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    煤礦雷管點火劑的數學優化模型構建

    時間:2014-05-22 來源:未知 作者:小韓 本文字數:2241字
    論文摘要

      引言
      
      隨著我國經濟和社會的發展,煤礦設施建設項目日益增多,使得爆破規模的不斷擴大,爆破應用領域的不斷擴展。 而現代爆破技術的發展,對爆破器材的性能也提出了更高的要求。 在雷管的有效部件中,點火系統是個不起眼但卻很重要的部件。 本文為此具體探討了數學建模技術在煤礦雷管點火劑優化設計中的應用。

      1 數學建模技術的內涵分析
      
      隨著計算機技術的迅速發展,數學的應用不僅在工程技術、自然科學等領域發揮著越來越重要的作用, 而且以空前的廣度和深度向經濟、 金融、生物、醫學、環境、地質、人口、交通等新的領域滲透,所謂數學技術已經成為當代高新技術的重要組成部分。 數學是科學的語言,隨著信息科學的發展,數學軟件作為技術手段也將為越來越多的人所使用,而實現數學外延價值的關鍵在于數學建模, 它是連接數學與實際問題的橋梁。 數學模型一般是實際事物的一種數學簡化, 常常是以某種意義上接近實際事物的抽象形式存在的。 使用數學語言描述的事物就稱為數學模型,有時候需要做一些實驗,但這些實驗往往用抽象出來了的數學模型作為實際物體的代替而進行相應的實驗, 實驗本身也是實際操作的一種理論替代。數學建模技術需要了解問題的實際背景,明確其實際意義,掌握對象的各種信息。以數學思想來包容問題的精髓,數學思路貫穿問題的全過程,進而用數學語言來描述問題,要求符合數學理論,符合數學習慣,清晰準確。

      2 煤礦雷管點火劑的應用要求
      
      煤礦雷管點火劑在電流作用下點火是非常復雜的過程,其點火過程可以大致分為 2 個階段。第 1 階段為通電后橋絲作為 1 個電阻將電能轉變為熱能的過程。 煤礦雷管點火劑基本發生原理如圖 1 所示,其測量系統由點火裝置、啟動裝置,輸出探測器、放大器和計時器組成。【圖1】
    論文摘要
      
      3 數學建模技術在煤礦雷管點火劑優化設計中的應用分析
      
      (1)整體結構從結構上劃分,硬件檢測系統可以分成本地測控柜和溫控箱兩大部分。 這樣劃分的主要目的是實現信號采集部分和信號處理部分的隔離,避免次級線圈點火產生的瞬態信號對控制柜造成強的電磁干擾,從而保證系統穩定工作,如圖 2 所示。【圖2】

    論文摘要  
      (2)自動機模型建模分析雷管控制系統的狀態體現為各種器件的狀態,其是一個典型的離散事件控制系統,通常采用有限自動機模型進行建模。 典型的有限自動機表示為 1個五元組
      A=(S,E,η,y0,Sm)。

      式中 S---狀態集;
      Sm---終止狀態集;
      E ---事件集;
      y0---為初始狀態;
      η ---狀態轉移函數。
      
      用有限自動機模型對雷管控制系統進行建模,首先要確定系統的 S,其次要給出系統的 η。 假設器件個數為 20,每個器件的狀態數為 3,雷管控制系統的狀態由所有器件的狀態決定,則系統的狀態為所有器件狀態的組合,對應的狀態數為 320. 再考慮 η可用狀態轉移矩陣、狀態轉移表或狀態轉移圖的形式表示。 以狀態轉移矩陣為例,用行表示狀態機所處的當前狀態,列表示將要到達的下一個狀態,行列交叉處表示觸發事件, 則得到的是 320×320 的矩陣。用有限自動機模型對雷管控制系統進行建模時,在系統所處的每 1 個狀態上,任何時刻最多只執行1 個操作,即只能描述順序系統,但雷管控制系統中存在大量并發事件和并發行為。

      為此提出一種新的雷管控制系統的建模和設計方法---規則化描述方法, 系統的控制任務被劃分為多個子任務,分布到組成系統的各層對象中,從而有效地減小系統控制的復雜性。 規則化描述方法引入分層建模機制,將組成系統的對象分解為多層,建立系統對象的樹狀層次模型, 用邏輯規則表達式描述系統對象之間的邏輯控制關系, 用消息來傳遞控制關系。 用消息機制可方便地實現對并發事件和并發行為的處理。

      當前有研究發明一種用于從雷管向 1 個或更多震動管傳遞雙向爆炸的雷管---震動管點火傳輸接點, 其中該接頭具有 1 個限定用以封閉雷管組件的桶狀部的殼, 該桶狀部在 2 端具有開口及一連接部與桶狀部的一端相連。 當將置于桶狀部內的雷管組件點火時,該連接部和桶狀部形成一連接槽,該連接槽用于將震動管保持在所產生的爆炸力的通道內,從而起爆震動管。 i-konTM電子雷管全部可編程,采用集成電路芯片和內置電容可以使得電子雷管在點火后獨立工作,主爆藥密封在銅/鋅合金殼里以適當支持抵抗動壓的能力。 腳線采用包銅鋼絲以保證抵拉能力, 腳線外殼采用硬聚丙烯以保證優質的耐磨性能以適應大多數礦山和采石場條件。 eDET 型電子起爆系統是由記錄器、起爆器和電子雷管組合而成。 該電子起爆系統具有很高的安全性, 其中電子雷管的性能符合 CET/TS 13763-27 歐洲標準。 其完全由發火電路控制; 在起爆前可以對整個爆破電路進行檢查;帶有 8 個起爆器的爆破電路控制 4 000 發電子雷管;8 臺記錄器儲存 4 000 發電子雷管的數據。

      4 結語
      
      本文提出了數學建模技術在煤礦雷管點火劑優化設計中的應用體系,能有效控制雷管的爆炸應用,保障安全性,值得推廣應用。

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