Повышение качества дробления горной массы при применении скважинных зарядов эмульсионных взрывчатых веществ уменьшенного диаметра тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат наук Возгрин, Роман Александрович

• Возгрин, Роман Александрович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Возгрин, Роман Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР И АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Анализ способов и методов управления энергией взрывчатых веществ при взрыве скважинных зарядов

1.2 Влияние параметров промежуточного детонатора на процесс распространения детонационной волны

1.3 Анализ методик расчета параметров буровзрывных работ

1.4 Выводы по главе 1 и постановка задач исследования

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ДЕТОНАТОРА НА РЕЖИМ ВЗРЫВЧАТОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

2.1 Исследование закономерностей распространения детонационной волны при взрыве заряда эмульсионного взрывчатого вещества от параметров промежуточного детонатора

2.2 Исследование влияния диаметра заряда и параметров промежуточного детонатора на скорости детонации скважинных зарядов эмульсионных ВВ

2.3 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХКОНСТРУКЦИЙ И ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЗОНЫ РЕГУЛИРУЕМОГО ДРОБЛЕНИЯ

3.1 Исследование влияния параметров скважинных зарядов эмульсионных взрывчатых веществ на процесс формирования зоны регулируемого дробления

3.2 Выбор и обоснование конструкции скважинных зарядов эмульсионных взрывчатых веществ

3.3 Выводы по главе

ГЛАВА 4 ОПЫТНО - ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗРЫВНОЙ ПОДГОТОВКИ ГОРНОЙ МАССЫ К ВЫЕМКИ ЗАРЯДАМИ

ЭМУЛЬСИОННЫХ ВВ ДЛЯ УСЛОВИЙ КАРЬЕРА ЗАО «СЕМИОЗЕРСКОЕ КУ»

4.1 Разработка методики проведения опытно-промышленных испытаний

4.2 Результаты опытно-прымышленных взрывов

4.3 Разработка мероприятий и рекомендаций по повышению качества дробления горной массы

4.4 Экономические показатели эффективности взрывных работ при применении

эмульсионных взрывчатых веществ с заданными параметрами

4.3 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества дробления горной массы при применении скважинных зарядов эмульсионных взрывчатых веществ уменьшенного диаметра»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы:

Анализ современных технологий буровзрывных работ (БВР) на карьерах строительных материалов показывает тенденцию к переходу на взрывание скважинами уменьшенного диаметра с применением эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ).

Однако уменьшение диаметра негативно сказывается на скорости распространения детонационной волны по колонке заряда ЭВВ, что приводит к изменению режима взрывчатого превращения от нормального до низкоскоростного и вплоть до отказов. Изменение режима взрывчатого превращения влияет на удельное энерговыделение ВВ и как следствие отрицательно сказывается на качестве дробления горных пород, а также на экономических показателях работы горного предприятия.

Исследованием режимов взрывчатого превращения и влияние последних на процесс разрушения горных пород занимались многие ученые: В.В. Адушкин, В.А. Белин, И.З. Дроговейко, М.Ф. Друкованный, Э.И. Ефремов, Е.И. Жученко, В.Б. Иоффе, М.А. Кук, Б.Н. Кукиб, Б.Н. Кутузов, Г.М. Ляхов, Н.В. Мельников, М.Г. Менжулин, Э.О. Миндели, В.А. Падуков, Г.П. Парамонов, И.А. Сизов, А.Н. Ханукаев, К.К. Шведов, Е.И. Шемякин и другие. Труды этих ученых внесли значительный вклад в теорию и практику взрывных работ при разработке месторождений полезных ископаемых.

Причинами изменения скорости детонации и режимов взрывчатого превращения при уменьшении диаметра скважин могут служить следующие факторы:

- изменение плотности по длине колонки заряда;

- изменение условий распространения детонационной волны;

- недостаточная величина инициирующего импульса.

Таким образом, изучение условий режимов взрывчатого превращения, обоснование параметров буровзрывных работ при применении скважинных зарядов ЭВВ уменьшенного диаметра, обеспечивающие заданное качество

дробления горной породы, является актуальной задачей, как в научном, так и в практическом плане.

Цель диссертационной работы:

Обоснование параметров зарядов ЭВВ при переходе на скважины уменьшенного диаметра, обеспечивающих рациональное дробление скальной горной породы на карьерах строительных материалов.

Идея работы:

Эффективность действия взрыва зарядов эмульсионных ВВ должна определяться выбором рациональных параметров промежуточного детонатора в скважинах уменьшенного диаметра.

Основные задачи исследования:

- выполнить анализ методов управления энергией взрыва ЭВВ при разрушении горных пород скважинными зарядами;

- определить величину инициирующего импульса, обеспечивающего устойчивый режим детонации скважинных зарядов эмульсионных ВВ уменьшенного диаметра;

- исследовать влияние конструкций скважинных зарядов эмульсионных ВВ на процесс формирования радиуса регулируемого дробления;

- разработать и обосновать методику расчета параметров расположения скважинных зарядов эмульсионных ВВ, обеспечивающих заданное качество дробления горной массы.

Научная новизна работы:

- установлены условия возбуждения и распространения процесса детонации заряда (ЭВВ) в скважинах уменьшенного диаметра в зависимости от параметров промежуточного детонатора;

- установлены закономерности изменения скорости детонации ЭВВ в зависимости от диаметра заряда и массы промежуточного детонатора;

- получены экспериментальные зависимости изменения скорости детонации по длине колонки заряда ЭВВ уменьшенного диаметра.

Основные защищаемые положения:

1. Полнота реакции взрывчатого превращения скважинных зарядов ЭВВ Сибирит-1200 уменьшенного диаметра достигается устойчивостью возбуждения и распространения детонации по длине колонки заряда на основе выбора рациональных параметров промежуточного детонатора.

2. Радиус регулируемого дробления скважинного заряда эмульсионного ВВ уменьшенного диаметра необходимо определять с учетом изменения скорости детонации по длине колонке заряда, позволяющим увеличить размеры этой зоны в 1,5 раза.

