Разработка комбинированных зарядов с использованием утилизируемых вв. . Текст научной статьи по специальности «Физика»

М.И. Феодоритов, Г.Г. Листопад, В.Л. Ерлыков

РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННЫХ ЗАРЯДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УТИЛИЗИРУЕМЫХ ВВ

~П последние годы все большее внимание уделяется вопросам, -Я-М связанным с использованием в горнодобывающей промышленности продуктов, получаемых при утилизации боеприпасов. Эта тема становится особо актуальной, если учесть, что согласно принятым программам по утилизации снимаемых с вооружения боеприпасов общее количество высокоэнергетических материалов, высвобождаемых в процессе утилизации, составляет сотни тысяч тонн.

В настоящей работе рассматривается использование утилизированных материалов, поставляемых на горные предприятия либо в виде индивидуальных изделий, с извлеченной системой инициирования, либо как измельченные и гранулированные составы, без введения дополнительных компонентов. Особенность этих групп заключается в том, что они поставляются непосредственно с воинских баз и арсеналов и не требуют для своего изготовления применения специального заводского оборудования

Несмотря на различия, связанные со структурой (бризантные ВВ и пороха), получаемые при утилизации высокоэнергетические материалы (УВМ) обладают двумя свойствами, отличающими их от обычных промышленных ВВ. Это - более высокие детонационные характеристики и отрицательный кислородный баланс. Сравнительные взрывчатые характеристики промышленных и утилизированных ВВ приведены в табл. 1.

Принимая во внимание значительный отрицательный кислородный баланс УВМ, представляет интерес использование их в смеси с аммиачной селитрой (АС). Однако, учитывая, что не представляется возможным непосредственно на местах ведения работ организовать пункты по смешению гранулированных и измельченных утилизированных ВВ в силу ряда причин, связанных с вопросами безопасности производства (чувстви-Таблица 1

№ Взрывчатые составы Взрывчатые характеристики составов

Р Q D КБ рВ1 РQ

1 Тротиловые заряды 1,52 1010 6600 -74 66,2 1535

2 Тротил - У 0,9 900 5400 -74 24,2 810

3 МС 1,70 1550 7800 -45 103,4 2635

4 ТРТ НМФ 1,61 880 6800 -40 74,4 1417

5 ТРТ НДСИ 1,65 1100 7500 -25 92,8 1815

6 Гранипоры 0,9 870 5000 -45 22,5 783

7 Порэмит 1,25 830 5000 -2 31,2 1038

8 Граммонит 0,95 1000 4300 0 17,6 950

9 Игданит 0,85 930 3600 0 11,0 790

10 Аммиачная селитра 0,85 470 2100 +20 3,7 400

тельность, пыление, электростатика и др.), был рассмотрен вопрос об изготовлении комбинированных скважинных зарядов, состоящих из слоев АС и УВМ.

Рассмотрев закон затухания давления во фронте ударной волны [1]

Р = Рх / гп,

где г - расстояние по фронту ударной волны от границы раздела в радиусах заряда; п = 1 показатель степени затухания для плоской волны, получим исходя из соответствия навязанного давления ударной волны, сообщаемого зарядом конверсионных ВВ, реальному давлению детонации, присущему АС, получим толщину “работоспособного” слоя АС, равную 6,5 и 6,1 диаметра заряда для тротила У и гранипоров соответственно. Примерно такое же значение получено при изучении процессов ударно-волнового воздействия на смеси других азотнокислых солей [2].

Для дополнительной экспериментальной проверки приведенных теоретических расчетов на карьерах ОАО "Фосфорит" были проведены сравнительные испытания комбинированных зарядов диаметром 105 мм, состоящих из двух частей: верхней части - постоянного заряда гранулированного тротила (длина заряда 1 м) и нижней части - заряда АС с варьируемой толщиной слоя (от 0 до 80 см). Результаты, представленные на диаграмме, показывают, что слой АС до 60 см (примерно 6

диаметров заряда) повышает работоспособность комбинированного заряда, измеряемую по величине воронки выброса.

Полученные результаты позволили рекомендовать использование комбинированных зарядов, состоящих из слоев насыпных утилизированных ВВ с отрицательным кислородным балансом, разделенными промежутками из АС с толщиной слоя, равной 6 диаметрам заряда, для ведения работ с породами 2-3 категории по взрываемо-сти, характерными для карьеров Кингисеппского месторождения. Общий экономический эффект применения указанных комбинированных скважинных зарядов составил более 10 млн. рублей.

Рассмотрим возможность использования в комбинированных зарядах монолитных УВМ, к которым можно отнести разного рода шланговые заряды из бризантных ВВ, и удлиненные заряды из твердых ракетных топлив (ТРТ). При этом будем исходить из предположения о неидеальности детонационных процессов, протекающих в смесевых промышленных ВВ, поскольку, как показывает практика, для всех гетерогенных аммиачно-

селитренных ВВ имеет место "неидеальная" детонация, обу-

словленная малым временем взаимодействия продуктов между собой (или шириной зоны химической реакции). Причем, это явление наблюдается и для промышленных ВВ с максимальной степенью смешения компонентов - эмульсионных ВВ [3].

