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0　引　言矿用发爆器是根据《GB 3836》的有关规定设计制造的用于煤矿也可用于各种工程中以点燃电雷管的专用电气产品。尤其当用于煤矿井下含有瓦斯或煤尘爆炸性气体的危险场所时,产品的防爆、防尘和防潮等性能显得十分重要,目的就是为了保证煤矿的安全生产。在安全第一的前提下,长期以来,人们一直使用着一成不变的矿用发爆器,很少有人去思考如何改动它的结构和性能。随着电子技术、计算机技术的不断发展,矿用发爆器的结构和性能也应改进。1　前人所做的工作传统的矿用发爆器多为煤矿用电容式发爆器[1](以下简称发爆器)的系列产品。发爆器的规格(容量)按引爆电雷管的额定发数表示,其系列为:10发、25发、50发、100发、150发、200发等。1.1　发爆器基本功能　　(1)发爆器能引爆煤矿井下额定发数串联的镍铬桥丝工业电雷管。　　(2)发爆器有充电电压显示。　　(3)发爆器开关使用专用手把操作,开关的闭锁装置须能保证手把在“充电”位置时不能取下。开关必须转动灵活,接触和断开可靠,不允许有意外的供电现象。操作插孔须备有防尘帽。1.2　发爆器的主要电气性能　　(1)发爆器的电气性能在额定引爆发数、额定负载电阻、输出冲量、供电时间和充电时间等参数上都有严格规定。以100型为例,在额定负载(620Ω)范围内,发爆器的安全供电时间不大于4ms,发爆器的输出引燃冲量大于8.7A2·ms,发爆器电路充电时间小于等于20ms。　　(2)在发爆器中,对电气间隙和爬电距离也有严格的规定和要求,电气间隙是指两个裸露导体之间的最短距离。爬电距离是指两导体之间沿固体绝缘材料表面的最短距离,它与固体绝缘材料表面击穿电压有关。以100型为例,发爆器的输出端子(腔外)之间及输出端子与外壳裸露导电部位之间的最小电气间隙为22mm,最小爬电距离为32mm。　　(3)发爆器输出端子之间(内部电路断开)及输出端子与外壳裸露导电体之间的绝缘电阻,在室温条件下不小于50MΩ,经湿热试验后不小于Up/1000MΩ,Up为发爆器的输出电压峰值。1.3　发爆器的主要防爆性能　　(1)发爆器的防爆性能应符合GB3836.1,GB3836.2的有关规定。　　(2)发爆器应结构合理、坚固耐用、易于操作和调整、便于维修和携带。　　(3)发爆器外壳材质为酚醛玻璃丝塑料热压制造,抗拉强度不小于78.5×106Pa。　　(4)发爆器外壳静止部分的隔爆接合面的尺寸也有严格的规定,以100型为例,其隔爆接合面、操纵杆与杆孔隔爆接合面的最小有效长度为6mm,隔爆接合面边缘至螺孔边缘有效长度为6mm,隔爆接合面的最大间隙或直径差为0.3mm。2　矿用发爆器现存的问题通过对煤矿现场的实际调查,在发爆器的使用过程中主要存在着下列问题。2.1　能量问题现场应用中,由于发爆器的能量(引燃冲量)限度,有时有“哑炮”现象出现。于是,现场采用150型的发爆器来引燃100发雷管,用200型的发爆器来引燃150发的雷管。存在这种能量不足现象的主要原因与现场使用时的井下条件有着密切的关系,发爆器的工作地点距离电雷管爆炸地点很远,它们之间靠母线联接,母线越长,线路阻抗越大,尤其是母线使用的时间越长,接头越多,线路阻抗就越大,所以,母线和雷管在共同消耗着发爆器的能量,对这种普遍存在的问题,在发爆器的设计制造时应给予合理的考虑。2.2　功耗问题发爆器的电源多使用3节或4节高能电池组成的电池组供电。现场使用中,人们都希望发爆器越省电越好,频繁地更换电池,即加大了运行成本,又不方便操作。因此,现场迫切需要节电产品。降低功耗和提高能量是矛盾的,如何在保证能量供给的前提下,有效地降低功耗,是需要解决的重要问题。2.3　寿命问题发爆器的使用寿命的瓶颈在于秒延时开关的耐用程度,每次放炮时,秒延时开关都要在“充电”和“放炮”两档之间用力拔动,在频繁地开关和使用之后,开关内部的滑动触头首先损坏,因此,影响了整个产品的使用寿命,现场使用人员也不免抱怨。另外,频繁地打开后盖更换电池,也极易损坏隔爆接合面和其它部件。3　改进矿用发爆器的方法针对上述问题,通过研究和实验,找出了几点改进的方法。3.1　提高能量如前所述,发爆器的引燃冲量要大于等于8.7A2·ms,充分考虑电雷管的阻抗负载和母线的阻抗负载。由于发爆器引爆时输出电流的时间长短是固定的,所以引燃冲量的大小主要取决于输出电流的大小(引燃冲量是输出电流值与时间值的乘积)。提高能量的办法主要有以下几种:　　(1)提高电源电压等级。要提高能量,人们首先就会想到提高供电电源电压等级,在其它参数固定不变的情况下,改变电源电压的同时,对输出电流的过渡过程进行了跟踪测试,见表1。表1　电源对输出能量的影响电压/V电流/At=0+t=2mst=5ms稳定值60.80.90.60.430.50.60.30.2由表1可见,随着电源电压等级的提高,输出电流也随着提高,可满足引燃冲量的要求。　　(2)提高晶体管放大倍数。提高电源的电压等级(增加电池节数)固然可以提高引燃冲量,但是会使产品的成本增加、体积和重量增加。