3. При определении параметров расположения сетки скважинных зарядов эмульсионных ВВ необходимо учитывать не только оптимальное совмещение зон регулируемого дробления, но и изменение скорости детонации по колонке заряда.

Методы исследований:

Обзор и анализ исследований отечественных и зарубежных работ в области взрывного дела, комплексное использование теоретических и экспериментальных работ в лабораторных и полигонных условиях, применение современных средств измерения детонационных процессов, протекающих в зарядной полости, обработка полученных данных на ЭВМ, а также сравнительный анализ результатов лабораторных исследований с результатами полигонных испытаний.

Практическая значимость работы:

- разработаны рекомендации по определению параметров сетки скважин зарядов эмульсионных ВВ уменьшенного диаметра;

- разработаны конструкции и определены параметры скважинных зарядов эмульсионного ВВ уменьшенного диаметра позволяющие повысить качество дробления горной породы на карьерах строительных материалов.

Реализация результатов работы

Разработанные рекомендации по расчету параметров БВР внедрены на карьере строительных материалов ЗАО «Семиозерское КУ».

Научные и практические результаты диссертации используются на лекционных и практических занятиях по дисциплинам: «Технология и безопасность взрывных работ», «Проектирование и организация взрывных работ».

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом проанализированных отечественных и зарубежных исследований по применению скважинных зарядов эмульсионных ВВ, достаточным объемом лабораторных и производственных экспериментов и удовлетворительной сходимостью экспериментальных и расчетных данных.

Личный вклад автора заключается в подробном анализе результатов отечественных и зарубежных исследователей, постановке цели и задач исследований, проведении теоретических и экспериментальных исследований, численных расчетов на ЭВМ, обобщении и анализе полученных результатов, сравнении полученных результатов с экспериментальными данными, разработке практических рекомендаций.

Апробация работы

Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на конференции в Фрайбергской горно-металлургической академии (Германия, Фрайберг, 2012 г.), на международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2014 г.), на научно-практической конференции "Современные концепции научных исследований" (Москва, 2014 г.), на заседаниях кафедры взрывного дела и научно-технического совета по работе с аспирантами Горного университета.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 4 научных работы (2 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России).

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка, изложенных на 133 страницах машинописного

текста, содержит 50 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 99 наименований.

Автор выражает благодарность научному руководителю профессору Г.П. Парамонову, развитие идей которого, помощь и поддержка способствовали успешному выполнению работы, а также признательность сотрудникам кафедры взрывного дела Горного университета, доц. В.А. Артемову и др. за практические советы при написании диссертации.

ГЛАВА 1 ОБЗОР И АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Аналнз способов и методов управления энергией взрывчатых веществ

при взрыве скважинных зарядов

Процесс исследования эксплуатационных и взрывчатых характеристик смесевых промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) довольно сложен из-за наличия многофазных поверхностей в сочетании с многокомпонентными рецептурами и взаимным влиянием их друг на друга. Анализ имеющихся данных [13,25,49,50] показывает, что основным направлением исследований сортимента ПВВ является оценка влияния отдельных параметров на их стабильность при хранении и изменение взрывчатых свойств в зависимости от условий применения ПВВ.

В этой связи, свойства ЭВВ изучены значительно меньше, чем у других известных классов порошкообразных, гранулированных и водосодержащих веществ. При этом имеющиеся результаты исследований часто невозможно использовать в сравнении с ЭВВ, так как большинство составов отличаются друг от друга компонентами и, главное, оцениваются по различным методикам [3,50,65]. Таким образом, при кажущемся наличии множества данных по физико-химическим и взрывчатым свойствам сравнении их с конкретным составам эмульсионными ВВ довольно проблематично. Принято считать, что эффективность и безопасность применения промышленных ВВ, в том числе ЭВВ, зависит не только от их энергетических характеристик, но и от физико-химических свойств, таких как химическая и физическая стабильность, водоустойчивость, увлажняемоеть, пластичность, текучесть, сыпучесть и ряд других [2,5,12,13,24].

Основными энергетическими параметрами ВВ, в наибольшей мере влияющими на уровень энергоемкости взрывного разрушения горных пород

является: абсолютная весовая энергия Ет; абсолютная объемная энергия Еу относительная весовая энергия Ег; относительная объемная энергия еу; теплота взрывчатого превращения [5,24,65]:

Абсолютная весовая энергия ет (кДж/кг) - теплота взрыва, отнесенная к единице массы ВВ, рассчитываемая теоретическим путем на ЭВМ с использованием термохимических уравнений.

Относительная весовая энергия характеризует работоспособность ВВ, и ее величина определяется как безразмерное соотношение энергий ет=Ех/Ега. В качестве эталонного ВВ, относительно которого вычисляют ет, применяют взрывчатую смесь типа Граммонит-79/21. Любое взрывчатое вещество с показателем ет<1 имеет энергию на единицу массы меньше, чем эталонное ВВ.

Абсолютная объемная энергия Еу характеризует объемную концентрацию ВВ в зарядной камере и для единицы объема ВВ рассчитываются по формуле

Еу=Етрвв, (1.1)

где рШ!—плотность ВВ.

Исследования показывают, что объемная концентрация энергии ВВ Еу относится к числу важнейших параметров, определяющих в значительной мере эффективность действия взрыва при разрушении горных пород.

Для скважинного заряда прямым аналогом Е^ является линейная плотность энергии ВВ (кДж/м)

Ру=ЕтР, (1.2)

где Р — вместимость (линейная плотность) ВВ в скважине, кг/м.

Относительная объемная энергия — безразмерный оценочный показатель, характеризующий объемную концентрацию энергии ВВ по отношению к объемной удельной энергии эталонной взрывчатой смеси

с-3'

Значение Еу > 1 показывает, что данное ВВ обладает большей объемной энергией, чем эталонное.

