POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

WYDZIAŁ GÓRNICZY

Projekt nr 1

PROJEKTOWANIE OBWODU STRZAŁOWEGO

STREFY ZAGROŻEŃ

WYKONAŁ:

MARIUSZ ŻOCH

Obwód strzałowy składa się z zapalarki, linii strzałowej i zapalników elektrycznych (ZE). Linie strzałowe składają się z zasadniczych (głównych) linii strzałowych, linii przodkowych, przewodów ochronnych, a w pewnych połączeniach zapalników elektrycznych także z anten. Zasadnicze i przodkowe linie strzałowe stosuje się wielokrotnie i chroni przed uszkodzeniem w czasie strzelania. Przewody ochronne łączą linię przodkową z przewodami zapalnikowymi lub obwodem zapalnikowym i przeważnie ulegają uszkodzeniu. Anteny stosowane w równoległych i trójpierścieniowych układach połączeń wykonane są z gołych przewodów i ulegają zniszczeniu podczas wykonywania robót strzelniczych.

Przy projektowaniu obwodów strzałowych należy uwzględnić:

— konieczność dostarczenia do każdego zapalnika dostatecznie dużego impulsu prądowego,

— warunki bezpiecznego strzelania ze względu na zagrożenie prądami błądzącymi,

— obecność wód zmineralizowanych przewodzących prąd elektryczny.

Prawidłowe wykonanie obwodu strzałowego ma zasadniczy wpływ na bezpieczeństwo robót strzelniczych. Bardzo ważny dla bezpieczeństwa jest stan izolacji przewodów obwodu strzałowego. W zależności od sposobu łączenia zapalników elektrycznych rozróżnia się następujące sposoby ich połączenia:

• szeregowe,

• równoległe,

• mieszane,

• trójpierścieniowe.

Połączenie szeregowe zapalników elektrycznych jest wtedy gdy przez wszystkie ZE przepływa jeden i ten sam prąd elektryczny. Opór obwodu złożonego z ZE połączonych szeregowo wyraża wzór

Ro = R l + n • R z

gdzie ;

Ro— opór obwodu, Rl_ — opór linii strzałowej, n — liczba zapalników połączonych szeregowo, Rz — opór Jednego ZE. Opór elektryczny określany jest w omach .

Do projektowania obwodów strzałowych przyjmuje się wartość Ro w zależności od klasy ZE i długości przewodów zapalnikowych. Duży opór obwodu strzałowego stawia wysokie wymagania dotyczące dobrej izolacji obwodu strzałowego. Samą linię strzałową można przy pewnych staraniach dobrze odizolować od ziemi, natomiast trudniejsze jest zapewnienie dobrej izolacji przewodom zapalnikowym. Zdarza się bowiem często, że w czasie ładowania otworów strzałowych zdarta zostaje izolacja przewodów zapalnikowych. W warunkach zawilgocenia lub obecności wód zmineralizowanych w otworze może to umożliwić upływ prądu z obwodu strzałowego do ziemi. Rezultatem tego jest zmniejszenie prądu przepływającego przez ZE, co może doprowadzić do niewypałów. Dopiero wprowadzenie połączeń niskooporowych, trójpierścieniowego i równoległego ZE (przy użyciu odpowiedniej zapalarki), pozwala ominąć trudności wywołane upływem prądu z obwodu strzałowego.

Połączenie szeregowe jest najczęstszym sposobem łączenia w praktyce górniczej.

Sposób ten ma wiele zalet, a mianowicie: — obwód strzałowy jest bardzo prosty i przejrzysty, przez co łatwiej

go wykonać,

— obliczenie i projektowanie obwodu strzałowego jest również bardzo proste,

— możliwa jest ocena poprawności wykonania obwodu strzałowego na stanowisku strzałowym na podstawie pomiaru wartości jego oporu,

• możliwe jest użycie lżejszych i tańszych zapalarek.

Do wad łączenia szeregowego ZE zalicza się:

— możliwość występowania niewypałów w przypadku prowadzenia robót strzelniczych w obecności wód zmineralizowanych,

• konieczność utrzymania dobrej izolacji przewodu strzałowego,

— konieczność stosowania wysokich napięć odpalających.