Другое предположение, сделанное нами, связано со значительной разницей между давлениями в детонационном фронте утилизированных и промышленных ВВ, отношение которых меняется, в зависимости от вида промышленных ВВ, от 2 до 9. В данном случае при переходе детонационной волны от более мощного к более слабому ВВ в последнем возникает режим пе-ресжатой детонации, который будет характеризоваться как большим значением величины давления в детонационном фронте, так и увеличением времени нахождения продуктов взрыва в зоне химической реакции. Из приведенных отношений детонационного давления с использованием вышеприведенной формулы можно оценить величину зоны пересжатой детонации, которая для радиально-симметричного (коаксиального) заряда составит 1,4-3 диаметра заряда. Учитывая выше сказанное и принимая во внимание, что в структуре детонационной волны смесе-вых аммиачно-селитренных ВВ скорость энерговыделения в зоне химической реакции имеет примерно линейную зависимость от давления [4], можно ожидать повышения коэффициента реализации энергии взрыва промышленных ВВ, находящихся в таком комбинированном заряде.

Дополнительно необходимо отметить, что конструкция, состоящая из центрального заряда высокоплотного утилизированного ВВ и расположенного по краям промышленного ВВ с меньшей скоростью детонации, позволяет в определенной степени развернуть фронт детонационной волны. Эффективности воздействия падающей и скользящей ударных волн по расчетным оценкам различаются в два раза.

Однако достаточно очевидно, что только за счет изменения направления фронта детонационной волны мы можем изменять только бризантную составляющую взрыва, фугасная составляющая, связанная с общей энергией взрыва, изменяться не должна. В этой связи показательными являются результаты, полученные при исследованиях различных схем инициирования, проводимых на карьерах Кривбассвзрыв-Таблица2

ВВ Конструкция заряда Относительная работоспособность

ТНТ (гран. - чешуйчатый 50/50) Сплошной 1,00

Гранулит НП Сплошной 0,56

Гранулит НП (пористая АС) Сплошной 1,10

Сибирит-2500 РЗ Коаксиальный 1,00

Сибирит-2500 РЗ (пористая АС) Коаксиальный 1,47

прома [5]. Сравнивалась эффективность действия скважинных зарядов, инициируемых от одного или двух промежуточных детонаторов, и с линейным инициированием от детонирующего шнура с повышенной навеской ТЭНа на погонный метр (45 вместо 12 г). Учитывая, что скорость детонации такого шнура составляет около 7000 м/с, его использование в полной мере отвечает описанному случаю разворота фронта детонации. Наилучшие показатели, в качестве которых был выбран выход горной массы класса - 400 мм, получены именно для последнего варианта. При этом прирост эффективности оценивался величиной не более 10 %.

В действительности, как показали, в частности, результаты, приведенные в диссертационной работе Иоффе В.Б., при использовании зарядов коаксиальной формы наблюдается существенный прирост и фугасного действия взрыва, который составлял около 20 %. Испытания проводились в зарядах диаметром 110 мм с коакси-ально расположенным боевиком из Сибирита 2500 диаметром 50 мм. Результаты представлены в табл. 2.

Промышленные испытания и внедрение комбинированных зарядов коаксиальной формы на скважинах диаметром 22 мм проводились на карьерах ОАО "Апатит". В качестве внутри-скважинного инициатора использовались шланговые заряды ШЗ-1, состоящие из тротиловых шашек диаметром 80 мм. Их применение позволило при улучшении качества дробления сократить величину перебура и расширить на 10-15 % сетку скважин. Экономический эффект составил около 5 млн. руб.

------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. - М.: Недра, 1976, 271 с.

2. Подозерский Д.С. Физико-технические основы повышения эффективности взрывной отбойки регулированием энергетических и детонационных свойств ВВ / Дис. ...на соиск. уч. ст. докт.техн.наук / Кольский научный центр РАН. Горный институт. Апатиты, 1996, 281с.

3. Одинцов В.В., Пепекин В.В., Кутузов Б.Н. Оценка термодинамической неидеальности детонации эмульсионных ВВ. Конверсия, №4, 1996, с. 29-32.

4. Васильев В.А., Альбов Л.И. Структура детонационной волны в аммоните 6ЖВ. ФГВ, №2, 1976, с. 240 - 244

5. Перегудов В.В., Ященко С.С., Усов О.Я. и др. Совершенствование конструкций зарядов и схем взрывания, обеспечивающих снижение числа групповых и одиночных отказов скважинных зарядов. Горный журнал, №6, 1977, с. 20-24.

— Коротко об авторах --------------------

Феодоритов М.И. - ЗАО "Взрывиспытания", Листопад Г.Г. - ОАО "Апатит",

Ерлыков В.Л. - ОАО "Фосфорит."

© Р.С. Крысин, В.П. Куприн