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6.电雷管起爆法安全技术


第 六 章

电雷管起爆法的安全技术

一、电雷管起爆法概述
?

电 雷 管 起 爆 法 ( electrical blasting method)是利用电能引爆雷管进而起爆药 包的方法。
工业电雷管有普通瞬发民雷管、秒延期电 雷管、毫秒延期电雷管和煤矿许用电雷管。

?

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普 通 瞬 发 电 雷 管

瞬发电雷管结构

秒 延 期 电 雷 管

秒差和半秒差电雷管结构

毫 秒 延 期 电 雷 管

毫秒电雷管结构

煤 矿 许 用 毫 秒 延 期 电 雷 管

煤矿允用电雷管特点:
雷管的主装药内加入适量的消焰剂. ? 禁止使用铝质管壳。 ? 采用铅质五芯延期体,减少了延期药用量, 能吸收燃烧热。 ? 采用燃烧温度低、气体生成量少的延期药。 ? 煤矿许用毫秒延期电雷管的段别分为五段, 最长延期时间不超过130ms。
?

二、电力起爆器材的准备工作
?

在爆破作业的准备过程中,所有的电雷管 都应该检查其电阻是否与包装盒上所标明 的相符。同一起爆网路应使用同厂、同批、 同型号的电雷管; 电雷管的电阻差值不得大于产品说明书的 规定。

?

? 为了检查电雷管必须使用专用爆破欧姆表, 用来检查导电率、测定电力爆破网路和干 线的电阻。 ? 采用具有安全电流的专用仪表来检查电雷 管并不能完全排除在检验电雷管时会发生 爆炸。 ? 在进行电雷管电阻测量时,将电雷管放在 厚壁金属管中是最理想的,金属管的内壁 衬以软橡胶或毡子。 ? 条件有限时可以将电雷管放在厚度不小于 10 cm的木制挡板后面。

? 检验电雷管要在加工房或敞棚里进行,桌 子表面要铺上柔软的面层,桌子四周要有 边帮,同时桌子上放臵的电雷管总数不得 超过100发。 ? 由于杂散电流是和现代化生产中能量高度 集中联系在一起的,所以为了避免杂散电 流进入电雷管的桥丝,对电雷管进行检查 后,必须马上将其导线的末端短路,直至 安装起爆电路为止。

? 检验电雷管时必须牢记,现在电雷管的发 火材料对于摩擦是非常敏感的。因此在检 验雷管时要轻拿轻放,尽可能减少雷管的 碰撞。 ? 一旦安装好起爆网路,立即将网路短路。

? 对于重要的爆破工程,在准备起爆药包时, 应当在起爆药包中装2个同一类型的电雷管, 一个联在主爆网路上,另一个联在副爆网 路上。

三、有杂散电流时电力起爆的安全问题
各种与起爆电流无关的电流对电雷管的作用, 可能使炸药发生早爆。这些电流组成了“杂 散电流”这个总概念。

?

?

矿山企业杂散电流的来源是:采用架线电机 车运输时,导电的轨道和供电网的漏电、电 磁辐射、静电、动力网路的感应影响、雷电 等。

? 从导电轨道上传入大地的电流习惯上称 为电力牵引杂散电流。电力牵引杂散电 流和动力网路漏电是矿山企业中最危险 的两种杂散电流。 ? 电力起爆时,在杂散电流传播的区域内, 实际上存在着杂散电流传至电力起爆网 路的可能性,这就可能引起装药早爆。 ? 目前认为采用低感度的专用电雷管并结 合一系列预防措施是最可靠的,可以有 效防止电爆网路早爆。

? 根据奥泽尔内教授的资料,电力起爆采 用以下3种不同感度的电雷管是合理的: ? ( 1) 标 准 感 度 的 电 雷 管 : 发 火 冲 量 KH=0.8~3.0 A2· ms和安全电流Iα=0.15~ 0.18 A,可用于无任何杂散电流危险的 情况下。 ? (2) 低感度的电雷管:发火冲量KH=2 5~50 A2· ms、安全电流 Iα=1 A,可以 防止除雷电以外的所有杂散电流。

