СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА
METHOD OF DEFINING OF INDUSTRIAL EXPLOSIVE RELATIVE WORKING EFFICIENCY

Изобретение относится к взрывным работам и может быть использовано в горнодобывающей промышленности для испытаний промышленных взрывчатых веществ (ВВ), изготовленных на местах их потребления.
Современные промышленные ВВ, изготовленные на местах их потребления, в основном представляют собой смеси гранулированной аммиачной селитры с горючими добавками или с эмульсией. Как правило, это крупнодисперсные смеси, обладающие низкой чувствительностью к детонационному импульсу и большим критическим диаметром (более 30 мм в стальной оболочке). Взрывчатые характеристики таких составов, в том числе и относительная работоспособность, не всегда известны, хотя и должны учитываться при расчете параметров буро-взрывных работ.
Известен способ определения относительной работоспособности путем взрывания заряда ВВ в оболочке или без нее, и измерения параметров воздушных ударных волн (Оценка работоспособности и полноты взрывчатого превращения эмульсионных промышленных взрывчатых составов / В.А.Соснин, С.П.Смирнов, Р.Х.Сахипов // ФГВ, 1998, т.34, №5, с.118-121). Однако условия взрыва заряда ВВ в воздухе отличаются от условий взрыва заряда, находящегося в окружении горной породы, поэтому измеренные характеристики могут сильно отличаться от реально возможных.
Наиболее близким к заявляемому способу определения относительной работоспособности взрывчатого вещества является взрывание заряда ВВ в полости свинцовой оболочки (Л.В.Дубнов, Н.С.Бахаревич, А.И.Романов. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра. - 1988. - с.314-315). Заряд ВВ массой 10 г в бумажной гильзе диаметром 24 мм помещают в полость свинцовой оболочки, с известным объемом. После взрыва измеряют изменившийся объем полости. Разность объемов до взрыва и после составляет численное значение работоспособности испытуемого ВВ. Поскольку величина расширения объема полости свинцовой оболочки не находится в линейной зависимости с истиной работоспособностью, то полученные по этому методу результаты характеризуют собой относительную работоспособность: их сопоставляют с работоспособностью, например, кристаллического тротила, принятого за эталон.
Недостатком известного способа является необходимость использовать заряды диаметром, в которых не обеспечивается полнота протекания детонационного процесса крупнодисперсных ВВ. Кроме того, известный способ не позволяет контролировать полноту протекания детонационного процесса, т.к. не предусматривает возможности измерения скорости детонации заряда ВВ.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи определения относительной работоспособности современных промышленных крупнодисперсных ВВ, изготовленных на местах их потребления.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе определения относительной работоспособности взрывчатого вещества, включающем помещение заряда взрывчатого вещества в полость оболочки, взрывание заряда ВВ в ней, определение объема расширившейся полости и расчет относительной работоспособности ВВ, согласно изобретению в качестве оболочки используют стальную бесшовную трубу диаметром не менее 50 мм с толщиной стенки не менее 5 мм и длиной не менее 10 диаметров заряда, поверх которой на расстоянии 0,54-0,60 длины заряда от начала инициирования плотно размещают измерительное кольцо, выполненное из стали 45 диаметром не менее 150 мм, высотой 30-50 мм, осуществляют взрыв испытуемого заряда ВВ и заряда аммонита 6ЖВ в качестве эталонного, определяют изменившиеся объемы внутренних полостей измерительных колец испытуемого и эталонного зарядов ВВ, а расчет относительной работоспособности ВВ осуществляют по отношению объемов расширившихся после взрыва внутренних полостей измерительных колец испытуемого и эталонного зарядов ВВ, причем дополнительно измеряют скорость детонации заряда ВВ для контроля полноты детонационного процесса.
Детонация заряда смесевого крупнодисперсного взрывчатого вещества, изготовленного на месте его применения, помещенного в стальную оболочку диаметром не менее 50 мм, происходит полностью со скоростью, соответствующей стационарному детонационному процессу, что свидетельствует о превышении критического диаметра детонации. Взрывание заряда в стальной оболочке диаметром менее 50 мм не приводит к достижению стационарности детонации, о чем свидетельствует низкая скорость процесса, близкая к дефлаграционному горению.
