CC BY
43
--------------------------------------------- © С.А. Горинов, Ю.Д Норов,
А.Б. Тухташев, 2010
УДК 622.235.361
С.А. Горинов, Ю.Д. Норов, А.Б. Тухташев
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ АКТИВНОЙ ЗАБОЙКИ
Проведен анализ времени вылета пассивной и активной забоек, определен момент инициирования активизирующего заряда.
Ключевые слова: забойка, детонация, взрыв активизирующего заряда.
огласно Ф.А. Бауму и др. [2, 3] время вылета забойки при отсутствии сопро-
І,
тивления движению равно
[Баум) К + 1 HЗ
К D
1 +
У
6 р* Н з
РВВ11
(1)
При Нз _ 05; К = 2,5; р* = 18 и Т* = 0 на основании (1) имеем:
11 рВВ
и = 5,32 ; і*( Баум = 4,65 Нз;
Б Б
(2)
и
(Баум)
= 1,14
Таким образом, при характерных значениях Нз и Кі, решения, полученные в
А
рамках модели мгновенной детонации, незначительно отличаются от точных решений Ф.А. Баума (при І*).
Так как перед нами поставлена задача сравнить времена вылета пассивной и ак-
тивной забоек, т. е.
Актие Пассив
1* и І*
Пассив
І
величина
І
Актив
Пассив
будет определена с точ-
ностью до нескольких процентов.
2. Р01РК1 = 4т* . d
(
4т
І1
Тогда х =1
2 ^ р*з р*d
Время вылета забойки
Л
І2.
І
*
І
*
и =-
2Н з + * о.
В ( 4т*Нз' 1 з р а V ^01 и
І Рвв
_ 4т*Нз 4 т*Д
3.-------3 < р01 <------------1
а р1к1 а
Уравнение движения забойки
1 _ 4т* Нз Р01 а
4т* Нз _ рКк Р01 а Н з
( 4т* Р1К1Р01 г 4т* ркр
1 ехр а і 1 і + ехр а і 1 і
2 І Р* Н з і Р* Н з
V ) V )
Время вылета забойки
Н
і±
В
2р* (К + і)
^4т* Н3 р1К1Н
1п
рвв
4т Н
V Р01 а
А
1 _ РКН з
_______
1 4т* Нз
1---------з
Р і
01 1
■ +
1 _ Р,К,Нз ' к
1 4т* Нз
1----------з
Р і
01 1
_1
. (4)
з
а
- забойка не вылетает из скважины.
На рис. 1 схематично изображена зависимость времени вылета забойки (пассив-Т*
ной) от
Р
01
Наибольший практический интерес представляет создание условий увеличения времени вылета забойки на участке арккосинуса (см. рис. 1), так как на участке выше точки 0.
2
и >
2Нз
В
р* (К1 +1)
р в В Г1 ДК. Н з 'І V 1 У
(5)
Р* Н з
При характерных значениях -------, К и ----- на основании (5) для логарифми-
рВВ 11
7 Н З „
ческого участка имеем ^ >------—. Данное время сравнимо со временем прорыва га-
D
зов при взрывании скважинных зарядов на карьерах + к ^ [3], где 1¥- л. н. с., Ср
^газ ^ с
Стр
- скорость продольных волн в массиве, Стр - скорость роста трещин разрыва (Стр ~
0,2Ср). Т. е. забойка на логарифмическом участке (рис. 1), как правило, достаточно прочна, что обеспечивать запирание скважины до прорыва газов в атмосферу сквозь разрушенные горные породы.
X*
Рис. 1. Зависимость времени вылета забойки (пассивной) от -: точка 0 соответствует
Р01
случаю 2 (равноускоренное движение)
Определение времени вылета активной забойки
При определении времени вылета активной забойки воспользуемся экспериментальными данными С.П. Левчика, Ю.А. Масаева [4].
В одном из своих опытов они изучали скорость вылета водяной забойки с газовым пузырьком. В ходе исследований было установлено, что участок забойки между ВВ и пузырьком после взрыва начинал ускоренно двигаться, затем по метра схло-пывания пузырька замедлял свое движение вплоть до остановки, позднее, вся забойка приходила в движение и выбрасывалась, как единое целое.
В соответствии с вышеуказанным, расчет времени вылета активной забойки распадается на два этапа. Первый - определение времени схлопывания газового пузыря, образующегося при взрыве активизирующего заряда (движется первый участок забойки). Второй - определение времени выброса всей забойки, как единого целого.
В рамках модели процесса положим, что детонация основного заряда происходит в момент завершения роста каверны от взрыва активизирующего заряда. В реальных условиях, вследствие конечной скорости распространение в среде сигнала в данный
момент времени соответствует взрыву активизирующего заряда в момент окончания процесса детонации в основном заряде (нижнее инициирование).
Под действием взрывных газов, образующихся при взрыве активизирующего заряда, линейный размер полости Д возрастает до величины § = К*Д . На основании экспериментальных данных [5] и двух политропного приближения расширения взрывных газов, можно показать, что при X * ~ 50 — 150 кг/см2 К * ~ 6 — 10 .
Будем рассматривать случай, представляющий наибольший практический интерес:
Р01АК1 > 4х*
11 d
Уравнение движения первого участка забойки (процесс схлопывания газовой полости, образовавшейся при взрыве активизирующего заряда):
d X 1 + ■
rPmßiKi 4т, Л
dt р* Li
ii
d
P
X
01
4т
(6)
скв /
Р* 7^ р^ скв
Начальные условия: х(0) = 0 , X(0) = 0 .
