CN1030826A - 短线时序点火装置 - Google Patents

Abstract

一种短线时序点火装置，供爆破工程中电力点火 起爆网路微差爆破作业使用，本发明含有储能，指令 和保安等装置，其特点是有一个可置于爆区附近的赋 能器和任意个并联连接的可置于各自引爆地点并具 有不同延时值的电延时点火器。

本发明与现有技术比较具有明显的安全可靠性 和成本低，使用简便、应用范围广等优点，特别是延时 精度高、选段范围宽，且连续不间断，本发明还可用于 水下爆破作业和其他点火系统以及工业上类似的时 序控制。

Description

本发明涉及一种供爆破工程中电力点火起爆网路的微差爆破作业和其他点火系统使用的时序点火引爆装置和点火引爆系统及方法。

当前，在爆破工程施工中要求实现一系列炮孔按预选的时间间隔点火起爆，使得既有排间微差，又有孔间微差，以减少爆破地震效应对围岩及周围建筑物的破坏和影响并提高爆效。由于运用了微差爆破技术可增加一次性起爆总药量以加快施工进度。现有技术中的毫秒延期电雷管产品合格率低，延时值也不够精确，工程中无法逐个测定和再现，产品规格也不够多，以致影响爆破效果，使用也不够安全。继爆管和导爆管也有上述的一些不足之处，且起爆网路较复杂，使用不够方便。导爆管在使用过程中会出现断药现象，可靠性不够好。

本发明已经浙江省科技情报研究所检索。

诸如1976年US3934514专利文献报导的《顺序点火装置》、1982年US4314507专利文献报导的《顺序点火系统》和1985年CN85103708（申请公开号）专利文献报导的《短线微差起爆器》均属顺序点火装置，无法实现既有排间微差，又有孔间微差的时序点火引爆。

1979年GB2015791专利文献报导的《电负载的选择激励》（《电延时装置》）虽然能满足上述要求，但存在下列问题：一、由于其电延时装置采用升降计数器、时钟脉冲振荡器和逻辑检测装置等，电路结构十分复杂，造价昂贵。按我国现行元件价格，每只需150元以上。若每次爆破100个炮孔，每只炮孔使用一只该电延时装置，仅此一项就需15，000元以上。每次爆破中起爆器成本增加如此之高，实难在生产中推广应用。二、其中央装置（点火控制装置）必须远离爆区，手动操作，通过两根长母线控制置于爆区的电延时装置。操作者与爆区之间的安全距离受限制。操作者易受爆破的飞石、粉尘、炸药毒气和爆炸巨响、冲击波、地震效应等的侵害;还增加了收、放长母线的工作量;既不安全，又不方便。而且地形狭窄或不定向的爆破作业难以使用。

本发明的目的在于设计一种安全、可靠、使用简便、性能好而且电路简单、造价低廉的短线时序点火装置，可供各种爆破作业推广应用。

为此，本发明采用如下构思：一、把赋能器直接放置爆区近离边缘炮孔，采取自动程序控制通过一对短母线控制置于各引爆地点的电延时点火器的赋能和计时起点;二、电延时点火器采用合理组合开关元件和特殊结构的延时点火开关装置，使其电路十分简单，造价低廉，性能好，工作可靠，使用极其简便;三、设置撤离自动安全保护、自动关机和爆破自动安全保护装置，确保使用安全。

本发明的短线时序点火装置由一个赋能器1和N个具有不同延时值的电延时点火器21～2N组成（N为爆破工程所需的任意自然数）。图1是其结构框图，图2是赋能器1的电路原理图，图3是电延时点火器21的电路原理图。电延时点火器22～2N的电路原理图均与电延时点火器21相同。赋能器1可置于爆区附近（最近距离约3米）。N个电延时点火器21～2N可置于各自点火引爆地点。其输入端并联连接后通过一对公共短母线31和32跨接在赋能器1的输出端101和102上，其输出端上均跨接一个电负载41～4N，如图1所示。操作者在给赋能器1发一个“定时指令”之后即可撤离到安全地方等候爆破信号。赋能器1即按预定程序自动工作，在完成撤离定时安全保护之后给电延时点火器21～2N同时并联充电赋能并同步检测，当电延时点火器21～2N均达到预定储能值时赋能器1自动关机并通过公共母线31和32给电延时点火器21～2N输出一个“计时信号”。电延时点火器21～2N即同时开始计时并彼此隔离，独立工作，与网路是否存在无关。每个电延时点火器当达到其预定的延时值时各自给与其输出端连接的电负载点火引爆。若某个

电负载断路，该电延时点火器就在规定的“爆破安全时间”内自动耗尽其储能装置中已储存的能量而报废，实现爆破自动安全保护。操作者听到爆破信号之后必须过了“爆破安全时间”才能进入爆区取回赋能器1。