Значительное влияние на взрывчатые свойства, и в частности на детонационные характеристики, оказывают физическое состояние и дисперсность ВВ. В данном случае имеются характерные зависимости свойств ВВ в каждой группе, как то у порошкообразных, гранулированных, водосодержащих и эмульсионных составов. Известно, что механизм детонации смесевых ВВ основывается на горении частиц в детонационной волне, вследствие чего полнота взрывчатого превращения будет зависеть от размера частиц. Это особенно важно для смесевых ВВ, состоящих из невзрывчатого окислителя и горючего, где скорость реакции зависит в основном только от диффузии и теплопроводности. В данном случае скорость реакции имеет сложный характер и зависит от размеров частиц окислителя и горючего, плотности и наличия горячих точек. Влияние размеров частиц и равномерности смешивания компонентов промышленных ВВ на их детонационную способность и детонационные характеристики в неидеальном режиме объясняется тем, что общее время и полнота завершения реакции зависят не только от скорости сгорания отдельных частиц (первичные реакции), но и от скорости вторичных реакций, проходящих в газовой фазе и определяемых условиями диффузии, смешивания продуктов первичного распада. Чем мельче частицы разнородных компонентов и равномернее их распределение в объеме, тем быстрее завершится их сгорание, а также смешивание и взаимодействие продуктов сгорания [12,26,67].

Так, в порошкообразных составах предварительное измельчение позволило достичь размера частиц окислителя в пределах 150 — 500 мкм при плотности состава около 1 г/см . Дальнейшее уменьшение размера частиц оказалось невозможным из-за высокой гигроскопичности и агломерации гранул аммиачной селитры, а силы сцепления между частицами с рыхлыми коагуляционными структурами не позволяют получить плотность заряда более

о

1 г/см . Эти неразрешимые противоречия исчезают при получении составов на основе эмульсий «вода в масле», где смешение окислителя и горючего проводится в жидком состоянии и размер частиц не превышает 1мкм.

Зависимость межфазной удельной поверхности и плотности заряда от размера частиц окислителя для ПВВ различных классов (гранулированные, порошкообразные и эмульсионные) представлена на рисунок 1.

Рисунок 1 - Зависимость плотности заряда и межфазной поверхности от

Приведенная зависимость показывает, что поверхность контакта окислителя и горючего в эмульсионных составах в 2000 раз больше ганулированных рецептур типа АС-ДТ, что и определяет превосходные условия протекания реакции взрывчатого превращения. Чтобы повысить энергию системы в ВВ обычно добавляется определённое количество металлического порошка.

Известно, что детонационная способность состава ПВВ зависит от степени смешения окислителя с горючим. В этом случае ЭВВ отличается хорошими детонационными характеристиками, так как имеет большую поверхность контакта окислителя и горючего за счет наноразмеров эмульсии и находится в жидком состоянии. Также детонационная способность в одном классе порошкообразных ВВ на основе аммиачной селитры сильно зависит от их химического состава, дисперсности компонентов, влажности, плотности

ю

ДИАМЕТР ЧАСТИЦ, мм

размера частиц

заряда. Стандартные аммониты трудно поддаются совершенствованию, так как имеют сбалансированный кислородный баланс и хорошие взрывчатые характеристики.

Основными взрывчатыми характеристиками ВВ являются: теплота взрывчатого превращения, работоспособность, скорость детонации, давление во фронте детонационной волны, давление газообразных продуктов взрыва.

Теплота взрывчатого превращения, выделяемая в процессе реакции, является весьма важной энергетической характеристикой взрывчатого вещества, определяющей его работоспособность. Чем больше выделено теплоты, тем выше температура нагрева продуктов взрыва, тем больше давление, а следовательно, и воздействие продуктов взрыва на окружающую среду [12,26,73].

Теплота, выделяющаяся при взрыве смесевых ВВ, в значительной степени зависят от соотношения горючих элементов и кислорода в составе ВВ. Наиболее эффективным является ВВ с нулевым или близким к нулевому кислородным балансом, так как при полном окислении горючих элементов выделяется максимально возможное количество тепла.

При взрыве большинства промышленных ВВ выделяется от 2400 до 5600 кДж/кг тепла. Отдельные индивидуальные ВВ выделяют более 5600 кДж/кг, а предохранительные маломощные — менее 2400 кДж/кг. Отдельные индивидуальные ВВ выделяют более 6000 кДж/кг. Теплота взрыва каждого индивидуального ВВ не является его строгой константой, а варьируется в некоторых пределах и зависит от условий расширения продуктов взрыва, размеров заряда ВВ, начальной плотности и соотношения окислителя и горючих компонентов.

Для оценки потенциальных возможностей вещества при написании схемы разложения целесообразно использовать принцип максимального энерговыдсления (принцип Бертло), согласно которому горючие элементы окисляются до высших окислов, а азот выделяется в молекулярном виде. Схема одинаково применяется для расчета (^щах, молекулярных и смесевых ВВ, исходя

из их брутто-формулы. При этом предполагается, что смесевое ВВ разлагается так же, как и молекулярное. Для веществ с отрицательным кислородным балансом часто используется принцип Бринкли-Вильсона, в котором учитывается образование окиси углерода.

При оценке теплоты взрывчатого превращения ЭВВ было показано [49,50], что за счет мелкодисперсной структуры количество энергии, выделяемое при взрыве ЭВВ больше по сравнению с другими ВВ. Поэтому даже если теоретически суспензионные ВВ превосходят ЭВВ по удельной энергии взрыва, то на практике наблюдается обратная картина, особенно в зарядах малого диаметра.

В работе [51] при исследовании зависимости теплоты взрыва от содержания горючего показано, что теплота снижается при увеличении последнего.

В США на горных предприятиях используются составы на основе обратной эмульсии и 75% АЫ-РО для обводненных скважин. Внедрение данных взрывчатых смесей позволяет повысить эксплуатационные и взрывчатые характеристики смесей АМ-РО. Введение в смесь АС-ДТ до 30%

3 3

эмульсии повышает плотность заряжания с 0,8-0,9 г/см до 1,1-1,2 г/см и как следствие этого повышается эффект взрыва и расширяется область применения простейших составов. Дальнейшее повышение содержания эмульсии до 70% в составе делает смесь водоустойчивой при сохранении взрывчатых характеристик на уровне эмульсионных веществ. Кроме этого, внедрение смесей эмульсии с АС-ДТ на имеющихся мощностях эмульсионных веществ позволяет увеличить производительность установки на величину, соответствующую вводимому количеству АС-ДТ.