因此,必须寻求在电源电压不增加的前提下,能够提高能量的办法。在晶体管和脉冲升压变压器组成的振荡电路中[2],通过提高晶体管的放大倍数可以达到提高能量的目的。对两个不同的β值进行对比,从中选定理想的放大倍数,见表2。表2　β值对输出能量的影响晶体管β值/倍变压器副边空载电压/V变压器副边负载电压/V工作状况80800200无法工作16018001700正常工作由表2可见,β值为80倍时,虽然在空载时可获得变压器二次侧的电压,但当带负载之后,变压器二次电压已经降为200V,根本不能引爆电雷管,即无法正常工作。当β值提高到160倍时,无论在空载还是在负载条件下,都可获得理想的输出,保证发爆器能正常工作。因为提高晶体管的放大倍数,可以获得大的电流输出,从而提高变压器的容量和整个系统的带负载能力。　　(3)其它方法。可以采取提高升压变压器的匝数,增加储能元件的容量、耐压及降低漏阻等方法来获得理想的输出能量。3.2　降低功耗考查发爆器的能量消耗,主要在两个方面:一是瞬间引爆电雷管时的消耗;二是电容器频繁地充、放电所造成的消耗。前者是根本的需求,必须保证供给,而后者则纯属“浪费”,但是为了保证安全,又不得不这样做。即每次放炮后,都要很快地将电容器上的电能经放电电阻放尽,以保证母线接线柱两端无高电压,避免人身触及造成伤害。降低功耗可以在保证安全[3]的前提下,改变对电容器的频繁充、放电,可以控制在一个当班结束时放一次电。这样,在一个班的工作时间内,每次放炮电容器上的电能不等完全放尽,就可以接着再充电,而母线接线柱两端的电压不靠电容放电来消除,而应靠发爆器内部的自动通断来实现。避免了电容器的频繁充、放电,自然会使功耗大大地降低。3.3　延长寿命传统的发爆器的易损件主要是毫秒延时开关,由于它在每次放炮时都要用力拔动,内部弹簧做功的撞击力量很大,加上内部的滑动触片和触头的动态接触,这个机械的触点开关,必然使得开关在用过额定次数之后破损,开关的体积也占用了很大的空间。因此,可考虑改用无触点开关,放炮时间可由硬件延时电路或软件编程来自动实现,完全可以控制在国标要求的范围之内。4　结　论通过以上讨论,可以得出如下结论:　　(1)合理选择电源及振荡、升压、倍压电路中的晶体管、变压器和储能元件的参数,可以提高发爆器的引燃冲量。　　(2)改变传统的充、放电电路结构和毫秒延时开关等电路结构,可以降低发爆器的功耗,延长发爆器的使用寿命。　　(3)电路参数的合理选择、电路结构和电气元件的优化,不仅能完成矿用发爆器的基本功能,而且能更好地满足发爆器的电气性能和防爆性能要求,同时,还可以减小发爆器的体积和重量等。改进矿用发爆器性能的方法@刘东$北京联合大学自动化学院!北京　100101@刘双跃$北京科技大学土木与环境学院!北京　100083煤矿;;发爆器;;改进;;方法介绍了矿用发爆器的特殊性能。针对现场提出的问题,对发爆器的实际使用情况进行调研,测定发爆器的主要性能,讨论发爆器性能的主要影响因素,提出了改进矿用发爆器性能的方法。[1]　GB7958 1987,煤矿用电容式发爆器[S] [2]　康华光.电子技术基础(模拟部分)[M].第4版.北京:高等教育出版社,1999 [3]　卡耀武.中华人民共和国安全生产法[M].北京:煤炭工业出版社,2002

炮电容器上的电能不等完全放尽,就可以接着再充电,而母线接线柱两端的电压不靠电容放电来消除,而应靠发爆器内部的自动通断来实现。避免了电容器的频繁充、放电,自然会使功耗大大地降低。3.3　延长寿命传统的发爆器的易损件主要是毫秒延时开关,由于它在每次放炮时都要用力拔动,内部弹簧做功的撞击力量很大,加上内部的滑动触片和触头的动态接触,这个机械的触点开关,必然使得开关在用过额定次数之后破损,开关的体积也占用了很大的空间。因此,可考虑改用无触点开关,放炮时间可由硬件延时电路或软件编程来自动实现,完全可以控制在国标要求的范围之内。4　结　论通过以上讨论,可以得出如下结论:　　(1)合理选择电源及振荡、升压、倍压电路中的晶体管、变压器和储能元件的参数,可以提高发爆器的引燃冲量。　　(2)改变传统的充、放电电路结构和毫秒延时开关等电路结构,可以降低发爆器的功耗,延长发爆器的使用寿命。　　(3)电路参数的合理选择、电路结构和电气元件的优化,不仅能完成矿用发爆器的基本功能,而且能更好地满足发爆器的电气性能和防爆性能要求,同时,还可以减小发爆器的体积和重量等。改进矿用发爆器性能的方法@刘东$北京联合大学自动化学院!北京　100101@刘双跃$北京科技大学土木与环境学院!北京　100083煤矿;;发爆器;;改进;;方法介绍了矿用发爆器的特殊性能。针对现场提出的问题,对发爆器的实际使用情况进行调研,测定发爆器的主要性能,讨论发爆器性能的主要影响因素,提出了改进矿用发爆器性能的方法。[1]　GB7958 1987,煤矿用电容式发爆器[S] [2]　康华光.电子技术基础(模拟部分)[M].第4版.北京:高等教育出版社,1999 [3]　卡耀武.中华人民共和国安全生产法[M].北京:煤炭工业出版社,2002