CC BY
31
УДК 622.233
А.Е.ФРАНТОВ
Институт проблем комплексного освоения недр РАН,
Москва, Россия
ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАРЯДОВ С ОСЕВОЙ ПОЛОСТЬЮ
В СКВАЖИНАХ
Приводится теоретическое обоснование и результаты экспериментальных исследований действия зарядов с осевой полостью в скважинах, изложен механизм воздействия газовой кумулятивной струи на горные породы. Промышленные испытания зарядов с осевой полостью на карьерах показали возможность снизить перебур на 30-40 %.
In work the theoretical substantiation and results of experimental researches of action of charges with an axial cavity in chinks is resulted, the mechanism of influence of a gas cumulative jet on rocks is stated. Industrial tests of charges with an axial cavity on quarries have shown an opportunity to lower overdrill on 30-40 %.
В удлиненных зарядах с осевой полостью в направлении распространения детонации внутри полости идет процесс со скоростью, превышающей скорость детонации заряда так называемая «канальная волна» [2, 8]. Структура канальной волны изображена на рис.1. Рассматриваемый эффект наблюдается при газовом наполнении полости, менее выражено проявляется при заполнении полости конденсированным веществом.
Параметры основной части канальной волны [7] следующие: плотность р = = (0,25^^0,02) г/см3; массовая скорость и = = км/с; давление р = (0^0,4)100 МПа, где d = ^гМ, d2 - диаметр заряда, d\ - диаметр осевой полости; D - скорость детонации.
Как показывают исследования [4, 5], заряды с осевой полостью в нижней части скважины создают за счет канальной волны и кумулятивной струи взрывной эффект, обеспечивающий проработку пород на уровне подошвы уступа. Для проработки нижней части уступа используется перебур взрывных скважин, в котором размещается заряд ВВ, производящий дробление массива на уровне подошвы уступа. Длина заряда составляет /пер/ W = 0,2^0,4 [3] или дифференцированно по коэффициенту крепости / = 1^3 и / = 3^14 рекомендуется /пер/ W= = 0,2 и /пер/ W = 0,3. При торможении струи в забойной части скважины возникают дав-
ления, близкие к детонационным. Высокая объемная концентрация энергии шашек баллиститного ракетного твердого топлива (БРТТ) и использование эффекта торможения канальной волны (КВ), а также кумулятивной струи позволяют применять шашки БРТТ на массовой отбойке с уменьшением перебура, что сокращает объем буровых работ. Механизм воздействия газовой кумулятивной струи на горные породы характеризуется параметрами, отличающимися от действия зарядов с металлической облицовкой кумулятивной выемки (рис.2). Давление на границе раздела сред изменяется при применении разных типов ВВ (аммонита 6ЖВ, ТНТ, ТГ и А-1Х-1).
Глубина проникновения газовой кумулятивной струи при применении ВВ малой плотности (аммонита 6ЖВ, ТНТ) несущественно зависит от типа ВВ. Однако при увеличении плотности заряда (например, ТНТ) от 1 до 1,59 г/см3 глубина проникновения возрастает в 2 раза. Как показывает опыт применения зарядов с осевой полостью на предприятиях Кривбасса и флюсовых карьерах, эффект снижения перебура достигается даже при применении граммонита 79/21 или смесей граммонита 79/12 с аммиачной селитрой в соотношении 50:50 (р = 0,9^0,95 г/см3), которые по своим взрывным характеристикам аналогичны аммониту 6ЖВ. В шашках
R
Рис. 1. Схема течения в зарядах с каналом QR - невозмущенный поток начальной детонационной волны; SS' - фронт воздушной ударной волны в канале; SP - волна сжатия в ВВ, вызванная ударной волной SS'; опережающая детонационная волна OP, распространяющаяся по ударно-сжатому ВВ в области OPS; PQ - конический детонационный фронт, движущийся с нормальной скоростью
Давление на границе раздела сред, ГПа
Рис.2. Характер взаимодействия газовой КС с гранитом (1) и каменной солью (2)
Диаметр осевой полости, мм
Рис.3. Изменение давления в канальной волне Р в зарядах с осевой полостью различного диаметра
БРТТ с осевой полостью реализуется эффект газовой кумулятивной струи, что обеспечивает высокие параметры детонации и делает их применение технически обоснованным.
При применении шашек БРТТ в скважинах диаметром 160-250 мм безопасный зазор между боковой поверхностью заряда и стенкой скважины выполняется при соотношении ^зар/ dскв < 0,8. Таким образом, максимальный диаметр шашки БРТТ составляет 130-200 мм (рис.3).
Параметры КВ (плотность, массовая скорость, давление) получены при использовании зарядов с соотношением dl /d2 = = 0,2^0,4. Для скважинных зарядов диаметром 130; 160 и 200 мм при аналогичном соотношении d\/d2 диаметры осевой полости соответственно равны 26-52; 32-64 и 40-80 мм.
На забойную часть скважины первоначально воздействует КВ, а затем кумулятивная струя. Экспериментально измеренные скорость КВ и плотность струи [5] позволяют оценить давление ударного торможения струи при встрече с торцевой преградой. За счет отражения КВ создается давление порядка 0,3-0,5 ГПа, отражение кумулятивной струи приводит к возрастанию давления до 5 ГПа.