Из таблицы 1 видно, что максимальная энергия заряда ЭВВ достигается при содержании АС-ДТ в смеси 50-60%. При этом данные смеси имеют высокие взрывчатые характеристики и позволяют регулировать концентрацию энергии по высоте скважины и в зависимости от крепости породы.

Таблица 1 - Теплоты взрывчатого превращения ЭВВ в зависимости от содержания АС-ДТ

Количество АС-ДТ в эмульсии, % Плотность Л смеси, г/см Плотность ВВ, г/см3 Теплота взрыва, ккал/кг Объемная теплота взрыва, ккал/кг

- 1,393 1,25 690 862,5

10 1,382 1,25 713 891

20 1,404 1,29 736 949,4

30 1,413 1,35 759 1024,7

40 1,424 1,41 782 1102,6

50 1,43 1,42 805 1143,1

60 1,44 1,42 828 1175,8

70 1,36 1,36 851 1157,4

80 1,19 1,19 874 1040,1

90 1,08 1,08 897 968.8

100 0,92 0,92 920 846,4

Работоспособность является одной из важнейших энергетических характеристик ВВ и показывает какую механическую работу может совершить продукты взрыва при адиабатическом расширении до атмосферного давления. Величина работоспособности зависит от теплоты взрыва, химического состава ВВ и физических свойств ВВ.

В работах [24,50] показано, что величина работоспособности ЭВВ зависит от размера заряда и степени сенсибилизации. Для оценки работоспособности ЭВВ Кукиб Б.Н. в ЗАО «Нитро Сибирь» использовал метод воронкообразования. Критерием работоспособности являлось отношение масс зарядов исследуемого и эталонного ВВ, при взрыве которых образуются воронки одинакового объема. В результате было показано, что

работоспособность ЭВВ оказалась равной работоспособности гранулотола. Так же в результате этих опытов была установлена зависимость работоспособности от плотности ЭВВ (рисунок 2).

Б, км/с; МО^р-Ю"1

(

Г \ <1кр \

0,8 0,9 1,0

Рисунок 2 - Влияние относительной плотности (р0Тн) на критический диаметр детонации (с1кр), скорость детонации (О) и относительную

работоспособность

Анализируя данные зависимости видно, что в зарядах диаметром 100 мм рост скорости детонации продолжается до относительной плотности 0,91 и работоспособности - 0,91-0,93, а затем обе эти характеристики начинают резко уменьшаться. При превышении плотности более 0,91 - 0,93 наблюдается резкий рост критического диаметра детонации. Увеличение критического диаметра детонации влечет быстрый рост степени не идеальности процесса детонации, что приводит к заметному снижению скорости детонации и работоспособности.

Зависимость относительной работоспособности (^ от степени неидеальности процесса детонации представлении на рисунке 3.

{

0.25 0.5 0.75

Рисунок 3 - Зависимость относительной работоспособности от степени неидеальности процесса детонации (с1Кр/с1).

Анализируя представленную зависимость видно, что при изменении степени неидеальности процесса детонации от 0,2 до 1 относительная работоспособность уменьшается на 30%.

Скорость распространения детонационной волны в заряде ВВ называется скоростью детонации и обычно выражается в м/с. Скорость детонации Б характеризует скорость высвобождения тепловой энергии, заключенной в ВВ. С повышением скорости детонации возрастает энергия ударной волны, что способствует повышению степени дробления горных пород. Скорость детонации изменяется в зависимости от диаметра, плотности, размера частиц ВВ, степени герметизация зарядной камеры, жесткости окружающей ВВ среды и принятого способа инициирования заряда.

Для описания процесса детонации ЭВВ в [24,25,71] предложен механизм горячих точек. За фронтом проходящей ударной волны происходит разрушение оболочек микросфер. Газовые пузырьки, после разрушения микросфер, адиабатически сжимаются. При этом в них повышается давление и температура. Таким образом, сжатые микросферы являются "горячими точками" для инициации химической реакции в эмульсионной основе.

В системе ЭВВ топливный реагент находится в контакте с окислителем с простой формой молекулы, их площадь контакта очень велика и благоприятна для реакции по фронту Чемпена-Жуге (Ч-Ж). В результате ЭВВ имеет значительно большую скорость детонации по отношению к промышленным ВВ, содержащим индивидуальный сенсибилизатор состава ВВ.

Факторы, влияющие на скорость детонации ЭВВ, приведены ниже.

Влияние плотности. В целом, скорость детонации ЭВВ возрастает с увеличением плотности, когда рецептура состава [13,49].

Кривые на рисунке 4 и данные в таблице 2 показывают влияние плотности на скорость детонации.

$

я

сз Я

и

■а

6

о

Си §

и

6096

5486

4876 -

4267

3937

10

I- Матрица, не содержащая алюминий П- Содержание алюминия 7% —

Содержание алюминия 21%

1.1 1.2 1.3 1.4

Плотность, г/см3

1.5 1.6

Рисунок 4 - Скорость детонации в зависимости от плотности ЭВВ (диаметр патрона— 101,6 м)

Таблица 2 - Сравнение экспериментальной и теоретической скорости детонации ЭВВ

Плотность ■а г/см Экспериментальная скорость детонации м/с Теоретическая скорость" детонации м/с Скорость детонации, получаемая экстраполяцией, м/с

1,02-1,04 5420 5540 5070

1,07-1,08 5610 5790 5390

1,12 5800 6040 5610

1,15-1,17 5910 6190 5820

Известно, что регулировка плотности ЭВВ реализуется путём добавления твёрдых микрочастиц, которые в результате химической реакции образуют газ. Количество, форма и размер сенсисибилизирующих пузырьков оказывают влияние на скорость детонации [13].

