Соболев В.В., Шиман Л.Н. Высокоэнергетическая обработка материалов. Сборник научных трудов

Подождите немного. Документ загружается.

Высокоэнергетическая обработка материалов

5. Денисенко А.И., Калинушкин Е.П. Автоматическое управление про-

граммно-аппаратным комплексом для синтеза наноструктур // Матеріали ХIII

Міжнародної науково-технічної конференції з автоматичного управління

(Автоматика-2006). – УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2007. – С. 186–189.

6. Денисенко А.И., Калинушкин Е.П. Система автоматизации установ-

ки инжекционного формирования металлокомпозита // Матеріали ХIV

Міжнародної науково-технічної конференції з автоматичного

управління

(Автоматика-2007).Ч.1. – Севастополь, 2007, СНУЯЄтаП, – С. 136–138.

7. Денисенко А.И., Балакин А.А., Денисенко С.А. Программно-

аппаратный комплекс для исследования высокотемпературного

структурообразования в легированных сталях "Vědecký průmysl evropskéno

kontinentu – 2007". – Praha: Publishing House "Education and Science"s.r.o.,

2007. – Díl 14: Technické vědy. – P. 7–1.

8. Калинушкин Е.П., Василев Э.Я. Применение метода закалки из полу-

жидкого состояния для изучения процесса кристаллизации быстрорежущих

сталей // Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического

типа: Сб. материалов ІІ Всесоюзн. научн. конф. – Д. ДМетИ, 1982. – С. 93–98.

9. Митчелл А. Кристаллизация металла в процессах переплава // Со-

временная металлургия. – 2008. – № 2. – С. 4–3.

УДК 622.268.2

К ВОПРОСУ О ВЛИЯНИИ КОНТУРНОГО ВЗРЫВАНИЯ

НА СКОРОСТЬ ПРОХОДКИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

С.В. Борщевский

, Е.Ю. Василенко

, С.А. Харин

Донецкий национальный технический университет,

ул. Артема, 58, г. Донецк, 83001, Украина,

Криворожский экономический институт Киевского национального

экономического университета им. Вадима Гетьмана,

ул. Карла Маркса, 64, г. Кривой Рог, 50000, Украина,

E-mail:

borshevskiy@gmail.com;

harinsa@inbox.ru

Исследовано влияние контурного взрывания на скорость проходки выработок. Проана-

лизированы параметры для различных вариантов условий в зависимости от коэффициента

крепости пород.

The influence of the explosion contour on the mineworking speed is considered. Analyses of pa-

rameters for the different variants of terms depending on the coefficient strengts of rocks are given.

Высокоэнергетическая обработка материалов

Рациональное проведение реконструкции шахт предполагает изучение

различных факторов, в том числе, связанных с организацией работ. В рамках

этого исследуем влияние контурного взрывания на скорость проходки гори-

зонтальных выработок.

Анализ применения контурного взрывания показал следующее [1,2].

Уменьшение концентрации взрыва на 1 м шпура достигается за счет примене-

ния ВВ с высокой (360-450 см

) работоспособностью в патронах малого (21-

24 мм) диаметра или применения ВВ в патронах обычного (32-36 мм) диамет-

ра, но малой (260-300 см

) работоспособности, а также комбинации двух пер-

вых способов. Благодаря увеличенному зазору между диаметром шпура и па-

троном ВВ снижается плотность заряжания и связанное с этим давление газа

на стенки шпура. При контурном взрывании применяют три типа конструкций

заряда – с радиальным, осевым и радиально-осевым зазором. Заряды с ради-

альным зазором

применяют при использовании ВВ в патронах малого диамет-

ра, с осевым зазором – при использовании ВВ в патронах диаметром 32-36 мм;

заряды с радиально-осевым зазором применяются в случаях, когда ВВ имеют

большую работоспособность, но малый диаметр патрона. Применение кон-

турного взрывания уменьшает глубину трещин в породном массиве в 4-7 раз,

перебор породы – примерно

в 3 раза и заметно снижает затраты на крепление

1 м выработок – в 1,5 раза.