? (3) 极 低 感 度 的 电 雷 管 : 发 火 冲 量 KH=1100~2500A2· ms、安全电流Iα=5 A , 用于防止雷电产生的杂散电流。

? 目前,我们大多使用标准感度类电雷管, 特种电雷管的研究与应用有待于进一步努 力。

(一) 漏电产生的杂散电流的危险性

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漏电产生的杂散电流是最危险的。 从矿山电力机车作业点至300 m的范围内,都 可以发现这种杂散电流。

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? 杂散电流的威力可以由下面的例子来说 明: 某矿山采用电力机车运输,矿山测 量员测定台地上深孔位臵的时候使用了 钢卷尺,在测量的瞬间,电机车从距掌 子面300 m远的地方开来,钢卷尺正好与 铁轨接触,就发生了强烈的电火花。

? 为了确定电力机车运输时杂散电流的危 险性,某矿山曾进行了电雷管的起爆试 验,试验时电雷管导线的一端与铁轨相 连,另一端与管子或岩石相连。第一种 情况下,串联的15个电雷管发生过爆炸; 第二种情况下,串联的5个电雷管发生过 爆炸。 ? 当交流电路因为绝缘问题漏电时,也是 非常危险的。

(二) 感应电流引起的早爆及预防
?

感应电流是由于磁场变化引起的,它存在于动 力线、变压器、高压电开关和接地的铁轨附近 等等。 在大功率广播电台或电视台附近进行电力起爆 时,由于天线作用,电爆网路的导线中会产生 感应电流,此感应电流有时可能达到危险值。

?

? 矿山电机车接触电路和破碎矿岩时所需要 的高频供电装臵也可能引起一些危险。 ? 在可能存在感应电流的地方爆破时必须要 用专门仪表检测感应电流。当感应电流超 过30mA时禁止采用普通电雷管。

? 位于输电高压线附近的电爆网路,以及与 电气化铁路的接触线靠近的电爆网路都可 能因感应作用而引起某些危险。

? 为了防止感应电流对起爆网路的影响,应 当采用下面一些措施: ? (1)电爆网路附近有高压输电线时,不得使 用普通电雷管; ? (2)尽量缩小电爆网路的面积,电爆网路两 根主线的间距不得大于15 cm; ? (3)尽量采用非电起爆法。

? 电磁感应的影响可以分为电的和磁的两部 分。 ? 由于电的影响,在电爆网路的导线中产生 的感应电压与不均衡电压值成比例。可以 计算电爆网路的感应电动势,其大小与网 路离开地面的高度成比例。 ? 电爆网路直接铺于地面上时,就可以使高 压电网对起爆网路的影响降到最小。

? 磁场产生的电动势与线路上电流变化幅度 成正比。 ? 输电线路对电爆网路影响的危险程度,实 际上在保证充分精度的情况下,可根据摊 到一个电雷管上的电爆网路的面积的大小 来估算。

? 为了减小电磁感应的危险性,应使电爆网 路的面积最小。
? 电阻比较小的电缆网路以及可能积聚电能 (充电电流)的网路是特别危险的。

? 统一截面、同一长度的电缆上所贮存的能 量只与线电压有关,随着自电网向电缆输 出的电压达到最大值,积聚的能量也达到 最大值。 ? 如果向断路的、积聚了3~6 kW能量的电缆 接通电爆网路,电缆的另一端也不闭路 (也就是说电缆不能自己放电),就可能 使电雷管发生爆炸。这是由于残存于电缆 中的、没有释放的充电电流作用引起的。 ? 在电爆网路的电缆接通之前,务必将电缆 的另一端闭路,以便在动力网路断电之后, 电缆芯向大地放电。

? 某矿山准备在10个深孔中装3 000 kg炸药 进行爆破,爆破时采用了延期时间为25、 50、75、100、150、250 ms的毫秒电雷管 和延迟时间为0.5 s的秒延期电雷管。每个 电雷管及其脚线的电阻是3 Ω,区域电阻 是41.5 Ω。备用网路与主爆网路完全相同。 电缆长520 m,其电流是由变压器的高压端 供给的,因违反操作规程,高压端未立即 闭合,于是就发生了爆炸。

