудах отечественных и зарубежных ученых: Е. В. Антулаева, А. И. Лурье, Г.А. Поминальника, Б.М. Степанова, Д.А. Гершгала, И. Кота, Ф. Гизе, M. М. Граевского и других. Значительный вклад в развитие элекгровзрывания внесли C.B. Архангельский, В.М. Сорокобогагов, А.Г. Фридман, Л. И. Гаврильченко, О.И. Кашуба, И.К. Мулътанов, П.И. Кушнеров, В.А. Хорев, Г.Р. Елизаров, Н.И. Грошев и другие.

Теория электрического взрывания развивалась как в направлении исследования безотказности систем электрического инициирования зарядов, разработки теории ЭВС и приборов взрывания, так и в направлении безопасного применения электрического взрывания, в частности, при наличии блуждающих токов. Если вопросы безопасности, воздействия блуждающих токов на ЭВС оказались сравнительно хорошо изученными, то вопросы общей теории ЭВС и

систем электрического инициирования зарядов были разработаны недостаточно.

Проведенный анализ современного состояния электровзрывания как части технологии горного предприятия позволил определить цели и содержание диссертационной работы. Диссертационная работа посвящена совершенствованию и повышению безопасности технологии подземных горных работ на базе развития теории и средств электрического инициирования зарядов. Повышение безотказности и безопасности электрического взрывания, как наиболее значимой части буровзрывных работ, позволит в свою очередь повысить технико-экономические показатели и безопасность всего технологического комплекса горного предприятия.

Во второй главе рассмотрены математические модели систем электрического инициирования зарядов. Разработке и обоснованию моделей предшествуют исследования параметров ЭВС и ЭД.

Элементарное звено распределительной сети, относящееся к одному ЭД, было представлено четырехполюсником, параметры эквивалентной схемы замещения которого были определены экспериментальным и расчетным путем. Качественный и количественный анализ распределительной сети позволил представить ее лестничной схемой, которая далее была описана уравнениями в конечных разностях. На рис. 1 представлен элементарный участок лестничной цепи.

Рис. 1. Элементарный участок лестничной цепи

Уравнения в конечных разностях для этого участка:

4+2 - 4+1 ' (2+ Япр • бспер ) + 4 = 0 , (1)

где Лспр и Оспер - соответственно продольное и переходное сопротивление и проводимость элементарного участка распределительной сети.

Магистральные провода были представлены линией с распределенными параметрами; таким образом, вся ЭВС была представлена как соединенные каскадно линия с распределенными параметрами и лестничная цепь. Электрическое состояние ЭВС в этом случае описывается системой уравнений в частных производных (для магистральных проводов) и в конечных разностях (для распределительной сети). Постоянные коэффициенты (А\, Аг, к\, к2), входящие в эти уравнения, определяются из граничных условий. Например, при действии на входе цепи источника постоянной ЭДС Е и последовательном соединении ЭД с учетом утечек в сети, используя граничные условия, получим систему для определения постоянных коэффициентов:

А{ + Лг- Е

- Л.,) + кгХ - 1г) = О А/1 + Аге^ - Л^М ¡'(1 - А,) + М ¿0 - ■Я 2)] = 0[. (3)

А/1 +Аге~г1 -Иъ(к1 + к2)^ О

Токи (7Х) и напряжения (Г/х) на магистральных проводах и в распределительной сети (/„, {/„) соответственно равны:

А Д

-Г

. А А

(4)

(5)

(6) (?)

где у, 7?в - постоянная распространения [1/м] и волновое сопротивление [Ом] линии, эквивалентной магистральным проводам;

х - пространственная ' координата, направленная от прибора взрывания к ЭД [м];

п - порядковый номер элементарного звена распределительной

сети;

А, Д],...^- определители, получаемые из системы (5); в, - проводимость утечки [См], относящейся к одному элементарному звену;

N - общее число элементарных звеньев; I- длина магистральных проводов, м.

Выражения (4) - (7) в общем виде справедливы для всех возможных режимов работы ЭВС. Однако элемента определителей, входящих в эти выражения, будут меняться в соответствии с изменениями в системе уравнений, отражающей граничные условия для конкретного исследуемого режима.

В некоторых случаях для уменьшения объема вычислений молено пользоваться представлением ЭВС в виде двух линий с распределенными параметрами, одна из которых эквивалентна магистральным проводам, а другие - распределительной сети. Наиболее простой эквивалентной схемой замещения ЭВС является цепь с сосредоточенными параметрами, когда магистральные провода заменяются эквивалентным четырехполюсником, а распределительная сеть - двухполюсником.

Разработанные математические модели ЭВС позволяют применять для их расчета самые разнообразные методы и, в частности, рассчитывать цепь методом графов.

Предложенные эквивалентные схемы замещения ЭВС и систем электрического инициирования зарядов позволяют рассчитать токи и напряжения в цепи, определить входное сопротивление, коэффициенты передачи по току и напряжению и другие характеристики, без которых невозможно рассчитать условия безотказного инициирования ЭД, определить производительность взрывного прибора, оценить степень влияния внешних факторов (блуждающих токов) и решить ряд других практических и теоретических задач в области электрического взрывания зарядов.

В третьей главе обобщена и развита теория безотказного инициирования зарядов.

Методика анализа ЭВС на безотказность инициирования ЭД основана на общепринятых положениях о том, что в ЭВС могут попасть ЭД1 с минимальным и ЭДг с максимальным импульсами воспламенения, причем их взаимное расположение в цепи произвольно и может иметь наиболее неблагоприятный характер, что учитывается соответствующими коэффициентами передачи по току. Эквивалентная схема ЭВС с выделенными ЭД показана на рис.2.

Рис. 2. Эквивалентная схема элекгровзрывной цепи: ПВ - прибор взрывания; МП - магистралные провода; РС - распределительная сеть

Магистральные провода и часть распределительной сети между выделенными ЭД1 и ЭДг представлены четырехполюсниками МП и РС; коэффициенты передачи по току:

а^УН, Р=кНо, ах=цИ0.

Пусть минимальным импульсом (Ктп) обладает ЭД) обтекаемый большим током, а максимальным (Хтах) - ЭДг, обтекаемый током в "а" раз меньшим, то есть рассматривается наихудшая из возможных ситуаций. Учитывая повышенные требования к надежности взрывных работ, такое допущение является оправданным.

