Возгрин_диссертация
advertisement
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" На правах рукописи Возгрин Роман Александрович ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ДРОБЛЕНИЯ ГОРНОЙ МАССЫ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ УМЕНЬШЕННОГО ДИАМЕТРА Специальность 25.00.20 - Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководительдоктор технических наук, профессор Г.П. Парамонов Санкт-Петербург – 2015 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 4 ГЛАВА 1 ОБЗОР И АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ....... 9 1.1 Анализ способов и методов управления энергией взрывчатых веществ при взрыве скважинных зарядов ....................................................................................... 9 1.2 Влияние параметров промежуточного детонатора на процесс распространения детонационной волны ................................................................. 27 1.3 Анализ методик расчета параметров буровзрывных работ ............................ 32 1.4 Выводы по главе 1 и постановка задач исследования ..................................... 49 ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТОНАТОРА НА ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ВЗРЫВЧАТОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 51 2.1 Исследование закономерностей распространения детонационной волны при взрыве заряда эмульсионного взрывчатого вещества от параметров промежуточного детонатора .................................................................................... 51 2.2 Исследование влияния диаметра заряда и параметров промежуточного детонатора на скорости детонации скважинных зарядов эмульсионных ВВ..... 69 2.3 Выводы по главе 2 ............................................................................................... 85 ГЛАВА 3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХКОНСТРУКЦИЙ И ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЗОНЫ РЕГУЛИРУЕМОГО ДРОБЛЕНИЯ ....................................... 86 3.1 Исследование влияния эмульсионных взрывчатых веществ параметров на скважинных процесс формирования зарядов зоны регулируемого дробления ........................................................................................ 86 3.2 Выбор и обоснование конструкции скважинных зарядов эмульсионных взрывчатых веществ .................................................................................................. 96 3.3 Выводы по главе 3 ............................................................................................. 102 ГЛАВА 4 ОПЫТНО – ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗРЫВНОЙ ПОДГОТОВКИ ГОРНОЙ МАССЫ К ВЫЕМКИ ЗАРЯДАМИ 3 ЭМУЛЬСИОННЫХ ВВ ДЛЯ УСЛОВИЙ КАРЬЕРА ЗАО «СЕМИОЗЕРСКОЕ КУ» ................................................................................ 103 4.1 Разработка методики проведения опытно-промышленных испытаний...... 103 4.2 Результаты опытно-прымышленных взрывов ............................................... 110 4.3 Разработка мероприятий и рекомендаций по повышению качества дробления горной массы ........................................................................................ 117 4.4 Экономические показатели эффективности взрывных работ при применении эмульсионных взрывчатых веществ с заданными параметрами........................ 120 4.3 Выводы по главе 4 ............................................................................................. 122 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 123 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................... 124 4 ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы: Анализ современных технологий буровзрывных работ (БВР) на карьерах строительных материалов показывает тенденцию к переходу на взрывание скважинами уменьшенного диаметра с применением эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ). Однако уменьшение диаметра негативно сказывается на скорости распространения детонационной волны по колонке заряда ЭВВ, что приводит к изменению режима взрывчатого превращения от нормального до низкоскоростного и вплоть до отказов. Изменение режима взрывчатого превращения влияет на удельное энерговыделение ВВ и как следствие отрицательно сказывается на качестве дробления горных пород, а также на экономических показателях работы горного предприятия. Исследованием режимов взрывчатого превращения и влияние последних на процесс разрушения горных пород занимались многие ученые: В.В. Адушкин, В.А. Белин, И.З. Дроговейко, М.Ф. Друкованный, Э.И. Ефремов, Е.И. Жученко, В.Б. Иоффе, М.А. Кук, Б.Н. Кукиб, Б.Н. Кутузов, Г.М. Ляхов, Н.В. Мельников, М.Г. Менжулин, Э.О. Миндели, В.А. Падуков, Г.П. Парамонов, И.А. Сизов, А.Н. Ханукаев, К.К. Шведов, Е.