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一起對講機引發電雷管早爆事故的理論分析

2017-05-24 15:21:54 責任編輯:崔瑋娜

張艷  陳文基  陳家均

(葛洲壩易普力股份有限公司,重慶,400023)

摘  要:文章針對一起不當使用對講機導致的早爆事故進行理論分析,提出合理可行的安全技術預防措施,對預防類似事故有借鑒作用。

關鍵詞:對講機;電雷管;早爆

 

1引言

某爆破現場,以普通導爆管雷管下孔裝藥完成后,爆破員領取8發電雷管并進行了導通測試,然后將電雷管腳線大部分剪掉,余下0.4m左右,開始在導爆管“把子”上綁擊發電雷管,在捆綁第3個“把子”時,將剩余的5發電雷管腳線扭成麻花結(為方便使用時抽取,未進行腳線短路處理),放在左腿內側地上附近,對講機放在右腿外側地上。第3個“把子”綁完后,爆破員左手拿起5發電雷管,此時有人使用對講機呼叫,該爆破員正起身右手拿起對講機并按下講話按鈕回話時,左手里的電雷管發生爆炸,造成爆破員左手小指、無名指炸傷,右小腿內側及胸前皮膚較人范圍的灼傷。

2早爆原因分析

事故發生當日為晴天,爆破作業區無電鏟、電纜及其他供、用電設施,挖裝設備全用的柴油;所用的擊發電雷管管體長度約為50mm,8號瞬發金屬管,起爆藥為DDNP,加強帽為塑料加強帽,電引火藥頭為苦味酸鉀系列引火頭,電引火元件為普通彈性電引火元件,國標規定其安全電流小于等于200mA,從卡痕上來看收口尺寸正常,能滿足抗拉性能。

從事故發生的內外環境來看,首先排除人為故意引爆電雷管的可能,其次排除由于碰撞、摩擦、靜電等因素引爆電雷管,但在使用電雷管的過程中爆破員攜帶對講機并進行了講話;因而,引起電雷管爆炸的主要原因可能在于對講機的不當使用:爆破員在按對講機發射鍵(講話)時,瞬間產生的射頻電流引爆了左手的電雷管。以下進行詳細理論計算、分析。

3對講機引爆電雷管理論分析

3.1對講機基本情況

使用的對講機型號為TC-510,其功率:VHF為5W/2W,UHF為4W/2W。發射天線UHF為440~470MHz,對講機所用鋰電池型號為BL 130l,DC7.4V=1300mA·h/9.6W。

3.2對講機產生的射頻電流引起電雷管爆炸的理論計算

在具有射頻的環境中,引線式電雷管其點火引出線為金屬導線,電雷管的引線在電磁場中相當于天線,未短路的電雷管引線相當于接收天線,短路的電雷管引線可以看做一個環形天線,當引線式電雷管位于電磁場中時,引線中能感應出振幅和相位幾乎相同的電流。兩導線中反方向圍繞電路旋轉并通過橋絲的平衡模式電流,橋絲上感應出電流會產生熱量,導致電雷管爆炸。

通過在極端情況下進行電磁危害分析,可以得到進入電雷管的射頻功率[1]。結合天線理論可以從理論上計算出電雷管在不同發射源下的防射頻電流安全距離[2],從而來驗證此次事故在對講機射頻影響下爆炸的可能性。

3.2.1  計算所使用電雷管的不發火功率

本次事故中使用的電雷管屬于熱橋絲型的,每一種橋絲式電雷管由于其橋絲材料以及藥劑的不同都有各自的腳-腳安全電流和全發火電流。普通電雷管的安全電流一般都較低,在各種復雜的電磁場環境中是一種敏感元器件,目前《工業電雷管》(GB 8031—2005)中規定,普通電雷管安全電流不小于200mA。本次所使用的電雷管橋絲電阻約為3Ω;腳線剪除部分后線長為0.4m;根據普通電雷管的不發火功率計算公式P=I2R,(I為安全電流,R為橋絲電阻最小值),其不發火功率為:

