Определение переводных коэффициентов при расчете эквивалентных зарядов дробления Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

техногенное месторождение будет вовлечено в разработку, однако при этом могут возникнуть затруднения по еле -дующим причинам: отсутствие карт отсыпки; отсутствия четких зон складирования различных отходов, то есть это приведет к дополнительным затратам на сортировку сырья.

В г. Ганновер центральное хранилище возвышается на 60-120 м над естественной поверхностью и образует искусственный холмистый лавдшафт с четырьмя вершинами площадью около 140 га. Высота отвального захоронения зависит от топографии и несущей с по -собности грунта [3].

Еще одним примером использования техногенных георесурсов в ввде выработанного карьерного пространства является строительство отеля Songjiang beauty spot hotel в Китае на дне карьера (рис. 6). Архитекторы разместили комплекс отеля внутри заполненного водой карьера. На 100 метровой глубине карьера будут расположены 400 номеров, бары, рестораны, спортивный комплекс. На самой глубине карьера, под водой, разместится спортивнодосуговый комплекс с плавательным бассейном и водными развлечениями. При проектировании отеля были учтены все требования современной "экологической архитектуры", от размещенного на крыше парка, вплоть до геотермического из -

Рис. 6. Отель Songjiang beauty spot hotel в Китае

влечения энергии [4].

Однако данное решение возможно реализовать лишь в условиях отработанных карьеров неруд-ных строительных материалов, так как слагающие породы рудных карьеров более агрессивны по воздействию на окружающую среду и здоровье человека. В связи с чем железорудные карьеры целесообразнее использовать в качестве емкостей для складирования промышленных отходов.

Библиографический список

1. Горныенауки. Освоение исохранениенедрЗемли / Подред. К.Н. Трубецкого. М.: Изд-воАГН, 1997.

2. ГавришевС.Е., ЗалядновВ.Ю., ПыталевИА. Расширение области рационального использования техногенных георесурсов // Горныйинформ.-аналит. бюллетень. 2006. № 9. С. 252-258.

3. Бартоломей А.А., Брандл X., Пономарев А.Б. Основы проектирования и строительства хранилищ отходов: Учеб. пособие. М.: Изд-во АВС, 2004. 144 с.

4. Строительные материалы, оборудование, технологии. 2007. № 4. С. 88.

УДК 622.235

Угольников В.К., Симонов П.С.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕВОДНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРИ РАСЧЕТЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ЗАРЯДОВ ДРОБЛЕНИЯ

В настоящее время определение проектного удельного расхода взрывчатых веществ осуществляется по зависимостям, учитывающим эталонный удельный расход ВВ и целый ряд поправоч-ных коэффицие нгов:

- формула Ржевского

q = q

*-Пр 1 3

■ Кпп ■ К„ • К

, к . К

СЗ ОБ

К

СП

- формула Союзвзрывпрома q = q • KRR ;

*Пр 1 Э HR

- формула Гипроруды • К

q = q

*np 1 э

К К К

ДС ДР b'

где дэ - эталонный удельный расход ВВ; Кт - коэффициент, учитывающий влияние трещиноватости

массива; Кд, Кдр - коэффициенты, учитывающие требуемую степень дробления; КСз - коэффициент, учитывающий степень сосредоточения зарядов ВВ; К0б - коэффициент влияния объема; Ксп- коэффициент , учитывающий число свободных поверхностей при взрыве; Кдр - коэффициент, учитывающий диаметр скважины; Кь - коэффициент, учитываю -щий угол наклона скважины; Квв - поправочный коэффициент эталонного ВВ к применяемому.

В данных зависимостях дэ и КТ характеризуют взрываемость породы, Квв - мощность источ-ника взрыва, которым является взрывчатое вещество, а остальные поправочные коэффициенты характеризуют условия взрывания.

Для оценки поправочного коэффициента эталонного ВВ к применяемому (Квв) используются следующие зависимости

1. Упрощенная формула

Km =

_ Q3T

Qb

(1)

где Qэт, Qвв - теплота взрыва соответственно эталонного и принятого ВВ, кДж/кг.

В горной промышленности в качестве эталонного ВВ принят порошкообразный аммонит 6ЖВ.

Практика показала, что для некоторых классов ВВ (составы на основе ионообменных солей, алюминизированные составы) такой метод дает заниженные значения Квв, что в конечном игоге приводит к ухудшению результатов взрыва. Поэтому было предложено учитывать в методах расчета и объем продуктов взрыва, так как именно они при расширении совершают работу, которая всегда меньше теплоты взрыва.

2. Формула, учитывающая работу, совершаемую продуктами взрыва при их расширении:

A

K — эт

(2)

где АЭт, Авв - идеальная работа взрыва соответственно эталонного и принятого ВВ, кДж/кг.

