CC BY
11
- © М.Г. Менжулин, А.П. Бульбашев,
П.И. Афанасьев,А.А. Бульбашев, 2012
УДК 622.235
М.Г. Менжулин, А.П. Бульбашев, П.И. Афанасьев, A.A. Бульбашев
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕТОНАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВВ И НАПРЯЖЕНИИ НА СТЕНКЕ ВЗРЫВНОЙ ПОЛОСТИ ПРИ РАЗРУШЕНИИ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД
Эмульсионные ВВ имеют преимущество перед другими ВВ в том, что их можно производить для условий конкретного месторождения и для данного способа ведения БВР, а также являются безопасными при производстве и транспортировке на взрываемый блок. Возникает необходимость качественно и количественно определить параметры ВВ и волн напряжений при преломлении детонационной волны в горную породу.
Ключевые слова: эмульсия, детонационные параметры, давление, ударная волна, скорость детонации, продукты детонации.
В настоящее время при производстве буровзрывных работ на месторождениях строительных материалов широко применяются эмульсионные ВВ, детонационные параметры (ДП) которых рассмотрены недостаточно. Хорошо известно, что эмульсионные ВВ - это сложная эмульсионная система, состоящая из многочисленных компонентов и типичного композитного ВВ. В настоящее время существует множество способов расчета ДП, которые приводят к значительным затруднениям в определении детонационных параметров ВВ для инженерной практики. Необходимо разработать способ наиболее полного учёта параметров детонационной волны, при её преломлении в горную породу и определить параметры ударной волны на стенке скважины в данной среде.
Основные формулы, которые используют для определения продуктов детонации конденсированных ВВ.
Из способов расчёта продуктов детонации рассмотренных в [1, 2, 3] следует:
1) Требуется составление уравнения реакции, учитывающего состав продуктов детонации и их количество.
2) Определение температуры взрыва представляет сложности, так как промежуток времени, в течение которого достигается максимальная температура весьма мала.
Свойства эмульсионных ВВ в процессе детонации меняются значительно. Практическое применение эмульсий показало, что внешнее состояние эмульсионных ВВ большей частью зависит от категории масляной фазы выбранных материалов, и их соотношения в рецептуре ВВ от физической консистенции горючего.
Как правило, плотность эмульсионной смеси без модификатора плотности обычно составляет 1,45 г/см3, скорость ее детонации довольно низкая. Чтобы увеличить восприимчивость к детонации, плотность эмульсионного ВВ следует
отрегулировать в процессе производства путем внесения в состав модификатора. В результате плотность понижается с 1,45 до 1,0-1,35 г/см3 [6].
Уменьшение плотности значительно повышает восприимчивость эмульсионного ВВ к детонации, и особенно, если она реализуется путем рассеивания воздушных микропузырьков в эмульсионной смеси.
При инициировании ВВ равномерно рассеянные в ВВ бесчисленные воздушные микропузырьки являются горячими точками. Воздушные микропузырьки непрерывно нагреваются, в кратчайший период (10-3 - 10-5 секунды) формируется серия горячих точек (400 - 600 °С) и, затем возникает детонация. Исследования показывают [6,7], что чувствительные воздушные пузырьки, содержащиеся в эмульсионном ВВ, должны быть по возможности меньшими и должны быть равномерно распределены для того, чтобы при адиабатическом сжатии ВВ из - за быстрого нагревания образовалось много горячих точек. Обычно диаметр воздушного пузырька составляет 1 - 100 микрометров, но предпочтителен ниже 50 [6,7] микрометров. Оптимальное число воздушных пузырьков составляет 104 - 107 на кубический сантиметр. Совершенно ясно, что, когда полученное число воздушных пузырьков определено, мы должны рассматривать факторы, которые повышают восприимчивость ВВ к детонации и удельную теплоту взрыва [6].
По сравнению с ВВ из гранулированного нитрата аммония со схожим составом, эмульсионные ВВ имеют более высокую плотность. Насыпные эмульсионные ВВ могут особенно плотно наполнять скважину и сцепляться с её стенками, и, поэтому результирующая плотность заряда больше, чем плотность заряда ВВ из нитрата аммония. Очевидно, что основной причиной более высокой плотности ВВ является то, что ВВ содержат влагу и неорганический окислитель (нитрат амония) в виде перенасыщенного водного раствора.