? 爆炸的原因是电缆充电电流的作用。虽然 上述电缆至爆炸前断路时间超过2.5 h,但 还是保存着足够的能量使电雷管起爆。

? 已经查明,电雷管爆炸的电压为14 V。在 断路2h后进行测量表明:不放电的、断路 的电缆上的电压为1.5~3 kV。供给电缆的 电源切断2h时后,6 kV/500 V型变压器二 次绕组上的最大电压为16 V,这就可以使 电雷管爆炸了。

? 事实证明:往断路电缆的端部装短路线, 在很短的时间内并不能完全放电,经过几 分钟后电压还可以恢复。

? 因此,装短路线应当满足下列要求: (1) 向大地放电时间不小于5 min; (2) 为防止在敷设电爆网路期间供电网路 的电流流入起爆网路,在敷设网路的整个 过程中都要连接短路线。

(三) 静电引起的早爆及预防

?

在爆破过程中如果工作人员穿着化纤或其他具 有绝缘性能的工作服,那么衣服相互摩擦就会 产生静电,这些静电积累到一定程度就会放电, 一旦遇上电爆网路就可能导致电雷管爆炸。

? 采用压气装药器或装药车进行装药时。由 于机械的运转、炸药颗粒与设备之间的摩 擦、炸药颗粒之间的摩擦,就会产生静电。 如果这些静电不能及时泄漏,就有可能积 聚放电,引起电雷管的早爆。 ? 为了防止静电引起的早爆,应该采用以下 措施:爆破作业人员禁止穿化纤衣物;机 械装药时,所有设备必须可靠接地;在装 药时不使用不良导体垫在装药车下面;输 药风压不得超过额定风压;工作人员应穿 导电或半导电胶鞋。

? 但是现在的衣饰材料花样之多,使你自己 都难以判断是否穿有化纤类衣物。在你接 触或搬运易燃易爆危险物品前,一个有效 的泄电方法就是先触摸一下导电设施,如 铝合金门窗等。 ? 在工作过程中脱穿衣服之后是最易使静电 积累和放电的,这时更应该多触摸几下导 电设施,泄去身上积累的静电。 ? 有许多静电引起的早爆事故,就是在脱穿 衣服之后发生的。

(四) 高压电和射频电对早爆的影响和预 防

?

在高压电和射频电的周围存在着电场,如果电 雷管或电爆网路处在强大的射频电场内,在网 路两端就会产生感应电压,当感应电压超过一 定值就会引起电爆网路早爆。

? 为了防止射频电引起电爆网路早爆,应遵 守以下规定: ? (1) 采用电爆网路时,应对爆区周围环境 中的高压电和射频电进行调查; ? (2) 在爆区做网路模拟试验; ? (3)禁止流动射频源进入现场,手机等通讯 设备在进入现场前必须关闭; ? (4)电爆网路敷设时应该尽量缩小导线圈定 的范围。

电雷管爆区与高压线间的安全允许距离,应 按表6-1的规定;与广播电台或电视台发射机 的安全允许距离,应按表6-2、表6-3和表6-4 的规定。
6-1 爆区与高压线的安全允许距离

电压/kV

3~6

10

20~ 50

50

110

220

400

普通电雷管 安全允许 距离/m 抗杂电雷管

20 —

50 —

100 —

100 —







10

10

16

表6-2 爆区与中长波电台(AM)安全允许距离 发射功率/W 安全允许距 离/m 5~25 25~50 50~100 100~ 250 100 250~ 500 136 500~1 000 198

30

45

67

发射功率/W

1 000~ 2 500~ 5 000~ 2 500 5 000 10 000

10 000~ 25 000

25 000~ 50 000

50 000~ 100 000

安全允许距 离/m

305

455

670

1 060

1 520

2 130

6-3 爆区与移动式调频(FM)发射机的安全允许距离
发射功率/W 安全允许距 离/m 1~10 10~30 30~60 60~250 250~600

1.5

3.0

4.5

9.0

13.0

6-4 爆区与甚高频(VHF)、超高频(UHF)电视发射机的安全允许距离 发射功率/W 10~ 1~10 102 102~ 103 103~ 104~ 104 105 105~ 106 106~ 5×106 ——

VHF安全允许 距离/m UHF安全允许 距离/m

1.5

6.0

18.0

60.0

182.0 609.0

0.8

2.4

7.6

24.4

76.2

244.0

609.0

(五) 减少杂散电流危险的措施
?

采用低感度的电雷管可以大大降低早爆的概率。

?

