Исследование влияния линейного инициирования зарядов взрывчатых веществ на их разрушающие действие в горных породах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Исследование влияния линейного инициирования зарядов ВВ на их разрушающие действие в горных породах.

Калякин С.А, Лабинский К.Н. Донецкий национальный технический университет

Введение

Строительство шахт и подземных сооружений связано с разрушением горных пород. Проблема разрушения горного массива была и остается одной из важнейших проблем горного производства. Открытие взрывных методов разрушения произвело революцию в горном деле и позволило достичь практически неограниченных возможностей горного производства. Развитие науки и технологии применения взрыва в горной промышленности связано с решением целого комплекса проблем, связанных с представлениями о процессах, протекающих при взрывах зарядов ВВ. Решение этих проблем и повышение эффективности взрывного разрушения горных пород имеет громадный практический интерес.

Анализ последних исследований в этой области показал, что на процессы взрывного дробления горной породы влияет большое число факторов, связанных как со свойствами взрывчатого вещества (ВВ) - источника разрушающей энергии, так и со способами инициирования зарядов ВВ. Наиболее широко в настоящее время исследованы способы прямого и обратного инициирования зарядов ВВ. Доказано, что способ обратного инициирования заряда ВВ гораздо эффективней прямого, в тоже время мало проведено исследований по линейному инициированию зарядов ВВ. Этот способ имеет ряд преимуществ перед выше упомянутыми способами [1], поскольку наряду с тем, что значительно увеличивает устойчивость детонации основного заряда ВВ он может и повысить эффективность действия взрыва на горные породы. Поэтому исследование этого вопроса имеет большое как научное, так и практическое значение.

Целью данной работы является исследование влияния линейного инициирования зарядов из простейших ВВ на их эффективность разрушающего действия на горные породы.

Материалы исследований. Механизм разрушения горных пород взрывом взаимосвязан с разрушающим действием продуктов детонации ВВ и ударных волн в породе, которые в свою очередь функционально зависят от параметров детонации ВВ шпуровых зарядов. Известно влияние прямого и обратного способов инициирования зарядов ВВ в шпурах на их разрушающие действие в горном массиве. Между тем мало изучено влияние линейного инициирования зарядов ВВ, на их разрушающие действие на горные породы. Особый интерес вызывает влияние линейного инициирование накладных зарядов ВВ на их разрушающие действие негабаритных кусков пород. В связи с этим были проведены исследования разрушающего действия взрыва накладного заряда ВВ на образцы гранита при линейном и точечном инициировании накладного заряда, состоящего из стандартного патрона аммонита 6 ЖВ. Для гранита известно уравнение ударной адиабаты:

горный порода взрыв

D=2435+1,525u, (1)

что позволяет, зная параметры детонации аммонита 6ЖВ установить начальные параметры ударной волны на границе раздела «ВВ-порода» в зависимости от способа инициирования заряда ВВ [2]. Также можно определить как происходит затухание волн напряжений в породе в зависимости от ее толщины и начальных параметров ударных волн, входящих в породу при взрыве накладного заряда.

Для этих исследований влияния способа инициирования накладного заряда на формирование и распространение ударной волны в граните в радиальном направлении от оси заряда была предложена следующая схема эксперимента. Стандартные патроны аммонита №6ЖВ диаметром 32 мм и плотностью патронирования 1,08 г/см3 укладывали на поверхности полированных пластин отделочного гранита с отшлифованными и строго параллельными гранями толщиной 20 мм каждая. Плотность гранита в указанных пластинах составляла 2,6 г/см3. Измерения скорости детонации ВВ, детонирующего шнура и ударных волн в породе, образованных при взрыве накладного заряда проводились с использованием измерителя интервалов времени ИИВ-16/496 УХЛ 4.2 (ТУУ 33.5-3169501990-001:2011) и комплекта ионизационных датчиков, которые устанавливали на базах измерений в накладном заряде и детонирующем шнуре, а также между пластинами гранита четко подогнанными между собой. В качестве ионизационных датчиков использовали изолированные медные проволочки диаметром 0,1 мм. Схема эксперимента при точечном инициировании накладного заряда аммонита 6 ЖВ на образцах гранита представлена на рис. 1, а в собранном виде наяву на фото - на рис. 2.