В системе эмульсионных ВВ топливный реагент находится в контакте с окислителем с простой формой молекулы по фронту Чемпена-Жуге. В результате эмульсионное ВВ имеет значительно большую скорость детонации в условиях без ограничений по отношению к промышленным ВВ, содержащим индивидуальный сенсибилизатор состава ВВ. На основе экспериментальных данных можно утверждать, что основная часть реакции 95% происходит до плоскости Чемпена-Жуге.
Зная, что большая часть химической реакции происходит до плоскости Чемпена-Жуге и эмульсионные ВВ относятся, в основном, к бризантным ВВ, можно использовать следующий подход.
Давление продуктов детонации в соответствии с работой [1]:
Рд =(1 -аРвв)( РВ'П) + ^ ,
(г(1 -ао )+ 1)
где рВВ - плотность ВВ, кг/м3; П - скорость детонации, м/с; а - коволюм на
фронте детонационной волны, м3/кг; а0 - константа; у - показатель политропы.
Показатель политропы и величина коволюма определяются согласно работе [3]. Решая данные уравнения можно определить все необходимые параметры продуктов детонации.
Преломление детонационной волны в окружающую среду может быть описано как распад произвольного разрыва.
Такой разрыв в свойствах течения возникает, в частности, на границе раздела двух сред в момент, когда ее достигает фронт ударной или детонационной волны и возникнут преломленные и отраженные ударные волны в первоначально возмущенной среде.
Возможны два случая а) начальное давление Рф на границе раздела меньше давления Рд во фронте детонационной волн, суммарная скорость частиц в продуктах детонации после распада разрыва составляет Ыф = ид + Аи; б) начальное Рф на границе раздела больше давления РД во фронте детонационной волны, суммарная скорость частиц в продуктах детонации после распада разрыва составляет Ыф = ид — Аи .
Давление на фронте ударной волны в горной породе можно представить в следующем виде [4]:
РФ =Рпор • (С + Г+1 ■ иф )•иф ,
2
где Су - скорость объёмной волны сжатия[6, 7]; Г - коэффициент Грюнайзе-на; иф - массовая скорость частиц горной породы.
Для первого случая решается уравнение для Рф приобретает вид:
ид +
2 (y+1) р (Y- 1)Р • D Рд ^
1-
Y-1
V рд У
С
+
1
2 Р
где ид - массовая скорость продуктов детонации, рд - плотность на фронте детонационной волны.
Для второго случая оно принимает вид
Характеристики и расчетные параметры ВВ
Основные характеристики Рф, ГПа
Тип ВВ Рвв = кг/ м3 Qbb , кДж D, м/с Y U„, м/с иф, м/с Рд, ГПа
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Centra gold 100 1200 3450 4500 2,79 1186 1173 3,2 8,1
Сибирит 1000 1000 3050 5080 3,14 1225 1201 3,1 8,4
Гранемит И-50 1450 3490 4600 2,69 1243 1233 4,1 8,6
Power 2500 1100 3990 3810 2,63 1046 1030 2,2 6,7
Нобелит 2030 1200 2900 4000 2,66 1090 1075 2,6 7,5
Игданит 900 3780 3200 2,49 914 893 1,3 5,6
0
2
v
/
Рис. 1. Ударные адиабаты в известняке и параметры продуктов детонации
Рф
В 2,8 2,5 2,4 2,2 1
1,е
1,41,2 1
/Рп
о
*
I и
в
/ ?
* у
+
Эксперимента ль ные данные Centra gold
Гранемит И 50
Игданит
Нобелит2030
Power 2500
Сибирит1 ООО
+ Z
---Согласно работы
[5]
-Аппроксимирую
_щая кривая_
Рис. 2. Зависимость коэффициента передачи напряжения P, / Рд в горную по-
роду от
Z
Р ■[[+1)Рф +(Y-1)Pg] -Pg)-
Су , ( ■Су) + 4■ РфГ
- +
Рп
2 ■ Рп
= 0
Ug -
J
P г
энергии диссипации
9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5
R2 = 0,97 4
/+
/ i
/
W
0 0, 25 0 5 0, 75
E, %
■ Игданит
A Power 2500
О Нобелит 3020
Ж Centra gold 100
• ГранемитИ 50
+ Сибирит1000
-Аппроксимирующая кривая
Рис. 3. Зависимость между напряжением на стенке скважины от энергии диссипации
Физико-механические свойства карбонатной породы (известняк) Афанасьевского месторождения имеют следующие значения: плотность породы рпо = 2900
кг/
скорость объемной волны С = 1100
М/
м
скорость продольной волны
Ср = 2000 , коэффициент Пуассона V = 0,2 .