减少电力牵引杂散电流危险性最重要的也是最 必须的措施是,使铁轨处于标准状态。

? 在电机车运输的接触网路中和动力与照明 网路中,采用各种措施以减少产生事故状 态的概率是很重要的。

? 在各种单相(特别是双相)接地的情况下, 将大部分杂散电流导走,这对于减少漏电 的危险性是有决定意义的。
? 危险状态的持续时间起很大作用。为了降 低杂散电流作用下电雷管爆炸的概率,必 须尽量提高防护装臵的反应速度。

? 电路中发生故障时的保护性断路以及预防 这些事故的措施同时也是减小杂散电流危 险性的方法。

? 不管采用何种型号的电雷管,都必须力求 使爆破网路的导线尽量远离带电的铁轨, 同样也要尽量远离各种可能偶尔带电的设 备和金属装臵。

? 在母线的绝缘遭受破坏的情况下,任意两 点的距离越远,这两点间的电位差就越大, 所以在布臵母线时彼此间尽量靠近。 ? 在敷设电网时,两根导线的连接处必须采 用专门的套筒(接线柱),同时,母线必 须短路。 ? 总体来说,采用所需感度的电雷管和采取 各种预防措施,则杂散电流引起电雷管早 爆的可能性就会降到最低限度。

(六)电爆网路的绝缘度对爆破可靠性 的影响

?

经验表明,无论什么类型的电源,只要爆破的 电雷管数量在计算允许值范围之内,在干燥的 工作面爆破的可靠性是可以保证的,而拒爆率 不大于0.1%~0.2%。

? 发生拒爆有下列原因:端线绝缘破坏或断 裂、雷管质量低劣等。 ? 为了消除造成拒爆的原因,在进行大爆破 之前,应检查所安装的电爆网路的参数是 否与计算相符。

? 当发现装有电雷管的电爆网路的实际电阻 及绝缘电阻与计算值的误差大于10 %时, 要对网路进行检查,并将绝缘破坏的部分 予以排除。

? 在爆破前,要测定起爆网路的绝缘电阻, 起爆网路(由串联的电雷管组成)的绝缘 电 阻 值 在 干 燥 的 掌 子 面 为 5×103 ~ 2×106Ω ,而在潮湿的掌子面则大大降低。

? 特别重要的是,绝缘电源值与网路开始安 装至起爆之间的持续时间有关。 ? 在试验场地进行的测量表明,网路安装的 条件与质量是影响网路绝缘电阻的重要因 素。

? 在潮湿情况下,当采用交流电起爆时,拒 爆与绝缘状态的关系不大。 ? 研究结果表明,装有35~40个电雷管的支 线串联在380 V的网路上,装药没有发生拒 爆。 ? 当采用直流供电时,端线的接触阻抗减少, 使流向大地的漏电增加,从而使网路起爆 的可靠性降低。

? 近几十年间,在矿山进行大爆破时出现了 典型拒爆。例如,在研究某矿井413 m水平 的183~185矿块和480 m水平的226~228矿 块的大爆破效果时,发现在串联电路的中 间部分发生了拒爆。第一个矿块的81个深 孔中爆炸了37个,第二个矿块的88个深孔 中仅爆炸了6个。由于网路向矿体大量漏电, 使电流强度减弱,从而使装药发生拒爆。

? 在拒爆的情况下,由于网路上电流分布的 不均匀,通常是布臵在起爆网路中间部分 的电雷管不爆炸。初步分析是,边缘部分 电雷管电流为35 A,而中间部分为2 A,这 就导致布臵在串联网路两侧的电雷管过早 地爆炸。 ? 这次事故对理论研究和通过试验工作中揭 示网路上电流参数的变化规律以及如何确 定这些参数都是很有用的。这些参数确定 以后就可保证大爆破有较高的可靠性。

? 试验表明,在潮湿条件下电爆网路拒爆的 主要原因是爆破网路的绝缘质量不好,与 电雷管的数量无关。 ? 当接头绝缘电阻和爆破网路的接地电阻都 较小时,从一个雷管到另一个雷管的电流 衰减得特别快,在第1个雷管和第4个雷管 之间电流减少到1/250~1/300,以致只能 引爆边缘上的几个电雷管。

? 在网路接头绝缘电阻增加的情况下,电流 强度沿着电路的变化趋势减小,从而使电 雷管起爆的可能性增加。 ? 拒爆的电雷管数与接头的绝缘电阻值和网 路中电雷管的总数有关。

? 接头的绝缘电阻是绝缘材料、岩石导电率、 水溶液成分、网路上导线接头总数的函数。

四、电力起爆安全的一般问题
?