Использование в качестве оболочки стальной бесшовной трубы с толщиной стенки не менее 5 мм снижает критический диаметр детонации испытуемого ВВ и моделирует взрывание заряда в окружении горной породы. Использование оболочки с толщиной стенки менее 5 мм не обеспечивает развития стационарного детонационного процесса, при котором достигается максимальное выделение энергии взрыва.
Использование оболочки длиной не менее 10 диаметров заряда позволяет производить измерения расширения кольца на расстоянии более чем 5 диаметров заряда от начала инициирования, что исключает влияние промежуточного детонатора на измеряемые характеристики.
Место размещения кольца на оболочке с зарядом ВВ обусловлено максимальным действием импульса взрыва на боковую поверхность. При размещении кольца на расстоянии менее 0,54 длины заряда от начала инициирования импульс взрыва на боковую поверхность оболочки еще не достигает максимального значения. При размещении кольца на расстоянии более 0,6 длины заряда действие импульса взрыва уменьшается.
2
Сталь 45 обладает довольно значительной величиной относительного удлинения (16%) и большим сопротивлением на разрыв (61 кг/мм), что позволяет добиться не разрушения кольца при взрыве заряда ВВ.
Использование кольца диаметром менее 150 мм не обеспечивает целостности кольца при взрыве, вследствие чего работоспособность по данному способу рассчитать невозможно.
Высота кольца также обусловлена необходимостью сохранения его целостности. При высоте кольца менее 30 мм возможно его разрушение вследствие резкого воздействия взрывного импульса. При высоте кольца более 50 мм удлиняется время воздействия взрывного импульса, что также приводит к разрушению кольца.
Использование в качестве эталона заряда аммонита 6ЖВ обусловлено широким применением его в практике горного дела. Кроме того, это ВВ заводского изготовления и его характеристики стабильны.
Относительная работоспособность рассчитывается по отношению объемов внутренних полостей колец после взрывов испытуемого и эталонного зарядов.
Измерение скорости детонации на участке расположения измерительного кольца дает возможность контроля протекания детонационного процесса, при стационарности распространения которого происходит максимальное выделение энергии. Численное значение скорости детонации индивидуально и зависит, в том числе и от типа взрывчатого вещества и наличия оболочки. Для крупнодисперсных промышленных ВВ, типа гранулированная аммиачная селитра с невзрывчатыми горючими добавками, это значение лежит в пределах от 2600 до 3600 м/с.
Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты могут быть более наглядно пояснены нижеследующими примерами.
BB
BB
6Ж
3
При реализации способа в качестве оболочки используют стальную бесшовную трубу (в Примере 11 - труба со сварным швом), измерительное кольцо из стали 45 (в Примере 3 - сталь 3) высотой 50 мм (в Примере 5 высота кольца 70 мм, в Примере 10 высота кольца 20 мм) и диаметром 150 мм (в Примере 4 диаметр кольца 130 мм). Подрыв заряда осуществляют с помощью промежуточного детонатора, который размещают в оболочке поверх заряда ВВ. Поверхность раздела между зарядом ВВ и промежуточным детонатором принимают за плоскость инициирования. После взрыва измеряют объем внутренней полости кольца V и рассчитывают относительную работоспособность ВВ как отношение V к объему внутренней полости кольца после взрыва аммонита 6ЖВ (V), который равен 340 см.
В качестве испытуемого используют смесевое ВВ местного изготовления гранулит-5МПГ.
Пример 1.
В трубу длиной 700 мм (~13 диаметров заряда), с толщиной стенки 5 мм помещают заряд ВВ, длина которого составляет 600 мм. Поверх оболочки на расстоянии 324 мм от плоскости инициирования, что составляет 0,54 длины заряда (~6 диаметров заряда), плотно размещают измерительное кольцо.
BB
3
Детонация заряда полная, скорость детонации 3600 м/с. Измерительное кольцо осталось целым, объем его внутренней полости (V) увеличился и составил 260 см.
Относительная работоспособность равна 0,77.
Пример 2.
В трубу длиной 1000 мм (~19 диаметров заряда), с толщиной стенки 5 мм помещают заряд ВВ, длина которого составляет 900 мм. Поверх оболочки на расстоянии 540 мм от плоскости инициирования, что составляет 0,60 длины заряда (~10 диаметров заряда), плотно размещают измерительное кольцо.
