CC BY
172
РАЗРАБОТКА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ КУМУЛЯТИВНЫХ ЗАРЯДОВ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ НЕГАБАРИТНЫХ КУСКОВ ГОРНЫХ ПОРОД НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ГИПЕРКУМУЛЯЦИИ
Владилен Федорович Минин
Доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР, e-mail: [email protected] http://profminin.host.sk
Игорь Владиленович Минин
630092, Новосибирск, пр. Маркса, 20. Новосибирский государственный технический университет, доктор технических наук, профессор кафедры защиты информации, тел. 8383-346-08-53, e-mail: [email protected]
Олег Владиленович Минин
630092, Новосибирск, пр. Маркса, 20. Новосибирский государственный технический университет, доктор технических наук, профессор кафедры защиты информации, тел.8383-346-08-53, e-mail: [email protected]
Разработаны высокоэффективные средства и способы дробления негабарита на карьерах на основе эффекта гиперкумуляции.
Ключевые слова: кумулятивный заряд, горная порода, скорость детонации,
взрывчатое вещество, гиперкумуляция.
DEVELOPMENT OF HIGH-EFFECTIVE SHAPED CHARGES FOR BREAKING OVERSIZE IN THE QUARRIES BASED ON HYPERCUMULATIVE EFFECT
Vladilen F. Minin
Professor, e-mail: [email protected] Igor V. Minin
Novosibirsk State Technical University, professor of information protection department, e-mail: prof.minin@gmail. com
Oleg V. Minin
Novosibirsk State Technical University, professor of information protection department, e-mail: prof.minin@gmail. com
Developed highly effective means and ways of breaking oversize in the quarries based on hypercumulative effect.
Key words: shaped charge, rock, detonation velocity, explosive, hypercumulation.
Несмотря на развитие техники и технологии открытых горных работ наиболее приемлемым способом дробления негабарита считается взрывной, с использованием кумулятивных зарядов [1-2]. Достоинством удлиненных зарядов является возможность выбора требуемой длины заряда при его неизменном поперечном сечении.
Выбор материалов для изготовления кумулятивных зарядов осуществлялся с учетом их доступности и дешевизны. В экспериментах в качестве ВВ использовался порошкообразный аммонит 6ЖВ-200 (патронированный)
ГОСТ21984-76. В качестве материала облицовки использовалась малоуглеродистая сталь марки Ст20. Облицовки изготавливались из листовой стали требуемой толщины путем гибки.
Известно, что для перфорации нефте- и газодобывающих скважин, разрушения негабаритов широко применяются кумулятивные перфораторы. Оценку промышленного значения пластов, выделенных по материалам геофизических исследований и геологическим данным, также выполняют путем их опробования с применением кумулятивных зарядов. Практические возможности данных перфораторов в плане увеличения диаметра перфорационного отверстия и глубины перфорационного отверстия уже исчерпаны. Для разработки инновационных кумулятивных перфораторов повышенной эффективности необходимо исследование новых принципов построения таких зарядов. Гиперкумулятивный режим формирования высокоскоростных кумулятивных струй позволяет, в отличие от многих известных методов формирования кумулятивных струй, осуществить безпестовое формирование высокоскоростной струи с максимальной скоростью на 20-30% выше и с массой в 3-4 раза большей [3-6].
Экспериментальные исследования по разработке лабораторных макетов проводились в два этапа. Н первом этапе исследовалось воздействие макетов на преграду из мягкой стали. Фиксировались размеры и глубина кратеров, что позволяет сравнивать энергетические и другие характеристики зарядов. На втором этапе работ исследовалось воздействие зарядов на бетонные блоки, имитирующие горную породу. Конфигурация зарядов соответствовала условиям гиперкумулятивного формирования кумулятивной струи [4].
Корпус заряда изготавливался из картона и наклеивался на облицовку. С торцов заряды закрывались крышками. Инициирование зарядов осуществлялось детонирующим шнуром ДША, который через отверстие в крышке вводился в заряд на глубину 50 мм.
В таблице 1 приведены результаты испытаний насыпных зарядов из аммонита по преграде из мягкой стали. Диаметр зарядов составлял 60 мм.
Таблица 1
№ Толщина облицовки, мм Высота заряда, мм Расстояние до преграды, мм Вид поражения примечания
1 0,5 150 150 Рассеянные кратеры глубиной Вмятины
2 1,0 100 200 до 5 мм вмятины
3 2,0 100 200 Рассеянные кратеры 2-5 мм Рассеянные кратеры 1-3 мм вмятины
Исследование воздействия насыпных зарядов показало, что характер поражения преграды в этих экспериментах указывает на преимущественное образование осколков.