电力起爆时自掩蔽所或自安全地点向电雷管供 给电流脉冲。然而这种起爆方法也包含着一些 危险因素,首先是外部电流有进入起爆网路的 可能。

? 在敷设网路之前,要求切断所有电气设备、 电缆以及其他危险区范围内的电机车架线 和其他架空电线上的电流。 ? 禁止利用水、大地、管道、铁轨等作为第 二导线,并要求电力起爆网路所有的导线 和接头都保证绝缘。 ? 导线必须用接线柱或绝缘带进行绝缘。 ? 在与母线连接之前,电雷管的端线应当短 路。而母线的另一端在与起爆网路连接之 前也应当短路。

? 当网路闭合量,最危险的情况是雷电时在 地面上安装起爆网路,强大的大气放电能 够在起爆网路中激起感应电流,这种感应 电流完全可以使电雷管爆炸。 ? 在山谷里修建公路且准备大爆破时,天空 中出现了带电的乌云,如爆破作业就此暂 停,由于起爆网路处于闭路状态,这时, 雷电的放电现象就可能使得网路发生早爆, 这样后果非常就严重。

雷电的预防措施
? 听天气预报,以及近几天的天气动态;
? 在爆区设避雷针系统; ? 在装药边线时遇雷电,立即停止作业,全 体工作人员撤离,将导线断路,绝缘,离 地放臵,进行防潮处理; ? 提前起爆;

? 未准备起爆时,线路不应接到起爆器上。

? 安全规程规定,起爆器或起爆箱(装有起 爆开关)的钥匙应由组长掌握,掌钥匙者 必须最后离开起爆网路与装药地点。
? 网络出现拒爆而检查网路时,应锁上起爆 器. ? 起爆网路应自爆破目标向电源方向敷设, 无论如何也不能自电源方向向爆破目标敷 设。

? 敷设起爆网路时,危险区内的人员越少, 危险性就越小,网路损坏发生事故或拒爆 的可能性也就越小。

? 只有装药结束和炮孔的炮泥封好并且所有 人员自危险区撤离后,才能敷设起爆网路。
? 在撤离人员中,不包括敷设网路的工人和 爆破指挥人员。

? 任何起爆方法出现拒爆都具有相当大的危 险性,因此,规程制定了一系列防止拒爆 的措施:必须对网路的电阻进行计算,仪 表检验的实际电阻值必须与电阻的计算值 相符,用一个与实际网路一样的电爆网路 作备用网路。 ? 电力起爆网路允许采用导爆索作为备用网 路。备用的导爆索网路像电力起爆网路一 样,不允许用点火的方法起爆。

? 为了确保不发生拒爆,当一般爆破时,每 个雷管必须通以2.0 A直流电,当用交流电 起爆时,每个电雷管都要通以不小于2.5 A 的电流;当硐室爆破时,每个雷管必须通 以2.5 A的直流电源,交流电通以不小于 4.0 A的电流。

? 交流电的准爆电流值实际上还与其频率有 关。根据计算,当频率为50 Hz时,一般电 雷管无拒爆电流值为8.4 A,而当100 Hz时 降到 1.8 A。根据奥泽尔内的资料,频率 为 500 Hz的交流电对电雷管的作用与直流 电是一样的。

五、电力起爆网路参数的检查
电爆网路连接好以后必须要对网路进行仔细 的检查,内容包括:

(1)电源开关是否接触良好,开关及导线的电 流通过能力是否满足要求;
(2)电源充电后电压能否达到最高值;

? (3)网路电阻与设计值是否相符,电阻是否 稳定,在串联网路中特别要注意有没有自 成闭合网路而未接入整个起爆网路的情况;
? (4)在微差爆破中要注意电雷管的段别是否 符合设计要求。

