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一起对讲机引发电雷管早爆事故的理论分析

2017-05-24 15:21:54.0 责任编辑:崔玮娜

张艳  陈文基  陈家均

(葛洲坝易普力股份有限公司,重庆,400023)

摘  要:文章针对一起不当使用对讲机导致的早爆事故进行理论分析,提出合理可行的安全技术预防措施,对预防类似事故有借鉴作用。

关键词:对讲机;电雷管;早爆

 

1引言

某爆破现场,以普通导爆管雷管下孔装药完成后,爆破员领取8发电雷管并进行了导通测试,然后将电雷管脚线大部分剪掉,余下0.4m左右,开始在导爆管“把子”上绑击发电雷管,在捆绑第3个“把子”时,将剩余的5发电雷管脚线扭成麻花结(为方便使用时抽取,未进行脚线短路处理),放在左腿内侧地上附近,对讲机放在右腿外侧地上。第3个“把子”绑完后,爆破员左手拿起5发电雷管,此时有人使用对讲机呼叫,该爆破员正起身右手拿起对讲机并按下讲话按钮回话时,左手里的电雷管发生爆炸,造成爆破员左手小指、无名指炸伤,右小腿内侧及胸前皮肤较人范围的灼伤。

2早爆原因分析

事故发生当日为晴天,爆破作业区无电铲、电缆及其他供、用电设施,挖装设备全用的柴油;所用的击发电雷管管体长度约为50mm,8号瞬发金属管,起爆药为DDNP,加强帽为塑料加强帽,电引火药头为苦味酸钾系列引火头,电引火元件为普通弹性电引火元件,国标规定其安全电流小于等于200mA,从卡痕上来看收口尺寸正常,能满足抗拉性能。

从事故发生的内外环境来看,首先排除人为故意引爆电雷管的可能,其次排除由于碰撞、摩擦、静电等因素引爆电雷管,但在使用电雷管的过程中爆破员携带对讲机并进行了讲话;因而,引起电雷管爆炸的主要原因可能在于对讲机的不当使用:爆破员在按对讲机发射键(讲话)时,瞬间产生的射频电流引爆了左手的电雷管。以下进行详细理论计算、分析。

3对讲机引爆电雷管理论分析

3.1对讲机基本情况

使用的对讲机型号为TC-510,其功率:VHF为5W/2W,UHF为4W/2W。发射天线UHF为440~470MHz,对讲机所用锂电池型号为BL 130l,DC7.4V=1300mA·h/9.6W。

3.2对讲机产生的射频电流引起电雷管爆炸的理论计算

在具有射频的环境中,引线式电雷管其点火引出线为金属导线,电雷管的引线在电磁场中相当于天线,未短路的电雷管引线相当于接收天线,短路的电雷管引线可以看做一个环形天线,当引线式电雷管位于电磁场中时,引线中能感应出振幅和相位几乎相同的电流。两导线中反方向围绕电路旋转并通过桥丝的平衡模式电流,桥丝上感应出电流会产生热量,导致电雷管爆炸。

通过在极端情况下进行电磁危害分析,可以得到进入电雷管的射频功率[1]。结合天线理论可以从理论上计算出电雷管在不同发射源下的防射频电流安全距离[2],从而来验证此次事故在对讲机射频影响下爆炸的可能性。

3.2.1  计算所使用电雷管的不发火功率

本次事故中使用的电雷管属于热桥丝型的,每一种桥丝式电雷管由于其桥丝材料以及药剂的不同都有各自的脚-脚安全电流和全发火电流。普通电雷管的安全电流一般都较低,在各种复杂的电磁场环境中是一种敏感元器件,目前《工业电雷管》(GB 8031—2005)中规定,普通电雷管安全电流不小于200mA。本次所使用的电雷管桥丝电阻约为3Ω;脚线剪除部分后线长为0.4m;根据普通电雷管的不发火功率计算公式P=I2R,(I为安全电流,R为桥丝电阻最小值),其不发火功率为:

P=0.22×3=0.12W    (1)

已知对讲机的发射功率为5W(440~470MHz),从当时情况来看右手拿对讲机和左手拿雷管的距离不大于1m,现在假设距离为lm和0.5m处所产生的平均功率和电场强度。

3.2.2计算在对讲机辐射场的平均功率密度及平均电场强度

由于环境的复杂性,必须有这样的假设:

电磁辐射场为远场,即功率密度¯p近似为:

 8782.jpg

平均电场强度为:

 8783.jpg

式中Pe——对讲机辐射源的有效辐射功率;

    Zo——自由空间阻抗,120π,Ω;

    d——电雷管到对讲机发射源的距离。

    由于当时周围不存在其他发射源,就不考虑周围设备的的发射叠加,但考虑到发射天线的增益,式(2)由   8784.jpg     去除分母中的“4”而得。

表1是在上述条件下计算的对讲机辐射场的平均功率密度及电场强度值。

8791.jpg 

3.2.3  电雷管拾取射频功率的计算[1]

8785.jpg 

式中    Ae——电雷管等效天线的有效孔径,m;

    P——电雷管拾取的射频功率,W;

    ¯p电磁场平均功率密度,W/m2

    由于  8792.jpg  (频率较高),电雷管有效孔径计算按以下公式:

8786.jpg 

式中    G——天线方向性系数,其值与L/λ的值有关;

    λ——辐射波波长(c/,),m;

    c——光速,取c=3.0 ×108m/s;

    f——频率,MHz。

    L为天线长(此处即为剩余电雷管脚线长),单位为米。

    当L/λ≤1.7,G=0.353L/λ+1.5    (6)

    当L/λ>1.7,G=1.240L/λ   (7)

    对于剩余40cm脚线的电雷管来说,L/λ=0.11,所以采用式(6)代入式(5)中,得

8787.jpg 

    则电雷管在lm处的接收功率为[3]

8789.jpg 

    在0.5m处的接收功率为  8790.jpg。             

3.2.4计算对讲机与电雷管的安全距离

普通电雷管不发火安全功率应小于0.12W。

依据公式P=¯p×Ae计算:

8788.jpg 

得出安全距离d≥0.9m。

因而,在爆破员左手拿雷管,右手拿对讲机并成刚要站立的状态时,此时对讲机离电雷管的距离很可能小于0.9m,对讲机处于讲话状态时产生的射频电流引爆电雷管是完全可能的。

4结论

综合以上理论计算、分析,确定对讲机的不当使用是造成电雷管爆炸的原因。

5类似事故预防措施

(1)在杂散电流大于30mA的工作面或高压线射频电源安全允许距离之内,不应采用普通电雷管起爆[4]

(2)爆破作业尽可能少用电雷管,当电雷管运到现场后,使用前方可剪断脚线进行相应的检测,并将其脚线作短路处理;

(3)当电雷管进入炮区,对讲机、手机等必须处关闭状态[4]

(4)冬季爆破全部使用非电起爆系统,禁止使用电雷管;

(5)遇雷暴等恶劣气象,禁止进行与爆破器材相关的作业;

(6)在高压线、高压变压器50m范围内禁止使用电雷管进行爆破作业。

参考文献

[1]杜斌.对工业电雷管防射频安全距离计算结果的试验验证[J].火工品,2008(1):2l~22.

[2]姚洪志,等.工业电雷管安全距离综述[J].国防技术基础,2007(11):49~51.

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

[4]汪旭光,等.爆破安全规程[M].北京:中国标准出版社,2004.

摘自《中国爆破新进展》