关于导爆管起爆网路形式分类方法和可靠度的探讨

杨诗杰，周明安，张佩晴，李笛申，邓杰文

(国防科技大学 土木工程系， 湖南 长沙 410072)

关于导爆管起爆网路形式分类方法和可靠度的探讨

杨诗杰，周明安，张佩晴，李笛申，邓杰文

(国防科技大学 土木工程系， 湖南 长沙 410072)

导爆管起爆网路形式如何分类及其可靠度计算对爆破工程的设计与教学有着非常重要的影响，目前的分类方法基本沿用电路分析的分类形式，在面对一些规模较大、网路形式复杂的工程爆破问题时，其局限性逐渐凸显。而且导爆管起爆网路的网路施工质量和传爆、起爆性能等无法用仪表进行检测，为了克服这些问题，利用概率统计方法分析起爆网路的可靠性及其影响因素，并提出一种新的网路形式的分类方法，依托Visual Basic6.0和Access软件，开发出一套起爆网路可靠度分析软件，计算、分析和判断各导爆管起爆网路的可靠度，找出影响起爆网路可靠度的因素及其规律，对于预防拒爆、保证安全以及设计更为合理的起爆网路具有非常重要的意义。

概率统计方法；导爆管起爆网路；可靠性分析；评估软件

目前，导爆管起爆网路在各种行业的爆破工程中广泛应用。自从塑料导爆管起爆系统在我国于1979年研制生产以来，经过30多年的发展，对导爆管起爆网路的理论研究愈加深入，导爆管起爆系统呈现延期时间精确化、网路连接便捷化、网路形式多样化的趋势。但由于导爆管起爆网路目前还没有切实可行的仪器探测手段，所以在进行导爆管起爆网路设计时，通过概率统计的方法来选择可靠度较高的起爆网路对降低网路失效率，提高爆破效果和保证工程的安全性具有重要意义。

导爆管起爆网路可靠度分为相对可靠度和绝对可靠度，相对可靠度是指只考虑起爆元件的可靠性和起爆网路的设计结构等因素决定的起爆网路的可靠度。绝对可靠度是指综合考虑各种人为因素和系统因素的综合影响，是实际可靠度，本文主要对导爆管起爆网路的相对可靠度进行分析。

1 传统的导爆管起爆网路形式及其可靠度分析

1.1 串联网路形式

把起爆组合雷管上的导爆管联结在传爆连接件上，然后再把传爆联结件串联起来(见图1)。

图1 导爆管串联网路

若该系统由n个元件串联而成，即该系统称为单路系统，只有每个元件都正常工作，系统才能正常工作。因此，串联系统的可靠率R为：

式中，RS为系统的设计可靠度；Ri为第i个元件的可靠度。

1.2 并联网路形式

把起爆组合雷管并联在传爆连接件上(见图2)。

图2 导爆管并联网路

由k个独立元件组成的并联系统，有如下关系：

Rs=R1∪R2∪...∪Rd

由于各元件相互独立，则系统的可靠度为：

1.3 混联网路形式

混式连接网路中同时具有串联和并联的连接形式。它包括起爆雷管和传爆连接原件的串联和并联。混式起爆网路适用于装药个数多且成多列布置的情况(见图3)。

图3 导爆管混联网络

显然，这套网路的设计可靠度Rs应该是：所有各排最后一个炮孔的可靠度值中的最小值，即：

Rd=minRdj(j=1,2，…，n)

Rdj=Rdj1Rdj2

式中，Rdj1、Rdj2分别为第j个雷管对应的干线与支线的设计可靠度。

式中，Ri为传爆干线上各传爆节点的设计可靠度。

式中，Ri1为传爆支线上各传爆节点的设计可靠度。

1.4 传统分类方法的不足

传统网路形式分类方法引自于电路分析，电路分析中只有当各个元件连接形式为一闭合回路时，电路电流才能传递，整个电路系统才能正常工作。但爆轰波传播特性不同于电流，爆轰波在起爆网路中的传播具有单向性，传播过程并不要求起爆网路一定闭合，所以这种网路形式分类方法在引用概念上就存在与原本定义命题前提不一致的问题。另一方面，传统网路形式分类方法应用到导爆管起爆网路后，在概念上存在偏差。以图4并联网路为例，在电起爆网路定义中，并联网路是将两个同类或不同类的元件、器件等首首相接，同时尾尾亦相连的一种连接方式。而实际工程中的导爆管并联网路，其网路形式并不要求尾尾相连，与上述定义明显不符，在概念上存在偏差。