Время воспламенения (Мв) наиболее чувствительного ЭД, определяется из уравнения:

|;:Г,в

где ^ - время от включения взрывного прибора до момента, когда ток достигает значения /н, С;

ед - первообразная функция, получаемая в результате интегрирования при определении импульса тока К\.

После определения рассчитывается время передачи в

(задержки) - достаточное для того, чтобы наименее чувствительный ЭДг успел получить до разрушения цепи импульс тока Кг > А'щах - из уравнения.

|[«-/1(0]2с11=Ктах ; (9)

«2

Если на входе ЭВС действует постоянное напряжение Щ, то выражение для допустимого входного сопротивления

а\(?0

Согласно выведенным для последовательной схемы соединения ЭД .соотношениям, если импульс воспламенения Кг наименее чувствительного ЭД в "п" раз больше импульса воспламенения К\ наиболее чувствительного ЭД, то для безопасного инициирования необходимое время передачи 9 должно быть в "п-1" раз больше времени воспламенения ЭД с минимальным импульсом воспламенения.

Если на входе ЭВС действует прямоугольный импульс напряжения, то помимо требований к его амплитуде необходимо учитывать и его допустимую минимальную длительность (т)

Если ЭВС расположена в зоне растекания блуждающих токов, то возможно (при нарушении изоляции) увеличение или уменьшение шшциирующего тока, что должно быть отражено в условиях безотказности.

При выводе условий безотказности в ЭВС с конденсаторными взрывными приборами получены следующие зависимости:

_ ДВХС Р В^игС~2КтЫКш)

1^СЯ2вх+2КтлхКвх-^и2С = 0, (13)

где С и и - соответственно емкость (Ф) конденсатора-накопителя и напряжение (В) на нем.

Известные из теории элекгровзрывания условия безотказности для конденсаторных взрывных приборов могут быть получены из (12) и (13) как частные случаи при значениях коэффициентов передачи по току равных единице, что соответствует простейшим цепям из последовательного соединения ЭД без утечек.

Выведенные формулы были использованы для исследования зависимости количества ЭД И, которое может быть инициировано взрывным прибором соответствующего типа, от коэффициента передачи а. Как показывают результаты расчетов, существуют максимальные

значения Ы, которое следует учитывать при разработке рекомендаций по применению того или иного взрывного прибора.

В диссертации разработана теория прибора взрывания нового типа - с индуктивным накопителем энергии. Если в качестве накопителя электрической энергии использовать катушку индуктивности, то можно заранее устанавливать необходимую максимальную величину протекающего через катушку тока, который при переключении катушки на внешнюю цепь не будет зависеть от сопротивления нагрузки. Возможность поддержания заранее заданного максимального значения тока в катушке и,, следовательно, в подсоединяемой к ней ЭВС независимо от величины входного сопротивления нагрузки является, при прочих равных условиях, преимуществом применения в приборе взрывания катушки индуктивности вместо конденсатора.

Допустимое максимальное сопротивление Л определяется из условия:

где Ь - индуктивность катушки, Гн;

/о- начальное значение тока через катушку, А.

Принципиально новым является также применение в приборах взрывания двух реактивных накопителей энергии разного типа (конденсатора и катушки индуктивности) одновременно. В работе дана принципиальная электрическая схема прибора взрывания с двумя разнородными накопителями. энергии и разработана соответствующая

(14)

2 К,

шах

Время передачи в:

(15)

теория. При использовании двух реактивных накопителей энергии общая методика анализа ЭВС на безотказность не изменится. Однако существенным является то, что независимыми переменными, характеризующими прибор взрывания, являются: ЭДС источника (определяющая напряжете на конденсаторе накопителе и ток через катушку индуктивности), емкость конденсатора - накопителя и индуктивность катушки. Изменяя эти параметры, можно регулировать производительность взрывного прибора и влиять на условия безотказности.

Четвертая глава посвящена вопросам совершенствования и повышения безопасности электрического взрывания на проходческих работах и в лавах. Проведенное в работе обобщение теории безотказного инициирования ЭД позволило найти принципиально новые решения в различных областях электрического взрывания и, в частности, при разработке новых приборов взрывания с улучшенными динамическими характеристиками. Это касается и автономных приборов взрывания с реактивными накопителями энергии, которые применяются на проходке и при выемке угля в лавах с применением взрывных работ. Если раньше в автономных приборах взрывания использовались только конденсаторы-накопители, то в соответствии с разработанной теорией конденсатор-накопитель может быть заменен катушкой индуктивности с током; причем такая замена имеет ряд преимуществ по сравнению с использованием конденсатора-накопителя., в частности, потому, что в индуктивных приборах ток, подаваемый во внешнюю цепь, не зависит от ее сопротивления.

Для условий проходческих работ разработан индуктивный прибор взрывания, испытания которого в лабораторных условиях дали положительные результаты (патент № 2073190 "Устройство

электрического взрывания"). Разработан также автоматический взрывной прибор (патент № 1817922), отличительной особенностью которого является автоматический предварительный контроль основных параметров ЭВС непосредственно перед подачей энергии в цепь. Контролируемыми параметрами являются ёмкость конденсатора-накопителя, сопротивление изоляции ЭВС, входное сопротивление цепи.

Если совершенствование элекгровзрывания на проходческих работах связано с совершенствованием средств инициирования, то повышение безопасности взрывных работ связано, прежде всего, с блуждающими токами, источником которых являются токоведущие рельсовые пути, проложенные в выработке. Проблемой защиты ЭВС и ЭД от опасного действия блуждающих токов занимались многие исследователи, как в России, так и за рубежом. Большой вклад в решение вопросов, связанных с защитой ЭВС от преждевременных взрывов блуждающими токами внес профессор М.И. Озерной, труды которого явились основой для дальнейшего развития теории блуждающих токов и совершенствования методики экспериментальных исследований.

Исследования в области воздействия блуждающих токов на ЭВС проводились В.Ф. Ермошиным, В.П. Колосюком, М.Н. Косачевым, В.М. Ручкиным, Г.П. Демидюком, А.Н. Бугайским, П.С. Залесским, И.Д. Авербухом, В.П. Кошелевым, А.И. Мочаром, Д.М. Кушнаревым и другими. Усилиями этих ученых и многих других исследователей удалось достигнуть ощутимых результатов в деле защиты зарядов от преждевременных взрывов блуждающими токами.

