CC BY
42
С.В. Мучник, А.Н. Гришин
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТУРБОВЗРЫВА НА КАМЕННЫХ КАРЬЕРАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
~П 2002 г. Госгортехнадзором России была разработана М.М "Концепция повышения безопасности и эффективности применения ВМ промышленного назначения", в соответствии с которой применение тротилсодержащих взрывчатых веществ (ТВВ) организациями, ведущими взрывные работы (ВР), должно снижаться с последующим переходом на нетротилсодержащие взрывчатые вещества (НТВВ). Отечественная промышленность предлагает достаточно большой перечень промышленных взрывчатых веществ (ВВ). Проблема, однако, заключается в том, что те из НТВВ, которые не уступают по мощности ТВВ, довольно дороги, а дешевые НТВВ типа АС-ДТ заметно слабее. На каменных карьерах щебеночных заводов в сухих и частично обводненных скважинах в основном применяется промышленное взрывчатое вещество грам-монит 79/21. Замена данного ТВВ, например, гранулитом АС-8 или другим сопоставимым по мощности алюмосодержащим НТВВ приведет к резкому удорожанию взрывных работ, что, в конечном счете, отразится на цене конечного материала - щебня. Замена граммонита 79/21 взрывчатыми смесями типа АС-ДТ при условии сохранения сетки скважин приведет к повышенному выходу негабарита и, как следствие, к увеличению затрат на дробление камня. Сужение сетки скважин повлечет удорожание буровых работ и повышение удельного расхода ВВ.
Выходом из создавшейся ситуации может служить применение технологии турбовзрывания, суть которого достаточно подробно описана в [1, 2]. В результате применения турбовзрыва мощность взрывчатых смесей типа АС-ДТ возрастает на 20 % и выше, теплота взрыва данных смесей достигает и, как показали сравнительные испытания при рыхлении необводненных
Рис. 1. Конструкции за-рядов экспериментальных скважин для турбовзрывания (слева) и типовых (справа): 1 — забойка дроблёной породой, 2 — положение промежуточного детонатора при прямом инициировании, предусмотренном турбовзрыванием, 3 — турбулизатор продуктов детонации, 4 — гра-нулит УП-1 с меньшей скоростью детонации, 5 — уровень воды в скважине, 6 — гранипор БП-1 с большей скоростью детонации, 7 — горизонт подошвы уступа (+70 м), 8 — типовое положение промежуточного детонатора при обратном инициировании
блоков, даже несколько
превышает уровень граммонита 79/21.
В июле 2003 г. ФГУП "Новосибирсквзрывпром" приступило к использованию турбовзрыва на карьерах щебеночных заводов в Новосибирской области. При этом ранее применявшийся граммо-нит 79/21 был заменен гранулитом УП-1. Первые массовые взрывы с применением метода турбовзрыва дали хорошие результаты. Дробление нерудного полезного ископаемого не только не ухудшилось, но из-за значительного повышения теплоты взрыва организации-заказчики стали высказывать претензии по поводу пере-измельчения взорванной горной массы.
В процессе распространения турбовзрывания на рыхление частично обводнённых блоков возник вопрос о возможности использования этой технологии на комбинированных скважинных зарядах (рис. 1), когда нижняя часть заряда 6 состоит из водоустойчивого ВВ (гранипор БП-1, скорость детонации: в водонаполненном состоянии D = 5300 м/с, в безводном - 3600 м/с), а верхняя 4 — из ВВ типа АС-ДТ (гранулит УП-1, D= 2900 м/с).
Возникшая проблема состояла в том, что турбовзрывание в обязательном порядке предусматривает прямое (верхнее)
Рис. 2. pV-диаграмма детонации мелкокристаллического литого тротила
инициирование заряда от промежуточного детонатора 2, в данном случае от низкоскоростного гранулита 4 к высокоскоростному гра-нипору 6, расположенному выше уровня воды 5. В то же время, в соответствии со сложившейся практикой, детонация в комбинированных зарядах всегда передаётся от взрывчатого вещества с большей D к ВВ с меньшей D, в данном случае от водоустойчивого гранипора 6 в водонаполненном состоянии, расположенного в нижней части заряда, к неводоустойчивому гранулиту 4 в верхней части заряда.
Известно, что в конструкции капсюлей-детонаторов и электродетонаторов первичные ВВ (гремучая ртуть, азид свинца или тене-рес) обладают существенно меньшими скоростями детонации (О = 5200-5400 м/с) по сравнению со вторичными ВВ (тетрил D = 7200 м/с; тэн, гексоген D = 8200-8300 м/с ), что не препятствует их работе. Однако указанные ВВ относятся к индивидуальным, и вопрос о том, осуществляется ли передача детонации подобным образом между гранулированными смесевыми ВВ в скважине, требовал изучения.
Графической характеристикой ВВ является его рГ-диаграмма (рис. 2, где р — давление, V — удельный объём), основными эле-
ментами которой являются адиабата ударного сжатия ВВ на фронте детонационной волны аЬс, прямая Релея-Михельсона cda, отражающая изменение состояния веществе в химическом пике, и кривая Гюгонио расширения продуктов детонации de за точкой Жуге d. Точка а соответствует состоянию исходного заряда ВВ, с — состоянию вещества на ударном фронте детонационной волны, d — точка Жуге, определяющая границу стационарного и нестационарного режимов процесса детонации. Тангенс угла наклона прямой Релея-Михельсона к оси абсцисс определяет скорость детонации 2 V 2 р
ВВ: D =—0-, где У0 — удельный объём исходного заряда ВВ;
У0 - У
тангенс угла наклона касательной к ударной адиабате аЬс в точке а определяет скорость звука С0 в исходном заряде ВВ при его динамическом сжатии.