附图图面说明：

图1中，1-赋能器;

21～2N-电延时点火器;

31、32-公共短母线;

41～4N-电负载。

图2中，11-定时指令装置;12-撤离保安装置;

13-安全开关装置;14-恒流装置;

15-直流变换装置;16-稳压装置;

17-同步检测装置;18-自动关机装置;

K₁-电源开关装置;E₁-干电池组电源。

图3中，211、212-输入端;213-储能隔离开关装置;

214-延时隔离开关装置;215-储能电容器;

216-储能检测装置;217-延时点火开关装置;

218、219-输出端;41-电负载。

图4中，51-赋能装置;52-计时信号装置;

53-显示信号装置;54-计数显示装置;

55-稳压电源装置;K₂-电源开关装置;

E₂-干电池组电源。

下面详细说明本发明的短线时序点火装置的各部分内容。

赋能器1由一个定时指令装置11、一个撤离保安装置12、一个安全开关装置13、一个恒流装置14、一个直流变换装置15、一个稳压装置16、一个同步检测装置17和一个自动关机装置18以及一个电源开关装置K₁组成，如图2所示，用干电池组E₁做电源。爆破作业时可置于爆区附近（最近距离约3米）。电延时点火器21～2N通过公共短

母线31和32并联跨接在其输出端101和102上。操作者用钥匙接通电源开关K₁，给定时指令装置11发一个“定时指令”即可撤离到安全地方等候爆破信号。赋能器1按预定程序自动工作。定时指令装置11接收到操作者发给的“定时指令”时输出一个“定时信号”启动撤离保安装置12，使其开始“撤离安全时间”延时，其延时值设计为操作者撤离到安全地方所需的时间，一般为几十秒～几分钟。当达到其延时值时输出一个“赋能信号”接通安全开关装置13从而启动恒流装置14、直流变换装置15和稳压装置16。由输出端101和102通过公共短母线31

（此行空白）

和32给电延时点火器21～2N同时并联充电赋能。在赋能期间，同步检测装置17自动同步检测。当电延时点火器21～2N均达到预定储能值时，同步检测装置17输出一个“关机信号”启动自动关机装置18。关机继电器182动作，两对常闭触头182-2和182-3同时断开，使恒流装置14、直流变换装置15和稳压装置16同时停止工作而停止赋能并实现自动关机，直到操作者用钥匙关断电源开关K₁。在自动关机的同时赋能器1通过公共短母线31和32输出一个“计时信号”给电延时点火器21～2N。

操作者听到网路起爆“轰隆”声之后须等待一个“爆破安全时间”后才能进入爆区用钥匙关断电源开关K₁，然后取回赋能器1。“爆破安全时间”约2分钟。

为扩大功能，可增设一个手动操作按钮开关装置与安全开关装置13并联连接，供某些爆破作业需要把赋能器1放置身边手动操作时使用。手动操作时撤离保安装置12和安全开关装置13自动失效。还可在同步检测装置17和自动关机装置18之间增设一个同步信号装置，为记录爆破现场的配套仪器提供同步信号。

电延时点火器21的电路原理图如图3所示。它由一个储能隔离开关装置213、一个延时隔离开关装置214、一个储能电容器215、一

个储能检测装置216和一个延时点火开关装置217构成，具有一对输入端211、212和一对输出端218、219，输入端211和212并连跨接在公共短母线31和32上。输出端218和219与电负载连接。当赋能器1通过公共短母线31和32给它充电赋能时，储能隔离开关装置213自动接通，储能电容器215被充电赋能，储能检测装置216自动同步检测。当储能电容器215达到其预定储能值时，储能检测装置216就使储能电容器215停止接受赋能并保持其预定储能值。在赋能期间，延时隔离开关装置214自动接通，使延时点火开关装置217处于“等待延时”状态。当赋能结束并接收到赋能器1输出的“计时信号”时，储能隔离开关装置213和延时隔离开关装置214同时自动关断。使各电延时点火器21～2N彼此隔离，独立工作，与网路是否存在无关。储能电容器215即成为电延时点火器21的独立电源。延时点火开关装置217即开始延时，当达到其预定延时值时，其点火开关接通，储能电容器215立即通过延时点火开关装置217给电负载41通电点火引爆。如果电负载41断路，电延时点火器21即通过其内部电路在规定的“爆破安全时间”内自行耗尽其储能装置215中的能量而报废，确保安全。