И. Шемякин и другие. Труды этих ученых внесли значительный вклад в теорию и практику взрывных работ при разработке месторождений полезных ископаемых. Причинами изменения скорости детонации и режимов взрывчатого превращения при уменьшении диаметра скважин могут служить следующие факторы: - изменение плотности по длине колонки заряда; - изменение условий распространения детонационной волны; - недостаточная величина инициирующего импульса. Таким образом, изучение условий режимов взрывчатого превращения, обоснование параметров буровзрывных работ при применении скважинных зарядов ЭВВ уменьшенного диаметра, обеспечивающие заданное качество 5 дробления горной породы, является актуальной задачей, как в научном, так и в практическом плане. Цель диссертационной работы: Обоснование параметров зарядов ЭВВ при переходе на скважины уменьшенного диаметра, обеспечивающих рациональное дробление скальной горной породы на карьерах строительных материалов. Идея работы: Эффективность действия взрыва зарядов эмульсионных ВВ должна определяться выбором рациональных параметров промежуточного детонатора в скважинах уменьшенного диаметра. Основные задачи исследования: - выполнить анализ методов управления энергией взрыва ЭВВ при разрушении горных пород скважинными зарядами; - определить величину инициирующего импульса, обеспечивающего устойчивый режим детонации скважинных зарядов эмульсионных ВВ уменьшенного диаметра; - исследовать влияние конструкций скважинных зарядов эмульсионных ВВ на процесс формирования радиуса регулируемого дробления; - разработать и обосновать методику расчета параметров расположения скважинных зарядов эмульсионных ВВ, обеспечивающих заданное качество дробления горной массы. Научная новизна работы: - установлены условия возбуждения и распространения процесса детонации заряда (ЭВВ) в скважинах уменьшенного диаметра в зависимости от параметров промежуточного детонатора; - установлены закономерности изменения скорости детонации ЭВВ в зависимости от диаметра заряда и массы промежуточного детонатора; - получены экспериментальные зависимости изменения детонации по длине колонки заряда ЭВВ уменьшенного диаметра. скорости 6 Основные защищаемые положения: 1. Полнота реакции взрывчатого превращения скважинных зарядов ЭВВ Сибирит-1200 уменьшенного диаметра достигается устойчивостью возбуждения и распространения детонации по длине колонки заряда на основе выбора рациональных параметров промежуточного детонатора. 2. Радиус регулируемого дробления скважинного заряда эмульсионного ВВ уменьшенного диаметра необходимо определять с учетом изменения скорости детонации по длине колонке заряда, позволяющим увеличить размеры этой зоны в 1,5 раза. 3. При определении параметров расположения сетки скважинных зарядов эмульсионных ВВ необходимо учитывать не только оптимальное совмещение зон регулируемого дробления, но и изменение скорости детонации по колонке заряда. Методы исследований: Обзор и анализ исследований отечественных и зарубежных работ в области взрывного дела, комплексное использование теоретических и экспериментальных работ в лабораторных и полигонных условиях, применение современных средств измерения детонационных процессов, протекающих в зарядной полости, обработка полученных данных на ЭВМ, а также сравнительный анализ результатов лабораторных исследований с результатами полигонных испытаний. Практическая значимость работы: - разработаны рекомендации по определению параметров сетки скважин зарядов эмульсионных ВВ уменьшенного диаметра; - разработаны конструкции и определены параметры скважинных зарядов эмульсионного ВВ уменьшенного диаметра позволяющие повысить качество дробления горной породы на карьерах строительных материалов. Реализация результатов работы Разработанные рекомендации по расчету параметров БВР внедрены на карьере строительных материалов ЗАО «Семиозерское КУ». 7 Научные и практические результаты диссертации используются на лекционных и практических занятиях по дисциплинам: «Технология и безопасность взрывных работ», «Проектирование и организация взрывных работ». Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом проанализированных отечественных и зарубежных исследований по применению скважинных зарядов эмульсионных производственных ВВ, достаточным экспериментов и объемом лабораторных удовлетворительной и сходимостью экспериментальных и расчетных данных. Личный вклад автора заключается в подробном анализе результатов отечественных и зарубежных исследователей, постановке цели и задач исследований, проведении теоретических и экспериментальных исследований, численных расчетов на ЭВМ, обобщении и анализе полученных результатов, сравнении полученных результатов с экспериментальными данными, разработке практических рекомендаций. Апробация работы Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на конференции в Фрайбергской горно-металлургической академии (Германия, Фрайберг, 2012 г.), на международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2014 г.), на научно-практической конференции "Современные концепции научных исследований" (Москва, 2014 г.), на заседаниях кафедры взрывного дела и научно-технического совета по работе с аспирантами Горного университета. Публикации По теме диссертации опубликовано 4 научных работы (2 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России). Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка, изложенных на 133 страницах машинописного 8 текста, содержит 50 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 99 наименований. Автор выражает благодарность научному руководителю профессору Г.П. Парамонову, развитие идей которого, помощь и поддержка способствовали успешному выполнению работы, а также признательность сотрудникам кафедры взрывного дела Горного университета, доц. В.А. Артемову и др. за практические советы при написании диссертации. 9 ГЛАВА 1 ОБЗОР И АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Анализ способов и методов управления энергией взрывчатых веществ при взрыве скважинных зарядов Процесс исследования эксплуатационных и взрывчатых характеристик смесевых промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) довольно сложен из-за наличия многофазных поверхностей в сочетании с многокомпонентными рецептурами и взаимным влиянием их друг на друга. Анализ имеющихся данных [13,25,49,50] показывает, что основным направлением исследований сортимента ПВВ является оценка влияния отдельных параметров на их стабильность при хранении и изменение взрывчатых свойств в зависимости от условий применения ПВВ. В этой связи, свойства ЭВВ изучены значительно меньше, чем у других известных классов порошкообразных, гранулированных и водосодержащих веществ. При этом имеющиеся результаты исследований часто невозможно использовать в сравнении с ЭВВ, так как большинство составов отличаются друг от друга компонентами и, главное, оцениваются по различным методикам [3,50,65]. Таким образом, при кажущемся наличии множества данных по физико-химическим и взрывчатым свойствам сравнении их с конкретным составам эмульсионными ВВ довольно проблематично. Принято считать, что эффективность и безопасность применения промышленных ВВ, в том числе ЭВВ, зависит не только от их энергетических характеристик, но и от физикохимических свойств, таких как химическая и физическая стабильность, водоустойчивость, увлажняемоеть, пластичность, текучесть, сыпучесть и ряд других [2,5,12,13,24]. Основными энергетическими параметрами ВВ, в наибольшей мере влияющими на уровень энергоемкости взрывного разрушения горных пород 10 является: абсолютная весовая энергия Ет; абсолютная объемная энергия Еv относительная весовая энергия Ег; относительная объемная энергия ev; теплота взрывчатого превращения [5,24,65]: Абсолютная весовая энергия ет (кДж/кг) - теплота взрыва, отнесенная к единице массы ВВ, рассчитываемая теоретическим путем на ЭВМ с использованием термохимических уравнений. Относительная весовая энергия характеризует работоспособность ВВ, и ее величина определяется как безразмерное соотношение энергий е т=Ет/Етэ. В качестве эталонного ВВ, относительно которого вычисляют ет, применяют взрывчатую смесь типа Граммонит-79/21. Любое взрывчатое вещество с показателем ет<1 имеет энергию на единицу массы меньше, чем эталонное ВВ. Абсолютная объемная энергия Еv характеризует объемную концентрацию ВВ в зарядной камере и для единицы объема ВВ рассчитываются по формуле EV ET ВВ , (1.1) где ВВ — плотность ВВ. Исследования показывают, что объемная концентрация энергии ВВ Ev относится к числу важнейших параметров, определяющих в значительной мере эффективность действия взрыва при разрушении горных пород. Для скважинного заряда прямым аналогом Eт является линейная плотность энергии ВВ (кДж/м) PV ET P , (1.2) где Р — вместимость (линейная плотность) ВВ в скважине, кг/м. Относительная объемная энергия — безразмерный оценочный показатель, характеризующий объемную концентрацию энергии ВВ по отношению к объемной удельной энергии эталонной взрывчатой смеси eV EV EVЭ , (1.3) Значение EV 1 показывает, что данное ВВ обладает большей объемной энергией, чем эталонное. 