Как видно в первом эксперименте измеряли скорость распространения детонационных волн по заряду аммонита 6 ЖВ и детонирующему шнуру, а также одновременно волн напряжений, образованных при взрыве заряда ВВ в граните при точечном инициировании ВВ. Инициирование аммонита осуществлялось сложенным в двое и размещенном на 3 см в торце патрона детонирующим шнуром типа ДШЭ-9.

Рис. 1 - Схема эксперимента при исследовании распространения ударной волны в породе в радиальном направлении от оси заряда при точечном инициировании заряда ВВ: 1 - ДШ; 2 - ВВ; 3 - горная порода

Рис. 2 - Фото эксперимента при точечном инициировании накладного заряда ВВ

Результаты измерений при точечном инициировании накладного заряда позволили установить, что при средней скорости детонации заряда аммонита 6ЖВ равной 4238 м/с, скорость распространения ударной волны на первой базе измерений в граните составила 3048 м/с, а на второй базе она вырождается в волну напряжений, которая движется со скоростью 1693 м/с.

Во втором виде эксперимента осуществлялось линейное инициирование накладного заряда аммонита 6 ЖВ детонирующим шнуром, проложенным вдоль заряда ВВ. Схема этого эксперимента и его фото в собранном виде представлены на рис. 3 и рис. 4.

Рис. 3 - Схема эксперимента при исследовании скорости распространения ударной волны в породе в радиальном направлении от оси заряда при линейном инициировании ВВ: 1 - ДШ; 2 - ВВ; 3 - горная порода

Рис. 4 - Фото эксперимента при линейном инициировании накладного заряда аммонита 6ЖВ

Результаты измерений при линейном инициировании накладного заряда позволили установить, что скорость ударной волны в граните при линейном инициировании существенно возросла. Так она составила 3809 м/с на первой базе измерений и 2623 м/с на второй базе, то есть в данном эксперименте не наблюдается вырождение ударной волны в образце породы в волну напряжения, как при точечном инициировании накладного заряда ВВ.

При линейном инициировании скорость детонации ДШ составила 8101 м/с, при этом средняя скорость детонации заряда ВВ на боковой поверхности, диаметрально противоположной установленному линейному инициатору, составила 7619 м/с. Поперечная скорость детонации составила Dпопер.1=4339 м/с и Dпопер.2=4162 м/с, что в среднем равно:

Dпопер.ср.=(4339+4162)/2=4250,5 м/с.

При линейном инициировании направление вектора и его скалярное значение средней скорости детонации в заряде ВВ может быть установлено по схеме, представленной на рис. 7.

Рис. 5 - Схема к определению направления и величины вектора средней скорости детонации в заряде ВВ с использованием линейного инициатора

Так как скорость продольной волны в заряде ВВ составила 7619 м/с, а средняя радиальная скорость составила 4250,5 м/с, то средняя скорость детонации по заряду ВВ равна:

м/с. (2)

При этом угол наклона вектора относительно оси заряда может быть определен по следующей формуле:

.

Скорость ударной волны при линейном инициировании составила 3809 м/с на первой базе и 2623 м/с на второй базе.

Сводные результаты измерения скорости детонации ВВ и скорости распространения ударной волны в породе приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Результаты измерений скорости детонации заряда ВВ и ударной волны в породе в зависимости от способа инициирования накладного заряда

* - средняя косонаправленная скорость детонации заряда ВВ при его линейном инициировании

** - получено линейной экстраполяцией

Полученные в результате измерений скорости ударных волн в образцах гранита при различных способах инициирования накладного заряда аммонита 6 ЖВ позволили установить вид зависимостей, по которым происходит затухание ударных волн в образце породы. На рис. 6, показаны графики затухания скорости распространения ударной волны в образце гранита при взрыве накладного заряда аммонита при его точечном и линейном инициировании. На рис 7. показаны графики зависимостей давления во фронте ударной волны, которая распространяется в образце гранита при взрыве накладного заряда аммонита 6 ЖВ при точечном и линейном инициировании ВВ.