电延时点火器22～2N的结构和电路工作原理以及电路连接均与电延时点火器21完全相同，不予赘述。

电延时点火器21～2N的延时值各不相同，每一个电延时点火器的实际延时值ty均取决于其延时点火开关装置中延时元件的参数。适当选择延时元件使每一个电延时点火器可以做成延时值ty可调的，也可以做成延时值ty固定不可调的。对每一个延时值ty固定不可调的电延时点火器来说，只要在产品中适当选用参数不同的延时元件，即可提供延时值ty从0～几千毫秒（如果需要可以更多）连续不间断的全部系列产品，供用户任意选用。延时值ty的相对误差可小于千分之一。每一个电延时点火器的实际延时值ty均由专用的毫秒测定仪5逐个测定。

毫秒测定仪5的结构原理图如图4所示，它由一个赋能装置51、一

个计时信号装置52、一个显示信号装置53、一个计数显示装置54和一个稳压装置55以及一个电源开关装置K₂构成，用干电池组E₂做电源。计数显示装置54由一个时钟脉冲振荡器、一个脉冲计数器和一个显示器组成。赋能装置51的结构和工作原理均与赋能器1相同，可以省去指令装置11、撤离保安装置12和安全开关装置13。电源开关装置K₂可以手动操作，也可以程控操作。

现以测定电延时点火器21为例说明毫秒测定仪5的工作原理。测量时其输出端501、502与被测电延时点火器21的输入端211、212并联连接;其输入端503、504与被测电延时点火器21的输出端218、219并联连接，如图4所示。接通电源开关K₂，赋能装置51立即给电延时点火器21充电赋能并自动同步检测;计时信号装置52即输出一个“清零信号”给计数显示装置54使其清零后等待计数。当电延时点火器21被赋能达到预定储能值时赋能装置51自动关机并给电延时点火器21和计数显示装置54同时输出一个“计时信号”。电延时点火器21立即开始延时;计数显示装置54同步计数。当电延时点火器21达到预定的固有延时值时其延时点火开关装置217接通，并立即给显示信号装置53输出一个“停止信号”。显示信号装置53立即输出一个“显示信号”给计数显示装置54使其停止计数，并锁存原有计数内容，同时直接显示所记录的内容，即为被测电延时点火器21的实际延时值的毫秒数;也可以通过打字或其他显示记录手段把所测得的毫秒数直接记录在被测电延时点火器21的封装外壳上;延时值误差可小于千分之一。

电延时点火器22～2N各自延时值的测定方法均与电延时点火器21相同，不予赘述。

本发明的短线时序点火装置与已有技术相比有下列优点：（1）有完善的自动安全保护装置，使用安全可靠;（2）操作简便。普通爆破工人只需试操作一次便能独立操作;且不需长母线;（3）延时精确，相对误差可小于千分之一;延时可靠，不会误动作;（4）可在0～几千毫秒范围内提供延时值连续

不间断的全部系列产品，以满足各种爆破技术要求，从而取得最佳爆效，加快施工进度，取得显著经济效益;（5）造价低廉，大大降低了爆破工程成本。与GB2015791专利文献相比，本发明的电延时点火器的造价尚不足其电延时装置造价的0.7%，若每次爆破作业以100个炮孔计算，每孔放置一个电延时点火器，仅此一项就可节省15，000元以上;（6）体积小，重量轻，携带方便。本发明的电延时点火器每只体积不足5cm³，重量不足20g。可供100个电延时点火器赋能的赋能器体积不足15×10×2cm³，重量不足200g。毫秒测定仪的体积和重量与此相当;（7）应用范围广。凡矿山、水利水电、国防、交通、城建工程的各种爆破作业的电点火系统均可使用，包括采煤及水下爆破工程。此外还可用于其他点火系统和工业生产中时控的程序控制。

应该声明，本技术领域的技术人员对本发明的具体电路很容易进行变通、替换，凡此变通、替换均列入本发明的权利要求。

下面为本发明的一个实施例：

图1中，电负载41～4N，每一个电负载可以是一个即发电雷管，也可以是几个即发电雷管群，或其他电负载。

图2中，指令装置11可以是一个手动按钮开关装置。撤离定时保安装置12可以是一个电子或电气的延时装置，如脉冲计数的延时装置或单结晶体管延时装置，也可以是一个机械定时装置。安全开关装置13可以是一个可控硅开关装置。直流变换装置15可以是一个由功率推挽振荡、升压、整流、滤波组成的晶体管直流变换装置。恒流装置14可以是一个市场上购买的恒流器，也可以是其他的晶体管恒流装置。稳压装置16可以是一个市场上购买的稳压器，也可以是一个其他的晶体管稳压装置。同步检测装置17可以是一个晶体管触发装置。自动关机装置18由一个可控硅和一个继电器组成。电源开关装置K₁可以是一个专用的钥匙开关。