11 Значительное влияние на взрывчатые свойства, и в частности на детонационные характеристики, оказывают физическое состояние и дисперсность ВВ. В данном случае имеются характерные зависимости свойств ВВ в каждой группе, как то у порошкообразных, гранулированных, водосодержащих и эмульсионных составов. Известно, что механизм детонации смесевых ВВ основывается на горении частиц в детонационной волне, вследствие чего полнота взрывчатого превращения будет зависеть от размера частиц. Это особенно важно для смесевых ВВ, состоящих из невзрывчатого окислителя и горючего, где скорость реакции зависит в основном только от диффузии и теплопроводности. В данном случае скорость реакции имеет сложный характер и зависит от размеров частиц окислителя и горючего, плотности и наличия горячих точек. Влияние размеров частиц и равномерности смешивания компонентов промышленных ВВ на их детонационную способность и детонационные характеристики в неидеальном режиме объясняется тем, что общее время и полнота завершения реакции зависят не только от скорости сгорания отдельных частиц (первичные реакции), но и от скорости вторичных реакций, проходящих в газовой фазе и определяемых условиями диффузии, смешивания продуктов первичного распада. Чем мельче частицы разнородных компонентов и равномернее их распределение в объеме, тем быстрее завершится их сгорание, а также смешивание и взаимодействие продуктов сгорания [12,26,67]. Так, в порошкообразных составах предварительное измельчение позволило достичь размера частиц окислителя в пределах 150 — 500 мкм при плотности состава около 1 г/см3. Дальнейшее уменьшение размера частиц оказалось невозможным из-за высокой гигроскопичности и агломерации гранул аммиачной селитры, а силы сцепления между частицами с рыхлыми коагуляционными структурами не позволяют получить плотность заряда более 1 г/см3. Эти неразрешимые противоречия исчезают при получении составов на основе эмульсий «вода в масле», где смешение окислителя и горючего проводится в жидком состоянии и размер частиц не превышает 1мкм. 12 Зависимость межфазной удельной поверхности и плотности заряда от размера частиц окислителя для ПВВ различных классов (гранулированные, порошкообразные и эмульсионные) представлена на рисунок 1. Рисунок 1 – Зависимость плотности заряда и межфазной поверхности от размера частиц Приведенная зависимость показывает, что поверхность контакта окислителя и горючего в эмульсионных составах в 2000 раз больше ганулированных рецептур типа АС-ДТ, что и определяет превосходные условия протекания реакции взрывчатого превращения. Чтобы повысить энергию системы в ВВ обычно добавляется определённое количество металлического порошка. Известно, что детонационная способность состава ПВВ зависит от степени смешения окислителя с горючим. В этом случае ЭВВ отличается хорошими детонационными характеристиками, так как имеет большую поверхность контакта окислителя и горючего за счет наноразмеров эмульсии и находится в жидком состоянии. Также детонационная способность в одном классе порошкообразных ВВ на основе аммиачной селитры сильно зависит от их химического состава, дисперсности компонентов, влажности, плотности 13 заряда. Стандартные аммониты трудно поддаются совершенствованию, так как имеют сбалансированный кислородный баланс и хорошие взрывчатые характеристики. Основными взрывчатыми характеристиками ВВ являются: теплота взрывчатого превращения, работоспособность, скорость детонации, давление во фронте детонационной волны, давление газообразных продуктов взрыва. Теплота взрывчатого превращения, выделяемая в процессе реакции, является весьма важной энергетической характеристикой взрывчатого вещества, определяющей его работоспособность. Чем больше выделено теплоты, тем выше температура нагрева продуктов взрыва, тем больше давление, а следовательно, и воздействие продуктов взрыва на окружающую среду [12,26,73]. Теплота, выделяющаяся при взрыве смесевых ВВ, в значительной степени зависят от соотношения горючих элементов и кислорода в составе ВВ. Наиболее эффективным является ВВ с нулевым или близким к нулевому кислородным балансом, так как при полном окислении горючих элементов выделяется максимально возможное количество тепла. При взрыве большинства промышленных ВВ выделяется от 2400 до 5600 кДж/кг тепла. Отдельные индивидуальные ВВ выделяют более 5600 кДж/кг, а предохранительные маломощные — менее 2400 кДж/кг. Отдельные индивидуальные ВВ выделяют более 6000 кДж/кг. Теплота взрыва каждого индивидуального ВВ не является его строгой константой, а варьируется в некоторых пределах и зависит от условий расширения продуктов взрыва, размеров заряда ВВ, начальной плотности и соотношения окислителя и горючих компонентов. Для оценки потенциальных возможностей вещества при написании схемы разложения целесообразно использовать принцип максимального энерговыдсления (принцип Бертло), согласно которому горючие элементы окисляются до высших окислов, а азот выделяется в молекулярном виде. Схема одинаково применяется для расчета Qmax, молекулярных и смесевых ВВ, исходя 14 из их брутто-формулы. При этом предполагается, что смесевое ВВ разлагается так же, как и молекулярное. Для веществ с отрицательным кислородным балансом часто используется принцип Бринкли-Вильсона, в котором учитывается образование окиси углерода. При оценке теплоты взрывчатого превращения ЭВВ было показано [49,50], что за счет мелкодисперсной структуры количество энергии, выделяемое при взрыве ЭВВ больше по сравнению с другими ВВ. Поэтому даже если теоретически суспензионные ВВ превосходят ЭВВ по удельной энергии взрыва, то на практике наблюдается обратная картина, особенно в зарядах малого диаметра. В работе [51] при исследовании зависимости теплоты взрыва от содержания горючего показано, что теплота снижается при увеличении последнего. В США на горных предприятиях используются составы на основе обратной эмульсии и 75% AN-FO для обводненных скважин. Внедрение данных взрывчатых смесей позволяет повысить эксплуатационные и взрывчатые характеристики смесей AN-FO. Введение в смесь АС-ДТ до 30% эмульсии повышает плотность заряжания с 0,8-0,9 г/см3 до 1,1-1,2 г/см3 и как следствие этого повышается эффект взрыва и расширяется область применения простейших составов. Дальнейшее повышение содержания эмульсии до 70% в составе делает смесь водоустойчивой при сохранении взрывчатых характеристик на уровне эмульсионных веществ. Кроме этого, внедрение смесей эмульсии с АС-ДТ на имеющихся мощностях эмульсионных веществ позволяет увеличить производительность установки на величину, соответствующую вводимому количеству АС-ДТ. Из таблицы 1 видно, что максимальная энергия заряда ЭВВ достигается при содержании АС-ДТ в смеси 50-60%. При этом данные смеси имеют высокие взрывчатые характеристики и позволяют регулировать концентрацию энергии по высоте скважины и в зависимости от крепости породы. 15 Таблица 1 - Теплоты взрывчатого превращения ЭВВ в зависимости от содержания АС-ДТ Количество АС-ДТ в Плотность Плотность эмульсии, смеси, г/см3 ВВ, г/см3 % Теплота Объемная теплота взрыва, взрыва, ккал/кг ккал/кг - 1,393 1,25 690 862,5 10 1,382 1,25 713 891 20 1,404 1,29 736 949,4 30 1,413 1,35 759 1024,7 40 1,424 1,41 782 1102,6 50 1,43 1,42 805 1143,1 60 1,44 1,42 828 1175,8 70 1,36 1,36 851 1157,4 80 1,19 1,19 874 1040,1 90 1,08 1,08 897 968.8 100 0,92 0,92 920 846,4 Работоспособность является одной из важнейших энергетических характеристик ВВ и показывает какую механическую работу может совершить продукты взрыва при адиабатическом расширении до атмосферного давления. Величина работоспособности зависит от теплоты взрыва, химического состава ВВ и физических свойств ВВ. В работах [24,50] показано, что величина работоспособности ЭВВ зависит от размера заряда и степени сенсибилизации. Для оценки работоспособности ЭВВ Кукиб Б.Н. в ЗАО «Нитро Сибирь» использовал метод воронкообразования. Критерием работоспособности являлось отношение масс зарядов исследуемого и эталонного ВВ, при взрыве которых образуются воронки одинакового объема. В результате было показано, что 16 работоспособность ЭВВ оказалась равной работоспособности гранулотола. Так же в результате этих опытов была установлена зависимость работоспособности от плотности ЭВВ (рисунок 2). Рисунок 2 – Влияние относительной плотности (ρотн) на критический диаметр детонации (dкр), скорость детонации (D) и относительную работоспособность (f). Анализируя данные зависимости видно, что в зарядах диаметром 100 мм рост скорости детонации продолжается до относительной плотности 0,91 и работоспособности – 0,91-0,93, а затем обе эти характеристики начинают резко уменьшаться. При превышении плотности более 0,91 – 0,93 наблюдается резкий рост критического диаметра детонации. Увеличение критического диаметра детонации влечет быстрый рост степени не идеальности процесса детонации, что приводит к заметному снижению скорости детонации и работоспособности. Зависимость относительной работоспособности (f) неидеальности процесса детонации представлении на рисунке 3. от степени 17 Рисунок 3 - Зависимость относительной работоспособности (f) от степени неидеальности процесса детонации (dкр/d). Анализируя представленную зависимость видно, что при изменении степени неидеальности процесса детонации от 0,2 до 1 относительная работоспособность уменьшается на 30%. Скорость распространения детонационной волны в заряде ВВ называется скоростью детонации и обычно выражается в м/с. Скорость детонации D характеризует скорость высвобождения тепловой энергии, заключенной в ВВ. С повышением скорости детонации возрастает энергия ударной волны, что способствует повышению степени дробления горных пород. Скорость детонации изменяется в зависимости от диаметра, плотности, размера частиц ВВ, степени герметизация зарядной камеры, жесткости окружающей ВВ среды и принятого способа инициирования заряда. Для описания процесса детонации ЭВВ в [24,25,71] предложен механизм горячих точек. За фронтом проходящей ударной волны происходит разрушение оболочек микросфер. Газовые пузырьки, после разрушения микросфер, адиабатически сжимаются. При этом в них повышается давление и температура. Таким образом, сжатые микросферы являются “горячими точками” для инициации химической реакции в эмульсионной основе. 