В работах [1,2] приводится зависимость расстояния между оконтури-

вающими шпурами в горизонтальных выработках от коэффициента крепости

пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Так, например, при f = 3 это

расстояние составляет 75 см, а при f = 10 уменьшается до 45 см. В то

же вре-

мя в указанных работах отсутствуют данные о параметрах размещения окон-

туривающих шпуров в породах с f >10.

Воспользовавшись данными, приводимыми в [1,2] можно установить

зависимости параметров размещения шпуров от коэффициента крепости по-

род, экстраполировав их для условий с f = 10-20 (рис. 1, табл. 1).

Полученные зависимости параметров размещения шпуров контурного

и предконтурного ряда

используем для определения зависимости скорости

проходки выработки при контурном взрывании в крепких и весьма крепких

породах. Исследуем зависимость скорости проходки выработки от крепости

пород для различных условий (табл. 2) в выработках с площадью поперечно-

го сечения S = 10 и S = 20м

. Использование контурного взрывания приводит

Высокоэнергетическая обработка материалов

10; 45

8; 50

6; 55

5; 60

4; 65

3; 75

y = -24, 179L n (x) + 99, 711

= 0,9851

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

коэффициент крепости пород

, см

ак Логарифмический (ак)

3; 90

4; 85

5; 75

6; 70

8; 60

10; 55

y = 149,24x

-0,4308

= 0,9851

100

2468101214161820

коэффициент крепости пород

, см

Wк Степенной (Wк)

3; 90

4; 80

5; 70

6; 65

8; 60

10; 55

y = -28,949Ln(x) + 119,54

= 0,9692

100

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

коэффициент крепости пород

пк,

см

апк Логарифмический (апк)

3; 110

4; 100

5; 90

6; 85

8; 75

10; 65

y = 179,49x

-0,4286

= 0,9889

100

110

120

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

коэффициент крепости пород

пк,

см

Wпк Степенной (Wпк)

Рис. 1. Параметры размещения оконтуривающих и предконтурных

шпуров.

Высокоэнергетическая обработка материалов

к необходимости бурения дополнительного числа шпуров, что должно ска-

зываться на темпах проходки выработки.

Анализ результатов моделирования числа шпуров при обычном (N) и

контурном (N

) взрывании показал следующее (рис. 2). При абсолютном (и

весьма значительном) возрастании числа шпуров с увеличением коэффици-

ента крепости пород относительное их увеличение при контурном взрывании

будет более высоким при меньших значениях f. Так, например, в выработке с

S=10 м

относительное возрастание числа шпуров при контурном взрывании

по сравнению с обычным при f=10 составит 1,276 раза, при f=14 – 1,244 раза,

в то время как при f=20 оно уменьшится до 1,189 раза. В выработке с S=20 м

такое изменение, имея сходный характер, будет отличаться несколько мень-

шим уровнем: при f=10 оно составит 1,276 раза, при f=14 – 1,244 раза, в то

время как при f=20 – уменьшится до 1,189 раза.