在实际工程应用方面，这种网路分类方法在面对一些复杂的工程爆破网路时，不能涵盖其全部网路连接的特点，分类形式存在明显的局限性，从而给起爆网路的一些特征分析(如可靠度)带来了困难，这也就需要对传统的网路分类方法进行改进。

图4 电起爆并联网路

2 导爆管起爆网路分类方法的改进及分析

2.1 簇联式网路

将炮孔内引出的导爆管分成若干束，每束导爆管按照“一把抓”的形式捆联在一发(或多发)导爆管传爆雷管上(见图5)，将这些导爆管传爆雷管再集束捆联在上一级传爆雷管上，直至用一发或一组起爆雷管击发即可以将整个网路起爆。这种网路简单、方便。多用于炮孔比较密集和采用孔内延时组成的网路连接中。

图5 导爆管簇联式起爆网路

2.2 分流接力式网路

从击发点出来的爆轰波利用其单向和分流传递特性，通过导爆管、导爆管继爆管、传爆元件或分流式连接元件逐级接力传递下去并引爆装在药包中的导爆管雷管使网路中的药包起爆(见图6)。同时，利用雷管延期时间的累加性，还可达到各传爆点不同时间爆破的目的。

图6 导爆管分流接力式起爆网路

2.3 闭合式网路

闭合网路与上述导爆管网路不同，它的连接元件是塑料套管接头(或塑料反射四通接头)和导爆管。利用爆轰波反射特性和这种反射式连接元件，通过连接技巧，把导爆管连接成网格状多通道的起爆网路，提高网路传爆的可靠性(见图7)。

图7 导爆管闭合网路

3 复杂系统起爆网路设计可靠度

3.1 布尔展开定理分析法

以图8起爆网路为例，运用布尔展开定理分析该网路的可靠度。

图8 桥形网路

起爆网路系统的可靠度为：

则Rd=R3(R1+R2-R1R2)(R4+R5-R4R5)+q3(R1R4+R2R5-R1R4R2R5)

对同一系统的元件，可认为Ri=R,qi=q=1-R，

则该起爆网路的可靠度为：

3.2 全概率分析法

全概率公式为：

P(A|Bi)为条件概率公式，表示在事件Bi发生的条件下事件A发生的概率，Bi之间为互不相容事件。

利用全概率公式将复杂起爆网路分解为简单的串联或并联网路，进而可以进一步计算起爆网路可靠度。

4 起爆网路中传爆雷管失效相关性近似处理

事实上，起爆网路中的各传爆雷管并不是相互独立的，假定每个传爆雷管相互独立是基于每个雷管的失效原因不同，实际情况是这些雷管失效往往具有共同的原因。

目前由于同一个厂家生产相同一批雷管的生产条件、作业程序、人员素质和相关环境都相同，所以这些雷管往往具有失效相关性，相应的雷管可靠度也比较接近。所以，不考虑各传爆雷管的排序问题，假定每个雷管的条件关联系数相同。即：

λ1=0；λi=λ0=常数(i=2,3,…n)

(1)

假定条件关联系数基本值λ0与厂家的生产水平等级和工人素质等级M二者存在线性关系如下：

λ0=0.05M+0.35(M=8～10级)

(2 )