18 В системе ЭВВ топливный реагент находится в контакте с окислителем с простой формой молекулы, их площадь контакта очень велика и благоприятна для реакции по фронту Чемпена-Жуге (Ч-Ж). В результате ЭВВ имеет значительно большую скорость детонации по отношению к промышленным ВВ, содержащим индивидуальный сенсибилизатор состава ВВ. Факторы, влияющие на скорость детонации ЭВВ, приведены ниже. Влияние плотности. В целом, скорость детонации ЭВВ возрастает с увеличением плотности, когда рецептура состава [13,49]. Кривые на рисунке 4 и данные в таблице 2 показывают влияние плотности на скорость детонации. Рисунок 4 - Скорость детонации в зависимости от плотности ЭВВ (диаметр патрона — 101,6 м) 19 Таблица 2 - Сравнение экспериментальной и теоретической скорости детонации ЭВВ Плотность г/см3 Экспериментальная скорость детонации м/с Теоретическая скорость" детонации м/с Скорость детонации, получаемая экстраполяцией, м/с 1,02-1,04 5420 5540 5070 1,07-1,08 5610 5790 5390 1,12 5800 6040 5610 1,15-1,17 5910 6190 5820 Известно, что регулировка плотности ЭВВ реализуется путём добавления твёрдых микрочастиц, которые в результате химической реакции образуют газ. Количество, форма и размер сенсисибилизирующих пузырьков оказывают влияние на скорость детонации [13]. Рисунок 5 - Зависимость скорости детонации от плотности заряда 20 Рисунок 6 - Зависимость скорости детонации (А) и плотности ВВ (Б) от диаметра стеклянных шариков Из кривых на рисунках 5,6 видно следующее: - Скорость детонации возрастает с уменьшением диаметра стеклянных шариков. - При применении патрона ВВ большого диаметра скорость детонации не может быть изменена путём изменения диаметра шарика, и при этих условиях может быть получена наибольшая скорость детонации, равная скорости в неограниченной системе. Когда плотность заряжания составляет около 1,3 г/см3, обычно достигается наибольшая скорость детонации (около 6500 м/с). Согласно исследованиям работ [42,75], основным фактором, определяющим величину критического диаметра детонации ЭВВ, является степень ее сенсибилизации. Зависимость критического диаметра детонации (dк) от относительной плотности (р/рmax) приведена на рисунке 7. При этом р означает экспериментально замеренное значение плотности конкретной эмульсии, а рmax - ее максимальная плотность ЭВВ (при полном отсутствии газовых включений). Анализируя данную зависимость , из которой следует, что 21 критический диаметр детонации эмульсионной матрицы при максимальной плотности составляет 350-400 мм. Рисунок 7 – Зависимость скорости детонации от относительной плотности ЭВВ (• - детонация; ◦ - отказ) Таким образом, плотность эмульсионного ВВ является одним из главных факторов, определяющих надежность взрывания зарядов в тех или иных условиях, т.е. фактически, их область применения. В результате исследований проведенных в работе [42] по определению критического диаметра детонации эмульсионных ВВ, были определены критические диаметры детонации эмульсионных ВВ различной плотности, приготовленных на эмульсионных матрицах с различными окислителями (на 22 аммиачной селитре или на ее смеси с натриевой селитрой) и с различным содержанием воды (от 12% до 18%). Также необходимо отметить, что при изменении относительной плотности составов от 0,75 до 0,90, критический диаметр детонации не превышает 20мм (опыты проводились в стальных трубах), и все составы устойчиво инициировались электродетонатором №8. При относительной плотности составов более 0,9 наблюдается резкий рост критического диаметра детонации и для надежного инициирования детонационного процесса в зарядах необходимо применять дополнительный детонатор. Таким образом, проведенные эксперименты показали, что при сенсибилизации эмульсионных ВВ газовыми пузырьками детонационная способность получаемых взрывчатых составов зависит, главным образом, от их плотности. Влияние добавок твёрдого порошкообразного материала. Обычной практикой является добавление в ЭВВ алюминиевой пудры, порошковой серы и т.п. с целью повысить его энергию или стабильность. Опыты показали, что добавление гранулированного алюминиевого порошка или порошка серы может повысить стабильность ЭВВ, но снижает его скорость детонации. Более того, с увеличением содержания гранулированного алюминиевого или серного порошка скорость детонации постепенно снижается [13,49]. График на рисунке 8 показывает, что скорость детонации ЭВВ сильно снижается с нарастанием содержания алюминия. При плотности от 1,2 до 1,35 г/см скорость детонации ЭВВ при увеличении содержания алюминия с 0% до 21% снижается с 5639 до 4938 м/с. Основная причина снижения скорости детонации с увеличением содержания алюминия состоит в том, что алюминий обычно образует во фронте детонации оксид алюминия, а реакция его образования эндотермическая. 