Разлет осколков при увеличенном заполнении скважин зарядом вв Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

УДК 622.235.2

Калмыков В.Н., Котик М.В., Пергамент В.Х

РАЗЛЕТ ОСКОЛКОВ ПРИ УВЕЛИЧЕННОМ ЗАПОЛНЕНИИ СКВАЖИН ЗАРЯДОМ ВВ

При взрывных работах с применением скважинных зарядов безопасные по разлету осколков расстояния (гр, м) определяются по Единым Правилам Безопасности при Взрывных Работах (ЕПБ ВР) [1] с использованием соотношения, учитывающего коэффициенты заполнения: длины скважины (Нс) зарядом ВВ (Л3 = К1нс ) и надзарядной части скважины забойкой

[Лзоб = кзаб/(Нс - 4)], а также крепость пород (/) по М.М. Протодьяконову, диаметр скважины (ё) и меж-дускважинное расстояние (а):

Гр =I250-лз

/

—

1 + Л3об а

Для случая, когда надзарядная часть заполнена забойкой лишь частично, соотношение (1) может быть представлено в виде

г =1250 -ъ

1 1 —

V а

(2)

где множитель г учитывает длину заряда (13), высоту столба забойки (кзао), длину свободной (от заряда и забойки) части в надзарядной зоне скважины (4, = /г,^ • х):

г =

П3

п„

X +1

(1)

V1+чзаб 1+х і1 - п н х+2

(3)

Из (1) следует что при заполнении забойкой всей надзарядной части скважины (пзаб = 1) радиус разлета

будет в раз меньше, чем при отсутствии в ней забойки (пзаб = 0).

В практике взрывного рыхления обычно используются скважинные заряды, длина которых не превышает 60-70% длины скважины и до 4 раз больше длины забойки. В работе рассматривается относительно редкий случай, когда длина заряда значительно (в 30-50 раз) превышает длину забойки, заполняющей лишь часть надзарядного участка скважины. Относительная длина заряда в заполненной (зарядом и забойкой) части скважины оказывается достаточно велика [п3 = 13/ (13 + кзав) = 0,75 - 0,98], а в надзарядной части скважины имеется свободная зона длиной /ш = х • каб, в результате чего коэффициент заполнения этой части скважины забойкой [^зс£ = кзс£/(кзаб + /се) =(1+х)-1 при

х > 0] оказывается меньше единицы, но больше нуля. Рассматриваемый случай может проявиться как при технологических нарушениях (переполнения скважин при заряжании, нарушение норм забойки и др.), так и быть предусмотренным исждным проектом работ.

При этом взрыв одного и того же количества ВВ с одними и теми же длинами заряда и забойки в скважинах разной глубины, но одинакового диаметра, в случае более глубокой скважины, имеющей свободное надза-рядное пространство (/^ = х ■ кзаб) над забойкой (рис. 1, в) или между зарядом и забойкой (рис. 1, б), согласно [1] может дать больший разлет осколков, чем взрыв целиком заполненной скважины меньшей глубины (рис. 1, а).

В случае, когда х = 0, имеем г =п3/ -72 .

Выразив коэффициенты заполнения: зарядом всей длины скважины = 1з1 Нс = 1з/[ 1з + кзаб • (х +1)] =

= п,/С1 + х■(1 - П)] и забойкой надзарядной её части ^заб = кзаб/{Нс ~ 1св)= (1+ х)-1 , через относительную длину (х = 1св/кза6 ) свободной части и заряда п3 (в длинах забойки) для заполненной части скважины

= 1/(1 + к й 1 =(1 + к .11 I-1

з з / V з зао / \ зао I з /

, имеем:

Гр, = 1250----------П---------—

1 + х • (1 - п3) \ х + 2

•4Т—а. (4)

а б в Рис. 1. Элементы конструкции скважинного заряда:

х = /Св/к3аб, к =/Jk3aб, п3 — 13/(/3 + кза5) — (1 + к) ,

Лэ = 4/ Нс =[1 + (П3 -1)(1 + х)] 1,

^ = кзаб/(Каб + /с. ) = (1 + х Г

Анализ (4) свидетельствует о наличии некоторой области значений х>0 и длин свободной части, для которых разлет осколков (гр оказывается больше, чем для более короткой скважины, целиком заполненной (х=0) зарядом и забойкой тех же длин. Максимум относительного превышения расстояний (рис. 2) будет тем выше, чем больше отношение длин заряда и забойки (к=lJкзa6). Кроме того, при росте этого отношения увеличивается и ширина области значений х и 1Ш , для кото -рых сохраняется такое превышение (см. рис. 2). В частности, при к = 4; 5,67; 9; 19 и 49 для скважин с х = 0,2; 0,5; 1;2 и 3,5 максимальные относительные превышения (Кт™ = гр(х>0г(х= 0)) радиусов разлета (по сравнению со случаем х=0) составляют 1,008; 1,02; 1,05; 1,11 и 1,2, а зависимости (1) и (4) для х = 0 имеют вид:

V .0 = (1250Д/2 )• n, -fdi = 880 • ns yjf ■ dja.

a =

(5)

При увеличении общей длины скважины на величину 1се = кзс£ ■ х и сохранении начальных длин заряда и забойки зависимость (3) представляется в виде:

r = r • K

p, x p,x=0 у 5

K = r ir

у p.x/ p

p.x=0

Л11 + V(x + 2) 'I1 + x•(1 -n)] 1.

Имеется определенное значение х*т, , при котором

достигается максимальная величина Ку = Ку”ах, а также целая область значений 0< х <хт^ , в которой коэффициент относительного изменения разлета превышает единицу (К>1). Ширина этой области и величина хт^

возрастают при увеличении отношения длин заряда и забойки, и для случаев к = 4; 5,67; 9; 19 и 49 имеем значения = 0,2; 1; 2,4; 2,8 и 19.

ку а1

Зависимость максимальных приращений (к единице) коэффициентов изменения радиусов разлета осколков (АК'т“х) для разных значений пз = 1з/(1з + кза6) =

= (1 + кзаб11з)-1 и соответствующих им отношений

к=13/кэаб представляется как сумма единицы и максимального относительного приращения, отображаемого экспоненциальной функцией относительной длины заряда в заполненной части скважины (рис. 3):

K™ = 1 + AK™.

(8)

(6)

где Ку = гр х / гр х=0 - коэффициент относительного (по сравнению с заполненной зарядом и забойкой скважиной) изменения радиуса разлета осколков для скважин с частичным заполнением забойкой надзарядной части при техже абсолютныхразмерах 13, кзав, а и ё.

(7)

где ДК”" = 0,008-е17'74(п--0'8) <(лЯ-і].

Из анализа (4) и (7) видно, что при п3>0,8 имеет место увеличение радиуса разлета (К>1) для глубокой скважины по сравнению с короткой, но целиком заполненной зарядом и забойкой тех же длин. Рост величины Ку до К””ах идёт до определенного значения х = х , а величина К”ах увеличивается с ростом относительной длины заряды в заполненной части п3 (см. рис. 2), ограничиваясь верхним пределом (ДК”ах = 42 -1).

Предельное значение Кшах увеличивается с ростом

Относительная длина свободной (от заряда и забойки) части скважины при фиксированном отношении длины заряда (н3) и забойки (jj ,х UJ К

Рис. 2. Коэффициент относительного (по сравнению с целиком заполненной скважиной) изменения радиусов разлета осколков (Ky = rp xjrp х=0) в зависимости от относительной длины (х = /св / h3a6) свободной части в надзарядном участке скважины при фиксированных относительных длинах заряда и забойки

[nз = /зI(/з + Изаб) = (1 + Ишб1 /з )-1 = const ] в заполненной части скважины (линии 1, 2, 3, 4, 5 для «,=0,98; 0,95; 0,90; 0,85; 0,80)

Относительная длина заряда в заполненной части скважины, п, = (1 + h,„s/l1

% 5 * 6 7 5 9 Тб Т5 20 50 '

Отношение длин заряда и забойки, k =

Рис. 3. Максимальное относительное приращение ДК”” = К|ах -1 радиуса разлета осколков в зависимости от

относительной длины заряда пз = (1 + h3c6 / /з)~1 в заполненной части скважины при значениях х* = Гсв / h3a6, соответствующих максимуму Ку для заданного п3

п3 и приближается к пределу -J2 -1. Предельное значение х = х , при котором достигается величина K|ax,

отображается степенной функцией относительной длины заряда в заполненной части скважины (рис. 4):

хКу=mx = 4,35 • n13,7. (9)

Также увеличивающаяся с ростом п3 предельная относительная длина (хЦ^) свободной части надза-

У _

рядного участка, для которой еще выполняется уело-вие Ку > 1, может быть представлена (рис. 5) экспоненциальной зависимостью относительной длины заряда (n3) в заполненной части скважины.

