Исследование взрывоопасных условий электризации при механизированном заряжании взрывных полостей россыпными взрывчатыми веществами

Шелехов Павел Юрьевич; Ачеева Элина Асланбековна; Баликоева Маргарита Сергеевна

УДК 614.841.345

П.Ю. Шелехов, Э.А. Ачеева, М.С. Баликоева

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗРЫВООПАСНЫХ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ ПРИ МЕХАНИЗИРОВАННОМ ЗАРЯЖАНИИ ВЗРЫВНЫХ ПОЛОСТЕЙ РОССЫПНЫМИ ВЗРЫВЧАТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

Проведены результаты исследований по повышению эффективности и безаварийности технологии добычи полезных ископаемых при пневмозаряжании скважин россыпными взрывчатыми веществами; разработаны средства и эффективный метод оптимизации технологии пневмозаряжания скважин в конкретных условиях рудников, обеспечивающих выбор высокопроизводительных режимов доставки ВВ. Ключевые слова: взрывоопасные условия, электризация, пневмотранспорт, заряд, механическое воздействие.

В настоящее время 60% горной массы на предприятиях горнорудной промышленности добывается с применением взрывных работ. Качество механизированного заряжания взрывных полостей россыпными взрывчатыми веществами оказывает непосредственное влияние на технико-экономические показатели работы этих предприятий.

Пневматический способ транспортирования и заряжания обеспечивает высокую экономическую эффективность за счет увеличения производительности труда, повышения плотности заряжания шпуров и скважин и позволяет использовать дешевые ВВ, отличающиеся малой чувствительностью к механическим воздействиям.

Однако пневматическому транспортированию рассыпных ВВ и пневматическому заряжанию скважин сопутствуют процессы электризации транспортируемого материала и различных элементов пневмотранспор-тирующих систем. Параметры электростатических полей при пнев-мотранспортировании гранулирован-

ных ВВ могут достигать значений, достаточных для возникновения искрового разряда внутри транспортирующей магистрали, что создаёт взрывоопасные условия для применения механизированного заряжания.

Многообразие факторов, влияющих на электризацию, а также многочисленность склонных к электризации веществ, свидетельствуют о сложности в изучении этого явления. Создание новых материалов, применяемых в пневмотранспорте, использование на взрывных работах новых типов ВВ, высокопроизводительных пнев-мозаряжающих установок, а также специфичность климатических и горногеологических условий отдельных горных предприятий требуют проведения исследований статического электричества и своих эффективных для этих условий средств защиты

Для этих целей были спроектированы изготовлены и использованы ряд экспериментальных установок..

В результате проведенных исследований получены соответствующие зависимости, учитывающие влияние техно-

Зависимости электризации от технологических параметров пневмозаряжания

При транспортировании аммиачной селитры АС по полиэтиленовому (1) и резиновому (2) шлангам при / = 40% - 90% через каждые 10%_

1. и = -11,784 + 0,886/ - 0,009/ 586

2. и =-7,247 +-

При транспортировании АС (3), гранулита АС-8 (4), игданита (5) по полиэтиленовому шлангу; 6,7,8-при транспортировании указанных ВВ по резиновому шлангу (при V=1, 5, 10, 15, 20, 25 м/с).

3. и = 0,86 + 0,775К-0,014К2

4. и =-0,74 + 0,648К-0,012К2

5. и = -0,40 + 0,208V - 0,003V2

6. и =-0,06 + 0,187V-0,00^2

7. и =-0,12 + 0,239V - 0,00^2

8. и =-0,24 + 0,3^ - 0,003V2

При транспортировании АС (9), гранулита АС-8 (10) и игданита (11) по полиэтиленовому шлангу. Диаметр частиц изменялся в интервалах: < 0,25 мм; 0,25-0,5мм; 0,5-0,75 мм и т. д. до 2 мм

9. и = 0,789

1,94

10. и = 3,800 + 5,702^ 6

11. и = 0,752 + 085

При транспортировании АС (12), гранулита АС-8 (13) игданита (14) по полиэтиленовому шлангу при радиусе закруглений соответственно равным (Я= 0,125; 05; 0,75; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 м)

0, 9

12. и = 2,758 + — 13.

я

и = 3,894

0,38

я

14. и = 1,230

0,51

я

При транспортировании АС по полиэтиленовому шлангу при замкнутом (15) и разомкнутом циклах (16). /=1;10; 20; 30; 40; 50 м

15. и = 2,21 + 0,1577-0,002712

16. и = 4,01 + 0,137-0,00872 + 0,00014673

логческих параметров пневмозаряжания на интенсивность электризации.