? 电力起爆网路的主要参数是:电雷管的数 量 N 、网路电阻 RC 及其绝缘电阻 Rj 。向 网路发出起爆脉冲之前,上述各参数必须 和所要求的数值相一致。 ? 电力起爆网路的电阻可以在很大范围内变 化,甚至在电雷管数量相等和连接方式相 同的情况下也是如此。 ? 一个电雷管的电阻可以在2~4.2Ω的范围 内变化。

? 母线和连接导线的电阻与导线型号和导线 长度有关。 ? 导线接头电阻对网路的电阻值有较大的影 响,特别是在该网路接线柱电阻与预定值 不一致时。 ? 电力起爆网路的电阻是受许多偶然因素影 响的,因而可以说,计算结果仅仅是个大 致数值而已。

? 通常对电力起爆网路进行测量只能查出大 毛病,例如短路、断线等。 ? 为了查出这些毛病没有必要将电阻测得很 精确,测量精度达到10 %~20 %就完全足 够了。 ? 广泛采用所谓“测试仪表”来检查电力起 爆网路各参数的原因,采用“检查”这一 术语,而不采用“测量”这一术语。

? 爆破之前必须直接对电力起爆网路的绝缘 作检查。众所周知,绝缘不好会产生漏电 现象,从而可能造成拒爆。

? 为了提高电力起爆的“准爆性”,必须规 定绝缘电阻的标准。根据莫斯科矿业学院 的研究结果,绝缘电阻应不小于爆破网路 的电阻值,而对于标准感度的电雷管,不 小于 1 000Ω 。

? 电力起爆网路参数的检查包括:
? (1)网路电阻的确定:根据安全规程规定, 如果在确定网路电阻时发现计算值与实测 值有较大的误差(大于5 %),那么是不允 许进行爆破的。这时必须对起爆网路进行 检查,找出网路中的毛病并予以消除。 ? (2)绝缘电阻的确定:为了检查绝缘状态, 应该测量接地与电爆网路之间的电阻,测 量时电爆网路两端要连在一起,并测量它 们与地线之间的电阻。所测量的电阻值等 于地线电阻与起爆网路绝缘电阻的和。

六、电爆网路最大起爆能力与最佳 联结方式计算
? 两个问题
?



(1)用220 V或380 V交流电能最多起爆 多少发电雷管? (2)问现有的这么多电雷管同网起爆如 何联接最可靠?(电压和雷管数目确定, 如何联结使通过每个雷管的电流值最大)

?

? 假定混合联电爆网路中有:
? ? ? ? n个(组)电雷管串联; m组(个)电雷管并联; 网路总电雷管数为N=m×n; 将网路母线和联接线电阻近似设为线电阻 R线; ? 起爆电源电压为U。 ? 那么,通过每发电雷管的电流, 由欧姆定 律可得: U i? ? (6-1) m R +nr
线

(一) 混合联电爆网路的最大起爆能 力的计算

?

爆破安全规程规定,流经每个电雷管的电流应 满足:一般爆破,交流电不小于2.5A,直流电 不小于2A;硐室爆破,交流电不小于4A,直流 电不小于2.5A。这就是电爆网路单个电雷管的 最低电流准爆值i准.

保证最低起爆电流,令:i=i准 由(6-4)可得:
m ? R线 U n? ? i准 ? r r

则起爆雷管总数N:
U ? m R线 2 N ? n?m ? ? m i准 ? r r

该函数式中,m是N的函数,对求导可得:
2R线 m dN U ? ? dm i准 ? r r

dN ?0 令 dm

得:
m? U 2 R线 ? i准

同理可得:
U n? 2r ? i准

(二)混合联电爆网路最佳联接的计算

?

已知起爆电源电压U,网路线电阻R线、单个电 雷管电阻r和要同网起爆的总雷管数N时,如何 联接才能使流经每个电雷管的电流最大?这就 是混合联电爆网路最佳联接问题。

? 将N=m×n代入(6-4)得:
U ?m i? 2 m R线+N r

? 式中 m是i的函数,对求导得:
di ? dm m 2 R线 ? N r U N r ? m 2 R线

?

?

?

?

2

di ? 令 dm ? 0 可求出的最大值:
m? Nr R线

? 同理可得:
n? NR线 r

? 注意: ? (1)m和都需取整数,且需满足:N= m×n。 ? (2)检验:i≥i准


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