Таблица 1

Зависимость параметров буровзрывных от коэффициента крепости пород

Оконтуривающие шпуры Предконтурные шпуры

Расстояние между

шпурами, а

, см

Линия наимень-

шего сопротивле-

ния, W

к,

см

Расстояние между

шпурами,

пк

, см

Линия наимень-

шего сопротив-

ления, W

пк,

см

Логарифмическая,

=-24,179Ln(f)+99,711

при R

= 0,9851

Степенная

=149,24⋅f

-0,4308

при R

= 0,9851

Логарифмическая,

пк

=-28,949Ln(f)+119,54

при R

= 0,9692

Степенная

пк

=179,49⋅f

-0,4286

при R

= 0,9889

Таблица 2

Варианты условий исследования

Варианты

условий

Площадь попе-

речного сечения

выработки в

проходке, м

Вид

взрывания

Производительность

средств бурения

1 Обычное Изменяется в соответствии с f

2 Контурное Изменяется в соответствии с f

Контурное

Увеличена по сравнению с вариантом

2 в 2 раза

4 Обычное Изменяется в соответствии с f

5 Контурное Изменяется в соответствии с f

Контурное

Увеличена по сравнению с вариантом

5 в 2 раза

Высокоэнергетическая обработка материалов

1,276

1,224

1,182

1,176

1,171

1,189

1,192

1,213

1,244

1,257

1,244

1,211

1,15

1,17

1,19

1,21

1,23

1,25

1,27

1,29

10 12 14 16 18 20

коэффициент крепости пород

1 2

Рис. 2. Динамика N

/N при изменении f: 1 − при S = 10 м

; 2 − при S = 20 м

В варианте условий 1, при применении обычного взрывания, и измене-

нии f с 10 до 14 скорость проходки выработки снизится (рис. 3) с 77 м/мес. до

50,16 м/мес. (на 34,8%). Дальнейшее изменение f до 20 приводит к снижению

скорости проходки выработки до 29 м/мес. (в 2,66 раза по сравнению с f = 10).

При использовании контурного взрывания (вариант условий

2) необхо-

димость в бурении дополнительного числа шпуров приводит к снижению в

соответствующих случаях скорости проходки выработки. Так, при f = 10 она

составит 67,8 м/мес. (меньше, чем при обычном взрывании в 1,14 раза). При

f = 20 скорость снизится до 24,64 м/мес. (в 2,75 раза по сравнению с f = 10 и в

1,18 раза по сравнению с обычным

взрыванием).

Представляет интерес исследование изменения скорости проходки вы-

работки при контурном взрывании, но при увеличении в 2 раза (в соответст-

вующих случаях) производительности средств бурения, поскольку именно

бурение оказывает наибольшее воздействие на темпы работ. В этом случае

(вариант условий 3) будут иметь место следующие скорости проведения вы-

работки (рис. 3): 63,4 м/мес. при

f = 10 (0,82 к соответствующему уровню

скорости при обычном взрывании); 49,2 м/мес. при f = 14 (уже 0,98);

41 м/мес. При f = 16 происходит уравнивание скоростей – проходки с обыч-

ным и контурным взрыванием, но с удвоенной производительностью бурово-

го оборудования.

Высокоэнергетическая обработка материалов

56,5

31,9

24,64

63,4

52,8

43,4

61,25

50,16

45,67

34,58

29,04

44,1

67,8

49,2

46,2

10 12 14 16 18 20

коэффициент крепости пород

скорость, м/мес.

1 2 3

Рис. 3. Зависимость v от f по вариантам условий для выработки с S = 10 м

В породах с f = 20 контурное взрывание с удвоенной производительно-

стью бурового оборудования обеспечивает скорость проходки выработки

уже в 1,41 выше обычного взрывания.

Рассмотрим аналогичным образом скорости проходки выработки с

S = 20 м

(рис. 4). В этом случае при обычном взрывании (вариант условий 4)

скорость проходки выработки изменяется от 51,2 м/мес. при f = 10 и

36,4 м/мес. при f = 14 до 22,3 м/мес. при f = 20. Использование контурного

взрывания (вариант условий 5) приводит к снижению темпов сооружения

выработки в следующих пределах: при f = 10 до 46,8 м/мес. (в 1,1 раза), при

f = 14 до 32,4 м/мес. (в 1,12 раза), и при f = 20 до 18 м/мес. (в 1,24 раза).

51,2

46,8

37,7

32,4

22,3

54,9

22,3

26,22

32,6

36,4

42,6

47,5

28,2

32,7

38,8

41,7

10 12 14 16 18 20

коэффициент крепости пород

скорость, м/мес.

4 5 6

Рис. 4. Зависимость v от f по вариантам условий для выработки с S = 20 м

Высокоэнергетическая обработка материалов

Более интенсивное снижение скорости проходки при контурном взры-

вании при бо́льших значениях f можно объяснить не столько увеличением

числа шпуров, сколько усложнением условий их бурения.