Połączenia równoległe zapalników elektrycznych

Połączenie równoległe ZE występuje wtedy, gdy prąd ze źródła energii elektrycznej, tj. zapalarki, przepływa więcej niż jedną drogą. W praktyce wyróżnia się dwa sposoby łączenia równoległego: skupione i rozłożone.

Przy połączeniu równoległym skupionym końce przewodów zapalnikowych wszystkich zapalników podłączone są do dwóch punktów (rozgałęzień).

Sposób ten można stosować przy małej liczbie odpalanych ZE, przy czym otwory strzałowe nie mogą być zbyt oddalone od siebie ze względu na ograniczoną długość przewodów zapalnikowych.

Przy założeniu, że opory wszystkich ZE połączonych równolegle są jednakowe, opór całego obwodu strzałowego oblicza się ze wzoru

Ro = R l + 1/n*Rz

gdzie Ro — opór obwodu, rl — opór linii strzałowej, n — liczba zapalników połączonych równolegle, rz — opór jednego zapalnika.

Wraz ze wzrostem liczby zapalników połączonych równolegle maleje wpływ ich oporu na całkowity opór obwodu strzałowego. Istnieje zależność liczby odpalanych zapalników elektrycznych w połączeniu równoległym od oporu linii strzałowej . Zwiększenie oporu linii strzałowej powoduje bardzo szybkie zmniejszanie liczby ZE możliwych do odpalenia. Połączenie równoległe ZE jest rzadko stosowane w praktyce, przede wszystkim ze względu na złożoność układu elektrycznego i potrzebę używania zapalarek o dużej mocy. Są to zapalarki specjalnie dopuszczone do odpalania obwodów w połączeniu równoległym i trójpierścieniowym. Zalety połączenia równoległego ZE wyłaniają się przy prowadzeniu robót strzelniczych w warunkach bocznikowania obwodu strzałowego, wskutek obecności wilgoci lub wody zmineralizowanej, tj. w miejscach, gdzie połączenie szeregowe jest nieprzydatne. Praktyka wykazała, że nawet przy zanurzeniu anten w wodzie zmineralizowanej, zapalniki połączone równolegle zostają pewnie zainicjowane. Z tych względów sposób równoległy łączenia ZE jest stosowany wszędzie tam, gdzie występują wody zmineralizowane i mamy do czynienia z upływem prądu zapalarki oraz pozostawaniem otworów zawiedzionych po odpaleniu przodku.

Uwaga . Należy pamiętać, że stosowanie anten z drutu aluminiowego w polach metanowych jest zabronione ze względu na iskry mechaniczne. Możliwe jest stosowanie anten miedzianych o przekroju 1 mm2, lecz wymaga to ustalenia szczegółowej konfiguracji anten przez Kopalnię Doświadczalną „Barbara".

NIEKTÓRE TYPY ZAPALAREK

— ZK-100 — odmiana zapalarki ZK-100 przeznaczona wyłącznie do odpalania ZE 0,2 A, połączonych szeregowo przy oporze obwodu do 360 omów (70ZE z 2-metrowymi przewodami Fe i 110 ZE z 2-metrowymi przewodami Cu).

— TZK-250 — zbliżona pod względem konstrukcji mechanicznej do zapalarki TZK-100, lecz o większej mocy, przeznaczona do odpalania ZE różnych klas w różnych rodzajach połączeń. Jej wydajność dla ZE 0,2 A wynosi: 20—70 ZE przy połączeniu szeregowym,75 ZE przy połączeniu równoległym, 300 ZE przy połączeniu szeregowo-równoległym, 150 ZE przy połączeniu trójpierścieniowym. Zapalarka TZK-250 może być również używana do odpalania ZE 0,45 A i wtedy można nią odpalić: 65 ZE przy połączeniu szeregowym, 35 ZE przy połączeniu równoległym, 130 ZE przy połączeniu szeregowo-równoległym, 70 ZE przy połączeniu trójpierścieniowym. Można też odpalać nią 70 ZE 2 A w połączeniu szeregowym.