Рис. 6 - Графики затухания скорости ударной волны в горной породе от ее толщины в зависимости от способа инициирования накладного заряда ВВ

Рис. 7 - Графики зависимостей давления во фронте ударной волны в горной породе от ее толщины при точечном и линейном инициировании ВВ

Как видно из приведенных результатов исследований, линейное инициирование ВВ по сравнению с точечным позволило увеличить начальную скорость детонации ВВ, что повысило параметры входящей в горную породу ударной волны на границе раздела сред «ВВ - порода», скорость волны увеличилась на 13%, а начальное давление в ударной волне на 47,5%. При линейном инициировании ВВ в накладном заряде затухание скорости распространения ударной волны и ее параметров во фронте в образцах гранита происходит гораздо медленнее, чем при точечном инициировании детонации ВВ. Таким образом, разрушающие действие взрыва накладного заряда ВВ при линейном инициировании возрастает по сравнению с точечным инициированием ВВ в заряде.

Эти результаты хорошо коррелируют с результатами экспериментальных исследования контактного взрыва заряда ВВ простейшего типа на основе гранулированной селитры и жидкой топливно-уплотняющей добавки типа КЖУ (разработка В.С. Прокопенко ООО «Техновзрыв») от условий инициирования детонации ВВ и параметров промежуточных детонаторов. В первом случае осуществлялось точечное инициирование заряда тротиловой шашкой Т-400Г, а во втором случае линейным инициатором. Когда осуществлялось точечное инициирование заряда шашкой Т-400Г (скорость детонации тротила 6700 м/с.) скорость детонации ВВ основного заряда в диаметре 192 мм при плотности 1,1 г/см3, составила от 2186 м/с до 2243 м/с по длине заряда, а условный объем воронки выемки (оценка разрушающего действия заряда при контактном взрыве) - объем воронки V1=100 ед. При инициированию того же простейшего ВВ, но линейным инициатором (ЛИ), состоящего из гранулотола, водного раствора аммиачной селитры и желатинизатора, диаметром 45 мм и плотностью 1,35г/см3, имеющего скорость детонации ВВ в ЛИ 5461 м/с. При этом измеряли скорость детонации по нормали к линейному инициатору от места его контакта на боковой поверхности основного заряда до его центральной оси, а также скорость детонации вдоль оси заряда ВВ. Оказалось, что скорость детонации ВВ по оси заряда зависит от скорости детонации ВВ ЛИ и может достаточно хорошо определятся по выше приведенной формуле (2), при этом ее значение составило 4737 м/с. Оказалось, что разрушающее действие взрыва контактного заряда при линейном инициировании ВВ значительно возросло ( объем воронки V2=170 ед.), как и его продольная скорость детонации ВВ тоже сильно возросла. Скорость детонации основного простейшего ВВ возросла более, чем в 2,3 раза с 2243 м/с до 4737 м/с а объем воронки выемки в результате взрыва вырос в 1,7 раза. Схемы этих опытов приведены на рисунках

Рис. 8 - Взрыв простейшего ВВ при точечном инициировании заряда

Рис. 9 - Взрыв простейшего ВВ при линейном инициировании заряда

и наглядно показывают высокую эффективность линейного инициирования простейших зарядов ВВ.

Вывод

В результате исследований установлено, что линейное инициирование ВВ в накладном заряде по сравнению с точечным позволяет увеличить начальную скорость входящей в породу ударной волны на границе раздела сред «ВВ - порода», за счет увеличения скорости детонации ВВ. При этом начальное давление в ударной волне, образованной в горной породе при взрыве накладного заряда ВВ при линейном инициировании значительно возрастает, что увеличивает разрушающие действие взрыва увеличиваются степень дробления пород и объем их разрушения.

Литература

1. Калякин С.А. О линейном инициировании зарядов взрывчатых веществ/ С.А. Калякин, В.С. Прокопенко. - Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. - 1, 2013. - Кременчук. - С. 41-47.

2. Орленко Л.П. Физика взрыва /Л.П. Орленко// Изд. 3-е. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.- 832 с.

Размещено на Allbest.ru