В условиях подземных горных разработок наибольшую опасность представляют электротяговые блуждающие токи. Для определения блуждающих токов в ЭВС рельсовые пути представлены

линией с распределёнными параметрами. В результате решения дифференциальных уравнений линии с использованием соответствующих граничных условий найдено распределение потенциалов и токов в рельсах, что, в свою очередь, позволило определить ток, проникающий в ЭВС в различных случаях. Например, для случая контакта проводов ЭВС с токоведущим рельсом и грунтом при консольной откатке ток 1ЭД через ЭД оказывается равным:

эд 2 (ДВХ+ДНГ М

(16)

с Ъ

к = ^ ПР 'ЛПЕР

V ПЕР

где Лпр - удельное продольное сопротивление рельсового пути, Ом/м;

Л пер - удельное переходное сопротивление рельс-грунт, Ом м;

12, £4 - длины соответствующих участков рельсового пути, м;

/-ток электровоза;

/?пх и /?ц - входное сопротивление системы и эквивалентное сопротивление ЭВС относительно точек втекания блуждающего тока, Ом.

Показано, что для повышения безопасности элекгровзрывных работ при прохождении горных выработок и взрывной отбойке полезных ископаемых на предприятиях с контактной электровозной откаткой следует применять ЭД пониженной чувствительности. Для анализа возможности инициирования ЭД пониженной чувствительности

применяемыми в настоящее время взрывными приборами были проведены аналитические и экспериментальные исследования.

При исследовании ЭВС, состоящих из ЭД, защищенных от блуждающих токов и зарядов статического электричества типа ЭД1-ЗТ (ТУ 84-638-80), найденное в результате экспериментов предельное допустимое сопротивление ЭВС (т.е. значение, ниже которого отказы не наблюдались) составило для взрывных приборов типа КВП-1/100 M - 28 Ом, для ПИВ-ЮОМ -30 Ом, КПМ-1 - 24 Ом, КМП-3 - 50 Ом. Сравнение результатов расчётов и экспериментов показывает их хорошую сходимость.

В результате производственных экспериментов с ЭД типа ЭД-ЗК установлено, что предельное сопротивление ЭВС Rnp составило для взрывных машинок типа КПМ-1А - 250 Ом, для КПМ-ЗУ 7?пр=360 Ом, ВМК-500 Лцр=820 Ом. С учетом запаса по производительности можно рекомендовать максимальное допустимое сопротивление ЭВС при использовании защищенных электродетонаторов типа ЭД-ЗК для взрывной машинки КПМ-1 А - 96 Ом, КПМ-ЗУ - 188 Ом, ВМК-500 - 530 Ом. Максимальное число одновременно взрываемых ЭД при их последовательном соединении (длина концевых проводов 4 м, магистраль длиной 100 м) для взрывной машинки КПМ -1А - 110 шт., КПМ-ЗУ - 230 шт., ВМК-500 - 650 шт.

Для наиболее полного исследования влияния различных случайных факторов на производительность взрывных приборов, получения достаточного количества данных, установления вероятностных параметров, характеризующих процесс инициирования, было проведено статистическое моделирование.

В результате статистического моделирования получены, в частности, гистограммы, по которым можно судить о реально

возможной (с соответствующей вероятностью) максимальной производительности приборов взрывания - как результата комплексного действия случайных факторов при инициировании.

Пятая глава посвящена вопросам повышения безотказности систем электрического инициирования зарядов при массовых взрывах. При проведении массовых взрывов широкое распространение получило инициирование ЭД от сетей переменного тока. Непосредственное включение ЭВС на синусоидальное напряжение осложняет выполнение условий безотказности, снижает надежность электровзрывания. В пятой главе обобщена теория инициирования от сетей однофазного и трехфазного тока. Разработаны приборы взрывания и индикаторы групповых отказов ЭД, предназначенные для применения на массовых взрывах. Рассмотрено влияние на ЭВС блуждающих токов различных горизонтов.

При включении ЭВС в сеть переменного тока величина импульса, который получает ЭД, будет зависеть помимо прочих факторов и от момента включения ЭВС в сеть и может существенно изменяться в зависимости от включения в той или иной точке синусоиды напряжения. Безотказный ток при этом определяется из формулы:

Использование формулы. (17) позволяет исследовать ЭВС различной структуры и сделать всесторонний анализ условий безотказности при инициировании переменным током. В работе получены конкретные рекомендации по величине синусоидального тока, который надо посылать в ЭВС для безотказного инициирования.

/

КтлхЦ32-Ктт/а1

Ь'ЕЗОТК

(17)

При проведении массовых взрывов на горных предприятиях для инициирования ЭД часто используют непосредственно шахтную трехфазную сеть, т.е. используют взрывные устройства с прямым включением. При этом трехфазная система используется обычно для питания сложной ЭВС, состоящей из трех групп ЭД (ветвей), каждая из которых подключается к своей фазе напряжения. В этом случае на токораспределение в ЭВС и, следовательно, на безотказность инициирования оказывают влияние такие факторы, как значения начальных фаз напряжения в каждой из трех групп системы в момент подачи тока в ЭВС, запаздывание во включении отдельных фаз друг относительно друга, не симметрия системы и другие.

Влияние перечисленных факторов существенно в том случае, если все три ветви ЭВС взаимозависимы и могут оказывать влияние друг на друга - случай "зависимой" системы. В зависимой системе ветви ЭВС находятся на таком расстоянии друг от друга, что взрыв в любой ветви может вызвать обрыв проводов других ветвей в результате разлета осколков горной массы. При этом время протекания тока в ЭВС фактически ограничивается временем срабатывания наиболее чувствительного ЭД в системе, включающей все три ветви, дополненным временем разлета осколков.

В независимой системе ветви ЭВС находятся на таком расстоянии друг от друга, что взрыв ЭД одной ветви не оказывает влияния на целостность других (не успевших еще получить достаточный для воспламенения импульс). Независимость системы должна также обеспечиваться и электрической схемой соединения ветвей ЭВС.