На таблице 2 представлены результаты испытаний зарядов по преграде из мягкой стали с ВВ типа тротил. Диаметр зарядов составлял 60 мм. Инициирование зарядов осуществлялось через промежуточную шашку-детонатор, размещенную на торце заряда.
Таблица 2
№ Толщина облицовки, мм Высота заряда, мм Расстояние до преграды, мм Вид поражения
1 1,0 150 150 кратеры глубиной 22 мм
шириной 20мм
2 1,5 150 150
3 2,0 150 150 кратеры глубиной 30 мм
шириной 20-25 мм
кратеры 30 мм
шириной 15-20 мм
Натурные испытания разработанных зарядов проводились по мишени из бетона. Негабаритные куски горной породы имитировались бетонными блоками, имевшими сечение 0.6х0.6 м, при этом следует учесть более высокие прочностные свойства бетона ПО сравнению с имитируемой горной породой.
Для испытаний использовались кумулятивные заряды из насыпного аммонита. Заряды располагались над поверхностью блоков на высоте 150 мм. Инициирование осуществлялось электродетонаторами. Детонация в заряды из аммонита передавалась через детонирующий шнур ДША, введенный в заряд через отверстие в торцевой крышке на глубину 50 мм, инициирование зарядов из тротила осуществлялось промежуточными шашками - детонаторами из прессованного гексогена, размещаемыми также на торце зарядов. Регистрация разрушения производилась фотографированием блоков до и после подрыва.
На рис. 1 представлены результаты испытаний одиночных зарядов: а - блок с установленным зарядом до подрыва, б - блок после подрыва этого заряда. Разрушение блока - кратер глубиной 3 см в середине блока, на рис. 1в представлено разрушение того же блока после подрыва аналогичного заряда, размещенного ближе к краю.
На рис 2 представлены результаты разрушения другого бетонного блока кластерными зарядами. Учитывая удлиненную форму блока, использовался одновременный подрыв двух зарядов (кластер). Заряды размещались, как показано на рис. 2а. При подрыве зарядов произошло разрушение блока, представленное на рис.2б и 2в (крупный план).
Рис. 1. Результаты испытаний одиночных зарядов
а
б
в
Рис. 2. Результаты испытаний кластерным зарядом
Экспериментальные результаты показывают:
1. Кластерный заряд является более чем на порядок более энергоэффективными по созданию отверстия и разрушению негабаритов, чем унитарный кумулятивный заряд.
2. Скважины, созданные в бетоне и геологических материалов с помощью кластерных зарядов, не зависят от прочности и пористости преграды.
3. Применение кумулятивных зарядов на основе эффекта гиперкумуляции позволяет увеличить скорость и массу струи и, тем самым, добиться более эффективного разрушения негабаритов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Murphy, M.J. et al. Effect Of Multiple And Delayed Jet Impact And Penetration On Concrete Target Borehole Diameter. / /19th International Symposium On Ballistics, Interlaken, Switzerland, - May 2001.
2. Baum, D.W. et al. Simultaneous Multiple-Jet Impacts in Concrete - Experiments and Advanced Computational Simulations. //18th International Symposium on Ballistics, San Antonio, TX, - Nov. 1999.
3. Минин, В.Ф. Критерий струеобразования в осесимметричных кумулятивных зарядах [Текст]. // В.Ф.Минин, И.В.Минин, О.В.Минин. "Известия высших учебных заведений. Поволжский регион". Технические науки. 2006. - N6 (27). - C. 380-389.
4. Минин В.Ф., Минин И.В., Минин О.В. Патент РФ 2412338, опубл. 20.02.2011, приоритет от 07.12.2009, МПК Е21В43/117, F42B1/02. Способ и устройство (варианты) формирования высокоскоростных кумулятивных струй для перфорации скважин с глубокими незапестованными каналами и с большим диаметром.
5. Минин, В.Ф. Физика гиперкумуляции и комбинированных кумулятивных зарядов. Часть 1 [Текст]. // В.Ф.Минин, И.В.Минин, О.В.Минин. "Нефтегазовые технологии" (Oil & Gas Tecnology). 2011. - №12. - C. 37-44.
6. Минин, В.Ф. Физика гиперкумуляции и комбинированных кумулятивных зарядов. Часть 2 [Текст]. // В.Ф.Минин, И.В.Минин, О.В.Минин. "Нефтегазовые технологии" (Oil & Gas Tecnology). 2012. - №1. - C. 16-32.
© В. Ф. Минин, И.В. Минин, О.В. Минин, 2012