о 2 К

3

ta х о

J3

ъ

и

■""Ч.О 1.1 1.2 1.3 1.4

Плотность заряда, г/см3

Рисунок 5 - Зависимость скорости детонации от плотности заряда

к

I

6000

5500

5000

4500

4000.

А)

0 20 40 60 80 100 120 140 1бО

Диаметр стеклянных микрошариков, микрометр

Б)

1.1 1.2

Плотность, г/см'

Рисунок 6 - Зависимость скорости детонации (А) и плотности ВВ (Б) от

диаметра стеклянных шариков

Из кривых на рисунках 5,6 видно следующее:

- Скорость детонации возрастает с уменьшением диаметра стеклянных шариков.

- При применении патрона ВВ большого диаметра скорость детонации не может быть изменена путём изменения диаметра шарика, и при этих условиях может быть получена наибольшая скорость детонации, равная скорости в неограниченной системе. Когда плотность заряжания составляет около 1,3 г/см , обычно достигается наибольшая скорость детонации (около 6500 м/с).

Согласно исследованиям работ [42,75], основным фактором, определяющим величину критического диаметра детонации ЭВВ, является степень ее сенсибилизации. Зависимость критического диаметра детонации (<3К) от относительной плотности (р/ртах) приведена на рисунке 7. При этом р означает экспериментально замеренное значение плотности конкретной эмульсии, а ртах - ее максимальная плотность ЭВВ (при полном отсутствии газовых включений). Анализируя данную зависимость , из которой следует, что

критический диаметр детонации эмульсионной матрицы при максимальной плотности составляет 350-400 мм.

400

300'

«я

г

вГ

I 200

&1

а

100-

- 1

-

-

производство эмульсин

-

- 1К • * • 1 Ьф

• • ♦ *

применение ЭВВ

- / .

'ш/, .»

■ 1 "1 'ТТЧ ' .......1.......Г" г—Г" ■'-Г "Г" Г™1—

0.6 0.7 0.8 0.9

Относительная плотность

1.0

Рисунок 7 - Зависимость скорости детонации от относительной плотности ЭВВ

(• - детонация; ° - отказ)

Таким образом, плотность эмульсионного ВВ является одним из главных факторов, определяющих надежность взрывания зарядов в тех или иных условиях, т.е. фактически, их область применения.

В результате исследований проведенных в работе [42] по определению критического диаметра детонации эмульсионных ВВ, были определены критические диаметры детонации эмульсионных ВВ различной плотности, приготовленных на эмульсионных матрицах с различными окислителями (на

аммиачной селитре или на ее смеси с натриевой селитрой) и с различным содержанием воды (от 12% до 18%).

Также необходимо отметить, что при изменении относительной плотности составов от 0,75 до 0,90, критический диаметр детонации не превышает 20мм (опыты проводились в стальных трубах), и все составы устойчиво инициировались электродетонатором №8. При относительной плотности составов более 0,9 наблюдается резкий рост критического диаметра детонации и для надежного инициирования детонационного процесса в зарядах необходимо применять дополнительный детонатор.

Таким образом, проведенные эксперименты показали, что при сенсибилизации эмульсионных ВВ газовыми пузырьками детонационная способность получаемых взрывчатых составов зависит, главным образом, от их плотности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Возгрин, Роман Александрович, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адушкин В.В. Подземные взрывы / В.В. Адушкин, A.A. Спивак // М.: Наука. 2007. 579 с.

2. Андреев С.Г. Физика взрыва. / Андреев С.Г., Бабкин A.B., Баум Ф.А., Имховик H.A., Кобылкин И.Ф., Колпаков В.И. // M. Т.1, 3-е издание, 2004. 824 с.

3. Андреев К.К. Теория взрывчатых веществ / К.К. Андреев, А.Ф. Беляев, А.И. Гольбиндера, А.Г. Горст//М. сб.ст.,ОБОРОНГИЗ, 1963. 581 с.

4. Андреев Ф.А. Норм справочник по буровзрывным работам / Ф.А. Андреев, Б.Л. Барон, Н.В. Гуров, В.Х. Кантор // М.: Недра, 5-е издание, 1986.511 с.

5. Барон В.Л., Контор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. М.: Недра, 1989.-376 с.

6. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва изд. ФИЗМАТЛИТ, М. 1959. - 798 с.

7. Боровиков В.А. Волны напряжений в обводненном трещиноватом массиве / В.А. Боровиков, И.Ф. Ванягин, М.Г. Менжулин, C.B. Цирель // Л.: ЛГИ, 1989. 85 с.

8. Боровиков В.А. Моделирование действия взрыва при разрушении горных пород / В.А. Боровиков, И.Ф. Ванягин // М.: Недра, 1990. 231 с.

9. Боровиков, В. А. Техника и технология взрывных работ / В.А. Боровиков, И.Ф. Ванягин //Учеб. пособие. Л.: ЛГИ, 1985. - 89 с.

10. Боровиков В.А., Ванягин И.Ф. Физическое моделирование действия взрыва и процесса разрушения горных пород взрывом. Л., изд. ЛГИ, 1984.106 с.

11. Боровиков В.А., Ванягин И.Ф., Менжулин М.Г., Цирель C.B. Волны напряжений в обводненном трещиноватом массиве. Л., изд. ЛГИ, 1984. - 86 с.\

12. Буллер М.Ф. Промышленные взрывчатые вещества. Сумы, изд. СумГУ, 2009. 213 с.

13. Ван Сюй Гуан Эмульсионные взрывчатые вещества / перевод. J1.B. Орлецкая, Г.С. Яжур, Д.А. Яжур // Красноярск: ФГУГТ «Роспромвзрыв», 2012.-372 с.

14. Ванягин ИФ Боровиков В А Моделирование действия взрыва при разрушении горных пород. Учебное пособие. - ЛГИ. 1980. — 89 с.

15. Веревочкин И.Е. Энергетический принцип расчета параметров буровзрывных работ. М.: ГИАБ, МГГУ. 2003. - 25 с.