Общие условия безотказности инициирования ЭД в трехфазной системе можно записать в виде трех неравенств, которые должны выполняться одновременно:

К г аЬ > ^тах

К-г ьс > Ктлх • ^^

^2са>^тах.

при / г? /„ за А^тЬ

В (18) К2а» Кгъс, К2са - импульсы токов, получаемые ЭД, которые обтекаются наименьшими токами в группах, подключенных соответственно к фазам аЬ, Ьс и са, А2мс; Кт& - максимальный импульс воспламенения ЭД данной партии; /' - ток, протекающий через ЭД, А; Тпип - максимальное время срабатывания наиболее чувствительного ЭД, мс.

Как показывает анализ, отказы ЭД, как в зависимой, так и в независимой системах возможны из-за существенного влияния начальной фазы (момента включения) на распределение энергии в фазах системы. В зависимой системе к этому фактору добавляется некоторая разновременность (разброс) включения контактов отдельных фаз коммутирующего аппарата, что создает дополнительные условия для возникновения отказов.

Предотвратить отказы ЭД можно путем увеличения минимального значения тока, протекающего через ЭД. Однако с увеличением тока сокращается число одновременно взрываемых ЭД от одного источника питания. Минимальное значение постоянного безотказного тока значительно меньше перемешюго и обеспечивает более надежное инициирование. В связи с чем можно считать наиболее перспективным применение выпрямительных сетевых взрывных приборов.

Под руководством автора и при непосредственном его участии разработаны два новых типа сетевых приборов взрывания: высокой

СВТ-3 и средней СП-1 производительности. Сетевой выпрямительный тиристорный взрывной прибор СВТ-3 (а. с. № 1626802 предназначен для инициирования ЭД нормальной, пониженной и низкой чувствительности от трехфазных сетей переменного тока напряжением 380 В (или 660 В) при производстве массовых взрывов на предприятиях, не опасных по газу или пыли.

Сетевой взрывной прибор СП-1 (патент № 1811741) предназначен для эксплуатации в аналогичных условиях.

Несмотря на постоянное повышение качества средств взрывания и увеличение надежности взрывных работ, проблема предупреждения и индикации отказов не теряет своей актуальности и в настоящее время. При проведении массовых взрывов отказы часто имеют групповой характер. Автором предложен способ определения групповых отказов ЭД и устройство для его осуществления (а.с.№ 1732762). Способ разработан на основе теории энергетического баланса в ЭВС и том положении, что количество потребляемой цепью энергии зависит от количества сработавших ЭД при любой схеме их соединения.

На многих горных предприятиях тяговые подстанции, контактные сети и токоведущие рельсы различных горизонтов соединены между собой и образуют единую систему электроснабжения контактной электровозной откатки. Однако, одним из условий повышения безопасности элекгровзрывных работ в отношении блуждающих токов является предупреждение выноса опасного электрического потенциала в зону монтажа ЭВС. Это положение особенно важно соблюдать для обеспечения безопасности при производстве массовых взрывов, т.к. даже отключение электрической энергии на горизонте, где ведется монтаж ЭВС, как показано в работе,

не дает полной гарантии обеспечения безопасности в отношении блуждающих токов.

Электрический потенциал, который может быть вынесен с горизонта на горизонт, определяется потенциалом токоведущих рельсов и местом подключения кабеля, связывающего рельсовые пути различных горизонтов. В работе получены аналитические выражения для определения вынесенного с горизонта на горизонт потенциала; при этом использовались как методы теории поля, так и специальные методы расчета электрических цепей.

Как показывают расчеты и эксперименты, величина вынесенного потенциала может превышать 10В, что представляет несомненную опасность в отношении воздействия на ЭД. Для уменьшения зоны распространения блуждающих токов и повышения безопасности элекгровзрывания необходимо, чтобы рельсовые пути горизонта, где ведутся электровзрывные работы, не имели бы электрической связи с токоведущими рельсовыми путями других горизонтов.

В шестой главе рассмотрены вопросы повышения эффективности и безопасности электровзрывных работ на горных предприятиях, опасных по газу или пыли. Существенным фактором, повышающим безопасность и эффективность взрывных работ на рудниках и шахтах, опасных по газу или пыли, является применение искробезопасных систем взрывания. Для совершенствования, повышения эффективности и безопасности таких систем проведены исследования реактивных параметров ЭВС, обобщены условия безотказности при инициировании токами высокой частоты; разработаны: резонансный способ инициирования (а.с. № 698368), способ определения срабатывания ЭД (а.с. № 651618), способ

определения момента и энергии воспламенения вещества и устройство для его осуществления (а.с. № 1092397).

Существенной особенностью инициирования токами высокой частоты является необходимость учитывать реактивные параметры ЭВС как при расчете цепей, так и при выводе и использовании условий безотказности. Как показывают результаты вычислений, при фиксированном значении тока I величина импульса утрачивает свою зависимость от начальной фазы и частоты тока, начиная, приблизительно, с 4-5 кГц. При этом заданный ток и полное сопротивление цепи определяют требуемое входное напряжение (на зажимах прибора взрывания).

Начиная с 4-5 кГц, импульс можно вычислить по формуле:

в+*,) = /2г , (19)

где (¡в и 6\ - время воспламенения и время передачи наиболее чувствительного ЭД, с.

Величина тока /о на входе ЭВС, необходимая для срабатывания всех ЭД в цепи определяется по формуле:

Рг а\

2 \-0- ' (20)

где I] - действующее значение напряжения на выходе взрывного прибора, В;

1 - модуль комплексного входного сопротивления ЭВС, Ом;

Из формулы (20) можно получить формулу Дрекопфа, если приравнять единице коэффициенты передачи по току /? и а.

Для уменьшения влияния реактивных параметров ЭВС на величину тока, для облегчения выполнения условий безотказности,

уменьшения потерь энергии в проводах цепи можно искусственным способом создать в ЭВС резонансный режим.

Между магистральными проводами и распределительной сетью (с входной проводимостью У,,) можно включить дополнительный компенсирующий элемент (емкость) с проводимостью 7С. Тогда в цепи возможен частный резонанс - в распределительной сети или общий резонанс - на входе цепи.

Условие частного резонанса:

где - продольное сопротивление Т-образного эквивалентного магистральным проводам четырехполюсника, Ом;

Х2 - его поперечная проводимость, См.