При определении влияния на электризацию основных факторов, сопровождающих пневмозаряжание, изменялся лишь один из них, другие же оставались постоянными. В качестве транспортируемого ВВ использовалась аммиачная селитра, гранулит АС-8, игданит, т. е. материалы, обладающие различными электрическими параметрами. Применение для регистрации электростатических явлений

шлейфного осциллографа дало возможность зафиксировать во времени на осциллограмме изменение потенциала электризации в зависимости от скорости и плотности потока в шланге, позволяя параллельно вести визуальное непрерывное наблюдение за исследуемым процессом. На основе проведенных экспериментов получены корреляционные зависимости изменения потенциала электризации и от относительной влажности воздуха / скорости транспортирования V,

Ж

Рис. 1. Функциональная схема устройства для измерения электрического заряда ВВ в пневмомагистрали: 1 - магнитопровод, 2 - электрод, 3 - операционный усилитель постоянного тока, 4 - функциональный преобразователь

диаметра гранул транспортируемого ВВ ё радиуса закругления (перегиба) шланга К и длины транспортирующей магистрали 1 (таблица).

Оценка уровня электризации по наведенному потенциалу дает одностороннюю характеристику параметров электростатического поля, что не позволяет получить объективную картину исследуемого явления и его опасности для пневмозаряжания. В связи с этим был разработан способ и устройство измерения электрического заряда движущихся частиц при использовании эффекта наведения тока заряженной частицей, движущейся относительно системы заземленных изолированных электродов. Математическое описание этого явления сделано Шокли и Рамо в теореме, носящей их имя. Измерение заряда сводится к измерению наведенного тока и вычислению величины электрического заряда д по формуле:

q=±

ihPV

22 RTsin(®f) '

Кл,

(1)

где 1н - величина наведенного тока, А; И - расстояние между электродами, м; Р - абсолютное давление воздуха в дозаторе, Па; К=29,27 - газовая постоянная при влажности воздуха 0 %; К=29,4 - при влажности воз-

духа 50%; Т - абсолютная температура воздуха, С°; sin (ю t) — гармоническая функция.

Приведенная формула позволяет однозначно определить величину заряда, накопленного транспортируемой аэрозолью по величине тока, наведенного движущимся зарядом во внешней цепи электрода, значением давления в пневмомагистрали и температуры воздуха.

Функциональная схема такого устройства показана на рисунке.

Пневмомагистраль заключается в систему магнитного отклонения 1. Ток, наведенный во внешней цепи электродов 2, усиливается операционным усилителем 3. В этом же звене производится умножение наведенно-

hVP тл

го тока на величину-. Извлече-

22 RT

ние квадратного корня осуществляется функциональным преобразователем 4.

Важнейшим преимуществом предлагаемого устройства является непосредственность измерения электрического заряда частиц в поток ВВ -главного параметра по влиянию на электростатическую безопасность пневмозаряжания ВВ. Величина электрического заряда является вместе с тем самой предста-

вительной характеристикой электростатического поля, так как значении его оценивает одновременно величину электрической емкости системы, накопившей заряд, и значение потенциала поля.

Описанный способ и устройство для измерения заряда транспортируемой аэровзвеси зарегистрированы Государственным комитетом по делам изобретений и открытий. Устройство было использовано в качестве инструмента исследований электризуемости всех типов штатных гранулированных ВВ при механизированном заряжании. С помощью этого прибора выявлена картина влияния технологических параметров транспортирования на ин-

тенсивность электризации ВВ при механизированном заряжании.

На основании проведенных исследований подтверждена возможность повышения эффективности и безаварийности технологии добычи полезных ископаемых при пневмозаряжа-нии скважин россыпными взрывчатыми веществами; разработаны средства и эффективный метод оптимизации технологии пневмозаря-жания скважин в конкретных условиях рудников, обеспечивающих выбор высокопроизводительных режимов доставки ВВ и заряжания скважин и исключающих возможность возникновения не санкционированных взрывов.

1. Шелехов П.Ю., Ачеева Э.А. Механизированное заряжание взрывных полостей гранулированными взрывчатыми веществами в горных условиях Северного Кавказа. Международный научный журнал. Устойчивое развитие горных территорий, №3(9), Ростов, 2011.

2. Сергеев В.В., Шелехов П.Ю. Анализ вероятных областей электризации потока

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

при пневмозаряжании шпуров и скважин непатронированными взрывчатыми веществами. Изв. ВУЗ СК, технические науки. Приложение 5. Ростов, 2006.

3. Шелехов П.Ю. Аналитическая оценка возникновения электрического разряда в пневмопроводе. Изв. ВУЗ СК, технические науки. Приложение 5. Ростов, 2006. ГТТШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Шелехов Павел Юрьевич - доктор технических наук, профессор, академик АГН, заслуженный работник народного образования РСО-Алания.

Ачеева Элина Асланбековна - старший преподаватель кафедры физики СКГМИ (ГТУ), е-шаП: е1та.асЬееуа@ша11.

Баликоева Маргарита Сергеевна - кандидат экономических наук, доцент кафедры «Детали машин» СКГМИ(ГТУ).

д