Введение к работе
Актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью исследования и анализа влияния параметров электровзрывной цепи на повышение эффективности и безопасности технологии проведения взрывных работ; необходимости обоснования критериев электромагнитной совместимости системы электрического инициирования зарядов взрывчатых веществ; недостаточным до настоящего времени исследованием влияния топологии электровзрывной цепи на безотказность и безопасность электровзрывания при использовании современных средств взрывания.
В современных экономических условиях на промышленных предприятиях, использующих технологии электровзрывания, всё более жёсткими становятся требования ко времени расчёта и проектированию электровзрывной цепи, а как следствие – возрастают требования к эффективности самого взрывного процесса. Для повышения эффективности необходимо использование современных систем автоматизации проектирования.
Выполнение автоматизации проектирования систем электровзрывания и определения параметров электровзрывной цепи позволяет повысить эффективность работы системы электровзрывания, одновременно решив проблему информационного взаимодействия отдельных составляющих электровзрывного комплекса.
Выявленные особенности функционирования электровзрывного комплекса определили необходимость разработки методик моделирования и анализа электровзрывного комплекса как системы.
Всё это приводит к изменению методов определения и расчёта параметров электровзрывной цепи и требований к ним по сравнению с теориями электровзрывания, разработанными в предыдущие десятилетия.
Цель работы заключается в разработке моделей, методов и алгоритмов автоматизированного проектирования эффективных систем электрического инициирования зарядов взрывчатых веществ, а также разработка комплекса мер и рекомендаций по повышению безотказности и безопасности работы системы электрического инициирования зарядов.
Реализация поставленной цели обусловила решение следующих задач:
- анализ математической и физической моделей электровзрывных цепей и средств электрического инициирования зарядов;
- анализ влияния параметров электровзрывной цепи и системы электрического инициирования зарядов на безопасность проводимых горных работ;
- определение критериев оптимизации электромагнитной совместимости и анализ электромагнитной совместимости систем электрического инициирования зарядов;
- автоматизация проектирования системы электровзрывания и расчёта параметров составляющих элементов системы;
- разработка комплекса мер и рекомендаций по повышению безотказности и безопасности работы системы электрического инициирования зарядов.
- разработка машинно-ориентированных алгоритмов для проектирования систем электровзрывания.
Методы исследований – при выполнении настоящей диссертационной работы были использованы математические методы, в частности, метод Монте-Карло; аналитические методы исследований (теория четырёхполюсников, переходных процессов); моделирование и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях. Также использовались функциональные и системные методы расчёта, такие как представление электровзрывной цепи каскадным соединением четырёхполюсников, определение параметров системы электровзрывания на основе обобщенных экспоненциальных воздействий, графоаналитический метод определения параметров системы электровзрывания.
Требуемые вычисления, расчёты и обработка полученных данных производилась с помощью компьютерной техники и прикладных программ, в частности MathCAD 14, Maple 10, Excel 2003.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1) Разработан графоаналитический метод определения параметров безотказного срабатывания электродетонаторов в электровзрывной цепи, позволяющий с достаточной для практических целей точностью реализовать возможность оперативного расчёта электровзрывной цепи в промышленных условиях.
2) Получен алгоритм расчёта зависимости параметров электровзрывной цепи от величины шунтирующего резистора позволяет легко и с достаточной точностью рассчитать величину сопротивления шунтирующего резистора, необходимую для практически полного разряда конденсатора во взрывном приборе за требуемое время. Приведённая методика позволяет также рассчитать величину КПД электровзрывной цепи и выбрать такое значение сопротивления шунтирующего резистора, при котором величина КПД будет максимальной.
3) Разработаны алгоритмы определения взаимозависимости параметров прибора взрывания и электровзрывной цепи, позволяющие легко и с высокой степенью достоверности рассчитать необходимые величины для проведения электровзрывания с максимальной эффективностью.
4) Разработан сетевой прибор взрывания с контролем изоляции электровзрывной цепи, что позволяет в полтора-два раза повысить эффективность и безотказность электровзрывания.
5) Разработан высокочастотный электродетонатор, что позволит проводить инициирование зарядов взрывчатых веществ током определённой частоты и исключить инициирование электродетонаторов блуждающими токами.
Новизна работы заключается в следующем:
1. Впервые для систем электровзрывания разработаны методы и алгоритмы для автоматизированного проектирования системы электровзрывания и определения необходимых параметров, что позволяет эффективно определять безотказность функционирования системы электровзрывания.
2. Разработаны новые подходы к моделированию электровзрывной цепи и систем электрического инициирования зарядов, ориентированные на использование в составе САПР электровзрывания.
3. Предложен графоаналитический метод расчёта электровзрывных цепей, позволяющий эффективно определять условия безотказности системы электровзрывания непосредственно в производственных условиях.
4. Определены оптимальные значения параметров электромагнитной совместимости систем электровзрывания с учётом современной энерговооружённости горнорудного производства.
Научная новизна работы подтверждается, в частности, получением патента на изобретение № 2333459 «Сетевой прибор взрывания с контролем изоляции цепи», а так же патентом на полезную модель № 81309 «Высокочастотный электродетонатор».
Реализация результатов работы. Результаты работы были использованы при проектировании взрывных работ на ЗАО «Шахтострой-Сервис» и ОАО «Кавдоломит» (г. Владикавказ).
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на конференциях и семинарах: на ежегодных научно-технических конференциях СКГМИ (ГТУ) (2004-2008гг); на расширенных заседаниях кафедры “Теоретическая электротехника и электрические машины”; на технических семинарах в НТК «Юг-Цветметавтоматика» (г. Владикавказ); семинаре «Инженерная защита окружающей среды» в рамках «Недели горняка 2008» Московского горного государственного университета.
Публикации. Основные положения настоящей работы опубликованы в 14 статьях, из них 6 в журналах из Перечня издательств ВАК. Так же по результатам работы получено 2 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 144 страницах машинописного текста и содержит 4 таблицы, 101 формулу, 49 рисунков, список литературы из 107 наименований.