В резонансном режиме происходит увеличение тока через распределительную сеть, которое сопровождается увеличением тока на входе ЭВС, что приводит к увеличению падения напряжения в магистральных проводах. Однако основной эффект - увеличение тока в распределительной сети позволяет, используя резонансный режим, существенно увеличить число одновременно инициируемых ЭД. Увеличение производительности взрывного прибора при использовании резонансного режима можно определить, ориентируясь на конкретные параметры ЭД, заданную схему их соединения и выходные характеристики прибора взрывания. Как показывают расчеты, производительность применяемых в настоящее время высокочастотных

(21)

Условие общего резонанса:

(22)

приборов взрывания может быть увеличена с помощью резонансного режима приблизительно на 40-50 %.

Повышения эффективности и безопасности электровзрывных работ, в частности, на предприятиях, опасных по газу или пыли, можно добиться, контролируя срабатывание ЭД в процессе инициирования с помощью оперативного тока высокой частоты.

Автором предложен способ определения срабатывания ЭД, основанный на изменении параметров ЭВС в процессе инициирования. Если одновременно со взрывным импульсом подавать в ЭВС высокочастотный измерительный сигнал, то отклик цепи на высокочастотное воздействие будет различным в различные этапы инициирования; кроме того, он будет зависеть от наличия отказов в цепи. Изменение структуры и параметров ЭВС в процессе инициирования в зависимости от того, все или не все ЭД сработали, использовано, в новом способе индикации отказов.

Для оценки взрывоопасности, среды, определения чувствительности взрывоопасной среды (или вещества) к искровому разряду, определения искробезопасных параметров системы электрического инициирования зарядов, а также для решения ряда других задач разработан способ определения момента и энергии воспламенения вещества и устройство для его осуществления (а.с. № 092397). Экспериментальные исследования предложенного способа в лабораторных условиях дали положительные результаты.

В седьмой главе рассмотрены наиболее эффективные средства предотвращения опасного воздействия блуждающих токов на ЭВС. Одним из таких средств является контроль уровня блуждающих токов. Применение для контроля блуждающих токов штатных (неспециальных) измерительных приборов сопряжено с рядом неудобств (трудность

подключения, несоответствие диапазонов измерения вариациям измеряемой величины, отсутствие блока запоминания и др.).

Под руководством и при непосредственном участии автора разработан специальный прибор контроля - сигнализатор блуждающих токов СБТ-2 (а.с.№ 1099693). С помощью прибора можно определить уровень блуждающего тока в различных условиях и зонах, в частности, в зоне предстоящего монтажа ЭВС. Пороговые значения токов срабатывания прибора выбраны в соответствии с критериями оценки интенсивности и опасности блуждающих токов. Если блуждающий ток превысит заданный (безопасный) уровень, то прибор начинает выдавать световой сигнал. Световой сигнал продолжается до выключения прибора взрывником.

Большое значение для выработки обоснованных решений имеет правильная оценка степени опасности блуждающих токов в зоне предстоящего монтажа ЭВС. Учитывая случайный характер изменения блуждающих токов, используя количественные характеристики их вероятностных законов распределения, а также для создания "запаса" безопасности, рекомендуется в качестве сравнительного критерия оценки опасности использовать одну треть безопасного тока ЭД.

Если максимальное значение тока / при измерениях меньше одной трети безопасного тока ЭД нормальной чувствительности, то условия являются не опасными, а зона, в которой это условие выполняется - безопасной. Если максимальное значение тока при измерениях больше одной трети безопасного тока ЭД нормальной чувствительности, но меньше одной трети безопасного тока ЭД пониженной чувствительности, то условия являются опасными, а соответствующая зона - опасной по блуждающим токам. В этом случае необходимо применять ЭД пониженной чувствительности или

специальными мероприятиями (отключение соответствующих потребителей, секционирование токоведущих рельсовых путей и т.п.) снизить уровень блуждающих токов до величины, меньшей одной трети безопасного тока ЭД нормальной чувствительности. Если максимальное значение тока при измерениях больше одной трети безопасного тока ЭД пониженной чувствительности, то условия (и соответствующая зона) являются особо опасными, что требует принятия специальных мер по снижению интенсивности блуждающих токов вплоть до отключения электроэнергии на соответствующих участках.

При оценке степени опасности токов статических разрядов, а также при кратковременном воздействии блуждающих токов в качестве критерия необходимо использовать величину энергии или импульса тока. Для определения степени опасности блуждающих токов в таких условиях разработан специальный прибор - счетчик опасных по блуждающим токам ситуаций СОБ-1 (а.с. № 1369465). Разработанные приборы контроля уровня блуждающих токов позволяют экспериментально определять степень их опасности на предприятии.

Исходя из результатов измерений блуждающих токов и аналитических исследований, можно рекомендовать конкретные мероприятия по повышению безопасности элекгровзрывных работ. При ведении электровзрывных работ вне штрека с токоведущими рельсами и использовании ЭД нормальной чувствительности для обеспечения безопасности соединительные и магистральные провода ЭВС необходимо располагать на расстоянии не менее 20 м от токоведущих рельсовых путей; при использовании ЭД пониженной чувствительности опасной будет только зона, непосредственно примыкающая к токоведущим рельсам - не более 1-2 м в перпендикулярном рельсам направлении. Все металлические конструкции, находящиеся в районе

монтажа ЭВС, в частности, трубопроводы, не должны иметь электрической связи с токоведущими рельсовыми путями. Если указанные правила выполняются, то монтаж ЭВС можно производить, не нарушая работы электровозного транспорта. Если в зоне монтажа ЭВС имеются другие источники блуждающих токов, например, токов утечки, то необходимо учитывать возможные проявления каждого из источников.

Для обеспечения безопасности и безотказности электровзрывных работ необходимо выполнять комплекс операций по измерению и контролю параметров ЭВС. Контролируемыми параметрами должны быть входное сопротивление и сопротивление изоляции ЭВС, а не только выходное сопротивление, как рекомендуется ЕПБ при взрывных работах. Только при нормальном состоянии изоляции возможно правильная оценка измерения входного сопротивления цепи и, в частности, применение критерия 10%-го отклонения от расчетного значения. Если сопротивление изоляции ЭВС контролировать непрерывно в процессе ее монтажа, то можно своевременно устранить возникающие нарушения. Это сделать гораздо легче, чем исправлять ошибки и устранять неисправности после полной сборки ЭВС. Автором разработан новый способ непрерывного контроля сопротивления изоляции ЭВС. Преимуществом способа являются его полная безопасность и удобство практической реализации (патент № 2022289).