BB
3
Детонация заряда полная, скорость детонации 3600 м/с. Измерительное кольцо осталось целым, объем его внутренней полости (V) увеличился и составил 260 см.
Относительная работоспособность равна 0,77.
В Примерах 3-11 при реализации способа используют запредельные значения параметров. Пример 12 по прототипу.
Пример 3.
В трубу длиной 900 мм (~17 диаметров заряда), с толщиной стенки 5 мм помещают заряд ВВ, длина которого составляет 760 мм. Поверх оболочки на расстоянии 433 мм от плоскости инициирования, что составляет 0,57 длины заряда (~8 диаметров заряда), плотно размещают измерительное кольцо из стали 3.
Детонация заряда полная, скорость детонации 3600 м/с. Измерительное кольцо при взрыве развалилось на куски.
Относительную работоспособность рассчитать невозможно.
Пример 4.
В трубу длиной 900 мм (~17 диаметров заряда), с толщиной стенки 5 мм помещают заряд ВВ, длина которого составляет 760 мм. Поверх оболочки на расстоянии 433 мм от плоскости инициирования, что составляет 0,57 длины заряда (~8 диаметров заряда), плотно размещают измерительное кольцо диаметром 130 мм.
Детонация заряда полная, скорость детонации 3600 м/с. Измерительное кольцо при взрыве развалилось на куски.
Относительную работоспособность рассчитать невозможно.
Пример 5.
В трубу длиной 900 мм (~17 диаметров заряда), с толщиной стенки 5 мм помещают заряд ВВ, длина которого составляет 760 мм. Поверх оболочки на расстоянии 433 мм от плоскости инициирования, что составляет 0,57 длины заряда (~8 диаметров заряда), плотно размещают измерительное кольцо высотой 70 мм.
Детонация заряда полная, скорость детонации 3600 м/с. Измерительное кольцо при взрыве развалилось на куски.
Относительную работоспособность рассчитать не возможно.
Пример 6.
В трубу длиной 700 мм (~13 диаметров заряда), с толщиной стенки 5 мм помещают заряд ВВ, длина которого составляет 600 мм. Поверх оболочки на расстоянии 300 мм от плоскости инициирования, что составляет 0,50 длины заряда (~6 диаметров заряда), плотно размещают измерительное кольцо.
BB
3
Детонация заряда полная, скорость детонации 3600 м/с. Измерительное кольцо осталось целым, объем его внутренней полости (V) увеличился и составил 240 см.
Относительная работоспособность равна 0,71.
Низкое и отличное от полученных в Примерах 1 и 2 значений относительной работоспособности обусловлено тем, что в данном месте расположения кольца импульс взрыва на боковую поверхность оболочки еще не достигает максимального значения. Следовательно, это значение относительной работоспособности не характеризует исследуемое взрывчатое вещество.
Пример 7.
В трубу длиной 1000 мм (~19 диаметров заряда), с толщиной стенки 5 мм помещают заряд ВВ, длина которого составляет 900 мм. Поверх оболочки на расстоянии 630 мм от плоскости инициирования, что составляет 0,70 длины заряда (~10 диаметров заряда), плотно размещают измерительное кольцо.
BB
3
Детонация заряда полная, скорость детонации 3600 м/с. Измерительное кольцо осталось целым, объем его внутренней полости (V) увеличился и составил 245 см.
Относительная работоспособность равна 0,72.
Низкое и отличное от полученных в Примерах 1 и 2 значений относительной работоспособности обусловлено тем, что в данном месте расположения кольца действие импульса взрыва уменьшается, что сразу же сказывается на расширении кольца. Следовательно, это значение относительной работоспособности не характеризует исследуемое взрывчатое вещество.
Пример 8.
В трубу длиной 700 мм (~13 диаметров заряда), с толщиной стенки 2 мм помещают заряд ВВ, длина которого составляет 600 мм. Поверх оболочки на расстоянии 324 мм от плоскости инициирования, что составляет 0,54 длины заряда (~6 диаметров заряда), плотно размещают измерительное кольцо.