В таблице представлены результаты расчетов по представленным высшее формулам. Принятые в расчетах ударная адиабата известняка и состояния продуктов детонации ВВ представлена на рис. 1.
Из таблицы и рис. 1 видно, что для эмульсионных ВВ в известняковой горной породе реализуется случай, когда в горной породе возникает ударная волна, а по продуктам детонации распространяется волна вторичного сжатия.
Для обобщения полученных результатов была составлена зависимость
Ср ■Рп
Рф / Pg = f(z), где z = .
D-,
зависимость коэффициента передачи напря-
жения в горную породу от соотношения импеданса горной породы и ВВ рис. 2.
Расчетная зависимость Р^ / Рй = /(2) может быть аппроксимирована с величиной достоверности Р^ / Рй = 1,64Z0'28.
При распространении по горной породе волна напряжения происходят потери энергии (диссипация). Обусловленные различием адиабат нагрузки и разгрузки. По методу работы [7] были также рассчитаны величины энергии диссипации для анализируемых в настоящей работе ВВ
с
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Физика взрыва / Под ред. Орленко Л.П., - Изд.3-е, испр. - В 2т. Т.2. - М.: Недра, 2004, 656 с.
2. Дубнов Л. В. Промышленные взрывчатые вещества. Москва "Недра" 1988 г. С. 358.
3. . Станюкович К.П. Неустановившиеся движения сплошной среды. - Изд.2-е, - Москва "Наука" 1971 г. С. 856.
4. Менжулин М.Г., Бровин В.Е. Формирование продольных и объ мных волн в окрестности полости при взрыве ВВ в горных породах/. Санкт-Петербург. Записки Горного Института 2009г. Т.180. С.165-168.
5. Боровиков В.А., Ванягин И.Ф., Менжулин М.Г. Цирель С.В. Волны напряжений в обводненном трещиноватом массиве. Учеб. пособие / Л., Ленинградский горный ин-т, 1989, С. 85
6. Ванг Ксюгуанг. Эмульсионные взрывчатые вещества изд. Metallurgical Industry Press, Beijing, 1994
7. Менжулин М.Г., Афанасьев П.И. Трофимов А.В., Влияние детонационных параметров ВВ на энергитическую эффективность взрывного разрушения в горных породах. Санкт-Петербург. Записки Горного Института 2010г. Т.186. С.68-72.. и'.ца
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Бульбашев А.П. - кандидат технических наук, директор Афанасьевского карьера компании Lafarge cement
Менжулин М.Г. - доктор технических наук, профессор, Афанасьев П.И. - аспирант, afan_@mail.ru Бульбашев А.А. - аспирант, ermoso@bk.ru Санкт-Петербургский государственный горный университет.
НОВИНКИ ИЗДАТЕЛЬСТВА «ГОРНАЯ КНИГА» -
Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В. КОМБИНИРОВАННАЯ РАЗРАБОТКА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Год: 2012 Страниц: 344 ISBN: 978-5-98672-289-4 UDK: 622.27.326
В свете современного состояния горнык наук дано понятие комбинированного способа разработки, комбинированных геотехнологий, описаны особенности и дана классификация и характеристика горнотехнических систем с применением комбинированной разработки руднык месторождений. Рассмотрены схемы вскрыпия месторождений при комбинированном способе их разработки в различных горно-геологических условиях. Описаны особенности геомеханического состояния массива и приведена методика геомеханического обоснования основнык конструктивных параметров комбинированной геотехнологии. Определены способы управления качеством рудопотоков. Рассмотрена методика выбора при проектировании предпочтительного варианта комбинированной геотехнологии и параметров горнотехнических систем комплексного освоения рудных месторождений.
