CC BY
51
П.В. Меньшиков
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТА ГРАНЭМИТА ПО ОТНОШЕНИЮ К ШТАТНОМУ ВВ
Схематично работу дробления горной породы в массиве взрывом можно описать следующим образом.
Расширяющиеся со сверхзвуковой скоростью продукты взрыва (ПВ) приводят к образованию в разрушаемой среде ударной воздушной волны, которая отрывается от ПВ на расстояние нескольких радиусов заряда. Часть энергии взрыва переходит в энергию ударных волн, а остальная остается в ПВ, которые продолжают расширяться вслед за ударной волной, перемещая горный массив с нарушенной структурой.
Ударная волна, распространяясь по массиву и сжимая его, вызывает в нем тангенциальные напряжения, приводящие к образованию радиальных трещин в наиболее ослабленных местах. При отражении ударной волны от свободной поверхности возникают растягивающие усилия, приводящие к образованию кольцевых трещин, а вблизи поверхности - откольных явлений. Таким образом, под воздействием прямых и отраженных ударных волн в массиве возникает первичная сетка трещин, которая намечает контуры отдельностей, т. е. размер и форму кусков породы. Завершают разрушение массива расширяющиеся ПВ, которые прекращают работу сдвига горного массива с частично нарушенными связями. В результате расширяются трещины и окончательно формируются куски. При последующем выбросе кусков происходит их дополнительное дробление в результате соударений.
С целью определения параметров взрыва, ответственных за описанный механизм разрушения, А.Е. Азарковичем
выполнены специальные исследования, данные по которым приведены в табл. 1.
Коэффициент корреляции определялся по уравнению
г =
Ухк
_____ ^~_Хр ____________ (1)
п ( х^ _ 2 ^(у2 ^
п + ^( п Хсс,ч .. ,
У к2
_ к2
кср
где х - характеристика ВВ; к - показатель действия взрыва;
хср и кср - соответствующие средние значения для нескольких
видов ВВ; п - число рассматриваемых видов ВВ. Величина г меняется в пределах -1 +1.
Показатель надежности связи
г-!п (2)
М = 1--2 . (2)
1 _ г
Связь устойчива, если р > 2,6.
Как видно из табл. 1, несмотря на некоторую неоднородность полученных результатов, прослеживается достаточно жесткая связь характеристик дробления в описанных условиях с энергетическими характеристиками ВВ. Связь со скоростью детонации менее выражена.
Экспериментальное исследование взрывных характеристик ВВ на основе обратных эмульсий имеет ряд существенных особенностей, связанных, в первую очередь, с большим критическим диаметром этих составов. Большой критический диаметр, с одной стороны, обеспечивает низкую чувствительность ВВ к механическим воздействиям и, следовательно, позволяет широко механизировать их изготовление и применение, а, с другой стороны, требует проведения экспериментов с зарядами большого веса, что влечет за собой отказ от традиционных лабораторных методов исследования. В частности, различные способы определения работоспособности (бомба Трауцля, испытание в мортире, метод маятника и т. д.) становятся непригодными для этого типа ВВ. Определение характеристик таких ВВ приходится проводить в производственных или полигонных условиях. Если определение скорости детонации и массовой скорости взрывчатых ве-
ществ на основе обратных эмульсий связано с большими трудностями но все же выполнимо, то определение теплоты взрыва (Qmax) чрезвычайно сложно. Этот показатель можно с достаточной точностью определить расчетным путем. Уравнения для определения теплоты взрыва при элементарном составе ВВ Са Hb Nc Od и Ca Hb Nc Od Ale изложены в работе
[2]. В данном случае: a, b, c, d, e - количество грамм-атомов углерода (С), водорода (H), азота (N), кислорода (O), алюминия (Al) соответственно.
Эквивалент гранэмита И-30 по отношению к гранулотолу определялся по ударной воздушной волне (УВВ).
Сравнение параметров УВВ проведено по двум методикам:
1. Искомый эквивалент является отношением потоков энергии бегущей ударной волны с учетом поправки на разность масс зарядов. Поток энергии бегущей ударной волны (Е, Дж/м2) определяется по формуле:
где АРо - давление на фронте ударной воздушной волны, Па; т - продолжительность фазы сжатия ударной воздушной волны, сек.; у - плотность воздуха = 1,29 кг/см; с - скорость звука в воздухе, м/с,
Т - абсолютная температура воздуха, К.
Эквивалент исследуемого ВВ по отношению с каким-либо штатным ВВ (гранулотол, граммонит) Л можно вычислить по уравнению:
где (Зэ - масса эталонного ВВ, кг; ОЭВВ - масса испытуемого ВВ, кг; ЕЭВВ, Еэ - поток энергии бегущей УВВ соответственно испытуемого и эталонного ВВ.
(3)
с = 20,1 л/Т;
(4)
(5)
2. Искомый эквивалент является множителем а - поправкой массы заряда в формуле М. В. Садовского.