х™^ = 0,19 • е 25’5< п =0,8). (10)

Точками на рис. 3-5 показаны результаты, полученные на основе (7) для выбранных значений п3 = 0,8; 0,85;

0,9; 0,95; 0,98, а линиями - зависимости, соответствующие аналитическим приближениям (8), (9) и (10).

В соответствии с требованиями ЕПБ ВР полученные расчётные значения должны округляться до ближайших больших, кратных 50 м, и полученные результаты приниматься в качестве безопасных. При наличии в скважине участка, свободного от заряда и забойки (х > 0; / = х ■ h3c6 ), принимаемые безопасные

расстояния в случае пз > 0,8, х > 0 и К|ах > 1 иногда

отличаются от значений для заполненной (х =0) скважины более чем в K;ax раз (рис. 6). Например, для

х=0 (скважина заполнена зарядом и забойкой) при относительной длине заряда п3 = 0,98 для f = 7 и a/d = 45,2 расчетное расстояние rp х= 0 = 340 м округляется до безопасного значения 350 м; а при наличии

части скважины, тц = (1 + 11за6/13) 1 4 5 1 6 7 8 | 10 15 20 50 1

Отношение длин заряда и забойки, к=!/кза6 Рис. 4. Зависимость относительныхдлин заряда и свободной части скважины (х'К тах)

при условии достижения К^

Рис. 5. Зависимость предельных (для Ку > 1) относительных длин свободной части скважины (х""“ = 1се / к ..,-) и длины заряда

п = (1 + к /1) 1 в её заполненной части

К

в скважине свободной части I* = 3,5кзаб для тех же

длин заряда и забойки величина К"13' составит 1,196,

и полученное расчетное расстояние грх= х* = 407 м в

соответствия с правилами округления увеличивается до 450 м. То есть относительная разница округленных безопасных расстояний составит 1,29 раз, превышая расчётное значение Ку=1,196.

Разница округленных, безопасных по разлету осколков расстояний, при наличии в скважине свободного пространства над зарядом (или забойкой) и его отсутствии, может достигать 100 м при тех же длинах заряда и забойки (например, для п3=0,98,

=1,196, х* = 3,5; см. рис. 6, см. таблицу). Сравнение принимаемых (округленных) безопасных расстояний (линии - 2, 3, 4, см. рис. 6) приразныхотносительныхдлинах (0 < х* < Г / кзаб ) свободной части надза-рядного участка с зонами разлета для скважин, целиком заполненных зарядом и забойкой (линия 1), свидетельствует, что при более глубоких скважинах разлет осколков в расчетах по указаниям [1] оказывается большим , чем для взрывов скважин меньшей глубины с такими же длинами заряда и забойки. Результаты расчетов для случаев п3=0,80-0,98 отражены в сводной таблице.

Представленные результаты кажутся несколько парадоксальными: разлет от взрывов более глубоких скважин оказыва-ется большим, чем от коротких, где такой же длины заряд под таким же столбом забойки оказывается ближе к свободной поверхности.

Пожжее явления отмечается для стрелкового оружия и артиллерийских орудий, когда скорость пуль и снарядов продолжает увеличиваться при росте длины ствола уже после достижения максимума и последующего спада давления газов в стволе. В частности, приведенные в [2] данные крешерных измерений давлений и скоростей движения пуль, массами

"Расчетные радиусы разлета осюзлков при полном заполнении скважин зариом и забойкой (л=0), ,м

---1 — длялюбыхщ £.= 0 = I; -2-п, = 0,98 при.'с' = 3.5.иК™ах= 1,196;

---3-и, = 0,95 при.<с‘ = 2,0иК"'ах = 1,113; -4-ил = 0.90 лрнх*= 1,0 н^0* = 1,050

Рис. 6. Принимаемые безопасные расстояния (гр)пр для максимальных увеличений ( К"3') зон разлета при разных относительныхдлинахсвободной части (х* = Гсв / кзаб) и фиксированных значениях длин заряда в заполненной части пз = (1 + кх1б / 1з)~1 скважин в зависимости от расчетного безопасного расстояния тр,х=0 при заполненной до устья (х = 0) скважине

Относительные величины элементов конструкции скважинного заряда (длинзаряда ВВ, забойки и свободного участка в надзарядной части скважины) и коэффициенты увеличения зон разлета осколков для скважин с частично свободным надзарядным пространством

Относительная длина заряда в заполненной части скважины пз = (1 + ha6 /13 )-1 = (1 + k )-1 0,98 0,95 0,9 0,85 0,8

Относительная длина заряда в длинах забойки k = l /И , = п /(1 - п ) з! зао з/у з 7 49 19 9 5,67 4