23 Рисунок 8 - Зависимость скорости детонации от содержания алюминия в ЭВВ (диаметр патрона 101,6 мм) Влияние диаметра на скорость детонации. Детонационная способность любого ВВ зависит от диаметра заряда. В первые данную зависимость показал Ю.Б. Харитон [29] и сформулировал свой принцип: «детонация может устойчиво распространяться по заряду, если продолжительность реакции в волне меньше времени разброса вещества в радиальном направлении». Исследования работ [70,71]показывают, что основной причиной изменения скорости детонации при изменении диаметра (рисунок 9) заряда является увеличение зоны химической реакции. 24 Рисунок 9 – Зависимость скорости детонации от диаметра заряда (данные работы 22) В работе [13] показано, что диаметр патрона в целом в меньшей степени влияет на скорость детонации. Кривые на рисунка 10 показывают зависимость скорости детонации от диаметра патрона ЭВВ (1-матрица не содержит алюминия; 2-содержание алюминия 5%; 3-сларри). Рисунок 10 - Зависимость скорости детонации от диаметра патрона ЭВВ и сларри 25 Из кривых рисунок 10 видно, что разница в скорости детонации между различными диаметрами незначительная, хотя соотношения между скоростью детонации и диаметром патрона ЭВВ почти линейные. При увеличении диаметра патрона от 25 мм до 100 мм, разница в величине скорости детонации не изменяется при добавлении алюминиевой пудры. Детонационное давление РА характеризует бризантное действие взрыва. Оно влияет на интенсивность измельчения среды в непосредственной близости от заряда. В работе [49] показано, что детонационное давление ЭВВ составляет около 8 ГПа, показатель политропы ПВ 3.5, что связано с большим количеством воды в продуктах взрыва. Зависимость детонационного давления и показателя политропы от плотности ВВ представлены на рисунке 11. Рисунок 11 - Зависимость детонационного давления и показателя политропы от плотности ЭВВ. Давление в скважине Pс создается газообразными продуктами взрыва после прохождения детонационного импульса и полного завершения химических реакции. Давление газов в скважине определяет энергию 26 поршневого действия взрыва. Оно оказывает значительное влияние на степень дробления и перемещение горных пород. Давление газов взрыва Рс зависит от среднего детонационного давления, соответствующего давлению продуктов детонации в собственном объеме заряда, плотности заряжания скважины взрывчатой смесью З и приближенно может быть вычислено по формуле РС 0,5Р Д З2,5 , (1.4) где Рд —давление на фронте детонационной волны. На величину Рс существенное влияние оказывает плотность заряжания З , зависящая от принятой технологии заряжания ВВ в скважины. Значении, Рс повышаются при пневматическом заряжании скважин, например простейшими взрывчатыми смесями патронированных ВВ. АС-ДТ, и снижаются в случаях применения 27 1.2 Влияние параметров промежуточного детонатора на процесс распространения детонационной волны На большинстве отечественных инициирования скважинных детонаторы не с зарядов электрическими и зарубежных ВВ применяют системами карьерах для промежуточные инициирования. Для инициирования ВВ необходимо обеспечить надежное возбуждение нормальной детонации в основном заряде ВВ. Основное внимание при этом следует уделять величине инициирующего импульса промежуточного детонатора (ПД): массе, диаметру, длине ПД, типу ВВ используемого ПД [88]. Результаты экспериментальных исследований и мнения ученых [24,25,30,31,42,48] которые занимались вопросами по инициированию зарядов ВВ довольно противоречивы. Согласно мнению одних, для обеспечения взрыва всего заряда достаточно детонатора, который одновременно является боевиком и возбуждает детонацию в какой-то части заряда, а величина ПД обусловлена свойствами инициируемого ВВ и не зависит от массы инициируемого ВВ. Другие наоборот, рекомендуют выбирать вес ПД в соответствии с весом основного заряда ВВ (чаще всего 3-20% от массы основного заряда). По мнению третьих величина инициирующего импульса зависит не только от массы и мощности ПД, но и от их количества и места расположения в заряде. При этом расположение ПД по длине колонки заряда должно быть равномерным и зависит от типа инициируемого заряда ВВ. К. Юхансон [96] отмечает, что при инициировании детонации промышленных ВВ, содержащих АС-ДТ, или водонаполненных ВВ на основе АС, необходимы ПД из мощных ВВ, которые создают давления, превышающие детонационные для рассматриваемых ВВ. Диаметр ПД для надежного инициирования детонации должен превышать некоторую критическую величину. При меньших диаметрах потери при боковом разлете вещества из очага инициирования будут настолько велики, что детонация затухает. 