Определение эквивалента гранэмита по отношению к штатному вв

П.В. Меньшиков

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТА ГРАНЭМИТА ПО ОТНОШЕНИЮ К ШТАТНОМУ ВВ

Схематично работу дробления горной породы в массиве взрывом можно описать следующим образом.

Расширяющиеся со сверхзвуковой скоростью продукты взрыва (ПВ) приводят к образованию в разрушаемой среде ударной воздушной волны, которая отрывается от ПВ на расстояние нескольких радиусов заряда. Часть энергии взрыва переходит в энергию ударных волн, а остальная остается в ПВ, которые продолжают расширяться вслед за ударной волной, перемещая горный массив с нарушенной структурой.

Ударная волна, распространяясь по массиву и сжимая его, вызывает в нем тангенциальные напряжения, приводящие к образованию радиальных трещин в наиболее ослабленных местах. При отражении ударной волны от свободной поверхности возникают растягивающие усилия, приводящие к образованию кольцевых трещин, а вблизи поверхности - откольных явлений. Таким образом, под воздействием прямых и отраженных ударных волн в массиве возникает первичная сетка трещин, которая намечает контуры отдельностей, т. е. размер и форму кусков породы. Завершают разрушение массива расширяющиеся ПВ, которые прекращают работу сдвига горного массива с частично нарушенными связями. В результате расширяются трещины и окончательно формируются куски. При последующем выбросе кусков происходит их дополнительное дробление в результате соударений.

С целью определения параметров взрыва, ответственных за описанный механизм разрушения, А.Е. Азарковичем

выполнены специальные исследования, данные по которым приведены в табл. 1.

Коэффициент корреляции определялся по уравнению

г =

Ухк

_____ ^~_Хр ____________

п ( х^ _ 2 ^(у2 ^

п + ^( п Хсс,ч .. ,

У к2

_ к2

кср

где х - характеристика ВВ; к - показатель действия взрыва;

хср и кср - соответствующие средние значения для нескольких

видов ВВ; п - число рассматриваемых видов ВВ. Величина г меняется в пределах -1 +1.

Показатель надежности связи

г-!п

М = 1--2 .

1 _ г

Связь устойчива, если р > 2,6.

Как видно из табл. 1, несмотря на некоторую неоднородность полученных результатов, прослеживается достаточно жесткая связь характеристик дробления в описанных условиях с энергетическими характеристиками ВВ. Связь со скоростью детонации менее выражена.

Экспериментальное исследование взрывных характеристик ВВ на основе обратных эмульсий имеет ряд существенных особенностей, связанных, в первую очередь, с большим критическим диаметром этих составов. Большой критический диаметр, с одной стороны, обеспечивает низкую чувствительность ВВ к механическим воздействиям и, следовательно, позволяет широко механизировать их изготовление и применение, а, с другой стороны, требует проведения экспериментов с зарядами большого веса, что влечет за собой отказ от традиционных лабораторных методов исследования. В частности, различные способы определения работоспособности (бомба Трауцля, испытание в мортире, метод маятника и т. д.) становятся непригодными для этого типа ВВ. Определение характеристик таких ВВ приходится проводить в производственных или полигонных условиях. Если определение скорости детонации и массовой скорости взрывчатых ве-

ществ на основе обратных эмульсий связано с большими трудностями но все же выполнимо, то определение теплоты взрыва (Qmax) чрезвычайно сложно. Этот показатель можно с достаточной точностью определить расчетным путем. Уравнения для определения теплоты взрыва при элементарном составе ВВ Са Hb Nc Od и Ca Hb Nc Od Ale изложены в работе

[2]. В данном случае: a, b, c, d, e - количество грамм-атомов углерода (С), водорода (H), азота (N), кислорода (O), алюминия (Al) соответственно.

Эквивалент гранэмита И-30 по отношению к гранулотолу определялся по ударной воздушной волне (УВВ).

Сравнение параметров УВВ проведено по двум методикам:

1. Искомый эквивалент является отношением потоков энергии бегущей ударной волны с учетом поправки на разность масс зарядов. Поток энергии бегущей ударной волны (Е, Дж/м2) определяется по формуле:

где АРо - давление на фронте ударной воздушной волны, Па; т - продолжительность фазы сжатия ударной воздушной волны, сек.; у - плотность воздуха = 1,29 кг/см; с - скорость звука в воздухе, м/с,

Т - абсолютная температура воздуха, К.

Эквивалент исследуемого ВВ по отношению с каким-либо штатным ВВ (гранулотол, граммонит) Л можно вычислить по уравнению:

где (Зэ - масса эталонного ВВ, кг; ОЭВВ - масса испытуемого ВВ, кг; ЕЭВВ, Еэ - поток энергии бегущей УВВ соответственно испытуемого и эталонного ВВ.

с = 20,1 л/Т;

2. Искомый эквивалент является множителем а - поправкой массы заряда в формуле М. В. Садовского.