• TZK-350 — przeznaczona do odpalania ZE 0,2 A, 0,45 A, 2,0 A w połączeniu szeregowym, szeregowo-równoległym lub trójpierścieniowym. Zapalarką tą można odpalać:

a) przy połączeniu szeregowym 145 ZE 0,2 A; 93 ZE 0,45 A;120 ZE 2,0 A;

b) przy połączeniu szeregowo-równoległym 700 ZE 0,2 A;350 ZE 0,45 A; 198 ZE 2,0 A;

c) przy połączeniu równoległym 75 ZE 0,2 A; 30 ZE 0,45 A. Masa zapalarki wynosi 3,5 kg. Ma ona obudowę z poliwęglanu ognioszczelną i wodoszczelną.

Zapalarkami kondensatorowymi są także zapalarki specjalne MN. TZ-20, TZ-20M i TZ-50 . Ich konstrukcja mechaniczna jest zbliżona do TZK-100.

POŁĄCZENIE SZEREGOWE ZAPALNIKÓW

Do zaprojektowania obwodu strzałowego używam przewodu strzałowego stalowego SY, którego opór wynosi 24 omy na 100 m długości, podwójnego przewodu. Do odpalenia zapalników zastosowana zostanie zapalarka ZK-100.W przodku zostanie odpalonych 30 ZE 0,2 A z przewodami 2 m Fe i rezystancji pojedynczego zapalnika 5 omów. Długość linii strzałowej 150 m podwójnego przewodu. W odległości 3 m od zapalarki ZK-100 umieszczam na przewodach zwierak, tak aby uniemożliwić przypadkowe odpalenie zapalników.

OBLICZENIA:

Obliczam opór linii strzałowej z proporcji:

24-100m

Rl-150 m Rl=(150*24)/100=36 omów

Opór obwodu wyznaczam ze wzoru:

Ro=Rl+n*Rz gdzie Rl=36 om , n=30 , Rz=5 om

Ro=36+30*5=36+150=186

Ro=186 omów

Z obliczeń wynika ,że obwód szeregowy jest prawidłowo zaprojektowany, a zastosowana zapalarka(mała gabarytami),jest odpowiednia do odpalenia, tak małej liczby zapalników. Wzór obwodu szeregowego znajduje się na stronie A.

POŁĄCZENIE RÓWNOLEGŁE ZAPALNIKÓW

Linia strzałowa została wykonana z przewodu niskooporowego miedzianego o oporze do 4 omów. Do odpalenia 40 ZE 0.2 A z dwumetrowymi przewodami Cu o rezystancji 3 omy. Do odpalenia zapalników zastosowana zostanie zapalarka TZK-250.Na linii strzałowej w odległości 3 m od zapalarki umieszczony został zwierak , w celu zminimalizowania prawdopodobieństwa przypadkowego odpalenia.

OBLICZENIA:

Ro=Rl+(1/n)*Rz gdzie Rl=4 om , n=40 , Rz=3 om

Ro= 4+(1/40)*3=4,075

Ro=4,075 om

Z powyższych obliczeń wynika ,że zapalarka TZK-250 została dobrana prawidłowo. Widok obwodu równoległego znajduje się na stronie B.

Część II

Określanie stref zagrożeń dla dowolnie wybranych warunków w kopalni odkrywkowej

STREFY NIEBEZPIECZEŃSTWA PRZY STRZELANIU

Odstrzały są połączone z zagrożeniem ludzi, urządzeń l budynków znajdujących się w strefie niebezpiecznej. Zagrożenie to może powstać wskutek

- rozrzutu odłamków,

- fali sejsmicznej,

- podmuchu.

1. Wielkość strefy rozrzutu odłamków

Według dotychczasowych poglądów promień rozrzutu odłamków jest proporcjonalny do zabioru i zależy od wskaźnika działania wybuchu.

Największą odległość rozrzutu, określająca strefę niebezpieczną, oblicza się ze wzoru

Rr = 20 * n*n * z

Gdzie : n - wskaźnik działania,

z - zabiór, [m].

