CN2755557Y

CN2755557Y - 岩巷爆破底部装药拒爆的探测装置

Info

Publication number: CN2755557Y
Application number: CN 200420058564
Authority: CN
Inventors: 梁颖然; 陈磊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2014-12-10

Abstract

本实用新型涉及一种岩巷爆破底部装药拒爆的探测装置，它利用微差爆炸中全部装药起爆需时较岩石崩落需时短得多的客观规律，采用将绝缘导线中间搭于装药上作为探头的有线方式探测。它由探头、探头电路、I/O电路、单片机电路、时钟电路、设定电路、显示电路、指示灯驱动电路构成；其核心部分是将拒爆信号传出的探头和能控制探头在被飞石破坏前正确完成探测并显示结果的单片机。上载微弱稳恒直流电的探头和探头电路光耦相连，其通断引起的光耦电位变化经I/O电路被单片机在规定时间内探测，单片机和时钟电路相连获取和修改时钟信息，单片机还和指示灯驱动电路相连以显示探测结果。本装置能够方便地正确获取和指示装药爆炸或拒爆的信息。

Description

岩巷爆破底部装药拒爆的探测装置

技术领域

本实用新型涉及一种煤矿水平巷道爆破作业中拒爆装药的探测装置，更确切地说是涉及岩巷爆破底部装药拒爆的探测装置。

技术背景

在煤矿岩石井巷的爆破掘进作业中，由于目前电雷管制造水平的限制，使得电雷管不能100％的起爆(国家标准规定废品率≤0.3％)，在使用中造成个别或者部分炮孔装药拒爆的情况经常发生，给矿工的生命安全造成威胁。对于水平巷道底板以上的装药如发生拒爆，由于拒爆炮孔周围的岩体凸出，故较易被发现，进而能被妥善处理。而对于底部装药，由于靠近底板，拒爆后岩体凸起不明显，加之被炸落的岩石在空间狭窄的巷道中难以被装岩机械彻底装运清除，因而总有部分碎石堆靠在爆破面与底板的夹角处，盖住了拒爆炮孔，使得底部拒爆装药的发现非常困难。在下一个钻眼循环作业时，由于炮孔布置位置的相对固定，往往凿岩机钻钎能击中拒爆装药中的雷管引爆炸药，造成严重的伤亡事故。

研制出能方便、安全、可靠地检测出拒爆的炮孔装药的探测仪器是采矿工程界长年的心愿，但是至今未出现这样的仪器。其技术上的困难在于人们不能确保使用的雷管百分之百地起爆，即使在使用前经过现场严格的测试各项技术指标均合格的雷管，在爆破作业中仍可能出现拒爆，这是由雷管的电气性能和雷管内发火药剂的化学性能无法做到均一化的技术特性所决定的。在爆破完成后对拒爆雷管探察的困难在于：1.若使用金属探测器，由于一个金属雷管的金属管壳仅为几克重量，体积比一支最小号的七号电池还要小，因此将其置于深度达1-2米的坚硬岩石中，再灵敏的金属探测器也是无能为力的。此外，很多情况下岩石本身便带有磁性，再加上作业现场有大量的金属机械和工具这些无法避免的磁干扰，使得金属探测器根本无法使用。2.若使用无线电射频以发射接受方式探测(城市地下金属管线的探测方式)，由于射频无法穿透岩石也无法实现。何况基于安全考虑煤矿井下是严禁使用射频的。3.也有人提出在炸药中添加放射性示踪物质来帮助探测，但这种方法从环境安全的角度考虑根本不具实用价值。