P=0.22×3=0.12W    (1)

已知對講機的發射功率為5W(440~470MHz),從當時情況來看右手拿對講機和左手拿雷管的距離不大于1m,現在假設距離為lm和0.5m處所產生的平均功率和電場強度。

3.2.2計算在對講機輻射場的平均功率密度及平均電場強度

由于環境的復雜性,必須有這樣的假設:

電磁輻射場為遠場,即功率密度¯p近似為:

 8782.jpg

平均電場強度為:

 8783.jpg

式中Pe——對講機輻射源的有效輻射功率;

    Zo——自由空間阻抗,120π,Ω;

    d——電雷管到對講機發射源的距離。

    由于當時周圍不存在其他發射源,就不考慮周圍設備的的發射疊加,但考慮到發射天線的增益,式(2)由   8784.jpg     去除分母中的“4”而得。

表1是在上述條件下計算的對講機輻射場的平均功率密度及電場強度值。

8791.jpg 

3.2.3  電雷管拾取射頻功率的計算[1]

8785.jpg 

式中    Ae——電雷管等效天線的有效孔徑,m;

    P——電雷管拾取的射頻功率,W;

    ¯p電磁場平均功率密度,W/m2

    由于  8792.jpg  (頻率較高),電雷管有效孔徑計算按以下公式:

8786.jpg 

式中    G——天線方向性系數,其值與L/λ的值有關;

    λ——輻射波波長(c/,),m;

    c——光速,取c=3.0 ×108m/s;

    f——頻率,MHz。

    L為天線長(此處即為剩余電雷管腳線長),單位為米。

    當L/λ≤1.7,G=0.353L/λ+1.5    (6)

    當L/λ>1.7,G=1.240L/λ   (7)

    對于剩余40cm腳線的電雷管來說,L/λ=0.11,所以采用式(6)代入式(5)中,得

8787.jpg 

    則電雷管在lm處的接收功率為[3]

8789.jpg 

    在0.5m處的接收功率為  8790.jpg。             

3.2.4計算對講機與電雷管的安全距離

普通電雷管不發火安全功率應小于0.12W。

依據公式P=¯p×Ae計算:

8788.jpg 

得出安全距離d≥0.9m。

因而,在爆破員左手拿雷管,右手拿對講機并成剛要站立的狀態時,此時對講機離電雷管的距離很可能小于0.9m,對講機處于講話狀態時產生的射頻電流引爆電雷管是完全可能的。

4結論

綜合以上理論計算、分析,確定對講機的不當使用是造成電雷管爆炸的原因。

5類似事故預防措施

(1)在雜散電流大于30mA的工作面或高壓線射頻電源安全允許距離之內,不應采用普通電雷管起爆[4]

(2)爆破作業盡可能少用電雷管,當電雷管運到現場后,使用前方可剪斷腳線進行相應的檢測,并將其腳線作短路處理;

(3)當電雷管進入炮區,對講機、手機等必須處關閉狀態[4]

(4)冬季爆破全部使用非電起爆系統,禁止使用電雷管;

(5)遇雷暴等惡劣氣象,禁止進行與爆破器材相關的作業;

(6)在高壓線、高壓變壓器50m范圍內禁止使用電雷管進行爆破作業。

參考文獻

[1]杜斌.對工業電雷管防射頻安全距離計算結果的試驗驗證[J].火工品,2008(1):2l~22.

[2]姚洪志,等.工業電雷管安全距離綜述[J].國防技術基礎,2007(11):49~51.

[3]姚洪志,等.電雷管的射頻安全性[J].爆破器材,2008,37(2):5~6.

[4]汪旭光,等.爆破安全規程[M].北京:中國標準出版社,2004.

摘自《中國爆破新進展》


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