Длина (в длинах забойки) свободной части скважины, при которой достигает - СЯ К"” ; x'max = Г max/ h g y Kjmax ce;Kjmax заб 3,4 2,15 1,03 0,47 0,2

Коэффициент заполнения забойкой надзарядной части скважины при K“ax , (Лзаб) 0,222 0,333 0,5 0,6 0,833

Относительная (в длинах забойки) длина заряда в общей длине скважины Лз = 1з / Я = [1 + (пз -1)(1 + x)]1 0,916 0,863 0,818 0,73 0,6

Максимальное значение коэффициента увеличения разлета К“ах 1,2 1,11 1,05 1,02 1

Предельное значение относительной длины свободного участка скважины xmax, при котором выполняется условие Ky>1, x K (*) У max для Ky>1 ' ' 18,7 19 87 7 2,43 2 0,68 1 0,19 0

Коэффициент заполнения зарядом всей длины скважины для заданных k = l / И.и х = x „ , з зао max для Ky>: 77 = l /(l + ИгЛ +1 ) ■3 3 4 з зсю се' 0,710 0,704 0,879 0,739 0,771

Коэффициент заполнения забойкой надзарядной части скважины для заданных k при х = x „ , m r max для Ky>, И Й/{И. +1 ) зао 4 зйб се' 0,05 0,125 0,333 0,5 1,0

* Числитель - расчет по (10); знаменатель - из расчетов по указаниям ЕПБ ВР (см. рис. 2).

9,6 и 2,65 г, в цилиндрических стволах (L=0,68 м) разных калибров (7,62 и 5,4 мм) свидетельствуют, что нарастание давления (до Pmax= 2850 и 1300 кг/см2) происходит на участках длиною около 9 калибров. При этом скорости пуль достигали значений V = 375 и 130 м/с соответственно для ка-

max Р

либров 7,62 и 5,4 мм. При дальнейшем движении пули до дульного среза увеличение её скорости отображается (наша аппроксимация данных [2] для l/d > 9) соотношением

V = V Г1 +1,4745 lg (7/9d)l, (11)

вылет max P |_ 7 ®\' /_|

где VmaxP - скорость пули на границе достижения максимума давления (l/d ~ 9); для па -тронов калибров 7,62 и 5,4 мм VmaxP = 375 и 130 м/с.

В отличие от артиллерийского и стрелкового оружия, когда удлинение ствола обеспечивает увеличение скорости вылета и дальности полета пули [2], при взрывах в скважинах по мере удаления заряда от дневной поверхности скорость вылета и даль -ность разлета осколков уменьшаются вследствие того, что забойка, заполняющая надза-рядную часть скважины, не является монолитным образованием, порода в районе устьев скважин отличается от снаряда, запирающего канал ствола, дополнительный участок скважины над забойкой увеличивает потери энергии на трение при выбросе забойки из скважины, а в случае воздушного промежутка между зарядом и забойкой уменьшается давление в зарядной камере.

Отмеченное завышение радиуса разлета осколков, хотя и обеспечивает дополнитель-ный резерв безопасности, но может сопровождаться организационными трудностями при проведении взрывов. Поэтому для длин зарядов, превышающих 4 длины забойки, когда в надзарядном пространстве имеется свободная часть, для исключения этого завышения предлагается принимать длину скважины меньше фактической, а именно равной суммарной длине заряда и забойки, полагая коэффициент заполнения забойкой надзарядной части равным единице, определяя безопасное расстояние для такой укороченной скважины в соответствии с указаниями ЕПБ ВР при этом случае.

Уменьшение скорости осколков вблизи устьев скважин при удалении заряда от свободной поверхности учитывается в разработанной программе «Разлет Осколков Взрыва» (РОВ) [3], используемой рядом проектных и производственных организаций. Пользователь имеет возможность сравнивать полученные по [1] и [3] радиусы разлета осколков в этом направлении. При этом в программный расчет могут быть введены полученные по данным практики фактические углы вылета

осколков в сторону устьев скважин. Как правило, эти углы бывают значительно больше, чем предусмотренное в [1] значение 45°, принятие которого обеспечивает дополнительный резерв безопасности. Кроме того, программа позволяет учитывать разлет в направлении боковой свободной поверхности, который в ряде случаев оказыватся большим, чем в направлении устьев скважин. При этом получаются не вытекающие из рекомендаций ЕПБ ВР, отличающиеся друг от друга размеры осколкоопасных зон в направлении боковой поверхности уступа и в тыл блока. Заложенные в программу принципы определения приведенного заглубления для удлиненного заряда, при двух свободных поверхностях массива, могут быть использованы и при расчетах действия воздушных волн взрывов заглубленных зарядов.