图3中，储能隔离开关装置213和延时隔离开关装置214均可以是一个晶体管开关装置。储能电容器215可以是有极性的电解电容器，

也可以是无极性的电容器。储能检测装置216是一个晶体管电压检测装置。延时点火开关装置217可以是一个晶体管延时开关装置。

图4中，赋能装置51的电路结构和原理与图2相同，其中省去指令装置11、撤离保安装置12和安全开关装置13。电源开关K₂可以是一个手动按钮开关装置，也可以是一个程控的自动开关装置。计时信号装置52是一个电阻分压器。显示信号装置53是一个由变压器等元件组成的信号变换装置。计数显示装置54是一个由一个时钟脉冲振荡器、一个脉冲计数器和一个显示器组成的计数显示装置;其中时钟脉冲振荡器可以由晶振组成的，也可以由晶体管等元件组成的时钟脉冲发生器。其振荡频率f＝10KC或100KC。稳压装置55可以是直接市购的稳压器，也可以是自行设计的稳压电源装置。

Claims (7)

1、一种含有电源、控制装置、联接母线和延时装置用于微差爆破作业电力起爆网路的短线时序点火装置，其特征是它由一个可置于爆区附近(最近距离约3米)的赋能器1和可从零到几千毫秒范围内连续选择任意个具有不同延时值精确的可置于各自点火引爆地点通过公共短母线31和32并联连接的电延时点火器21～2N组成，以及一个附加的专用于事先逐个测定电延时点火器21～2N实际延时值的毫秒测定仪5。

2、根据权利要求〔1〕的短线时序点火装置的赋能器1其特征是它由定时指令装置11、撤离保安装置12、安全开关装置13、恒流装置14、直流变换装置15、稳压装置16、同步检测装置17、自动关机装置18和手动电源开关K₁构成。

3、根据权利要求〔1〕的短线时序点火装置和权利要求〔2〕的赋能器1其特征是当电源开关K₁接通后，指令装置11接到“定时指令”时输出信号启动撤离保安装置12并开始延时，达到定时值时输出“赋能信号”接通安全开关13而启动直流变换装置15、恒流装置14和稳压装置16，给电延时点火器21～2N同时并联充电赋能，同步检测装置17同步检测，当电延时点火器21～2N均达到预定储能值时同步检测装置17发出“关机信号”启动自动关机装置18，实现停止赋能、自动关机，同时通过公共母线31和32给电延时点火器21～2N输出“计时信号”。

4、根据权利要求〔1〕的短线时序点火装置的电延时点火器21～2N其特征是电延时点火器22～2N的电路结构均与电延时点火器21相同，电延时点火器21由储能装置215、跨接在它两端的储能检测装置216、与储能装置215串联的储能隔离开关装置213、延时点火开关装置217及与它串联的延时隔离开关装置214、一对输入端211和212及一对输出端218和219构成。

5、根据权利要求〔1〕的短线时序点火装置和权利要求〔4〕的电延时点火器21～2N其特征是电延时点火器22～2N的电路原理均与电延时点火器21相同，当赋能器1给电延时点火器21充电赋能时，储能隔离开关装置213和延时隔离开关装置214同时自动接通，储能装置215充电储能，储能检测装置216同步检测，当储能装置215达到预定储能值时，储能检测装置216使其停止接受赋能并维持预定储能值，作为本电延时点火器21的独立电源，延时点火开关装置217等待延时，当电延时点火器21接收到赋能器1输出的“计时信号”时，其储能隔离开关装置213和延时隔离开关装置214同时自动关断，使其与其他电延时点火器22～2N及网路完全隔离，独立工作，与网路是否存在无关，同时延时点火开关装置217立即开始延时，当达到其预定延时值时延时点火开关自动接通，储能装置215通过延时点火开关装置217给电负载41通电点火引爆，若电负载41断路，则本电延时点火器21就在规定的“爆破安全时间”内自动耗尽储能装置215中的能量而报废，电延时点火器21～2N的实际延时值事先由专用毫秒测定仪5逐个测定。

6、根据权利要求〔1〕的短线时序点火装置和权利要求〔5〕的电延时点火器中所述的专用毫秒测定仪5其特征是它由赋能装置51、计时信号装置52、显示信号装置53、计数显示装置54、稳压装置55和电源开关装置K₂构成。

7、根据权利要求〔1〕的短线时序点火装置和权利要求〔6〕所述的专用毫秒测定仪5其特征是当电源开关K₂接通时，赋能装置51给被测的电延时点火器21充电赋能并自动同步检测，计时信号装置52即输出一个“清零信号”给计数显示装置54使其清零后等待计数，当电延时点火器21达到预定储能值时赋能装置51自动关机并给电延时点火器21和计数显示装置54同时输出“计时信号”，电延时点火器21即开始延时，计数显示装置54同步计数，当电延时点火器21达到其预定延时值时输出一个“停止信号”给显示信号装置53，它立即给计数显示装置54输出“显示信号”使其停止计数并锁存原计数内容，同时显示所记录的内容，即为被测电延时点火器21的实际延时值毫秒数。