Обоснование удельного расхода взрывчатых веществ с различными энергетическими и детонационными характеристиками Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Коротко об авторах-------------

Добрынин И.А. - ИПКОН РАН, Москва.

А__________

-------------------------- © В.К. Угольников, П.С. Симонов,

2007

В.К. Угольников, П.С. Симонов

ОБОСНОВАНИЕ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ С РАЗЛИЧНЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ И ДЕТОНАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

В настоящее время определение проектного удельного расхода взрывчатых веществ осуществляется по формулам, учитывающим эталонный удельный расход ВВ и целый ряд поправочных коэффициентов.

- формула Ржевского

Чпр = Яэ ■ Квв ■ Кд • кт • Кга • КОБ • Ксп ,

- формула Союзвзрывпрома

Япр = Чэ ■ КВВ

- формула Гипроруды

Чпр = Чэ ■ КВВ ■ КДС ■ КДР ■ КЬ ,

где яэ - эталонный удельный расход ВВ; Кт - коэффициент, учитывающий влияние трещиноватости массива; КД , КДР -коэффициенты, учитывающие требуемую степень дробления; Кст - коэффициент, учитывающий степень сосредоточения зарядов ВВ; КОБ - коэффициент влияния объема; Ксп - коэффициент, учитывающий число свободных поверхностей при взрыве; КДС - коэффициент, учитывающий диаметр

скважины; Къ - коэффициент, учитывающий угол наклона скважины; КВВ - поправочный коэффициент эталонного ВВ к применяемому.

В данных зависимостях эталонный расход ВВ и коэффициент, учитывающий влияние трещиноватости массива, характеризует взрываемость породы, а остальные поправочные коэффициенты характеризуют условия взрывания. При этом считается, что данные коэффициенты зависят только от тех факторов, которые фигурируют в их названиях, и ни как не зависят от других факторов, т.е. независимы друг от друга.

Скорость детонации ВВ, м/с

Рис. 1. Влияние скорости детонации ВВ на максимально возможную для данных массивов степень дробления: 1 - порфирит (карьер Малый Куйбас, f = 12^16); 2 - гранодиорит (карьер Гумбейский f = 10^12); 3 - известняк (карьер Агаповский f = 6-10)

Рис. 2. Зависимость степени дробления пород от удельного расхода ВВ:

1 - гранулотол; 2 - граммонит 79/21

Например, коэффициент, учитывающий требуемую степень дробления, должен зависеть только от требуемой степени дробления, размеров кондиционного или среднего куска взорванной горной массы.

Однако исследования авторов [1, 2] показали что, при применении взрывчатых веществ с низкой скоростью детонации не удается добиться высокой степени дробления , даже чрезмерно увеличивая удельный расход ВВ (рис. 1).

Установлено, что при увеличении удельного расхода ВВ степень взрывного дробления сначала повышается, а затем, достигнув максимума, снижается (рис. 2).

Таким образом, рассмотрение переводных коэффициентов к эталонному ВВ как независимых факторов, может привести к существенным ошибкам, т.к. в этом случае не учитывается изменение механизма действия взрыва на массив в тех или иных условиях взрывания.

Еще большие сложности возникают с поправочный коэффициент эталонного ВВ к применяемому. Определение коэффициента (Квв) производится чаще всего только по энергетическим характеристикам ВВ.

А

лЭт

КВВ = 1Э_ ,

АВВ

где АЭТ, АВВ - идеальная работа взрыва соответственно эталонного и принятого ВВ, кДж/кг.

При этом учитываются лишь энергетические характеристики взрывчатого вещества, определяющие общую величину взрывного импульса, при этом без внимания остается детонационная составляющая, обусловливаемая скоростью детонации. Не учитывается механизм действия взрыва системы «ВВ - порода», зависящий от пространственного расположения заряда и характеристик взрываемой среды, прежде всего ее крепости и трещиноватости. Не учитываются требования, предъявляемые к результатам взрыва, определяемые целью взрывных работ и применяемым в последующих производственных процессах горным оборудованием.

Таким образом, для установления рационального удельного расхода необходимо классифицировать применяемые ВВ по энергетическим и детонационным характеристикам.

Работа взрыва - это процесс чрезвычайно быстрого химического выделения энергии. Механическая работа совершается за счет потенциальной химической энергии, которой обладает взрывчатое вещество. Следовательно, целесообразно разделить ВВ по энергетическим показателям, например по удельной теплоте реакции взрывчатого превращения. Однако, для взрывных работ существенна также и плотность ВВ в заряде. Поэтому в качестве энергетического показателя следует применять объемную концентрацию энергии в зарядной полости, которая определяется по формуле

Чзп = Е Рвв , кДж/м3,

где Е - удельная теплота взрыва, кДж/кг; рВВ - плотность заряжания, кг/м3.

По концентрации энергии в зарядной полости взрывчатые вещества могут быть разделены на:

• высокоэнергетические, имеющие концентрацию энергии в заряде ВВ язп >5000 кДж/дм3;

• среднеэнергетические, с язп =3500-5000 кДж/дм3;

• низкоэнергетические, с язп =2500-3500 кДж/дм3.

По характеру воздействия на окружающую среду промышленные взрывчатые вещества делятся на:

• высокобризантные, имеющие скорость детонации В >4,5 км/с;

• бризантные, с В =3,5^4,5 км/с;

• низкобризантные, с В =2,0^3,5 км/с;

• метательные, со скоростью взрывного горения В < 2 км/с.

Для определения рационального проектного удельного расхода ВВ необходимо рассматривать всю совокупность факторов определяющих взрываемость породы и условия взрывания во взаимосвязи друг с другом.

Решение этой задачи возможно на основе энергетического метода оценки технологической эффективности при-

менения ВВ, основанной на оптимизации удельного расхода энергии ВВ.

На карьерах Южного Урала по результатам взрывов в полигонных или промышленных условиях установлена зависимость удельного расхода энергии ВВ от энергетических и детонационных характеристик ВВ, степени дробления і и крепости взрываемых пород (табл. 1, 2, 3).

Установлено, что повышение степени дробления горных пород на карьерах возможно при рациональном удельном расходе энергии за счет применения высокобризантных взрывчатых веществ. В породах с коэффициентом крепости 1<8 рационально применять низкоэнергетические ВВ, при Т=8^16 - среднеэнергетические и при 1>16 - высокоэнергетические.

---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Угольников В.К. Симонов П.С., Угольников Н.В. Обоснование рационального удельного расхода для применяемого типа ВВ // Освоение запасов мощных рудных месторождений/ Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. - С. 130-134.

2. Маляров И.П., Угольников В.К. Симонов П.С., Угольников Н.В. Обоснование выбора типа ВВ на карьерах // Горн.инф-анал.бюл. - 2001. -№12. - С. 74-77.

|— Коротко об авторах--------------------------------------

Угольников В.К., Симонов П.С. - ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».