Для расчета идеальной работы взрыва обычно используют зависимости [1, 2]:

А = Q

или А = Q

1 -

/ \ n-1

f V,Л

1-

\Ун у

n-1

где У„, Ук - начальный и конечный объемы продуктов взрыва; п - показатель политропы; рн -

начальное давление продуктов взрыва; рк - конечное давление продуктов взрыва, когда они, расширившись, совершили полную работу А; Q -теплота взрыва.

Оценка работоспособности промышленных ВВ по данным зависимостям носиг скорее качественный, чем количественный характер, так как отсутствуют данные по рк (давление зависит от прочности породы). Кроме того, трудно опреде-лить величину показателя п, которая зависит от свойств продуктов взрыва. Если, например, в продуктах взрыва 2/3 молекул двухатомных (СО, К2, Н2) и 1/3 - трехатомных (С02, Н20), то п=1,25; если соотношение обратное, т.е в продуктах 2/3 трехатомных и 1/3 двухатомных молекул, то значение п снизится до 1,20. Если в продуктах взрыва будет значительное количество четырехатомных, пятиатомных молекул или конденсированная фаза (А1203, №С1, БЮ2 и т.д.), то значение п снизится еще больше.

Обычно принимают рк=р0, УК=У0, где р0 - атмосферное давление, У0 - объем продуктов взрыва при нормальных условиях и постоянное для всехВВ значение п =1,25.

3. Формула, учитывающая экспериментальный метод определения работоспособности ВВ в бомбе Трауцля

_ ^эт

KBB

епп

(3)

где еЭт, евв - работоспособность соответственно эталонного и принятого ВВ, см3.

Следует отметить, что в экспериментальных методах определения работоспособности изме-ряется только часть полной работы взрыва ВВ и абсолютное ее значение зависит от метода измерения , а относительная работоспособность ВВ практически остается постоянной.

4. Формула Лангефорса [3] 1

Km = —,

5 •

f =

Q V

z^BB і Bi

Q3T Vs:

6

(4)

где / - относительная работоспособность ВВ; Уэт, Увв - объем продуктов взрыва эталонного и принятого ВВ.

5. Формула Афанасенкова [4]

Квв = —,

/

I =

ґ ч0,75 , \ 0,25

< О I (V '

\ІВВ у г

О

\ъ£эт у

(5)

Таблица 1

Переводные коэффициенты некоторых ВВ

В качестве примера представим значения переводных коэффициентов для некоторых ВВ, рассчитанные по приведенным зависимостям (табл. 1).

Исходные данные для расчета приняты из [2, 5] и представлены в табл. 2.

Приведенные выше коэффициенты учитывают только энергетические характеристики ВВ. Однако дробление горных пород не может определяться только работой расширения продуктов взрыва, часть энергии затрачивается на образование ударной волны. С удалением от заряда ударная волна переходит в волну напряжений.

При взрыве в радиусе действия ударной волны образуется зона сжатия, в которой порода переизмельчается. Здесь проявляется бризантное действие взрыва, определяемое скоростью детонации и плотностью ВВ.

Энергия волн напряжений нарушает массив в основном по системе естественных микротрещин и других плоскостей ослабления. Последующее расширение продуктов детонации увеличивает образовавшиеся трещины до полного нарушения связности среды.

А.Н. Ханукаев предлагает влияние того или иного фактора на разрушение горных пород взрывом определять величиной их удельного волнового сопротивления - акустической жесткостью (табл. 3).

Таким образом, при определении эквивалентных зарядов дробления необходимо учитывать механизм передачи энергии горной породе, то есть ввести коэффициент Км.

Считается, что в хрупких средах, характеризующихся высшими значениями упругих постоянных, наиболее целесообразно применение ВВ с высоким начальным давлением и высокой скоростью детонации. По мере уменьшения упругих свойств среды начальное давление в зарядной камере должно уменьшаться одновременно с уменьшением скорости детонации ВВ, определяющую роль здесь играет импульс волны напряжения.

Экспериментальными и теоретическими ис-следованиями В.Н. Мосинпа [8] установлено, что требуемое начальное давление ВВ (МПа) может быть определено по зависимости

Рдтр = 0,00126 -рСр -1700,

где р - плотность взрываемых пород, кг/м3; Ср -скорость продольных волн, м/с.

Таким образом, можно заключить что коэффициент , учитывающий механизм передачи

ВВ Квв

форм. (1) форм. (2) форм. (3) форм. (4) форм. (5)

Аммонит ПЖВ-20 1,26 1,37 1,35 1,26 1,26

Граммонит 30/70 1,23 1,17 1,09 1,21 1,20

Г ранулотол 1,18 1,20 1,26 1,11 1,09

Граммонит 50/50 1,17 1,01 1,06 1,16 1,15

Игданит 1,14 1,13 1,07 1,10 1,08

Грану лит М 1,12 1,13 1,12 1,08 1,06

Граммонит 79/21 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Аммонит 6ЖВ 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Гранулит АС-4В 0,95 1,00 0,91 0,95 0,94

