CC BY
8
© П.Ю. Шслсхов, Э.А. Ачссва, М.С. Баликосва, 2012
УДК 622.235
П.Ю. Шелехов, Э.А. Ачеева, М.С. Баликоева
ИССЛЕДОВАНИЕ ПИРОФОРНОСТИ АЭРОВЗВЕСЕЙ ПРИ ПНЕВМОЗАРЯЖАНИИ ВЗРЫВНЫХ ПОЛОСТЕЙ РОССЫПНЫМИ ВЗРЫВЧАТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
Приведено описание установки, позволяющей смоделировать, с определенными допущениями процессы, происходящие в пневмопроводе при транспортировании гранулированных ВВ.
Ключевые слова: процесс разогрева, теплообмен, коэффициенты теплопроводности, электризация потока, минимальная мощность.
Л ля решения задачи моделирования процесса разогрева аэровзвеси ВВ при пневмозаряжании были приняты следующие допущения:
1) аэровзвесь заменяется эквивалентным цилиндром, температурное поле в котором описывается уравнением теплопроводности;
2) продольные размеры цилиндра значительно превосходят его поперечные параметры, что позволяет считать температурное поле однородным, зависящим только от координаты г;
3) в момент времени в эквивалентном цилиндре существуют внутренние источники тепла, распределение которых по цилиндру можно описать 8 - функцией Дирака;
4) рассматривается случай адиабатического процесса, т. е. теплообмен между цилиндром аэровзвеси и окружающей средой отсутствует;
В такой интерпретации решение вопроса разогрева аэровзвеси ВВ представляет собой функцию Грипа второй краевой задачи для уравнения теплопроводности.
д 2Т +1 ЭГ + ^о8 о (г - го )8 о (* - {о) = 1 (1)
дг2 г дг X а дт
дТ дг
ТI т=о = о, (3)
где Т — температура; г — текущая координата; т — текущее время; X - коэффициент теплопроводности; а — коэффициент температуропроводности; Ш0 — мощность внутреннего источника тепла; 8о (г - го) — функция Дирака, описывающая изменение 8о(^-10) — внутренних источников тепла во времени и
пространстве.
Вводя обобщенные координаты:
^ = -ат- — критерий Фурье или безразмерное время; И
и = о, (2)
г = г — безразмерная пространственная координата; К
Т
9 = — безразмерная температура; Т о
Ро = --критерий Померанцева или безразмерная мощность.
Х1о
Имеем: + ^ + % Ю - Ъ) (г - Г^)= , (4)
^ = о, (5)
дг
9!^о =о = о. (6)
Решение уравнения (4) проводилось на ЭВМ, использовались разностные
методы. Для дифф. уравнения (4) разностное уравнение в виде
9.,. - 29.. + 9.,. 1 9.,. - 9.,. 9- 9 .., 1+1,. 11 -1,. + 1 1 +1,7 1 -1,7 1+1 1-1 _
ОК2 ' 7ОК 2ОК 2ОТ
= -[Ро8о (ЮТ - То)(ЮК - Ко)). (7)
После преобразования уравнение (7) примет вид
ОТ Г1 -¿к.+г^г+ПР-
ок 2 I 2 71 1 -17 ^ ОК2 ) 1
- Ш (' + # 1+17 = ' ТК). (8)
где ОТ — шаг сетки по времени; ОК — шаг сетки по радиусу. При этом 1 = 1 + N, 7 = 1 ^ N ;
Соответственно для граничных условий (3, 4) имеем
1 + 4ОТТ- 911 - 912 = {(Т, К). (9)
ОК2 11 ОК2 1,2 ^ '
Для решения системы линейных алгебраических уравнений (6, 7) использован метод ортогонализации при
ОК = ^^, ОТ = о, о25.
В табл. 1 сведены расчетные температуры воспламенения аэровзвесей гранулированных ВВ и их компонентов.
То есть, можно определить средние эквивалентные коэффициенты теплопроводности двухфазных систем; минимальные температуры воспламенения аэровзвесей; данные температур воспламенения аэровзвесей подчеркивают опасность эксплуатации зерногранулита и гранулитов с большим содержанием дизельного топлива и алюминия.
Однако более важно с практической точки зрения знание НКП, ВКП (нижнего концентрационного предела, верхнего концентрационного предела) и минимальных энергий воспламеняемости аэровзвесей гранулированных ВВ.