Одним из наиболее эффективных способов предотвращения опасного воздействия блуждающих токов на ЭВС является применение безопасных систем электрического инициирования зарядов. Безопасной следует считать систему, в которой применены ЭД, устойчивые к воздействию блуждающих токов. Система с ЭД нормальной чувствительности предназначается для применения в условиях, ¡и

опасных по блуждающим токам. Система с ЭД пониженной чувствительности предназначается для применения в условиях, опасных по блуждающим токам (где их величина достигает 300 мА). Система с ЭД низкой чувствительности предназначается для применения в условиях, опасных по блуждающим токам, где их величина достигает 600 мА, а система с ЭД, не чувствительными к блуждающим токам -где их величина превышает 600 мА.

В работе даны конкретные рекомендации по применению различных приборов взрывания для инициирования ЭД различных по чувствительности типов, проводится сравнительный анализ безопасных систем электрического инициирования зарядов. Безопасным системам электрического инициирования зарядов следует отдавать предпочтение во всех случаях, когда на предприятии есть возможность превышения безопасного уровня блуждающих токов. Применение той или иной системы электрического инициирования зарядов должно быть обосновано и соответствующим образом отражено в паспорте буровзрывных работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены результаты исследований, которые решают важную народно-хозяйственную и социальную проблему -совершенствование и повышение безопасности технологии подземных горных работ на базе развития теории и средств элекровзрывания. Исследования включали в себя: анализ особенностей элекгровзрывания в системе буровзрывных работ, разработку математических моделей систем электрического инициирования зарядов, анализ электрических взрывных сетей, разработку теории безотказного инициирования при использовании реактивных накопителей энергии и источников

постоянного или переменного напряжения, анализ влияния блуждающих токов на ЭВС и ЭД, разработку способов и средств, повышения безотказности и эффективности электровзрывания, разработку средств по предотвращению опасных проявлений блуждающих токов в условиях подземных горных разработок.

Исследования позволили дать конкретные рекомендации по совершенствованию и повышению безопасности электровзрывания на проходческих работах и в лавах, при производстве массовых взрывов, на предприятиях, опасных по газу или пыли.

Основные результаты теоретических исследований, практические выводы и рекомендации следующие:

1. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработаны математические модели систем электрического инициирования зарядов и ЭВС, учитывающие, в частности, такие влияющие факторы, как распределенную утечку в магистральных проводах и сосредоточенные утечки в распределительной сети; выполнен анализ ЭВС, который послужил основой при разработке способов и средств повышения эффективности, безопасности и безотказности систем электрического инициирования зарядов.

2. Разработаны основы теории безотказного инициирования ЭД при использовании в приборах взрывания реактивных накопителей энергии: конденсатора, индуктивности или двух накопителей различного типа одновременно; положения существовавшей до настоящего времени теории оказываются частными случаями, полученных в работе более общих аналитических зависимостей; развита теория безотказного инициирования ЭД при использовании источников постоянного и переменного напряжения, при использовании трехфазной системы для инициирования. Результаты теоретических исследований подтверждены

•экспериментами в лабораториях и производственных условиях и статистическим моделированием.

3. Для условий проходческих работ и применения электровзрывания в лавах разработаны специальные взрывные приборы; исследованы электротяговые блуждающие токи токоведущих рельсовых путей штрека, обоснованы рекомендации по повышению безопасности и безотказности элекгровзрывных работ, в частности, по применению ЭД пониженной чувствительности.

4. На базе результатов теоретических исследований систем электрического инициирования зарядов при производстве массовых взрывов разработаны сетевые взрывные приборы высокой производительности, индикатор групповых отказов; рассмотрено влияние на ЭВС блуждающих токов различных горизонтов; даны рекомендации по безотказности и безопасности проведения массовых взрывов.

5. Исследование особенностей искробезопасных систем электрического инициирования зарядов, предназначенных для горных предприятий, опасных по газу или пыли, позволило разработать новый резонансный способ взрывания, способ определения отказов высокочастотным методом, что в свою очередь позволило повысить эффективность элекгровзрывания на высокой частоте.

6. Разработана методика контрольно-измерительных операций при электровзрывании, включающая в себя контроль сопротивления изоляции ЭВС и обеспечивающая безопасность процесса измерения и правильность толкования полученных результатов, разработан способ непрерывного контроля сопротивления изоляции ЭВС, сигнализаторы блуждающих токов.

7. В условиях подземных горных разработок наиболее опасным типом блуждающих токов являются элекгротяговые. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработан инженерный метод расчета электротяговых блуждающих токов, втекающих в ЭВС в различных случаях; разработана методика измерения элекгротяговых блуждающих токов и критерии оценки их опасности. Предварительная оценка степени опасности блуждающих токов на предприятии позволит правильно выбрать систему инициирования зарядов, более обоснованно и полно составить паспорт буровзрывных работ.

8. В работе даны результаты определения производительности применяемых в настоящее время взрывных приборов при использовании ЭД, защищенных от воздействия блуждающих токов и зарядов статического электричества типа ЭД-1-8-Т, ЭД-1-ЗТ и ЭД-ЗК; даны практические рекомендации по их применешпо.

9. Разработаны и внедрены общие и конкретные (для отдельных горных предприятий) рекомендации по совершенствованию электровзрывных работ, повышению безопасности и безотказности, которые отражены в 15 отчетах по научно-исследовательским работам (научным руководителем которых является автор), выполненным по заказам различных горных предприятий, НИИ и ведомств (таких как ТВМК, трест "Тулауголь", ВПО "Союзмедь", МакНИИ, ГИГХС, трест "Союзвзрывпром" и других), в период с 1975 по 1996 гг.

10. Применение разработанных в диссертации новых способов и приборов взрывания и контроля расширяет и улучшает арсенал средств и способов инициирования ЭД, повышает безотказность и эффективность взрывных работ, а также обеспечивает выполнение

необходимых требований по безопасности и достоверности контрольно-измерительных операций при элекгровзрывании.