Гранулит АС-4 0,95 0,98 0,91 0,96 0,96

Алюмогол 0,82 0,83 0,85 0,85 0,88

Таблица 2

Характеристики взрывчатых веществ

ВВ Овв, ^вв, ,в А, О, ^вв,

кДж/кг кДж/кг м3 кг/м3 м/с см3

Аммонит ПЖВ-20 3404 2594 0,717 1100 3750 270

Граммонит 30/70 3511 3033 0,800 875 4150 335

Г ранулотол 3642 2975 1,045 900 6000 290

Граммонит 50/50 3678 3509 0,810 875 3900 345

Игданит 3760 3150 0,980 850 2500 340

Гранулит М 3852 3163 0,980 800 3050 325

Граммонит 79/21 4285 3561 0,895 825 3600 365

Аммонит 6ЖВ 4305 3561 0,895 1000 4200 365

Гранулит АС-4В 4520 3550 0,980 850 3150 400

Гранулит АС-4 4522 3645 0,907 850 3050 400

Алюмогол 5266 4266 0,815 950 5750 430

Аммонал скальный №3 5684 4440 0,810 1050 4400 450

Таблица 3

Механизм разрушения пород взрывом [6]

Горныемассивы Основной фактор, вызывающий разрушение Акустическая жесткость А-10-6, кг/(м2с)

Рыхлые и связные, скальныеи полу-скальныесильно-трещиноватые Ударная волна (ближняя зона) Расширяющиеся газы 0,2-5

Скальныеи полу-скальныесредне-трещиноватые Ударная волна (ближняя зона) Волна напряжения Расширяющиеся газы 5-15

Скальныемало-трещиноватые и монолитные Ударная волна (ближняя зона) Волна напряжения 15-25

Таблица 4

Давление детонации ВВ

ВВ Рдвв, М Па ВВ Рдвв, М Па

Аммонит ПЖВ-20 3867 Граммонит 79/21 2673

Граммонит 30/70 3767 Аммонит 6ЖВ 4410

Г ранулотол 8100 Гранулит АС-4В 2109

Граммонит 50/50 3327 Гранулит АС-4 1977

Игданит 1328 Алюмогол 7852

Грану лит М 1861 Аммонал скальный №3 5082

Рд.вв

Зависимость Км = f (рД2Р/ Рдвв)

энергии горной породе, является функцией отношения требуемого давления к давлению детонации применяемого ВВ.

м ^ р

V Д. вв У

где Рдвв - давление детонации принятого ВВ, МПа.

Ориентировочная формула для подсчета давления на фронте детонационной волны [1]

р _ А-В2 _ А-В2 р ~ к +1 “ 4 ’

где Д - плотность ВВ, кг/м3; В - скорость детонации, м/с; к - показатель политропы, для промышленных ВВ принимается к=3.

В табл. 4 рассчитано давление детонации для представленных в табл. 2 взрывчатых веществ.

График зависимости Км = /(РД1р/Рдвв) представлен на рисунке.

Если РД1Р/ Рдвв =1, т0 К^=1, достигнуто со -гласование параметров взрываемого массива с параметрами взрывного нагружения.

Если РД1Р/РДвв <1, т0 Км >1, при этом наблюдается пере измельчение породы в ближней зоне, с ухудшением дробления в целом. Такой режим встречается крайне редко при взрывании верхних горизонтов карьеров, сложе нных сильнотрещиноватыми полускальными породами, высо-кобризангным и ВВ.

Если РДТР/Рдвв >1, т0 Км >1. Наиболее часто встречаемый при взрывании на карьерах режим. Поэтому для повышения эффективности взрывного дробления горных пород необходимо применять ВВ с более высокой скоростью детонации и плот -ностью, что позволяет повысить степень дробления пород при уменьшении удельных затрат энергии.

Таким образом, для определения проектного удельного расхода ВВ с различными детонационными характеристиками необходимо приме -нять зависимость

У = У • Квв ■ К,, ,

*Пр *Э ВВ М ’

где коэффициент Квв характеризует работоспособность ВВ, а коэффициент Км характеризует механизм передачи энергии горной породе и определяется детонационными свойствами ВВ и упругими свойствами горной породы.

Библиографический список

1. Андреев К.К., Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ. М.: Оборонгиз, 1960. 595 с.

2. ДубновЛ.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра, 1988. 358 с.

3. Johansson C.H., Langefors U. Methods of physical characterization of explosives / Proc. of the 36th Intern. Congress on Indus-

trial Chemistry. Brussels. 1972. V. III. P. 610.

4. Афанасенков A.H. О работоспособности взрывчатых веществ. Метод Трауцля // Физика горения и взрыва. 2004. Т. 40. № 1. С. 132-139.

5. Перечень рекомендуемых промышленных взрывчатых материалов, приборов взрывания и контроля. М.: Недра, 1987. 60 с.

6. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. М.: Недра, 1974. 224 с.

7. МосинецВ.Н. Дробящее исейсмическоедействиевзрывав горных породах. М.: Недра, 1976. 271 с.