Таблица 1
Минимальные температуры воспламенения аэровзвесей
Тип аэровзвсси Кониснтра-иия, кг/м3 Диспсрс-ность, мм Уд. всс Н/м310—1 X • ю-3 Вт/м 0К Тсмпсратура воспла-мснсния, 0К
Алюминий 0.032 0,07 2700 0,072 923
ВВ типа АС-ДТ 120 0,20 980 110 1160
ЗГ 79/21Б 120 0,20 990 37 910
Граммонал А-8 120 0,20 985 46 970
1,2,3
Для этого была разработана установка для определения пирофорности аэровзвесей Принимая во внимание определенную степень турбулентности, разделение ВВ на компоненты был создан новый тип установки, основанный на получении виброкипяще-го слоя частиц ВВ с переменной концентрацией по слоям . В реальных условиях частицы аэровзвеси движутся хаотично с разными относительными скоростями, что подтверждается электризацией потока. В то же время, их абсолютный вектор скорости совпадает с вектором скорости перемещения электрической искры в случае рекомбинации электростатического потока ВВ в разряд. Таким образом важно добиться в условиях эксперимента степени турбулентности испытуемой аэровзвеси соответствующей реальной. Опытная установка (рисунок) является циркулярной установкой полузакрытого типа, так как сообщается через войлочный фильтр 3 с окружающей средой, но потери частиц аэровзвеси по сравнению с объемом навески всего материала несоизмеримо малы. При исследовании не ставилась задача измерения давления и скорости его нарастания при взрыве пыли. Критической ситуацией считалось воспламенение аэровзвеси. Камера 4, внутренний диаметр которой составлял 40.10-3 м, выполнен из прозрачного органического стекла, обеспечивая визуальный контроль процесса воспламенения.
От компрессора подается сжатый воздух по воздуховоду 8 в ресивер 6, на котором укреплена болтовым соединением емкость, сообщающаяся с ресивером 5 из губчатого железа. Фильтр, фиксируемый штифтами 1-2, снимается для засыпки новой порции порошка в камеру, сообщаясь при работе установки с атмосферой через кран, регулирующий давление в камере 4 в заданных пределах. Двигатель с дебалансом 9 на маховике 10 укреплен на основании установки 11, стоящей на виброопорах 12. Величина давления в емкости контролировалась манометром.
8
Опытная установка для исследования пирофорности аэровзвесей
ВВ: 1, 2 — штифты для фиксации фильтра, 3 — войлочный фильтр, 4 — камера установки, 5 — подина из губчатого железа, 6 — ресивер, 7 — электроды, 8 — воздуховод, 9 — де-баланс, 10 — маховик, 11 — основание установки, 12 — виброопоры
Таблица 2
НКП и ВКП в кг/м3 воспламенения аэровзвесей гранулированных ВВ
Тип ВВ Гран; /литы Игланит 5 % масла ЗГ79/21Б А-8
АС-4 АС-4В АС-8 АС-8В
Влажность ВВ, % Дисперсность ВВ, мм НКП, кг/м3 0,20 0,16 0,25 142 0,14 0,16 0,25 139 0,20 0.16 0,25 129 0,10 0,16 0,25 134 1,4 0,25— 0,4 0,30 0,7—0.05 14,9 1,3 0,2 0,4 58,3
Концентрация аэровзвеси контролировалась прибором Ф-1 с введенным добавочным сопротивлением в мостовую схему измерительной цепи для расширения пределов измерения. Далее строились кривые изменения концентрации аэровзвесей в функции дисперсности, по которым и контролировались НКП и ВКП воспламеняемости. Изменение координат электродов 7 внутри камеры достигается перекоммутацией в системе парных электродов, размешенных по вертикали емкости через каждые 0,01 м. Такое расположение целого ряда электродов вносит некоторые искажения турбулентности виброки-пяшего слоя, но благодаря их малому диаметру в 1 мм, это искажение незначительно и им можно пренебречь.
Продукт, подлежаший испытанию, известных фракций и веса, засыпается в емкость и ложится на ее пористое дно. В ресивер подается сжатый воздух и включается двигатель вибросистемы. Смесь зависает в объеме. Подключается источник высокого напряжения типа АКИ-59 или АКИ-70, шунтированный емкостью, подаюший искру определенной мошности в аэровзвесь, концентрация которой контролируется. Далее определялась энергия воспламенения аэ-ровзеси в зависимости от ее концентрации.