Эффективность действия заряда с осевой полостью зависит от его длины [1, 6] и имеет максимум, соответствующий L/dl = = 30^40 калибрам (где L - длина заряда). Шашки БРТТ представлены изделиями с наружным диаметром до 145 мм, длиной 200-730 мм и диаметром осевой полости 8-40 мм. Наиболее высокие параметры газовой кумулятивной струи обеспечивают изделия, у которых соотношение d2/ d1 максимально. К таким изделиям относятся шашки Н-13, РСИ-5, НМФ-2Д (Р = 310^340 МПа). С учетом параметров d2/ d1 и L / d1 наиболее эффективными являются шашки НМФ-2Д, которые собираются в гирлянду необходимой длины. На основании соотношений d2/d1 и L/d1 определены оптимальные характеристики шашек БРТТ, применяемых в качестве заряда в забойной части скважины - в перебуре (табл.1).
Использование зарядов с осевой полостью на карьере Центрального ГОКа позволило сократить перебур на 30-50 %, на Ин-гурецком ГОКе - на 50 % или полностью отказаться от перебура [5]. В породах раз-
- 227
Санкт-Петербург. 2007
личной крепости используются скважины диаметром 160-250 мм. Параметры сква-жинных зарядов для разрушения массива на уровне подошвы уступа определены с учетом относительного перебура для пород различной крепости (табл.2).
Таблица 1
Параметры шашек БРТТ, используемых в забойной части скважин
Шашка
Диаметр Диаметр
скважины, осевой Диаметр, Длина, Масса,
мм полости мм мм кг
заряда, мм
165 26-52 130 910-1820 18,5-32,5
200 32-64 160 1120-2240 34,5-60,5
250 40-80 200 1400-2800 67,5-118,2
Таблица 2
Параметры зарядов с осевой полостью для скважин различного диаметра
Коэффициент крепостиf Относительный перебур заряда с осевой полостью /uep/W Длина перебура, м Масса заряда в перебуре при использовании шашек БРТТ с соотношением ^^ар/d^ = 0,8 кг
3-5 0,05 0,35; 0,3; 0,25* 16,9; 9,3; 5,1*
5-9 0,1 0,7; 0,6; 0,5 33,8; 18,6; 10,2
9-14 0,15 1,05; 0,9; 0,75 50,7; 27,9; 15,3
Первое, второе и третье значение соответствует , 250; 200 и 165 мм
Работы с шашками БРТТ марок РСИ и НМФ проводились на Гальяновском карьере АООТ «Высокогорский ГОК». Конструкция скважинных зарядов предусматривала создание в обводненной части скважины заряда из шашек БРТТ, верхняя часть скважины заряжалась гранулотолом. Породы были представлены авгитовыми порфиритами (/ = 6^7), скальными туфами = 5^6), брек-чиевидными известняками (/ = 6^7). Диаметр скважин составлял 250 мм, высота уступа 12-15 м, расстояние между скважинами
6 м, ЛНС - 9 м. Высота столба воды в скважинах изменялась от 0 до 10 м. При применении шашек НМФ и РСИ в сложных условиях ведения работ получено хорошее качество проработки уступа.
Другие типы шашек БРТТ для формирования нижней части скважинных зарядов применялись на предприятиях СПУ «Запад-дорвзрывпром», карьере Тейского РУ НПО «Сибруда», карьерах ОАО ПНО «Якуталмаз».
Выводы
1. Использование шашек БРТТ с осевыми полостями дает возможность обеспечить проработку подошвы скальных пород средней крепости за счет эффекта кумуляции ударных волн в продуктах детонации.
2. Для дробления массива на уровне подошвы уступа с уменьшенным перебуром скважин разработаны параметры зарядов с использованием шашек БРТТ типа НМФ-2Д, РСИ-5, РНДСИ и др.
ЛИТЕРАТУРА
1. Детонация удлиненных зарядов с полостями /
A.С.Загуменнов, Н.С.Титова, Ю.П.Фадеенко, В.П.Чистяков // ПМТФ. 1969. № 1. С.79-83.
2. Лобанов В.Ф. Кумуляция продуктов детонации полого цилиндрического заряда / В.Ф.Лобанов, Ю.И.Фадеенко // Физика горения и взрыва. 1974. № 1. С.119-124.
3. Мосинец В.М. Разрушение трещиноватых и нарушенных пород / В.М.Мосинец, А.В.Абрамов. М.: Недра, 1982. 248 с.
4. Салганик В.А. Метод повышения полезной работы взрыва на горнорудных предприятиях / В.А.Салганик, Г.А.Воротеляк, С.С.Железняк // Горн. журнал. 1977. № 22. С.54-57.
5. Скважинные заряды взрывчатых веществ с осевой воздушной полостью / В.А.Салганик, Г.А.Воротеляк,
B.В.Митрофанов, Н.Ф.Филиппов. Киев: Технжа, 1986. 88 с.
6. Титов В.М. Разгон твердых частиц кумулятивным взрывом // В.М.Титов, Ю.И.Фадеенко, Н.С.Титова // Докл. АН СССР. 1968. Т.180. № 5. С.1051-1052.
7. Физика взрыва: В 2 т. / Под ред. Л.П.Орленко. Изд.3-е, переработанное. М.: Физматлит, 2002. Т.1. 832 с.
8. WoodhedD.W. Advance detonation in a tubular charge of explosive // Nature. 1959. Vol.183. № 4677. P.1756-1757.
