Исследование и выбор оптимальных параметров кумулятивных выемок для формирования зарядов вв, повышающих эффективность разрушения горных пород взрывом

Мангуш С. К.; Стадник В. В.

СИМПОЗИУМ «СОВРЕМЕННОЕ ГОРНОЕ ДЕЛО: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ»

М0СК8А> МГГУ 29.01.96 - 2.02.96 г

V. . • • V'

V ■*.

І.

*. .*

• • *

МАИГУШ С. К. СТАДИИ К В.В., Московский государственный горный университет

Исследование и выбор оптимальных параметров кумулятивных выемок для формиро вания зарядов ВВ, повышающих эффективность разрушения горных пород взрывом

В целях повышения эффективности взрывных работ и совершенствования методов управления энергией взрыва при разрушении горных пород нами выбран способ кумулятивного управления в заданном направлении. Для реализации указанных задач в торцевой части применяемых зарядов В В устанавливались кумулятивные насадки конической формы.

При взрыве зарядов В В облицованных кумулятивными насадками, металлическая облицовка с очень большой силой сжимается под действием продуктов детонации (ПД), вследствие чего внутри металла возникают очень большие давления, при которых он начинает течь, подобно жидкости, т.к. давление на кумулятивную облицовку существенно превосходит сопротивление любого металла. В результате из сжимающейся массы металла выплескивается по оси выемки струя металла, движущаяся с большой скоростью. Схемы обжатия ГГД металлической облицовки кумулятивной выемки и действие кумулятивной струи из расправленного металла вычисляется, исходя из гидродинамической теории кумуляции по формуле:

= У°’ (ша +1&х ) (1)

где а - угол между образующей кумулятивной облицовки, град.;

Уа - скорость разлета продуктов детонации, м/ч.

При движении кумулятивной струи в воздухе сравнительно недолго, она интенсивно разрушается и сгорает из-за большого трения. Как показал анализ литературных источников, наиболее устойчивыми

являются струи, имеющие скорость полета 6-10 км/с. Кумулятивная струя ударяясь о забой шпура или скважины, производит на него чрезвычайно большое давление, которое можно вычистить по формуле:

р = — ■ у2 -о

К Л к • о

(2)

где р0 - плотность металла, облицовки, г/см3.

Слой горной породы, воспринимая высокое давление ведет себя подобно жидкости, а кумулятивная струя пробивает в породе отверстие, проходит в глубину массива.

Глубина проникновения кумулятивной струи в породу может быть рассчитана по формуле Лаврентьева-Тейлора.

Р<7

(3)

пор

где - эффективная длина кумулятивной струи;

Рпор " плотность породы, г/см3.

Для исследования процессов разрушения породных массивов кумулятивными зарядами определения оптимальных и геометрических параметров кумулятивных выемок, максимальных объемов разрушения и внедрения струй в породу была проведена серия лабораторных экспериментов по специально разработанной методике. Оптимальные геометрические параметры кумулятивных конических облицовок определялись взрыванием песчано-цементных образцов с массой заряда ВВ-6 г, а глубина внедрения струи изучалась на образцах из оргстекла взрыванием зарядов В В массой 2,6 г.

. IV | N8 п/п ; 1 (1 1 1 • ,1 І • • 9 1 1 * ' 1 » Размеры Шоков,! :: мм • !•? ; •* ; < .і Угол раствора куму^ лятивнбй выемки, тра^у: 'Щ, Расстояние от заряда до забоя шпура, ' мм 06ъём;раз- рушецря, см • 1 і(І _ #* • и Д • • • Глубйнэ воронки выброса, .. мм . ,* 1 V 1 .V '• Масса заряда, Диаметр ММ ' а

1 900x300x300 25 0 4,52 120 6 12

2 900x300x300 25 6 5.60 1,30 6 12

3 900x300x300 25 8 5,60 150 6 12 |

А 900x300x300 25 14 7,5 200 6 12

5 900x300x300 30 0 4,6 130 6 12

6 900x300x300 30 6 5.6 150 б 12 .. ..