Применение и в данном случае, по аналогии с выработкой меньшего се-

чения, сочетания контурного взрывания с удвоенной производительностью

бурового оборудования (вариант условий 6) заметно повышает скорость

про-

ведения выработки – до 54,9 м/мес. при f = 10 (уже при таком значении f ско-

рость буде превышать имевшую место в варианте при обычном взрывании, но

однократной производительности средств бурения) или 28,2 м/мес. при f = 20.

Результаты исследований, на основании которых установлены зависи-

мости скорости проходки выработок от f по вариантам условий,

показаны в

табл. 3. Указанные зависимости с удовлетворительной точностью могут быть

описаны линейными функциями.

Таблица 3

Зависимости скорости проходки выработки от крепости пород

Варианты

условий

Функция

Вид

зависимости

Коэффициент

детерминации

v = -4,6329f + 119,11 R

= 0,969

v = -4,0986 f + 105,6 R

= 0,968

v = -2,0457 f + 80,019 R

= 0,9031

v = -2,8206x + 77,529 R

= 0,9839

v = -2,78 f + 72,567 R

= 0,9835

v = -2,5829 f + 79,376

линейный

= 0,9879

Таким образом, исследования зависимости влияния контурного взрыва-

ния на скорость скорости проходки выработок при различных условиях пока-

зали следующее: при использовании контурного взрывания возникает необхо-

димость в бурении дополнительного числа шпуров, измеряемого, для различ-

ных условий, 19-28% для выработки с S =10 м

или 17-24% для выработки с

S = 20 м

, причем с увеличением f имеет место относительное сокращение

прироста числа оконтуривающих шпуров; скорость проходки выработки с

S = 10 м

при контурном взрывании снизится в 1,14 при f = 10 и в 1,18 раза при

f = 20; для выработки с S = 20 м

указанные показатели составят соответствен-

но 1,1 и 1,24 раза. Более интенсивное падание скорости проходки при повы-

шении f можно объяснить снижением в этом случае производительности бу-

Высокоэнергетическая обработка материалов

рового оборудования. Удвоенная производительность средств бурения позво-

ляет не только компенсировать снижение скорости при контурном взрывании,

но и получить, при более высоких значениях f, ее приращение.

Литература

1. Смирняков В.В., Вихарев В.И., Очкуров В.И. Технология строи-

тельства горных предприятий. – М.: Недра, 1989. – 573 с.

2. Насонов И.Д.,

Федюкин В.А., Шуплик М.Н. Технология строитель-

ства подземных сооружений. – М.: Недра, 1983. – 233 с.

УДК 662.217

ОЦЕНКА ДЕТОНАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ

ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

С.А. Горинов

, В.П. Куприн

, И.Л. Коваленко

ГВУЗ «Украинский государственный химико-технологический университет»

пр. Гагарина, 8, г. Днепропетровск, 49000, Украина

е-mail: arragorn@rambler.ru

, kuprinvp@mail.ru

ООО «Экком», ул. Серова, 15/26, г. Днепропетровск, 49000, Украина

е-mail: akaz2006@yandex.ru

, ooo-ekkom@mail.ru

Представлена аппроксимационная модель расчета основных детонационных парамет-

ров эмульсионных взрывчатых материалов различной природы и химического состава.

Показано хорошее согласие полученных расчетных и экспериментальных данных.

The approximating model of calculation of the basic detonation parameters of emulsion ex-

plosive materials of the various natures and a chemical compound are presented. The good con-

sent received rated and experimental data is shown.

Введение

Широкое применение эмульсионных и простейших взрывчатых ве-

ществ (ВВ) при разрушении горных пород потребовало совершенствования

экспериментальных и расчетных методов определения детонационных ха-

рактеристик и работоспособности этих неидеальных ВВ.