Детонация заряда не полная, скорость детонации измерить невозможно. Объем внутренней полости измерительного кольца остался без изменений.
Относительную работоспособность рассчитать невозможно.
Пример 9.
В трубу длиной 500 мм (~9 диаметров заряда), с толщиной стенки 5 мм помещают заряд ВВ, длина которого составляет 400 мм. Поверх оболочки на расстоянии 228 мм от плоскости инициирования, что составляет 0,57 длины заряда (~4 диаметра заряда), плотно размещают измерительное кольцо.
BB
3
Детонация заряда полная, скорость детонации 4200 м/с. Измерительное кольцо осталось целым, объем его внутренней полости (V) увеличился и составил 310 см.
Относительная работоспособность равна 0,88.
Высокое и отличное от вышеприведенных значений относительной работоспособности обусловлено тем, что в данном месте измерения скорость детонации значительно выше вследствие большого влияния промежуточного детонатора. Следовательно, это значение относительной работоспособности характеризует не свойства исследуемого взрывчатого вещества, а характеристики промежуточного детонатора.
Пример 10.
В трубу длиной 900 мм (~17 диаметров заряда), с толщиной стенки 5 мм помещают заряд ВВ, длина которого составляет 760 мм. Поверх оболочки на расстоянии 433 мм от плоскости инициирования, что составляет 0,57 длины заряда (~8 диаметров заряда), плотно размещают измерительное кольцо высотой 20 мм.
Детонация заряда полная, скорость детонации 3600 м/с. Измерительное кольцо при взрыве развалилось на куски.
Относительную работоспособность рассчитать невозможно.
Пример 11.
В качестве оболочки используют трубу со сварным швом. Длина трубы 700 мм (~13 диаметров заряда), толщина стенки 5 мм, в нее помещен заряд ВВ длиной 600 мм. Поверх оболочки на расстоянии 324 мм от плоскости инициирования, что составляет 0,54 длины заряда (~6 диаметров заряда), плотно помещено измерительное кольцо.
При взрыве труба раскрылась по сварному шву. Детонация заряда не полная, скорость детонации измерить невозможно. Измерительное кольцо осталось без изменений.
Относительную работоспособность рассчитать невозможно.
Пример 12 (Прототип).
В качестве оболочки используют свинцовую бомбу (куб размером 200×200×200 мм), имеющую полость в виде несквозного осевого канала длиной 125 мм, в которую установлена бумажная гильза диаметром 24 мм с зарядом ВВ. Длина заряда 20 мм (~1 диаметр заряда), толщина стенки бомбы 85,5 мм. Заряд ВВ инициируют электродетонатором ЭД-8Э. После взрыва измеряют расширение канала бомбы.
3
Расширение составило 30 см, что соответствует расширению при взрыве только электродетонатора.
Относительную работоспособность смесевого крупнодисперсного ВВ рассчитать невозможно.
Как следует из вышеприведенных Примеров 1 и 2 (таблица), предложенный способ позволяет определить относительную работоспособность современных промышленных крупнодисперсных ВВ, что невозможно определить, используя способ, указанный в прототипе.
Длина трубы, ~d заряда
Толщина стенки, мм
Место расположения кольца, длины заряда
Сталь кольца
Диаметр кольца, мм
Высота кольца, мм
Скорость детонации, м/с
Целостность кольца
V<sub>BB</sub>
<img file="00000001.tif" he="12" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
1
13
5
0,54
45
150
50
3600
полная
260
0,77
2
19
5
0,60
45
150
50
3600
полная
260
0,77
3
17
5
0,57
3
150
50
3600
разрыв
-
-
4
17
5
0,57
45
130
50
3600
разрыв
-
-
5
17
5
0,57
45
150
70
3600
разрыв
-
-
6
13
5
0,50
45
150
50
3800
полная
240
0,71
7
19
5
0,70
45
150
50
3600
полная
245
0,72
8
13
2
0,54
45
150
50
затухание
полная
не изменился
-
9
9
5
0,57
45
150
50
4200
полная
300
0,88
10
17
5
0,57
45
150
20
3600
разрыв
-
-
11
13
5, сварная
0,57
45
150
50
затухание
разрыв
-
-
12
1
85,5
-
-
-
-
измерить невозможно
-
-
-