Противодавление взрывных газов в полости активизирующего заряда сказывается только при X —— § .
Из (6) определяем время схлопывания газовой полости
ti - ( Li
1 D
2р* K +1)
Рвв
ґ ß1K1 L1 4т*
P01 d j
arccos
І1
S
1 -
ß1K1 4т*
Л
P01d j
1
4т
L1 P01d
(7)
где С -1,2 - коэффициент, учитывающий противодавление газов в схлопываемой полости.
Время вылета забойки, как единого целого найдется из решения уравнения
Р0ЛК1 — X
d2 X и р Г ЙГХ Лг и Г
dt2
l1
(
Р* H З
1 -
А
Л
x -
01
H
(
Р* H З
1-
А
Л
H
1-
ß1K1S 4т* H
~h ;
P01 d
1-
ss
H
\
З J.
(8)
Начальные условия: х(0) = 0 , X(0) = 0 - начало координат смещаем в точку
х0 = 8.
Разрешая (8), определяем время вылета забойки, как единого целого:
t - А
2 D
2(Kl +1)
1 -
А
H
P*
З J
рВВ
(ß1K1 HЗ 4т* HЗл
arccos
h
P d
^01 u J
1 -
ßiKi H з li
4т H
1 - - s P 1
01 1
(
ß1K1 4т*
~lx
Pd
01 J J
Окончательно определяем время вылета активной забойки:
Оценка эффективности активной забойки
Эффективность активной забойки будем оценивать отношением вермени вылета активной забойки со времени вылета пассивной забойки.
На основании (7), (9) и (10) находим:
(
С.
А
H,
arccos
ß1K1 4т* ^
1 -
. 1 4т* Hз
где A -1-------------------3 - д
P01 d
д 11 P01d
H3 1 4t* L1 P01d
arccos 1
1
ßK 4t* \
+1
, А
1-------arccos
Hn
1 -
ßKH 3 ^ 11
,(11)
ßKH 3 11
4t* H3
P01 d
І1
P d ^01w J
Произведем оценочные расчеты при следующих значениях параметров:
^ = 1,2 ; ^1 = 2 м; Нз = 2 м; /1 = 12 м; А = 0,1 м (5 кг аммонит №6ЖВ при
¿=0,25 м); К * = 8 ; Р1 = 0,5; К1 = 2,7 ; Г* = 107 Па (100 атм); Р01 = 3 ■ 109 Па (30000 атм).
1,2*| у arccos
1 -
0,5 • 2,7 8 • 0,1 12
4 • 100 ^
30000^ 0,25
1 4•100
2 - 30000^ 0,25
її 0,1
+ „/1- —arccos
(л 0,5 • 2,7 • 5 ^
1--------------------
12
arccos
1
1
A -1
4 • 100 5
30000 0,25
8 • 0,1
0,5 • 2,7
12
0,5 • 2,7 • 5
12 4 100
30000 • 0,25 4 • 100 30000 • 0,25
=0,686.
t
t
t
t
0,3524 + 0,87
1,31.
0,9311
Таким образом, активная забойка позволяет значительно увеличить продолжительность времени вылета забойки по сравнению с пассивной забойкой.
Обсуждение результатов
1. Качественная картина явления изображена на рис. 2-5.
Рис. 2. К - каверна, образованная при взрыве активизирующего заряда
Рис. 3. Эффекты: 1 - падение средней линейной скорости движения вследствие увеличенного сечения; 2 - упругое отражение ударяющихся частиц забойки; 3 - эффект само-запирания
Рис. 4. 1 - образование поверхности Рис 5. Выброс забойки, как единого целого
сдвига в среде, запомнившей каверну К
Выводы
• представления, что противоимпульс активизирующего заряда сдерживает движение нижнего участка забойки несостоятельны, т. к. он очень мал по сравнению с импульса основного заряда;
• взрыв активизирующего заряда создает в среде каверну, что обуславливает возникновение эффекта запирания для нижнего (движущегося) участка забойки;
• увеличение длины нижнего участка забойки L\ способствует увеличению времени вылета забойки из скважины (формула (27));
• размер L2 верхнего участка забойки должен обеспечивать камуфлет при взрыве активизирующего заряда;
• в качестве ВВ для активизирующего заряда должно использоваться ВВ с достаточно высокими бризантными свойствами;
• момент инициирования активизирующего заряда должен выбираться из условия: момент начала втекания забойки из нижнего участка соответствует моменту окончания развития каверны.
-------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баум В.А., Григорян С.С., Санасарян Н.С. Определение импульса взрыва вдоль образующей скважины и оптимальных размеров скважинного заряда. - Взрывное дело, Недра, 1964, №54/11, с. 53-102.
2. Баум Ф.А., Санасарян Н.С. Импульсы взрыва, обусловленные боковым распором забойки в скважине. М., Недра, Взрывное дело, №59/16, с. 28-32.
3. ДрукованныйМ.Ф. Методы управления взрывом на карьерах. - М.: Недра, 1973. - 414 с.
4. Левчик С.П. Масаев Ю.А. Влияние водяной забойки на разрушение горных пород взрывом. - М., Недра, Взрывное дело, №72/29, 1973, с. 124-130.
5. Михалюк А.В., Белинский И.В. Напряженно-деформированное состояние породных массивов при внутренних взрывах. - Взрывное дело, №76/33, Недра, 1976, с. 15-24. ЕШ
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Горинов С.А. - кандидат технических наук, ИГД УрО РАН,
Норов Ю.Д. - профессор, доктор технических наук, ОАО ГМК «Мурунтау», Тухташев А.Б. - горный инженер, Новоийский горный институт.