发明内容

鉴于上述现状，本实用新型的目的是提供一种充分利用现代微差爆破理论指出，并被高速摄影证实的：即爆破断面所有的装药爆炸完毕所用的时间较岩石破碎落地所用的时间要小得多的客观规律，在岩巷底部装药与探测装置之间采用有线形式的探头联系，在底部装药采用的微差毫秒雷管先后起爆的瞬时间隔Δt(有严格的国家标准)内，能正确获取并指示装药爆炸或拒爆信息，保证在被爆岩石崩落损坏探头之前探测工作已可靠完成，无射频、杂散电流危害的岩巷爆破底部装药拒爆的探测装置。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：这种岩巷爆破底部装药拒爆的探测装置，由探头、探头电路、I/O电路、单片机电路、时钟电路、设定电路、显示电路、指示灯驱动电路构成，其中探头是将装药炸药爆炸或拒爆信息由炮孔传达至外部的关键部件，单片机是保证有线形式的探头能将装药爆与拒爆信息可靠地传出，并加以实时正确探测并显示结果的核心电子器件。

所述探头X1～X10是10根包有绝缘层的，中间部分置于炮孔内的炸药上的导线，两端与所述探头电路中的JP1～JP10接口连接，探头X1～X10都载有小于10毫安的微弱稳恒直流电，不构成杂散电流危害。

所述探头电路由R3～R10、R19、R20、R23～R32、B1～B10、JP1～JP10组成，B1～B10为光耦(型号4N35)，JP1～JP10为探头接口，若探头被炸断，电流中断对应的光耦发生电位变化。若探头未被炸断(拒爆)探头中电流无变化，对应光耦无电位变化。单片机U1对装药爆炸或拒爆状态的探测，实质上变成对探头电路中各光耦电位状态的探测。探头电路的N_TestPort0～N_TestPort9端口与I/O电路中U2的U2-25～U2-18、U2-37、U2-38相连。

所述I/O电路由I/O模块U2(型号8255)与C19组成，是单片机32个I/O接口数量的扩张以满足装置众多器件的通信需要。

所述单片机电路由单片机U1(型号AT89LV51)、C8、C10、C2、C3、Y1、R66组成，单片机U1的32个I/O接口中的P15、P16、P17与时钟电路中的U3连接以调整或读取时钟信息。U1与所述I/O电路中的U2相连，其U1-32～U1-39、U1-21、U1-22、U1-9分别与U2-27～U2-34、U2-9、U2-8、U2-35连接，以实现对探头电路中各光耦电位状态的探测以及对系统的控制。为了保证能在探头被崩落岩石砸断损坏之前正确可靠地完成探测，当所述设定电路设定系统进入实际检测状态后U1就以一定的频率(如：0.1毫秒一次)对各探头进行探测，并且在规定时间Δt内完成探测，底部装药的第一个起爆引起对应光耦的电位变化是启动所述规定时间Δt的计时开始信号，因为仅对光耦电位进行一定频率地探测，探头中电流并不波动故无射频危害。

所述时钟电路由时钟芯片U3(型号DS1302)、R33、R49、R50、BT2、C1、C5、Y2组成，其U3-7与U1-6连接，U3-5与U1-8连接，U3-6与U1-7连接。

所述设定电路由设定电路驱动芯片U4(型号74HC164)、C13、按键S1～S5组成，所述U4与所述U2相连，其U4-8与U2-13连接，U4-1与U2-14连接，U4-2与U2-14连接；同时所述U4与所述单片机电路的U1相连，其U4-3～U4-6、U4-10通过S1～S5与U1-5相连，以完成按键的命令控制。

所述显示电路由数码管驱动芯片U5(型号MAX7219)、C18、R67、R11～R18、数码管U6、U7组成，所述U5与所述I/O电路的U2相连，其U5-1与U2-17连接，U5-12与U2-16连接，U5-13与U2-15连接；所述U6、U7通过R11～R18与所述显示电路的U5相连，其U6-1～U6-6、U6-9、U6-10及U7-1～U7-6、U7-9、U7-10分别与U5-14～U5-17、U5-20～U5-23相连，U6-7、U6-8、U6-11及U7-7、U7-8、U7-11分别与U5-2、U5-11、U5-6、U5-7、U5-3、U5-10相连，以完成系统时钟的显示。

所述指示灯驱动电路由指示灯驱动芯片U8～U11(型号74HC164)、C11、C12、C14、C15、指示灯D1～D30、R34～R48、R51～R65组成，所述U8～U11与所述U2相连，其U8-1与U2-11、U8-2与U2-11、U8-8与U2-10，U9-8与U2-10、U10-8与U2-10、U11-8与U2-10相连；其U8-3～U8-6、U8-10～U8-13分别通过R34～R41与D1～D8相连，其U9-3～U9-6、U9-10～U9-13分别通过R42～R48、R51与D9～D16相连，其U10-3～U10-6、U10-10～U10-13分别通过R52～R59与D17～D24相连，其U11-3～U11-6、U11-10～U11-13分别通过R59～R65与D25～D30相连；其U11-1与U10-13相连，U11-2与U10-13相连，U10-1与U9-13相连，U10-2与U9-13相连，U9-1与U8-13相连，U9-2与U8-13相连，以完成对指示灯的控制。

本装置采用直流电源BT1提供所有元器件的供电。

本发明的优点是：

由于本实用新型采用了以上设计方案，即通过控制探测的时间和频率，巧妙地利用了现代爆破理论——“爆”与“破”的时间差，使得以有线方式准确、可靠地探测岩巷爆破底部装药的拒爆成为可能。采用了探头载有微弱稳恒直流和对各光耦电位在规定时间内进行一定频率的探测及显示探测结果，使得本实用新型无杂散电流和射频危害，所以设计科学、合理、使用方便，为煤矿安全生产提供了一个方面的保障。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图

图2为本实用新型的探头和探头电路电原理图

图3为本实用新型的单片机电路、I/O电路、时钟电路、电源的电原理图

图4为本实用新型的设定电路和显示电路的电原理图

图5为本实用新型的指示灯驱动电路的电原理图

图2～图5的电路中的X1～X10为探头，B1～B10为光耦(型号4N35)，U1为AT89LV51单片机，U2为可编程8255I/O模块，U3为有后备电源的DS1302时钟芯片，U4为设定电路驱动芯片(型号74HC164)，U5为数码管驱动芯片(型号MAX7219)，U6、U7为数码管(型号JM-SO2831A-B)，S1～S5为按钮，U8～U11为指示灯驱动芯片(型号74HC164)，D1～D30为指示灯。

具体实施方式

本实用新型，岩巷爆破底部装药拒爆的探测装置由单片机电路1、探头2、探头电路3、I/O电路4、显示电路5、指示灯驱动电路6、时钟电路7、设定电路8构成，传送爆炸信号的关键部件是探头2，对拒爆探测的起止时间、探测频率以及探测结果显示进行控制的核心部分是单片机U1。