11. Результаты диссертационной работы использованы при составлении "Перспективных технических требований к системам элекгровзрывания" (1989 г.), "Временной инструкции по замерам параметров электротяговых блуждающих токов и рекомендаций по обеспечению безопасного применения электровзрывания в условиях подземных горных выработок" (1984 г.), Единых правил безопасности при взрывных работах (1993 г) "Технических правил ведения взрывных работ в энергетическом строительстве" (1997 г.), технических требований на приборы взрывания и контроля и других документов.

Автором опубликованы 93 статьи, 2 монографии и 12 изобретений по теме диссертации. Одна монография, 14 статей и 1 патент опубликованы лично диссертантом; в остальных печатных работах автору принадлежат основные научные идеи и математические выкладки; автор участвовал во всех экспериментальных исследованиях, связанных с темой диссертации; он является автором методик проведения экспериментов и обработки полученных результатов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах (приводится сокращенный список):

Монографии

1. М.Н. Граевский, В.Ф. Ермошин, П.С. Залесский, М.И. Озерной, В.П. Колосюк, Л.Н. Куликов, И.С. Лазовер, Ю.П. Масков, Ю.С. Петров. Защита зарядов взрывчатых веществ от преждевременных взрывов блуждающими токами. / Москва: "Недра", 1987 г.

2. Ю.С. Петров. Основы теории элекгровзрывания./ Владикавказ: "Терек", 1998 г., 168 с.

Публикации

3. М.И. Озерной, Ю.С. Петров. Исследование воздействия блуждающих токов на электровзрывные цепи и обоснование безопасных параметров элекгродетонаторов. / Известия ВУЗов. Горный журнал, № 6, 1972 г., с. 137-145.

4. М.И. Озерной, Ю.С. Петров. Примените элекгродетонаггоров пониженной чувствительности для защиты электровзрывных цепей от опасного воздействия блуждающих токов. / Сб. "Взрывное дело", № 72/29, "Безопасность взрывных работ в шахтах", 1973 г, с. 92-96.

5. М.И. Озерной, Ю.С. Петров. Критерии оценки горных предприятий по степени опасности в отношении преждевременных взрывов зарядов сторонними токами. / Проблемы охраны труда. Тезисы Всесоюзной межвузовской конференции, Казань, 1974 г., с. 88-89.

6. Ю.С. Петров, И.М. Короткое. Индикация отказов при электровзрывании. / Электробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии СССР. Тезисы докладов I Всесоюзной НТК, Днепропетровск, 1975 г., с. 171-172.

7. Ю.С. Петров, И.М. Короткое. Контроль параметров электровзрывных цепей - необходимое условие повышения безопасности электровзрывных работ. /Сб. материалов конференции "Элекгробезопасносгь на горнорудных предприятиях", Днепропетровск, 1974 г., с. 209-212.

8. В.И. Щуцкий, Ю.С. Петров, И.М. Короткой. Обоснование допустимых норм на сопротивление изоляции электровзрывных цепей

при последовательном соединении электродетонаторов. / Известия ВУЗов. Горный журнал, № 5, 1977 г., с. 60-63.

9. В.И. Щуцкий, Ю.С. Петров, И.М. Коротков. Анализ электровзрывных цепей с помощью графов. / Известия ВУЗов. Горный журнал, № 7,1979 г., с. 106-110.

10. Ю.С. Петров, И.М. Коротков, С.П. Масков. Новый универсальный прибор для контроля электрических параметров взрывных сетей. / Деп. в ВИНИТИ № 3,1979 г., № 479, с. 13.

11. Ю.С. Петров, И.М. Коротков, С.П. Масков, М.Б. Штенцайг. Новая методика контрольно-измерительных операций при электровзрывании. / Деп. в ВИНИТИ № 5, 1979 г., № 478, с. 14.

12. Ю.С. Петров. Различные проявления блуждающих токов на горных предприятиях. / Элекгробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии СССР. Тезисы докладов Всесоюзной конференции, Днепропетровск, 1979 г., с. 256-258.

13. Ю.С. Петров, A.A. Богданов. Статистическое моделирование различных взаимодействий блуждающих токов. / Охрана труда и природной среды при добыче и обогащении полезных ископаемых. Тезисы докладов НТК, Талин, 1982 г., с. 67-68.

14. Г.И. Ковин, Е.В. Кубанцев, Ю.С. Петров. Определение безопасных расстояний до токоведущих рельсов контактной откатки рудников при ведении электровзрывных работ. / Известия Сев. - Кав. научного центра ВШ, 1983 г., с. 88-91.

15. Ю.С. Петров, O.JI. Королев, А.И. Чесноков. Повышение безопасности электровзрывных работ. / "Метрострой", № 8,1983 г., с. 4016. Ю.С. Петров. Влияние блуждающих токов контактной

откатки на безопасность ведения элекгровзрывных работ. / Известия ВУЗов. Горный журнал, № 4, 1983 г., с. 99-103.

17. Ю.С. Петров, Э.К. Каргиев, А.И. Чесноков, O.JI. Королев. Влияние блуждающих токов на электровзрывные сети при проходке выработок. / "Метрострой", № 3, 1984 г., с. 24-26.

18. Г.В. Кузнецов, В.Ф. Булатов, В.А. Кузовкин, В.Г. Симанов, А.

A. Германов, Ю. С. Петров. Временная инструкция по замерам электротяговых блуждающих токов и рекомендации по обеспечению безопасного применения электровзрывания в условиях подземных горных выработок. / Минцветмет, Госгортехнадзор СССР, Москва, 1984 г., с. 37.

19. Ю.С. Петров, Ю.П. Масков, A.A. Силаев, В.И. Васильченко,

B.В. Минаев. Исследования блуждающих токов и повышение безопасности электровзрывных работ. / "Гидротехническое строительство", № 8,1985 г., с. 41-44.

20. Ю.С. Петров. Блуждающие токи в горной промышленности. / Безопасность труда в промышленности, № 2, 1986 г., с. 53-54.

21. В.И. Щуцкий, Ю.С. Петров, И.М. Коротков. Аналитическое и экспериментальное исследование сопротивления изоляции элекгровзрывных сетей. / Горный журнал, № 4,1986 г., с. 43-46.