16. Викторов С. Д., Галченко Ю.П., Закалинский В.М., Рубцов С.К. Разрушение горных пород сближенными зарядами - М.: ООО Издательство "Научтехлитиздат", 2006. - 276 с.

17. Виноградов Ю.И. Исследование влияния удельных энергозатрат и сетки расположения скважин на эффективность дробления горных пород взрывом, дисс. на соиск. научн. степени к.т.н.: спец. 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород и горная теплофизика». Ленинград, ЛГИ, 1976. - 25 с.

18. Вовк A.A., Лучко И.А. Управление взрывным импульсом в породных массивах. - Киев: Наук. Думка, 1985. -216 с.

19. Возгрин P.A. Обоснование массы промежуточного детонатора при инициировании скважинных зарядов эмульсионных взрывчатых веществ (Сибирит-1200) для условий карьера ОАО «Семиозерского КУ» / P.A. Возгрин, Г.П. Парамонов// Теория и практика взрывного дела: Сб. Взрывное дело. №112/69. М.: ЗАО «МВК по взрывному делу при АГК», 2014. - с. 223 - 234.

20. Возгрин P.A. К вопросу оценки размеров зоны регулируемого дробления при взрыве скважинных зарядов эмульсионных вв в условиях карьера ОАО «Семиозерское КУ» / P.A. Возгрин, Д.В. Молдован, В.А. Казанцев // Журнал «Маркшейдерский вестник» №2. М.: ЗАО «Гипроцветмет», 2015. - с. 7-9.

21. Возгрин P.A. Обоснование массы промежуточного детонатора при инициировании скважинных зарядов эмульсионных взрывчатых веществ / P.A. Возгрин, Г.П. Парамонов // Ежемесячный научный журнал «Евразийский Союз Ученых», №4, Москва, 2014. - с.72-75.

22. Горинов С.А., Куприн В.П., Маслов ИЛО. Возбуждение детонации в эмульсионных ВВ, сенсибилизированных газовыми порами, скользящей детонационной волной. М.: издательство «Горная книга» Отельные статьи ГИАБ №12. 2013.-20 с.

23. Горинов С.А., Кутузов Б.Н. и др. «Эмульсионные ВВ, гранэмиты и ANFO: структура, инициирование, физико-технические основы создания. М.: издательство «Горная книга» Отдельные статьи ГИАБ (начно-технического журнала) №7. 2013. - 64 с.

24. Горинов С.А., Маслов И.Ю. Влияние химического состава окис фазы эмульсии ЭВВ на взрывчатые характеристики при их сенсибилизации пластиковыми полимикросферами. М.: издательство «Горная книга» ГИАБ №9. 2011. С. 366-370

25. Демидюк Г.П. Управление действием взрыва при горных работах. Сб. Научные основы технологии открытых горных работ. Киев: Наука. 1969.

26. Демидюк Г.П., К вопросу зависимости степени дробления породы взрывом от диаметра заряда ВВ. Сборник Взрывное дело, №67/24, Недра, М., 1969 г.

27. Дерибас A.A., Медведев А.Е., Решетняк А.Ю., Фомин В.М. Детонация эмульсионных ВВ с полыми микросферами. Доклады РАН, №6, 2003. С 747748.

28. Добрынин И.А. Обоснование параметров промежуточных детонаторов в скважинных зарядах для повышения эффективности дробления горных пород: автореферат дисс. на соиск. научн. степени к.т.н.: спец. 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород и горная теплофизика» / И.А. Добрынин. - М., 2010. -20 с.

29. Дремин А.Н., Савров С.Д., Трофимов B.C. и др. Детонационные волны в конденсированных средах. М.: Наука. 1970.- 159 с.

30. Друкованный М.Ф., Дубнов Л.В., Миндели Э.О. и др. Справочник по буровзрывным работам. М.: Недра, 1976.- 631 с.

31. Друкованный М.Ф., Дубнов Л.В., Кутузов Б.Н. и др Справочник по буровзрывным работам на карьерах. Киев: Наукова думка. 1973. -433 с.

32. Друкованый М.Ф. Буровзрывные работы на карьерах. Учебник для техникумов. М.: Недра, 1990. - 367 с.

33. Друкованный М.Ф., Ефремов Э.И., Ильин В.И. Буровзрывные работы на карьерах. М., «Недра», 1967. - 369 с.

34. Друкованный М.Ф. Методы управления взрывом на карьерах. Учебник для ВУЗов. М.: Недра 1973.-369 с.

35. Дубинин Н.Г., Рябченко Е.П. Отбойка руды зарядами скважин различного диаметра. Новосибирск, Наука, 1972. - 369 с.

36. Дубнов Л.В. Бахаревич Н.С. Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. 3-е издание. М.: Недра, 1988. - 358 с.

37. Ермолова Б.С. Хасаинова Б.А. Детонация и взрывчатые вещества. Сб. статей под ред. A.A. Борисова. М.: Мир, 1981. - 375 с.

38. Ерофеев ИЕ, Кутузов БН, Скоробогатов ВМ Справочник взрывника / Под ред Б.Н. Кутузова // М.: Недра 1988. - 362 с.

39. Ефремов Е.И. Выбор места размещения и параметров промежуточного детонатора при инициировании скважинных зарядов ВВ. Киев.: Информационный бюллетень «Украинского союза инженеров-взрывников», №1, 2011. -с. 2 - 6

40. Ефремов Е.И. Ищенко Н.И., Пономарев A.B. Выбор места размещения и параметров промежуточного детонатора при инициировании скважинных зарядов. / Информационный бюллетень украинского союза инженеров-взрывников, № 1, 2011 г. С. 2-6.

41. Ефремов Э.И. Взрывание с внутрискважинными замедлениями. Киев: Наука думка, 1971. - 127 с.

42. Иоффе В.Б. Научные основы безопасного производства и применения эмульсионных взрывчатых веществ типа «Сибиритов» на горных предприятиях. Дисс. на соиск. научн. степени д.т.н.: спец. 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность (горная промышленность)», 25.00.20 -

«Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика» М.: ИГД им. A.A. Скочинского. 2002. - 349 с.