В соответствии с развитыми в [3] представлениями о том, что работа сжатия ВВ на ударном фронте детонационной волны, которая на (р-У) — диаграмме равна площади криволинейного треугольника аЬс£, соответствует работе, совершаемой расширяющимся в химическом пике вещества (площадь трапеции fcdg), было установлено, что уравнение адиабаты ударного сжатия имеет вид
р = У -У(у) , (')
где С0 = б2D ; (2)
а2 = у2 отражает отношение удельных объёмов вещества на удар-У0
ном фронте У2 и У0. Было показано, что для индивидуальных твёрдофазных ВВ параметр а2 близок к постоянному значению а2 =
0,56.
На рис. 2 приведена адиабата ударного сжатия для тротила (У0 = 6,173-10- м /кг), рассчитанная по (1). Здесь же нанесены точки, соответствующие экспериментальным данным, заимствованным из [4]. Видно, что эти точки близки к теоретической адиабате, т.е. уравнением (1) можно пользоваться для описания адиабат ударного сжатия ВВ на фронте детонационной волны.
Предположим, что одним из условий передачи детонации от ВВ с меньшей скоростью детонации DI к ВВ с большей скоростью DII является выполнение условия
А > Оки^ (3)
где С0(щ — скорость звука в исходном заряде высокоскоростного ВВ при его динамическом сжатии.
Для проверки справедливости условия (3) применительно к промышленным смесевым ВВ и для определения возможности передачи детонации при турбовзрыве от ВВ с низким значением DI к водоустойчивому ВВ с высоким DII в ФГУП "Новосибир-
сквзрывпром" было проведен экспериментальный массовый взрыв в условиях ЗАО НП "Искитимский известняковый карьер". Конструкция зарядов представлена на рис. 1.
В качестве низкоскоростного ВВ использовался гранулит УП-
1, так что DI=2900 м/с, а в качестве высокоскоростного ВВ — гранипор БП-1 в безводном состоянии, так что DII =3600 м/с. При этом условие (3) выполнялось, т.к. 2900 м/с > 0,56-3600 м/с. Суть эксперимента состояла в установлении справедливости условия (3) по факту передачи детонации от гранулита к гранипору или отсутствию такового. В качестве контролируемого параметра выступала фактическая отметка подошвы уступа по сравнению с проектной 6 в месте расположения экспериментальных скважин и в примыкающих к ним последующих рядах скважин в сравнении с аналогичным показателем на контрольной части блока с типовыми скважинами.
Заряды размещались в скважинах диаметром 250 мм, сетка бурения блока 6x6 м, количество рядов — 3. Экспериментальных скважин — 6, в т.ч. в первом ряду — 3 соседние скважины, во втором — 1, в третьем ряду — 2 скважины. Высота столба воды находилась на уровне от 1 до 3 м.
Проведенным непосредственно после массового взрыва осмотром развала взорванной горной массы и последующим анализом отснятого видеоматериала не выявлено каких-либо особенностей в местах расположения экспериментальных скважин и в зонах их влияния по схеме взрывания — ни по форме развала, ни по крупности куска. Наблюдение за работой экскаватора ЭКГ-5А в месте их расположения также не выявило каких-либо аномалий и отклонений ни по времени черпания, ни по составу и хронометражу ос-
тальных выполняемых при погрузке операций. Выход негабарита — отсутствовал.
По окончании подборки забоя было установлено, что проработка подошвы уступа на месте экспериментальных скважин с применением турбовзрыва находилась в пределах от 70,0 до 70,3 м, что соответствует обычному диапазону случайных отклонений на контрольной части блока.
На этой основе сделан вывод о том, что все 6 экспериментальных скважин сработали безотказно на всю высоту колонки комбинированного заряда. Полученные результаты свидетельствуют, что при выполнении условия (3) передача детонации от низкоскоростного к высокоскоростному ВВ осуществляется в устойчивом режиме.
Последующее постоянное применение турбовзрыва на обводнённых блоках с применением комбинированных зарядов и отсутствие при этом случаев отказов подтвердило правильность оценки полученных результатов.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мучник С.В. Повышение эффективности бестранспортной разработки вскрышных пород при турбовзрывании // Уголь. - 2001, № 12, с. 21-24.
2. Мучник С.В. Применение турбовзрывания для перераспределения энергии взрыва по высоте уступа // Горный журнал. 2003, № 6, с. 24-27.
3. Мучник С.В. Основы турбовзрывания зарядов взрывчатых веществ. Ч. 1. К теории детонационных процессов // ФТПРПИ. - 1998,.№ 1, с. 61-77.
4. Илюхин В.С., Похил П.Ф., Розанов О.К., Шведова Н.С. Измерение ударных адиабат литого тротила, кристаллического гексогена и нитрометана // Доклады АН СССР. - 1960, Т.131, № 4, с. 793-796.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------
Мучник С.В. - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, ИГД СО РАН,
Гришин А.Н. - ФГУП "Новосибирсквзрывпром".
__________
--------- © В.Н. Тюпин, Н.П. Фофанов,