22. Ю.С. Петров, Ю.П. Масков. Электрические параметры электровзрывных сетей. / Депонирована в "ИНФОРМЭНЕРГО",

№ 2489-ЭН, 1987 г, с. 40.

23. Ю.С. Петров, И.М. Коротков, Ю П. Масков, С.П. Масков, A.M. Соин. Исследование схемных функций и частотных характеристик элекгровзрывных сетей. / Деп. в ЦНИИцветмет экономики и информации, № 1651-87, 1987 г., с.27

24. Ю.С. Петров, С.П. Масков. Совершенствование дистанционного управления взрывом на горных предприятиях цветной металлургии на основе использования микропроцессорной техники. .

Перспективы автоматизации горно-обогатительного производства цветной металлургии с применением микропроцессорной техники. (Тезисы докладов к Всесоюзному н/т совещанию), Москва, 1987 г., с. 1618.

25. Ю.С. Петров, С.П. Масков, Ю.В. Манжос. Исследование возможности использования индуктивного накопителя энергии в автономных взрывных приборах. / Снижение травматизма при взрывных работах в угольных шахтах. МакНИИ, сб. научных трудов ДСП, 1987 г., с. 129-137.

26. Ю.С. Петров, И.М. Короткое, А.Б. Михайлов. Определение срабатывания ЭД с помощью оперативного тока высокой частоты. /Снижение травматизма при взрывных работах в угольных шахтах. МакНИИ, сб. научных трудов ДСП, 1987 г., с. 120-129.

27. Ю.С. Петров. Совершенствование систем электрического инициирования зарядов. / НТК СК ГМИ, тезисы докл. Орджоникидзе, 1988 г., с. 230-231.

28. Ю.С. Петров. Оптимизация систем электрического инициирования зарядов на горных предприятиях цветной металлургии. / Тезисы докладов н/т совещания "Состояние и перспективы автоматизации производственных процессов цветной металлургии", Орджоникидзе, 1989 г., с. 48.

29. Л.И. Гаврильченко, О.И. Кашуба, Ю.С. Петров, Г.Г. Лютиков, В.М. Скоробогатов и др. Перспективные технические требования к системам элекгровзрывания. / Госгортехнадзор СССР, Информ.бюллетень № 11/930/-89, Москва, 1989 г., с. 20.

30. Ю.С. Петров, С.П. Масков, A.M. Соин. Исследование возможности инициирования электродетонаторов различной чувствительности современными взрывными приборами. / НТК,

посвященная 60-летшо СК ГМИ, тезисы докл., Владикавказ, 1991 г., с. 158-161.

31. Ю.С. Петров, А.А. Губарев, Ю.П. Масков. Воздействие блуждающих токов контактной откатки переменного тока на электровзрывные цепи. / Известия ВУЗов. Горный журнал № 2, 1992 г., с. 110-116.

32. Ю.С. Петров. Повышение эффективности электрического взрывания на проходческих работах. / Тезисы докл. НТК "Пути развития горного производства", Владикавказ, 1993 г., с. 77-80.

33. Ю.С. Петров, К.Х. Пагиев. Электронное устройство для контроля производства взрыва. / Тезисы докл. НТК "Пути развития горного производства", Владикавказ, 1993 г., с. 82-84.

34. Ю.С. Петров. Обобщение условий безотказности систем электрического инициирования зарядов. / НТК СК ГМИ, Владикавказ, 1993 г., с. 137.

35. Ю.С. Петров, Н.И. Бородин, Е.В. Кубанцев. Влияние блуждающих токов на элекгровзрывные цепи при проведении массовых взрывов. / Деп. в ВИНИТИ, 1994 г., № 2039-В94, с. 8.

36. Ю.С. Петров, К.Х. Пагиев. Разработка электронных устройств управления взрывом по радиоканалу. / Электронные приборы и системы в промышленности (НТК СК ГТУ, тезисы докл.), 1994 г., с. 38-40.

37. Ю.С. Петров. Влияние геометрии электровзрывной цепи на безопасность взрывания. / Теоретические и практические вопросы приложения начертательной геометрии в горном деле и геологии для решения инженерных и научных задач. Тезисы докладов международной конференции, Владикавказ, 1994 г., с. 91-92.

38. Ю.С. Петров. Электровзрывные цепи как линии с распределенными параметрами. / НТК СК ГТУ, посвящ. 50-летию Победы (тезисы докл.), Владикавказ, 1995 г., с. 56-57.

39. Ю.С. Петров. Теоретическое обоснование регулируемых параметров электрических приборов взрывания. / НТК СК ГТУ, посвящ. 50-летию Победы (тезисы докл.), Владикавказ, 1995 г., с. 63-64.

40. Ю.С. Петров. Математические модели электрических взрывных цепей. / Деп. в ВИНИТИ № 3204-В95, 1995 г., с. 21.

41. Ю.С. Петров. Исследование элекгровзрывных цепей в процессе инициирования. / Труды СК ГТУ, вып. 1,1995 г., с. 99-101.

42. Ю.С. Петров, К.Х. Пагиев, Е.В. Кубанцев. Непрерывный контроль параметров элекгровзрывных цепей относительно земли. / Тезисы докладов участников Н-ой международной конференции "Безопасность и экология горных территорий", Владикавказ. 1995 г., с.357-360.

43. Ю.С. Петров. Анализ возможности использования двух накопителей энергии в приборах электрического взрывания. / СК ГТУ, Юбилейный сборник, научные труды, Владикавказ, 1995 г., с. 57-59.

44. К.Х. Пагиев, Ю.С. Петров, А.В. Маслов. Совершенствование электронных устройств инициирования электродетонаторов и управления взрывом. / Труды СК ГТУ. Вып. 5, Владикавказ, 1998 г., с. 61-63.

45. Ю.С. Петров, Ю.П. Масков, А.Н. Зайва. Инициирование сложных элекгровзрывных цепей постоянным напряжением и импульсом напряжения прямоугольной формы. / Деп. в ВИНИТИ № 424-В98, от 12.02.98 г.

46. Ю.С. Петров, Ю.П. Масков. Особенности инициирования одиночного электродетонатора при длительном и кратковременном