所以，对串联起爆网路系统来说，如果考虑传爆雷管失效相关性，则有：

对并联起爆网路系统来说，如果考虑传爆雷管失效相关性，则有：

将上文分析假定得出的式(1)和式(2)两个条件带入，则有：

5 起爆网路可靠度计算软件

对于一些工程规模较大且比较重要的爆破项目，导爆管起爆网路的分段数达到几百甚至几千段，这种网路的复杂程度很高，难以直接利用上述方法进行计算。况且这些工程起爆网路的设计形式对工程爆破的成功与否起着至关重要的作用，不同的起爆网路的敷设形式，对应着不同的可靠度，所以，利用上文介绍的概率统计方法编写一个可靠度软件来计算起爆网路的可靠度，并选择最合理的起爆网路，对预防拒爆现象的发生具有重要意义。

利用VB语言编制出“导爆管起爆网路可靠度计算软件”，界面见图9。

图9 导爆管起爆网路可靠度计算软件工作界面

导爆管起爆网路可靠度计算软件由登录界面和工作界面两部分组成，其中工作界面有4个窗口：

(1) 参数控制窗口。该软件总共有10个基本参数：炮孔排数n，爆破工程设计方案中的实际炮孔排数；每排炮孔孔数m，实际使用主爆区每排炮孔孔数，一般情况下每排的炮孔数设计值相等，如果主爆区的炮孔数不完全相等，则输入起爆网路中数量最多的炮孔孔数；传爆节点并联雷管数，默认值为2发；导爆管雷管可靠度(95%置信度)：默认值为97.5%；传爆雷管条件关联系数：默认值为0.75；干线雷管名义延期时间，默认值为42 ms；支线雷管名义延期时间，默认值为25 ms；雷管名义误差时间，默认值为3 ms；节点所在排数i，根据实际方案情况输入；节点所在孔数j，根据实际方案情况输入。

(2) 可靠度计算结果输出窗口。用来输出计算结果，共有节点可靠度、节点延期时间(ms)、系统可靠度、前后排不窜段节点j。

(3) 起爆网路示意图窗口。显示起爆网路整体示意图。

(4) 提示栏窗口。用于提示整个软件运算的过程及出现的问题故障，如计算成功、参数输入错误等。

6 结 语

(1) 导爆管网路广泛应用于各类爆破工程中，起爆网路的形式也变得越来越多样化。但传统的网路分类方式在概念上和实际工程应用上都存在问题。采用簇联式、分流接力式、闭合式3种网路形式分类，对起爆网路形式的分析更加清晰明了。

(2) 通过分析各种基本起爆网路的可靠度计算方法并编制可靠度计算软件，可以得出，要想获得高可靠性的起爆网路，降低拒爆情况的发生概率。第一，在实际工程设计中，首先必须明确了解网路中每个元件的可靠度，以及对元件可靠度影响的各种因素(如出厂时间、雷管相关性、距离、温度、湿度等)，并将这些因素考虑到实际的网路设计中。第二，要根据工程的实际情况设计出不同的起爆网路方案，通过起爆网路可靠度计算软件运算后，对方案作出进一步的评价和选择。

[1]崔晓荣,李战军,周听清,等.拆除爆破中的大规模起爆网路的可靠性分析[J].爆破，2012，29(6).

[2]江小波,饶辉灿,向华仙，等.三峡三期下游围堰爆破拆除起爆网路[J].工程爆破，2007(9).

[3]何斌全,高宇梁,张德明,等.中深孔切槽爆破设计与起爆网路可靠性分析[J].爆破，2014(12).

[4]张正宇,等.塑料导爆管起爆系统理论与实践[M].北京:中国水利水电出版社，2009.

[5]马建军,黄风雷.导爆管起爆网路设计及其可靠性研究[J].矿冶工程，2002(2).

[6]谭 海,陈先锋,任高峰,等.导爆管起爆网路图示图例规范的探讨[J].金属矿山，2011(5).

,黄东方,张万利,等.导爆管起爆网路连接方式探讨[J].爆破,2008(6).(

2016-02-17)

杨诗杰(1995-)，男，甘肃文县人，弹药工程与爆炸技术专业学士，Email：15200869124@163.com。