Для случая, когда заряд ВВ расположен на поверхности земли и УВВ распространяется в полусфере, рассчитывается давление на фронте УВВ
а ■ О 3(а ■ О) 3а ■ О /р\
АРф = 13—+ 3,9^ + 0,95———, (6)
ф Я3 Я2 я
где АРф - давление на фронте УВВ, кГс/см2; а - искомый эквивалент; О - масса заряда ВВ, кг; Я - расстояние от места взрыва до места регистрации параметров УВВ, м.
Эквиваленты испытуемых ВВ по УВВ по отношению к гранулотолу, определенные относительно потоков энергии бегущих ударных волн и по формуле М.В. Садовского, представлены в табл. 2.
Результаты определения тротилового эквивалента по УВВ, полученные при использовании двух методик, имеют удовлетворительную сходимость. Тротиловый эквивалент для гранэ-мита И-30, имеющего плотность в заряде 1,328 г/см3, составляет по первой методике в среднем 0,725, а по методике М.В. Садовского - 0,685; для гранэмита И-30 с плотностью 1,236 г/см3 - соответственно 0,89 и 0,85; для гранэмита И-30 с плотностью 1,333 г/см3 - соответственно 1,0 и 0,9.
В полигонных условиях определена скорость детонации Д. Теплота взрыва была определена расчетным путем и уточнена с помощью тротилового эквивалента, определенного экспериментально по УВВ. Используя уравнение
Д = 420(п2 -1) , (7)
можно определить показатель политропы п :
п = ЁГ+1. (8)
Ьо
Показатели политропы приведены в табл. 3.
Результаты расчета скорости звука в продуктах детонации для гранэмита И-30 приведены в табл.4.
Результаты расчетов скорости распространения продуктов детонации определяем по уравнению. приведены в табл.5.
Выполненными исследованиями было установлено:
1. Теплота взрыва гранэмита И-30 составляет 3365 кДж/кг, скорость детонации при плотности 1,ЗО8 кг/дм3 - 4000-3800 м/с, показатель политропы - 1,94, скорость распространения продуктов детонации 1375 м/с.
О. Определенные экспериментально показатели позволяют определить и другие необходимые для расчета рациональных параметров буровзрывных работ, характеристики гранэмита И-30.
119
Таблица 3
Показатели политропы для гранэмита И-30
Плотность Наименование Теплота Скорость Показатель
заряда, кг/дм3 горючего взрыва, МДж/кг детонации, м/с политропы
1,328 ДТ 2,97 4045 1,94
1,236 И-50 2,52 3791 1,96
1,35 И-40 2,70 2660 1,52
Примечание: И-50; И-40 - марки индустриального масла. ДТ- дизельное топливо.
Таблица 4
Местная скорость звука в продуктах детонации гранэмита И-30
Плотность заряда, кг/дм3 Наименование горючего Скорость детонации, м/с Показатель политропы Местная скорость звука в ПД, м/с
1,328 ДТ 4045 1,94 2669
1,236 И-50 3791 1,96 2510
1,35 И-40 2660 1,52 1600
Таблица 5
Скорость распространения продуктов детонации гранэмита И-30
Плотность заряда, кг/дм3 Наименование горючего Скорость детонации, м/с Показатель политропы Скорость распространения ПД, м/с
1,328 ДТ 4045 1,94 1375
1,236 И-50 3791 1,96 1281
1,35 И-40 2660 1,52 1056
Изложенный подход позволяет определить требуемые характеристики водосодержащих взрывчатых веществ любого компонентного состава.
-------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. 2-е изд., перераб. и доп. - М., Недра, 1982, 327 с.
2. Взрывные характеристики акватолов с пониженным содержанием гранулотола / В.Г. Шеменев, А.С. Маторин, А.А. Котяшев, Ю.В. Куркин, В.Ю. Попов // Сб. докладов III Международной конференции по взрывным работам, Москва, 27-28 мая 1997 г.
і— Коротко об авторах----------------------------------------
Меньшиков П.В. - Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург.
^ © к.к. Шведов, в.в. Лавров,
В.А. Белин, Б.Н. Кутузов, 2007
К.К. Шведов, В.В. Лавров, В.А. Белин,
Б.Н. Кутузов
ПРОБЛЕМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБОРОТА ПВВ
Широкое использование энергии взрывчатых веществ (ВВ) является неотъемлемой составляющей современных технологий добычи твердого минерального сырья в горной промышленности, растет область применения ВВ в других отраслях промышленности, науки и техники. Обеспечение безопасности оборота огромных масс взрывчатых и взрывоопасных веществ затрагивает жизненно важные интересы человека, общества и государства. Проблема состоит в необходимости, с одной стороны, исключить полностью или резко снизить риск возникновения техногенных аварий и катастроф, связанных со случайными взрывами ВВ и их взрывоопасных компонентов, а с другой - надежно прогнозировать безопасность, эффективность и уровень вредного экологиче-