43. Казаков H.H. Взрывная отбойка руд скважинными зарядами. М.: Недра. 1975.- 185 с.

44. 1,3,19 Казаков H.H., Закалинский В.М. О КПД взрыва // Проблемы взрывного дела. Сб. статей и докладов №1, 2002, - 203 с.

45. Калякин С.А. Энергетический подход к определению параметров взрывных работ. Украина: Наука Дон НТУ, серия «Горная-геология», №7, 2008. - С. 43-48

46. Калякин С.А. Обоснование числа промежуточных детонаторов для инициирования скважинных зарядов взрывчатых веществ. Кривой Рог: Современные ресурсосберегающие технологии горного производства, вып. 2, 2012.-С.40-47.

47. Кириченко A.JL, Устименко Е.Б., Шиман J1.H., Политов В.В. Исследование детонационных характеристик шпур зарядов патронированных ЭВВ», Научный вестник НТУ №6, 2012. - с. 37-41

48. Кириченко A.JL, Устименко Е.Б., Шиман JI.H., Колтунов О.В. Развитие детонационных процессов скважинных зарядов малочувствительных ПВВ при инициировании от патронов-боевиков. Киев: Научный вестник НТУ, №4, 2011. С.59-63

49. Колганов Е.В., Соснин В.А. Эмульсионные промышленные ВВ. Кн. 1 (Составы и свойства), Дзержинск: изд. ГосНИИ «Кристалл», 2009. - 592 с.

50. Колганов Е.В., Соснин В.А. Промышленные взрывчатые вещества. Кн. 2 (Составы и свойства), Дзержинск: изд. ГосНИИ «Кристалл», 2010. - 524 с.

51. Козырев A.B. Эффекты неидеальности инициирования и распространения детонации в снаряжении боеприпасов как фактор снижения стабильности характеристик их поражающего фактора. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2011. - 22 с.

52. Крюков Г.М., Глазков Ю.В. Физика и моменты разных видов разрушения горной породы при взрыве в ней удлиненного заряда ПВВ. М.: МГГУ, отдельные статьи ГИАБ., №3, 2009. - 26 с.

53. Крюков Г.М., Глазков Ю.В Феноменологическая квазистатическо-волновая теория деформирования и разрушения материалов взрывом промышленных ВВ. М.: МГГУ, Отдельные статьи ГИАБ,2003. - 67 с.

54. Крюков Г.М., Каширский С.И., Глазков Ю.В., Жаворонка С.Н. Развитие одномерной волновой теории Сен-Венана на случай камуфлетного взрыва сосредоточенного и бесконечно-длинного зарядов ПВВ М.: МИР ГОРНОЙ КНИГИ, Отдельный выпуск, «Взрывное дело» №ОВ7, под ред. Белина В.А., 2007. -С.215-233

55. Крюков Г.М., Глазков Ю.В. Теоретическая оценка степени взрывного дробления горных пород на карьерах при разных способах инициирования зарядов. М: МГГУ, Отдельные статьи ГИАБ № 8, 2003. - 26 с.

56. Крюков Г.М., Глазков К. В., Жаворонко С.И. Теоретические оценки по ФКСВ теории процессов разрушения горных пород камуфлетным взрывом удлиненных зарядов. СПб.: Записки Горного института, Т. 171, 2007, С. 91—101.

57. Кукиб Б.Н. О влиянии плотности на скорость детонации эмульсионных взрывчатых веществ. Взрывное дело. Вып. №112/69. ЗАО «МВК по взрывному делу», М. 2014

58. Кукиб Б.Н. Влияние диаметра заряда на скорость детонации взрывчаты х веществ. Взрывное дело. Вып. №112/69. ЗАО «МВК по взрывному делу», М., 2008 с.207-216

59. Кутузов БН Методы ведения взрывных работ. 4.1. Разрушение горных пород взрывом: Учебник для ВУЗов. М.: Издательство «Горная книга», 2007. -471с

60. Кутузов БН Методы ведения взрывных работ 4.2. Взрывные работы в горном деле и промышленности. М.: Издательство «Горная книга», «Мир горной книги», МГГУ, 2008. - 512 с.

61. Кутузов Б.Н., Валухин Ю.К., Давыдов С.А. и др. Проектирование взрывных работ М.: Недра, 1974. - 328 с.

62. Кутузов Б.Н., Рубцов В.К. Зависимость удельного расхода ВВ от диаметра заряда. Горный журнал, №2, 1974 г.

63. Кутузов Б.Н., Горинов С.А., Собина Е.П. и др. Эмульсионные ВВ, Гранэмиты и ANFO: структура, инициирование, физико-технические основы создания. М.: «Горная книга», 2011. - 64 с.

64. Кутузов Б.Н., Горинов С.А. «Инициирование эмульсионных ВВ и гранэмитов промежуточными детонаторами» М.: «Горная книга» ГИАБ, № 7, 2011.-С. 5-19

65. Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. Пер. с англ. Под ред. Г.П. Демидюка и Н.С. Бахаревич. М.: Недра, 1980. - 453 с.

66. Кучерявый Ф.И., Кожушко Ю.И. Разрушение горных пород. М.: Недра, 1972.-236 с.

67. Марченко JI.H. Методические указания по применению скважинных зарядов рассредоточенных воздушными промежутками на открытых горных разработках. М.: ИГД им. A.A. Скочинского. 1962. - 18 с.

68. Марченко J1.H. К вопросу о передаче энергии взрыва твердой среде. Научные сообщения ИГД им. A.A. Скочинского, вып. 109, М., 1973, С. 68 - 76

69. Маслов И.Ю., Пупков В.В., Фоменкова В.Е. и др. Улучшение качества взрывной подготовки тонной массы за счет применения промежуточных детонаторов с оптимальными габаритными размерами при инициировании скважинных зарядов эмульсионных ВВ. М.: МГГУ, Информационный бюллетень Национальной организации инженеров-взрывников, №2(5), 2003. -С. 125-130

70. Медведев А.Е., Решетняк А.Ю., Фомин В.М. Детонация эмульсионных взрывчатых веществ зависимость от диаметра. Новосибирск: Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, 2004

71. Медведев А.Е., Решетняк А.Ю. Механизм детонации промышленных эмульсионных взрывчатых веществ. Нижний Новгород: Издательство

Нижнегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского. IX Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике. Аннотации докладов., Том II., 2006. С.131—132.