7 900x300x300 30 8 5,6 150 6 12

I 8 900x300x300 30 14 7,90 210 6 12

9 900x300x300 40 0 4.6 130 6 12

10 900x300x300 40 6 5.7 160 6 12

11 900x300x300 40 8 5,90 160 6 12

12 900x300x300 45 14 9,80 250 6 12

13 900x300x300 45 0 5,9 160 6 12

14 900x300x300 45 6 6,3 170 6 12

15 900x300x300 45 14 9,8 260 6 12

16 900x300x300 50 0 5,9 160 6 12 I

17 900x300x300 50 6 6,3 170 6 12

18 900x300x300 50 14 7,4 200 6 12

19 900x300x300 60 0 4,6 130 6 12

20 900x300x300 60 14 5,6 150 6 12

21 900x300x300 65 0 4,6 130 6 12

22 900x300x300 65 14 5,6 150 б 12

23 900x300x300 75 0 3,7 100 6 12

24 900x300x300 75 14 5,3 140 6 12

25 900x300x300 80 0 3,8 110 6 12

| 26 900x300x300 80 14 5,6 150 6 12 I

ТАБЛИЦА 2

№ п/п Размеры блоков, '•'/'ММ Угол рЗсТбора кумулятивной выймки. , ;.трад>/ Расстояние от забой до шпура кумулятивного ; заряда, мм ■; Объем разрушения (вызола), см глубина проник’-новейия кумулятивной струи, мм Масса | заряда; г

1 90x29x50 30 0 3,0 5 2,5

2 80x86x50 30 3 4,0 5,1 2,5

3 89x86x50 30 4 4,3 6,0 2,5

| 4 90x86x50 30 6 4,8 8 2,5

5 90x35x50 45 0 3,5 6 2.5

6 90x87x50 45 6 4,7 10 2,5

7 90x86x50 45 5 5,0 8 2,5

8 89x96x50 45 4 4.6 6 2.5

9 90x87x50 65 0 2,6 4.3 2,5

10 90x85x50 65 6 2.9 4.7 2,5

11 90x84x50 65 5 2,7 4,4 2,5

12 90x85x50 75 0 1,8 3,2 2,5

13 90x87x50 75 6 2,1 3,8 2,5

14 90x87x50 120 6 5,0 3,0 2,5

15 90x86x50 120 6 4.1 2.7 2,5

Анализ результатов экспериментальных работ приведенных в таблицах 1, 2 и графиках (рис. 1, 4) показывает, что с увеличением угла раствора конической облицовки от 40 до 50 градусов объем разрушения возрастает.

Максимальная глубина внедрения кумулятивных струй в забой шпура (образцы из оргстекла) наблюдается при расстоянии кумулятивного заряда В В до забоя шпура равного 6 мм, что соответствует двум образующим конических облцовок, т.е, при фокусном расстоянии от заряда В В до забоя f *» 2Ь0брса.* Полученное эксперимен-тальным путем фокусное расстояние соизмеримо с двумя диаметрами отверстия кумулятивной выемки (/ ~ 2Ьобраз. ~ 2<1отв) •

На основе результатов лабораторных исследований были разработаны конструкции зарядов ВВ с кумулятивными облицовками с углом раствора металлической конической облицовки равной 40°-50°, кото-

рые испытаны в проходческих забоях угольных шахт и дали положительные ре-зултаты.

ВЫВОДЫ

На основе проведенных исследований и экспериментальных работ установлено:

1. Оптимальный угол металлической конической облицовки заряда ВВ, при котором происходит максимальное разрушение находится в пределах 40-50 градусов.

2. Максимальная глубина внедрения кумулятивной струи в забой шпура происходит при углях конической облицовки равных 40-50 градусов и факусном расстоянии от заряда ВВ до забоя шпура (скважины) равном: f ~ 2С0бр(а. * 2({0тв) кумулятивной облицовки.

Рис.1 Схема действия кумулятивных зарядов

а - разлет продуктов детонации цилиндрического заряда 8 сторону преграды;

Ь - разлет ПД кумулятивного заряда с конической выемкой; а - разлет ПД кумулятивного заряда с полусферической выемкой;

/ 1 и / 2 * фокусные расстояния кумулятивных зарядов с конической и полусферической выемками, f 1</г с* 1 < <^2

а.

ж

6.

Рис.2 Схема обжатия ПД металлическо облицовки кумулятивной выемки

а. I. II. III, IV - различные моменты обжатия конусной облицовки;

б, Обжатие ПД полусферической облицовки (выплеснула вперед струя жидкого металла).

]/*рйЗ/Ь- СГ? ,

Рис.З Г рафик зависимости обхъема разрушения СX, град. — X от угла кумулятивной конической обицовки Уразруш. = “4,385 + 0.661х ~0,012х2 + 0,001х3

'£$а!>7 пп

Рис.4 График зависимости глубины проникновения кумулятивной струи в породу от расстояния от забот до заряда ВВ. Ь = 12,999 4- 1.420х — 0,234х2 Н~ 0,011х3

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Мангуш С. К., Стадник В. В.