W tabeli poniższej podałem przybliżone wielkości maksymalnego rozrzutu pojedynczych odłamków w zależności od zabioru i wskaźnika działania. W praktyce wzór powyższy nadaje się tylko dla zabiorów do 3 m. Rzeczywisty rozrzut należy określić doświadczalnie dla różnych warunków złożowych i terenowych.

Jednakże nawet najbardziej dokładna obserwacja rozrzutu odłamków nie daje całkowicie pewnych danych. Chodzi 'tu o to, że na maksymalne odległości lecą niewielkie tylko ilości odłamków, a kierunek i odległość ich padania są raczej przypadkowe. Dlatego też konieczne jest wykonanie bardzo dużej liczby takich badań, ażeby uzyskać wyniki określone i pewne. Jednakże pomimo największej liczby obserwacji nie można wykluczyć, że w rzadkich przypadkach pojedyncze odłamki polecą poza odległość ustaloną badaniami.

Zabiór [m]	Odległość rozrzutu, a
		n = 1,00	n= 1,25	n= 1,50	n = 1,75	n = 2,00	n = 2,25	N = 2,50
5	100	155	225	306	400	510	625
10	200	310	450	610	800	1020	1250
15	300	465	675	915	1200	1550	1875
20	400	625	900	1224	1600	2040	2500

Obliczenia wielkości rozrzutu odłamków :

Przyjmuje zabiór równy z=15m. , natomiast wskaźnik działania n=2,25

Wartości wstawiam do wzoru :

Rr=20*n*n*z

Rr=20*2,25*2,25*15=1518,75m

Rr=1518,75m

Z powyższych obliczeń wynika, że niektóre odłamki mogą polecieć na odległość nawet 1520 m.

Wielkość strefy działania fali sejsmicznej

Sejsmiczne działanie wybuchu polega na tym, że cząstki skalne doznają wskutek wybuchu przyspieszenia i przemieszczenia daleko poza granicami strefy kruszenia. W większych odległościach od miejsca wybuchu prędkość drgań cząstek skalnych spada znacznie wolniej niż w obrębie strefy kruszenia albo w jej pobliżu.

Rs=Q^0,5/γ

Q -ładunek MW odpalany natychmiastowo,

γ -0.1039 kg/m -przyjmuję z tabeli dla drgań o prędkości 1 cm/s

Q=100 kg

Rs=100^0,5/0,1039=10/0,1039=96,2 m

Rs=96,2 m

Strefa działania fali powietrznej przy strzelaniu

Promień działania podmuchu można określić ze wzoru Rp=Kp*Q

gdzie:

Rp - promień działania podmuchu m,

Kp - współczynnik proporcjonalności zależny od warunków wybuchu oraz od intensywności wyrządzanych zniszczeń ,

Q - ciężar ładunku, kg

	Sposób umieszczenia ładunku.
		ładunek na głębokości równej jego wysokości	Ładunek odsłonięty	Ładunek zwiększony
						n= 5	n = 2
Wielkość K
Brak uszkodzeń	10-50	50 - 150	5-10	2-5
Przypadkowe uszkodzenie oszklenia budynków	10 - 15	20 - 30	2-4	1-2
Całkowite uszkodzenie oszklenia częściowe uszkodzenie ram okiennych , drzwi i zniszczenie otynkowania i lekkich ścianek działowych	3- 5	6-8	1-1,5	0,5-1
Zburzenie wewnętrznych ścianek działowych, ram okiennych, drzwi i szop itd.	1,5 -2	5 -4	0,5-1
Zbliżenie nietrwałych budynków kamiennych i drewnianych, przewrócenie wozów, uszkodzenie sieci elektrycznej	0,5 - 1	1,5-2	zniszczenie w obrębie stożka działania
Wyłomy w trwałych ścianach murowanych, całkowite zburzenie budynków przemysłowych, uszkodzenie torowisk i mostów	Zniszczenie w obrębie stożka działania	0,5 - 1

Obliczenie strefy działania fali powietrznej przy strzelaniu

Dane: Kp=2, Q=100 kg

Rp=Kp*Q=2*10=20m

Z obliczenia wynika , że promień działania fali powietrznej przy strzelaniu wynosi:20m.

8

---