72. Мельников Н.В. Энергия взрыва и конструкция заряда / Н.В. Мельников, Л.Н. Марченко // М.: Недра, 1964. - 138 с.

73. Мельников Н.В. Открытые горные работы. М.: Недра, Международный симпозиум, 1971.

74. Мельников Н.В. Техника открытых горных работ за рубежом. Гл.З Взрывные работы. М.: Госгортехиздат, 1962. - 152 с.

75. Мендоса М. , Плаксин И., Кампуш Ж., Гойис Ж.С. Водно-эмульсионные ВВ с тротилом. Химическая физика, Т. 17, №1, 1998. - с. 103-113

76. Менжулин М.Г., Парамонов Г.П., Шишов А.Н., Уваров А.Н. Кинетика накопления наведенной трещиноватости в гранитах под действием взрывных нагрузок. Горный вестник, МГГУ, №1, 1999. -С. 143-146.

77. Менжулин, М. Г. Влияние естественной и наведенной трещиноватости на взрывное разрушение и предразрушение горных пород / М. Г. Менжулин, А. В. Юровских // М.: Горный информационно-аналитический бюллетень, №1 2004, -с.90-94

78. Меньшиков П.В., Синицин В.А., Маторин A.C. и др. Определение детонационных характеристик эмульсионных ВВ, изготовляемых в условиях горных предприятием.: ГИАБ №7, М.,2010. - с. 298-301

79. Мосинец, В. Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах / В. Н. Мосинец. - М.: Недра, 1976. -271 с.

80. Мосинец, В. Н. Разрушение трещиноватых и нарушенных горных пород / В.Н. Мосинец, A.B. Абрамов. // М.: Недра, 1982. - 248 с.

81. Новожилов М.Г. и др. Влияние диаметра заряда на интенсивность дробления хрупких пород взрывом. М.: МКВ по ВД Сб. Взрывное дело, , вып. 63/10, 1963

82. Сильвестров В.В. О зависимости скорости детонациии от плотности для ряда взрывчатых веществ. ФГВ. №4. Т.42, 2006. - с. 116-124

83. Родионов В.Н., Сизов И.А. Цветков В.М. Основы геомеханики. М.: Недра, 1986.-301 с.

84. Родионов В.Н, Адушкин В.В., Костгаченко В.Н. и др. Механический эффект подземного взрыва. М.: Недра, 1971. 224 с.

85. Суханов АФ Разрушение горных пород взрывом. Учебник для ВУЗов, 2-е изд. М.: Недра, 1983. 344 с.

86. Технические правила ведения взрывных работ в энергитическом строительстве. М.: «Институт Гидропроект», 1997. - 237 с.

87. Тогунов М.Б., Сапронов Е.М., Щукин Ю.Г. и др. Повышение эффективности взрывания горных пород эмульсионными ВВ. Технология и безопасность взрывных работ: материалы научно-технической конференции «Развитие ресурсосберегающих технологий во взрывном деле», прошедшей в рамках IV Уральского горнопромышленного форума 12-14 октября 2011. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2012. - с. 123-133

88. Тутов Н.Г., Краснопольский И.А., Оберемок О.Н. Взрывание скважинных зарядов на флюсовых и железорудных карьерах Днепропетровск: изд. «Луч», 1974. - 55 с.

89. Фокин В.А. Обоснование геометрических параметров удлиненной шашки-детонатора для обратного инициирования скважинных зарядов газифицированных эмульсионных взрывчатых веществ. Екатеринбург: Известия ВУЗов. Горный журнал №4, 2008. - С. 49-54.

90. Фокин В.А. Проектирование и производство взрывных работ при постановке уступов в конечное положение на предельном контуре глубоких карьеров. Аппатиты: КНЦ РАН, 2004. - 210 с.

91. Шевцов Н.Р., Таранов П.Я., Левит В.В., Гудзь А.Г. Разрушение горных пород взрывом. Учебник для вузов, 4-е издание. Донецк. 2003. - 253 с.

92. Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разушении пород взрывом. М., Госгортехиздат, 1962. - 200 с.

93. Ханукаев, А. Н. Физические процессы при отбойке пород взрывом / А.Н. Ханукаев. // М.: Недра, 1974. - 224 с.

94. Ханукаев, А. Н. Экспериментальные исследования процесса разрушения пород взрывом / А. Н. Ханукаев // Фрунзе: АН Киргизской ССР, 1961. - 134с.

95. Эткин М.Б., Азаркович А.Е. Взрывные технологии в энергетическом и промышленном строительстве. Научно-практическое руководство. М.: Издательство МГГУ, 2004. - 317 с.

96. Юхансон К. Персон П. Детонация взрывчатых веществ. М.: «МИР», 1973. - 347 с.

97. Maerz, N. Н., 1996. Reconstructing 3-D Block Size Distributions from 2-D Measurements on Sections. Proc. ISRM/Fragblast 5 Workshop and Short Course on Fragmentation Measurement, Montreal, Publi.A.A.Balkema. - pp. 39-43.

98. Maerz, N. H., Palangio, Т. C., and Franklin, J. A., 1996. WipFrag image based granulometry system. Proceedings of the FRAGBLAST5 Workshop on Measurement of Blast Fragmentation, Montreal, Quebec, Canada, 23-24 Aug., pp. 91-99.

99. Vosgrin R.A. Einfluss von Parametern der Borlochemulsionssprengstoffladungen mit redeziertem Durchmesser auf die Detonationsgeschwindigkeit // Scientific Reports on Resource Issues, st. Freiberg, 2013.-s. 110-112