本装置选用ATMEL公司的AT89LV51单片机(U1)作为主芯片，其内含4KROM贮存空间，12MHZ频率外挂晶振作为主振荡源。U1(AT89LV51)共有32个I/O口，U1与所述I/O电路中的U2(8255)相连，其U1接口中的P00～P07、P20、P21、RESET分别与U2的D0～D7、A0、Al、RESET口连接，以扩大U1的I/O接口的数量完成对外围电路的采集和控制。载有小于10mA微弱稳恒直流的探头X1～X10与探头光耦B1～B10(型号4N35)的JP1～JP10接口相连，光耦B1～B10的N_Testport0～N_Testport9端口与U2的PB7～PB0、PA7、PA6口连接，由单片机U1通过U2完成对探头因装药拒爆或起爆造成探头内电流的通或断而引起的对应光耦的电位变化的探测；U1的P14口通过S1～S5分别与设定电路驱动芯片U4(型号74HC164)的Q0～Q4口相连，U2的PC0口与U4的SER INA、SER IN B口相连，U2的PC4口与U4的CLK IN口相连，用来完成按键的命令控制；U1的P15、P16、P17分别与时钟电路的时钟芯片U3(型号DS1302)的SCLK、IO、RST口相连，完成对系统时钟的读取、修改；数码管驱动芯片U5(型号MAX7219)通过R11～R18与数码管U6、U7(型号JM-SO2831A-B)相连，U5的DG1～DG3、SEGA～SEGG、DT端口分别与U6的DG1～DG3、A～G、DT端口相连，U5的DG4～DG6、SEGA～SEGG、DT端口分别与U7的DG1～DG3、A～G、DT端口相连，U5的DIN、LOAD、CLK端口分别与U2的PC3、PC2、PCl端口相连，完成系统时钟的显示；指示灯驱动电路U8～U11(型号74HC164)通过U2与U1相连，其U8的SRE INA口与U2的PC6口、U8的SER IN B口与U2的PC6口、U8的CLK IN口与U2的PC7口，U9的CLK IN口与U2的PC7口、U10的CLK IN口与U2的PC7口、U11的CLK IN口与U2的PC7口相连，其U8的Q0～Q7口分别通过R34～R41与D1～D8相连，其U9的Q0～Q7口分别通过R42～R48、R51与D9～D16相连，其U10的Q0～Q7口分别通过R52～R59与D17～D24相连，其U11的Q0～Q7口分别通过R59～R65与D25～D30相连，其U11的SRE INA、SER INB口与U10的Q7口相连，U10的SRE INA、SER IN B口与U9的Q7口相连，U9的SRE INA、SER IN B口与U8的Q7口相连，完成对指示灯的控制。指示灯分为三组：红、绿、黄各10个，每个探头对应有红、绿、黄各一个指示灯，对应的指示灯同时只会亮起一个。为了保证探测工作的正确完成，在系统开启时单片机将对各个探头进行一次探测，探测当前探头状态是否连通，并用两组指示灯将结果显示出来，亮红灯代表不通，绿灯代表连通，当控制电路中确认按键被按下，则触发单片机中进入实际探测状态的程序，单片机开始以一定频率(如0.1毫秒一次)对各个探头进行探测，此时熄灭红、绿两组指示灯亮起另一组黄色指示灯，当底部装药的第一个起爆引起对应光耦的电位变化启动了所述规定时间Δt的计时开始信号，在所述规定时间Δt内单片机继续以一定频率对探头进行探测，如探测到某探头断裂(爆炸)则亮起对应的绿色指示灯，当计时结束则中止对各个探头的探测，并将此时仍然没有断裂的探头判定为拒爆，亮起对应的红色指示灯，切断各个探头上的微弱稳恒直流电。这样就保证了能够在探头被崩落岩石砸断损坏之前正确可靠地完成探测，并用指示灯显示其结果。本装置采用直流电源BT1提供所有元器件的供电。

Claims

1.一种岩巷爆破底部装药拒爆的探测装置。其特征在于：它由探头、探头电路、单片机电路、I/O电路、时钟电路、设定电路、显示电路、指示灯驱动电路构成；其核心部分是：以有线形式将拒爆信息传出的探头和能控制探头导线在被崩落岩石破坏之前正确完成拒爆信息探测和显示结果的单片机。

所述探头与所述探头电路相连，探头上载有小于10mA的微弱稳恒直流电。所述I/O电路中I/O模块U2与所述单片机电路中单片机U1相连；所述探头电路与所述U2相连，由所述U1通过所述U2完成对所述探头电路中各光耦电位变化的探测；所述U1还与所述时钟电路的时钟芯片U3相连以获取或修改时钟信息。

所述显示电路中的数码管驱动芯片U5与所述U2相连，以显示系统时钟信息以供调整和确认；所述设定电路中的设定电路驱动芯片U4与所述U1和所述U2相连，用来设定系统时钟和探测状态；所述U2还与所述指示灯驱动电路中的指示灯驱动芯片U8～U11相连，以控制探测结果的灯光指示。

2.根据权利要求书1所述的岩巷爆破底部装药拒爆的探测装置，其特征在于：所述探头为若干根包有绝缘层的，中间部分置于炮孔内的炸药上，两端与所述探头电路相连的导线。

3.根据权利要求书1所述的岩巷爆破底部装药拒爆的探测装置，其特征在于：所述探头电路是一组光耦电路，光耦电路与所述U2相连，与光耦电路连接的探头载流因装药拒爆、起爆造成通、断引起各光耦电位的变化，经所述U2输入所述U1。