Список литературы

1. Единые правила безопасности при взрывных работах (рБ 13407-01) // Безопасность при взрывных работах. Вып. 1. Сер. 13. М.: ГУП НТЦ по безопасности в промышленности ГГТН, 2001. 244 с.

2. Пономарев П.Д. Прикладная баллистика для стрелка. М., 1935. 172 с.

3. Программа «Разлет Осколков Взрыва (РОВ)». Рег. номер 2007612351 // РУ ОБПБТ. 2007. № 3(60).

Bibliography

1. Uniform safety rules at explosive works (SR 13-407-01) // Safety at explosive works. Release 1. A series 13. M.: Scientific and technological centre State Unitary Enterprise on safety in industry GGTN, 2001. 244 p.

2. Ponomarev P.D. Applied ballistics for the marksman. M., 1935. 172 p.

3. The Program «Scattering of Splinters of Explosion (DITCH)». Reg. number 2007612351 // RU OB1BT. 2007. № 3 (60).

УДК 622.765.063:622.33

Петухов В.Н., Лимарев М.С., Южакова О.А.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА И СТРОЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ДЕЙСТВИЯ ПРИ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ

На коксование поступают угли после предварительного их обогащения до содержания минеральных веществ в концентратах в пределах 7-9%. При добыче каменных углей содержание тонких классов менее 0,5 мм непрерывно увеличивается и достигает 25-35°% от рядового угля. Для обогащения тонких классов углей наиболее эффективным методом обогащения является флотация, которая в связи с использованием дорогостоящих реагентов значительно увеличивает себестоимость концентратов. Используемые флотационные реагенты являются, как правило, отходами нефтепереработки непостоянного группового химического состава, что приводит не только к высокому их расходу, но и к значительным потерям органической массы угля с отходами флотации. Особенно существенные потери органической массы углей наблюдаются в случае обогащения углей с высокой минерализацией органической массы.

Для повышения эффективности флотации углей в

направлении повышения извлечения горючей массы в концентрат при одновременном снижении расхода реагентов собирателей изыскиваются новые реагенты на основе исследования механизма их действия.

Известно использование новых реагентов собирателей и комплексных реагентов, содержащих в групповом химическом составе а-олефины [1] или кремнийор-ганические кислородсодержащие соединения [2, 3]. Однако их незначительные ресурсы и дефицитность не позволяют использовать предлагаемые реагенты на углеобогатительных фабриках

Исследованиями установлено, что флотационная активность химических соединений при флотации углей определяется структурными особенностями молекул и величиной о-электронной плотности на полярном атоме.

Так, в случае использования в качестве комплексного реагента циклических соединений с различными гетероатомами установлено, что наиболее низкую флотационную активность проявляют 1,3-дитианы.

При расжде алкилзамещенных 1,3-дитианов в количестве 0,6-0,8 кг/т выход концентрата изменяется с 73 до 76%.

Замена одного атома серы в молекуле циклического соединения на атом кислорода приводит к повышению эффективности действия реагента. Так, например, использование 1,3-оксатиоланов, имеющих во втором положении молекулы от 3 до 6 углеводородных групп, позволило повысить выход флотоконцен-трата с 73-76 до 78-81% по сравнению с алкилзамещеиными 1,3-дити-анами (см. таблицу). При этом расход 1,3-оксатиоланов снижается с 0,6-0,8 до 0,5-0,52 кг/т, а зольность флотоконцентрата повышается с 5-6 до 5,8-6,1%.

Влияние полярного атома химического соединения на показатели

флотации

N п/п Комплекс- ный реагент Структурная формула ст-элекгронная плотность на полярном атоме Показатели флотации

Гк, % Ad, % к Расход, кг/т

1 1,3-дитиа- ны H2C—CH2 1 1 Vs CH 1 R Р - алкил-радикал (3-6 атомов углерода) G,G422-G,G448 73-76 5-6 G,6-G,8

2 1,3-оксатио ланы H2C—CH2 1 1 Sv° CH 1 R Р - алкил-радикал (3-6 атомов углерода) S=G,G42-G,G44 O=G,258—G,264 78-81 5,8-6,1 G,5-G,52

3 1,3-диокса- ланы H2C CH2 1 1 °v° CH 1 R Р - алкил-радикал (3-6 атомов углерода) G,2589-G,2645 8G-85 6,2-6,4 G,5-G,52