Принимая во внимание условия, в которых находится поток гранулированного ВВ в пнемомагистрали, был создан новый тип установки, основанный на получении виброкипяшего слоя частиц ВВ с переменной концентрацией по слоям. Это позволило смоделировать, с определенными допушения-ми процессы, происходяшие в пневмопроводе при транспортировании гранулированных ВВ.
Экспериментальному определению НКП и ВКП были подвергнуты гранули-ты АС-4, АС-4В, АС-8В, игданит, зерногранулит 79/21Б и граммонал А-8.
ВКП аэровзвесей определяется из условия стабильности прекрашения воспламенения двухфазной системы от некоторой минимальной мошности искры при известной дисперсности твердой фазы
В табл. 2 приведены результаты исследования аммиачной селитры, алюминиевой пудры и солярового масла, являюшихся основными составными частями гранулитов.
Наибольшей восприимчивостью к искровому разряду отличается зерногранулит 79/21Б, что объясняется двумя причинами. Во-первых, это наиболее пыляшее гранулированное ВВ, во-вторых — содержание тринитротолуола в составе ЗГ79/21Б снижает минимальный предел того количества теплоты, получение которого ВВ обеспечивает начало реакции горения. Более высокое значение минимальной энергии воспламенения граммонала А-8 объясняется, очевидно, меньшим содержанием тротила и меньшей склонностью разделения
этого ВВ на компоненты. Омасленные гранулиты требуют для начала реакции горения значительно большего количества теплоты, так как отделенные минимально возможные фракции навески ВВ, содержащие в своем составе дизельное топливо, коагулируются в сгустки большого диаметра; алюминий обволакивается маслом, что резко снижает его способность к окислению.
1. Емекеев В.И., Шелехов П.Ю. Монография. Борьба со статическим электричеством при пневмозаряжании скважин россыпными В.В. Цветметинформация, 1970.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Шелехов П.Ю. Аналитическая оценка возникновения электрического разряда в пневмопроводе. Изв. ВУС СК, технические науки. Приложение 5. Ростов, 2006. н'.'-'^
Шелехов Павел Юрьевич — доктор технических наук, профессор, академик АГН (академик горных наук), заслуженный работник народного образования РСО-Алания, Ачеева Элина Асламбековна — старший преподаватель, е-шаП: е1та.асЬееуа@шаП, Баликоева Маргарита Сергеевна — кандидат экономических наук, доцент, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет).
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
О СТРУКТУРЕ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИХ
ПОСЛЕДСТВИЙ ПОГРЕШНОСТИ ГЕОМЕТРИЗАЦИИ
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
АбрамянГ.О., Дагбы У.В., Парамонов С.С., Толчкова Е.Н.
Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2012. — № 5. — 12 с.
Рассмотрена проблема оценки экономических последствий погрешности геометризации при эксплуатации местороккдений. Показано, что существующая методика решения этой проблемы не учитывает статистические ошибки 1-го и 11-го родов, которая является следствием стохастического характера размещения горно-геологических факторов в пространстве месторождения. Предложена новая методика оценки экономических последствий погрешности геометризации при использовании прогнозных математических моделей горно-геологических факторов. Она позволяет исследовать эту проблему с вероятностной точки зрения и принимать менее рискованные решения при планировании горных работ. Приведены результаты исследований месторождения Красная Шапочка ПО «Севуралбокситруда».
Ключевые слова: экономические последствия, погрешность геометризации, поле месторождения, горно-геологические факторы, эксплуатационная разведочная сеть, статистические ошибки 1-го и 11-го родов, уровень значимости, мощность критерия.
ABOUT STRUCTURE OF FORMATION OF THE ECONOMIC CONSEQUENCES
OF THE ERROR OF GEOMETRIZATION AT OPERATION OF FIELDS
Abramyan G.O., Dagby U.V, Paramonov S.S., Tolchkova E.N.
The problem of an assessment of economic consequences of an error of geometrization is considered at operation of fields. It is shown that the existing technique of the solution of this problem doesn t consider statistical errors of I and Il-nd childbirth which is a consequence of stochastic nature of placement of min-ing-and-geological factors in field space. The new technique of an assessment of economic consequences of an error of geometrization is offered when using look-ahead mathematical models of mining-and-geological factors. She allows to investigate this problem from the likelihood point of view and to make less risky decisions when planning mining works. Results of researches of a field the Little Red Riding Hood PO "Sevuralboksitrud" are given.
Key words: economic consequences, geometrization error, field field, mining-and-geological factors, operational prospecting network, statistical errors of I and Il-nd childbirth, significance value, criterion capacity.