Для случая, когда заряд ВВ расположен на поверхности земли и УВВ распространяется в полусфере, рассчитывается давление на фронте УВВ

а  О 3(а  О) 3а  О /р\

АРф = 13—+ 3,9^ + 0,95———,

ф Я3 Я2 я

где АРф - давление на фронте УВВ, кГс/см2; а - искомый эквивалент; О - масса заряда ВВ, кг; Я - расстояние от места взрыва до места регистрации параметров УВВ, м.

Эквиваленты испытуемых ВВ по УВВ по отношению к гранулотолу, определенные относительно потоков энергии бегущих ударных волн и по формуле М.В. Садовского, представлены в табл. 2.

Результаты определения тротилового эквивалента по УВВ, полученные при использовании двух методик, имеют удовлетворительную сходимость. Тротиловый эквивалент для гранэ-мита И-30, имеющего плотность в заряде 1,328 г/см3, составляет по первой методике в среднем 0,725, а по методике М.В. Садовского - 0,685; для гранэмита И-30 с плотностью 1,236 г/см3 - соответственно 0,89 и 0,85; для гранэмита И-30 с плотностью 1,333 г/см3 - соответственно 1,0 и 0,9.

В полигонных условиях определена скорость детонации Д. Теплота взрыва была определена расчетным путем и уточнена с помощью тротилового эквивалента, определенного экспериментально по УВВ. Используя уравнение

Д = 420

можно определить показатель политропы п :

п = ЁГ+1.

Ьо

Показатели политропы приведены в табл. 3.

Результаты расчета скорости звука в продуктах детонации для гранэмита И-30 приведены в табл.4.

Результаты расчетов скорости распространения продуктов детонации определяем по уравнению. приведены в табл.5.

Выполненными исследованиями было установлено:

1. Теплота взрыва гранэмита И-30 составляет 3365 кДж/кг, скорость детонации при плотности 1,ЗО8 кг/дм3 - 4000-3800 м/с, показатель политропы - 1,94, скорость распространения продуктов детонации 1375 м/с.

О. Определенные экспериментально показатели позволяют определить и другие необходимые для расчета рациональных параметров буровзрывных работ, характеристики гранэмита И-30.

119

Таблица 3

Показатели политропы для гранэмита И-30

Плотность Наименование Теплота Скорость Показатель

заряда, кг/дм3 горючего взрыва, МДж/кг детонации, м/с политропы

1,328 ДТ 2,97 4045 1,94

1,236 И-50 2,52 3791 1,96

1,35 И-40 2,70 2660 1,52

Примечание: И-50; И-40 - марки индустриального масла. ДТ- дизельное топливо.

Таблица 4

Местная скорость звука в продуктах детонации гранэмита И-30

Плотность заряда, кг/дм3 Наименование горючего Скорость детонации, м/с Показатель политропы Местная скорость звука в ПД, м/с

1,328 ДТ 4045 1,94 2669

1,236 И-50 3791 1,96 2510

1,35 И-40 2660 1,52 1600

Таблица 5

Скорость распространения продуктов детонации гранэмита И-30

Плотность заряда, кг/дм3 Наименование горючего Скорость детонации, м/с Показатель политропы Скорость распространения ПД, м/с

1,328 ДТ 4045 1,94 1375

1,236 И-50 3791 1,96 1281

1,35 И-40 2660 1,52 1056

Изложенный подход позволяет определить требуемые характеристики водосодержащих взрывчатых веществ любого компонентного состава.

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

1. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. 2-е изд., перераб. и доп. - М., Недра, 1982, 327 с.

2. Взрывные характеристики акватолов с пониженным содержанием гранулотола / В.Г. Шеменев, А.С. Маторин, А.А. Котяшев, Ю.В. Куркин, В.Ю. Попов // Сб. докладов III Международной конференции по взрывным работам, Москва, 27-28 мая 1997 г.

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

Меньшиков П.В. - Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург.

^ © к.к. Шведов, в.в. Лавров,

В.А. Белин, Б.Н. Кутузов, 2007

К.К. Шведов, В.В. Лавров, В.А. Белин,

Б.Н. Кутузов

ПРОБЛЕМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБОРОТА ПВВ

Широкое использование энергии взрывчатых веществ (ВВ) является неотъемлемой составляющей современных технологий добычи твердого минерального сырья в горной промышленности, растет область применения ВВ в других отраслях промышленности, науки и техники. Обеспечение безопасности оборота огромных масс взрывчатых и взрывоопасных веществ затрагивает жизненно важные интересы человека, общества и государства. Проблема состоит в необходимости, с одной стороны, исключить полностью или резко снизить риск возникновения техногенных аварий и катастроф, связанных со случайными взрывами ВВ и их взрывоопасных компонентов, а с другой - надежно прогнозировать безопасность, эффективность и уровень вредного экологиче-