Если для тротила и других индивидуальных ВВ в качестве критерия ра-

ботоспособности достаточно использовать величину энергии химической ре-

Высокоэнергетическая обработка материалов

акции (теплоту взрыва) [1], то для смесевых неидеальных ВВ предлагается

оценивать работоспособность по значению квадрата массовой скорости в де-

тонационной волне [2] или по величине давления в точке Чепмена-Жуге [3].

В работе [4] работоспособность связывали с критерием мощности ВВ

(F), который по определению авторов равен:

QDF

, (1)

где Q – теплота взрыва; D – скорость детонации; ρ – плотность ВВ.

До последнего времени детонационные параметры промышленных ВВ

рассчитывали исходя из идеальной модели. Однако полученные данные не

соответствовали экспериментально определенным. Например, в случае

ANFO, идеальная скорость детонации составляет 5500 м/с, тогда как изме-

ренная в карьере в скважинах 81 мм равнялась 3300 м/с,

а в скважинах

165 мм – 4300 м/с [5]. Для наливной эмульсии Blendex 30 при идеальной ско-

рости детонации 5875 м/с экспериментальные значения составили 3060 м/с

(диаметр скважины 84 мм) и 4000 м/с (диаметр скважины 174 мм). Для рас-

чета реальных детонационных параметров неидеальных ВВ были предложе-

ны различные методы численного моделирования, основанные на учете ки-

нетики

реакции взрывчатого вещества [5] и модели частичной реакции [6].

Целью работы является разработка аппроксимационной модели, опи-

сывающей детонационные процессы в эмульсионных ВВ (ЭВВ), которая по-

зволит определять расчетные параметры детонации (скорость детонации,

массовую скорость продуктов взрыва, давление газообразных продуктов де-

тонации в точке Чепмена-Жуге) в зависимости от химического состава и

природы

компонентов.

Как известно, эмульсионные ВВ представляют собой эмульсии типа

"вода в масле", сенсибилизированные газогенерирующими добавками или

полыми микросферами. Дисперсионная фаза представляет собой высококон-

центрированный водный раствор селитр (до 85% масс.), распределенный в

виде микронных частиц в топливной фазе, содержащей поверхностно-

активное вещество – эмульгатор.

Детонационные параметры рассчитывали для типичных ЭВВ, окисли-

тель

которых представляет собой монораствор аммиачной селитры; бинар-

Высокоэнергетическая обработка материалов

ный раствор аммиачной и натриевой селитр; раствор кальциевой и аммиач-

ной селитр (Украинит-ПП-1, Украинит-ПП-2).

Основные положения методики расчета детонационных параметров

Допустим, что при детонации рассматриваемых ЭВВ происходит хи-

мическая реакция согласно уравнению (состояние в т. Чемпена-Жуге):

mm i i jj

aA bX fY=+

∑

∑∑

, (2)

где

A – начальные вещества;

– газообразные продукты взрыва;

Y – твер-

дотельные продукты взрыва;

mi j

abf – мольные коэффициенты.

Удельная теплота взрыва

Q на основании (2) в соответствии общепри-

нятой методикой [4], равна:

[]

∑∑∑

Δ+−+= bQaQfQb

PiV

48,2

, (3)

где Q

–стандартная теплота образования вещества, кДж/моль; G – масса ве-

щества вступившего в реакцию;

b – количество молей газообразных про-

дуктов взрыва.

В соответствии с предположением О.Е. Власова среднее значение ко-

волюма взрывных газов определяется по формуле [7]:

ii j j

αα

⎡

⎤

⎣

⎦

∑∑

, (4)

где

()ij

– коволюм ()ij– вещества.

Предварительные расчеты показали, что выполняется следующее условие:

)25,02,0(

≈

−

, (5)

где

V – удельный объем взрывных газов в точке Чепмена-Жуге.

Соотношение (5) согласуется с данными [1], что позволяет описывать

взрывные газы законом Абеля. При этом, учитывая (5), в соответствии с [7]

будем считать, что величина

рассчитывается согласно уравнению (4), т.е.

определяется в большей степени упаковкой, чем деформацией молекул. Тогда: