Графическое представление опорожнения камеры зарядчика от взрывчатого вещества при заряжании шпуров и скважин гранулированным вв Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

СЕМИНАР 20

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2001 М0СКВЛ.яМГГУ.я29яянваряя-я2лфевраллл2001;г.

© В.В. Сергеев, И.Л. Музаев, С.А. Макаров, 2001

YAK 622.235

В.В. Сергеев, И.Л. Музаев, С.А. Макаров

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕЛСТАВЛЕНИЕ ОПОРОЖНЕНИЯ КАМЕРЫ ЗАРЯЛЧИКА ОТ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА ПРИ ЗАРЯЖАНИИ ШПУРОВ И СКВАЖИН ГРАНУЛИРОВАННЫМ ВВ

При теоретических исследованиях [1] заряжания шпуров и скважин гранулированными взрывчатыми веществами при использовании камерного пневмозарядчика определено время опорожнения камеры зарядчика от взрывчатого вещества. При этом главным критерием послужила объемная концентрация смеси взрывчатого вещества с сжатым воздухом внутри камеры зарядчика.

Пока концентрация смеси в камере зарядчика выше концентрации смеси в зарядном шланге она определяется по выражению:

s(t) = s0 -

smf2v2

W

t

(1)

где f2 - площадь внутреннего поперечного сечения зарядного шланга, м ; t - время, с; IV -объем камеры зарядчика, м3; з0 - объемная концентрация взрывчатого вещества в камере зарядчика перед началом процесса заряжания, м3/м3; 5Ш - объемная концентрация взрывчатого вещества в зарядном шланге; м3/м3:

+ 2gAz(pee -р) 2 + r2 у3 + 2gAz(pee-р)

2r1r4

r1r4

2r1 r4

где Az - разность отметок между горизонтом установки зарядчика и местом расположения заряжаемых шпуров или скважин, м; рвв - плотность взрывчатого вещества в гранулах, кг/м3; р - плотность воздуха в камере зарядчика, кг/м3;

1 =в2 gd рар

r2 = 2(Рм - Ра)- 2gAzP

r3 =рм (1+Zj +^ф&2 +Ph h

L

r4=(Рвв -p)(1+Cn+sZ)+Рвв^-Ф 1 d

в - эмпирический коэффициент, зависящий от крупности транспортируемого материала (чем меньше крупность, тем меньше коэффициент в ~ 0,10,3). В нашем случае данный коэффициент в = 0,3; рм - давление в общешахтной магистрали, Па; рл - давление воздуха в камере зарядчика, Па; Ь -длина зарядного шланга, м; ра -плотность атмосферного воздуха, кг/м3; рм - плотность сжатого воздуха в общешахтной магистрали, кг/м3; А « 0,6 - коэффициент гидравлического трения при движении воздуха по зарядному шлангу; ^ - коэффициент местных сопротивлений в зарядном шланге; ^11 - коэффициент местных сопротивлений в магистрали; £01 = 1 и ^0=0,5 - соответственно коэффициенты местных сопротивлений при резком расширении и резком сужении; f - площадь внутреннего поперечного сечения воздухоподводящего шланга; м2; ё - внутренний диаметр зарядного шланга, м; д - ускорение свободного падения, м/с2; у2 - скорость истечения аэросмеси из камеры зарядчика внутрь зарядного шланга, м/с:

v2 =

2(Рм - Ра) - 2рш gAz

'р (1 + 4 +«,1)<^-)2 +Рш О +¿0 + Аш ^ )

С момента времени, когда концентрации смеси в камере зарядчика сравняется с концентрацией смеси в зарядном шланге функция в(?) = 5 должна удовлетворять дифференциальному уравнению:

wdS=-/„ (2)

Ж 2

Решение этого дифференциального уравнения выглядит следующим образом:

-VS)№

c+ds

a+bs

c+ds

(VC.

a+bs c+ds

+*Ja)(4c

-+

a+bs.

c+ds.

- —4c

b

+ - darc tg(

a+bs c+ds

і d ч l- b ) ~

b

- W--arc tg( d 1

a+bs.

c+ds.

-fj>=-pPW(t -1»)

(3)

где

1

c

£

а = р(1+4 + іА-І)2(1+С0 +ї(,+^ )Р ' £2 ' й

ь =(1+Со + ' )(Рее -Р) + Рее

й

с = 2( р" - ) - 2%А2р = 2Др(< - 2gAzр

^ = -2£МРее -р;>

где 51 - объемная концентрация взрывчатого вещества в камере зарядчика в момент сравнивания ее значения с объемной концентрацией взрывчатого вещества в зарядном шланге, м3/м3.

Выражение (3) представляет неявную функцию зависимости концентрации от времени:

5 = 5(0

Полученные выражения хоть и являются конечными зависимостями для определения искомых величин концентрации смеси взрывчатого вещества с сжатым воздухом, как в камере зарядчика, так и в зарядном шланге от времени, а также времени опорожнения камеры зарядчика от взрывчатого вещества, очень не удобны для дальнейших теоретических исследований при подстановке конкретных величин.

Для инженерных расчетов временем опорожнения камеры с момента сравнивания концентрации взрывчатого вещества в камере зарядчика с концентрацией в смеси, передвигающейся по зарядному шлангу, можно пренебречь, а ограничиться определением времени нения камеры с момента подачи взрывчатого вещества из камеры в зарядный шланг, до описываемой ситуации, опираясь на выражение (1), приняв в нем следующие начальные условия при 0 = Т б(1) = 0

тогда выражение (1) преобразуется к виду:

Т = soW

(4)

*ш

Поэтому для обеспечения возможности дальнейшего теоретического исследования работы камерного зарядчика при заряжании взрывных полостей гранулированными взрывчатыми веществами была разработана программа для компьютера на Ое1рЬу 5.*

Используя настоящую программу получены графики рассматриваемых зависимостей для одного из двух наиболее характерных случаев заряжания взрывных полостей - заряжания шпуров проходческих забоев.

Длина магистрали Ь, м = 10,0 Избыточное давление в общешахтной магистрали Рт-Ра, 105 ПА

Насыпная плотность ВВ Rm, кг/м3= 600,0 Плотность атмосферного воздуха Rв, кг/м3 = 1,2 Плотность ВВ Rвв, кг/м3 = 900,0 Диаметр зарядного шланга ёш, м = 0,019 Диаметр воздухоподводящего шланга ёвш, м =

0,019

Емкость камеры зарядчика Ш0, м3 = 0,019 Превышение заряжаемых скважин над уровнем зарядчика г, м = 0,0.

Статья с текстом программы депонирована в Издательстве Московского государственного горного университета

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

*

1. Сергеев В.В., Музаев И.Д. О работе камерного пневмозарядчика в режиме заряжания шпуров и скважин гранулированными взрывчатыми веществами // В сб. тр. СКГТУ, вып. 3-й, Владикавказ: 1997 г., - С. 194-201.

© В.В. Сергеев, С.А. Макаров,

2001

YAK 622.235

В.В. Сергеев, С.А. Макаров

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕЛСТАВЛЕНИЕ АЛИАБАТНОГО ТЕЧЕНИЯ СЖАТОГО ВОЗЛУХА ПО СИСТЕМЕ ОБЩЕШАХТНАЯ МАГИСТРАЛЬ - ВОЗЛУХОПОЛВОЛЯЩИЙ ШЛАНГ - КАМЕРНЫЙ ЗАРЯЛЧИК - ЗАРЯЛНЫЙ ШЛАНГ-ВЗРЫВНАЯ ПОЛОСТЬ ПРИ ПРОЛУВКЕ ШПУРОВ И СКВАЖИН

О

дной из обязательных (определенных ЕПБ при взрывных работах) вспомогательных подготовительных операций при заряжании шпуров и скважин, включая механизированное, с помощью пневмозарядчиков, является их продувка сжатым воздухом. При этом, в случае механизированного пневматического заряжания шпуров и скважин взрывчатым веществом, одновременно с продувкой взрывных полостей осуществляется продувка зарядчика и зарядного шланга, а также проверка функционирования всех узлов пневмозарядчика на холостом ходу, то есть без взрывчатого вещества.

Схема продувки шпуров и скважин сжатым воздухом с применением камерного пневматического зарядчика показана на рисунке. При этом сжатый воздух из общешахтной магистрали подается к пневмозарядчику по воздухоподводящему шлангу (обычно резинотканевому), подсоединенному к магистрали сжатого воздуха и к зарядчику через вентили. Из камеры пневмозарядчика воздух подается в зарядный шланг (из полупроводящей пластмассы), а по нему внутрь шпура или скважины. Здесь для ужесточения условий между зарядчиком и зарядным шлангом расположен запорный кран. Этот кран установлен не на всех зарядчиках. Длина воздухоподводящего шланга обычно невелика и как правило не превышает 10-20 м. Длина зарядного шланга в зависимости от конкретных условий может быть различной. Так, при

заряжании шпуров проходческих забоев она обычно не превышает 20-25 м, а при заряжании скважин очистных забоев может быть значительной и достигать 300-350 м. При заряжании шпуров проходческих забоев зарядный шланг обычно располагается горизонтально с подъемом на конце, при заряжании верхних шпуров - на высоту заряжаемого забоя, то есть проходимой выработки. При заряжании скважин или шпуров очистного забоя перепад высот размещения зарядного шланга от зарядчика к заряжаемым скважинам определяется местом их расположения в очистном пространстве блока и не превышает, как правило, его высоты.

Во всех описанных выше случаях продувка осуществляется следующим образом. Последовательно, начиная от общешахтной магистрали, открывают вентили и запорный кран, пуская сжатый воздух внутрь камеры зарядчика и далее по зарядному шлангу, предварительно введенному внутрь шпура или скважины, - внутрь шпура или скважины.

Затем, перемещая зарядный шланг внутри шпура или скважины циклическими движениями на забой шпура или скважины - от забоя постепенно вытаскивают его из шпура или скважины. По окончании продувки одного шпура или скважины перекрывают либо вентиль, либо кран после зарядчика. Зарядный шланг вводят внутрь следующего шпура или скважины до его забоя и открывают перекрытый вентиль или кран и осуществляют продувку этого шпура или скважины описанным выше способом. Так продолжают до тех пор, пока не будут продуты все шпуры или скважины в забое.

Хотя рассматриваемая система и ситуация довольно распространены в промышленности: нагнетательный пневмотранспорт сыпучих грузов с камерным насосом (одной из разновидностью которого является рассматриваемая нами система), магистральный воздухосборник (без учета процесса гашения неравномерной подачи воздуха поршневым компрессором), магистральный масло-водоотделитель (без учета процессов водо-маслоотделения), - теоретически они мало изучены, особенно взаимовлияние друг на друга всех входящих в систему элементов.

Схема работы камерного пневмозарядчика:

1 - общешахтная магистраль сжатого воздуха; 2,4,6 - запорные устройства; 3 - воздухоподводящий шланг; 5 - камерный пневмозарядчик; 7 - зарядный шланг; 8 - заряжаемая полость (шпур или скважина)

Представляется целесообразным рассмотреть работу пневмозарядчика при проведении продувки при допущении - с точки зрения термодинамики: все процессы протекающие в рассматриваемой системе - адиабатические. Это допущение спорное. Однако замеченное обмерзание местных сопротивлений в зимних условиях (при заряжании на поверхности) и в зонах вечной мерзлоты позволяет нам рассматривать протекающие процессы (как альтернативный вариант) - адиабатическими.

В работе [1] проведено теоретическое исследование указанных выше процессов с принятыми допущениями. В работах [2,3] описывается компьютерная программа на ОЬаэ1с, позволяющая строить графические зависимости исследуемой системы.

Полученная программа имеет несколько недостатков. Во-первых, получающиеся графики практически не привязаны к осям, так как оси и численные значения на них задаются программно, и практически не связаны с вычисляющимися значениями функций. Во-вторых, график зависимо-

сти сопротивления рассматриваемой системы от ее длины строится, как задано в исходных данных, в зависимости от суммарного сопротивления местных сопротивлений системы, тогда как более интересным было бы наблюдать влияние каждого местного сопротивления в отдельности. Поэтому эта программа дает скорее качественную характеристику исследуемого процесса, чем количественную. В-третьих, очень сложный процесс вывода полученных графиков и вычисленных данных на печать.

Учитывая вышеизложенное в настоящее время разработана еще одна программа для изучения описанного выше процесса с использованием программы 0е1рЫ, которая лишена указанных выше недостатков.*

Программа в настоящее время находится в отладке в части интерфейса и удобства передачи данных в текстовый редактор, в остальном она уже выполняет все требуемые операции.

* Статья с текстом программы депонирована в Издательстве Московского государственного горного университета.

1. Сергеев В.В, Музаев И1.Д. Разработка математической модели работы зарядчика при продувке взрывных полостей сжатым воздухом // В сб. «Пути развития горного производства (К 150-летию Садонского свинцовоцинкового комбината). - Влади -кавказ: 1993, - С. 74-77.

2. Сергеев В.В., Вербицкий А.В. Численное решение математической модели работы зарядчика при продувке взрывных полостей сжатым воздухом // В сб. Вестник МАНЭБ, № 8 (13). Владикавказ: 1999 г., - С. 27-29.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Сергеев В.В., Вербицкий А.В. Численное решение математической модели работы зарядчика при продувке взрывных полостей сжатым воздухом // В сб. Науковий в1сник НГАУ, № 2. Днепропетровск: 1999 г., - С. 19-20.

© В.В. Сергеев, С.А. Макаров,

2001

УАК 622.235

В.В. Сергеев, С.А. Макаров

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕАСТАВЛЕНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ СЖАТОГО ВОЗАУХА ПО СИСТЕМЕ ОБШЕШАХТНАЯ МАГИСТРАЛЬ - ВОЗАУХОПОАВОАЯШИЙ ШЛАНГ - КАМЕРНЫЙ ЗАРЯАЧИК - ЗАРЯАНЫЙ ШЛАНГ-ВЗРЫВНАЯ ПОЛОСТЬ ПРИ ПРОАУВКЕ ШПУРОВ И СКВАЖИН

Совершенствование используемого оборудования обеспечивает не только повышение производительности, но и качества выполняемых работ и производимой продукции. Самым эффективным методом совершенствования оборудования является теоретическое изучение происходящих в нем процессов.

Камерные пневматические зарядчики, применяемые при заряжании шпуров и скважин при отбойке горной массы в основном на подземных горнодобывающих предприятиях,

являются наименее изученными горными машинами.

В общем виде работу любого пневматического зарядчика можно представить в виде, представленном на рисунке. Пневмозарядчик подсоединяется к магистрали сжатого воздуха, теоретически и фактически являющейся для него бесконечно большим источником. К зарядчику присоединен зарядный шланг, который введен внутрь заряжаемой полости, по сечению значительно большей сечения зарядного шланга, настолько, что она не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на процесс.

Представляется целесообразным рассмотреть работу пневмозарядчика при проведении продувки, как зарядчика, зарядного шланга, так и заряжаемой полости, являющейся обязательной операцией в технологическом процессе пневмозаряжания шпуров и скважин взрывчатыми веществами.

В работах [1,2] заложены теоретические основы для исследования работы камерных пневмозарядчиков в режиме продувки взрывной полости сжатым воздухом, дальнейшее решение которых требует подстановок конкретных параметров исследуемой системы: шахтная пневмомагистраль- воздухоподводящий шланг - камерный пневмозарядчик - зарядный шлаг - взрывная полость при изотермическом движении по ней “чистого” сжатого воздуха в установившемся режиме.

Используемый в [1,2] подход к решению поставленной задачи позволяет легко с помощью компьютера рассчитать динамическое, статическое и полное давления движущегося воздуха в любом сечении исследуемой системы. Однако построение графиков зависимостей этих величин вдоль исследуемой системы весьма затруднен.

Поэтому для более полного графического представления термодинамического изотермического процесса движения воздуха при продувке взрывных полостей камерным зарядчиком,

Схема работы камерного пневмозарядчика:

1 - общешахтная магистраль сжатого воздуха; 2,4,6 -запорные устройства; 3 - воздухоподводящий шланг; 5 - камерный пневмозарядчик; 7 - зарядный шланг; 8 - заряжаемая полость (шпур или скважина)

используя в основном алгоритм [1,2], разработана программа для компьютера на БеірЬу 5.*

Давление атмосферное Ра= 101300 Па Давление магистральное Рт=278900 Па Диаметр воздухоподводящего шланга 0,04 м Диаметр зарядчика d2= 0,4 м Диаметр зарядного шланга d3= 0,04 м Диаметр скважины d4= 0,105 м Наружный диаметр зарядного шланга d5= 0,05 м Длина воздухоподводящего шланга Ы= 10 м Длина пути движения воздуха в зарядчике Ь2= 0,4 м Длина зарядного шланга Ь3= 118,5 м Длина скважины Ь4= 20,0000 м Расстояние от среза зарядного шланга до забоя скважины Ь5= 18,5 м

Температура окружающего воздуха Та=293 Т

Зависимость полного давления от длины системы

Зависимость статистического давления от длины системы

Зависимость динамического давления от длины системы

* Статья с текстом программы депонирована в Издательстве Московского государственного горного университета

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сергеев В.В, Герасименко Г.П. Теоретическое исследование работы камерного пневмозарядчика в режиме продувки взрывной полости сжатым воздухом» // В сб. тр. СКГТУ, вып. 3-й, Владикавказ: 1997 г., с. 201-212.

2. Сергеев В.В., Герасименко Г.П. Теоретическое исследование работы камерного пневмозарядчика в режиме продувки взрывной полости сжатым воздухом (Решение задачи с помощью МаЛСАО)» // В сб. докл.

РНТК «Крайний север-96. Технологии, методы, средства. Механика». Норильск: 1996 г., с. 94102.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