28 Практика ведения взрывных работ на карьерах с использованием ЭВВ выделяет тенденцию к применению все более мощных промежуточных детонаторов (ПД). Это объясняется тем, что при увеличении массы ПД стараются избежать низкоскоростного режима детонации, при котором снижается эффективность и безопасность взрывных работ. В работе [87] при исследовании линейных промежуточных детонаторов отмечается, использование данных зарядов в качестве ПД обеспечивает равноускоренное инициирование скважинных зарядов, обеспечивая скорость его детонации, близкую к скорости детонации ВВ инициатора. на участке размещения линейного инициатора коэффициент энергетической эффективности составляет примерно 1,32. Это эквивалентно увеличению расчетного (на единицу длины скважинного заряда) удельного расхода соответственно в 1,32 раза (или примерно на 32 %). При этом авторами работы [40,88] отмечается, что для инициирования детонации промышленных ВВ, содержащих АС-ДТ или водонаполненных ВВ на основе АС необходимы промежуточные детонаторы из мощных ВВ, которые создают давления превышающие детонационное для рассматриваемых ВВ. Инициирующая способность промежуточных детонаторов находится в прямой зависимости от его диаметра. При этом увеличение диаметра не требует увеличения массы ПД (при сохранении необходимой высоты детонатора). При взрывании ПД создается импульс, величина которого определяется не только диаметром ПД, но и его длиной. Масса промежуточного детонатора при инициировании ВВ простейшего состава (типа АС-ДТ) должна составлять не менее 10 % массы основного заряда ВВ. Выбор места размещения ПД в скважинном заряде ВВ определяется параметрами ПД и показателем (длиной) «разгона» до устойчивой детонации заряда ВВ. При этом при использовании ПД конической формы величина «разгона» (при одинаковой массе) меньше, чем при ПД цилиндрической формы. В работе [28] при исследовании скорости детонации от массы ПД для скважинных зарядов 105-228 мм отмечены следующие факты: 29 - В скважинных зарядах ПАС-ДТ при массе промежуточного детонатора от 0,5 до 6,0 кг не были зафиксированы участки ускорения инициирующей ударной волны, т.е. данные ВВ обладают достаточно хорошей ударно волновой чувствительностью и в скважинных зарядах начиная, практически, от промежуточного детонатора массой 0,5 кг работают достаточно эффективно. Значения скорости детонации, зафиксированные в скважинных зарядах диаметром 228 мм находились в пределах от 3125 до 4083 м/с. Значения скорости детонации в скважинном заряде диаметром 105 мм - от 2832 до 3521 м/с. - При инициировании скважинных зарядов ЭВВ диаметром 203-228 мм промежуточными детонаторами удлиненной формы участок разгона детонации 1-2 м, причем при уменьшении массы ПД фиксировался участок разгона более 2 м. - При использовании промежуточного детонатора с массой 0,9 кг наблюдается постепенное падение скорости детонации в скважинном заряде. Применение промежуточного детонатора с массой 1,2 кг обеспечивает повышение скорости детонации в заряде на 300 - 700 м/с, по - сравнению с использованием промежуточного детонатора с массой 0,9 кг, т.е. промежуточный детонатор 0,9 кг удлинённой формы является неэффективным для инициирования ВВ данной рецептуры. C.А. Калякиным, В.С. Прокопенко в работе [46] установлена зависимость скорости детонации от диаметра заряда и относительной массы для ВВ типа ANFO: D 0.0707 d з2,3354 mo4, 2050,8865 ln d з , (1.5) где D – скорость детонации, м/с; d – диаметр заряда, м; mo – относительная масса. Используя уравнение (1.5) можно найти необходимое значение mо для ВВ типа ANFO (рисунок 12). 30 Рисунок 12 – График зависимости относительной массы от диаметра заряда и скорости детонации Автором данной работы также отмечено, что при инициировании скважинных зарядов необходимо учитывать не только массу ПД, но и число ПД, которые обеспечат полноту протекания процесса детонации ВВ по все длине колонке заряда и согласно данной работе определяется выражением: Lзар / Lи N , (1.6) где Lзар – длина скважинного заряда, м; Lи – длина промежуточного детонатора, м; N – число промежуточных детонаторов. Экспериментальными исследованиями влияния длины ПД на скорость детонации заряда работы [69] доказано, что регулировка скорости детонации зарядов ЭВВ возможна при изменении геометрических размеров ПД не изменяя массы. 31 В работе В.А. Фокина предложена методика расчета геометрических параметров удлиненной шашки-детонатора (УШД) показывает, что при взрывчатом превращении УШД, продукты детонации шашки уплотняют заряд ЭВВ и тем самым сжимает пузырьки газа, и температура в них повышается, в результате чего возникает реакция взрывчатого разложения. В результате чего в основном заряде ЭВВ возникает косой фронт детонации, линейная скорость которого соответствует скорости детонации УШД [89]. 32 1.3 Анализ методик расчета параметров буровзрывных работ Основными требованиями, предъявляемыми к качеству взрывов при ведении БВР, являются [59-61]: - порода при взрыве должна быть раздроблена на куски, не превышающие определенных размеров по крупности, а выход крупных негабаритных кусков и мелочи должен быть минимальным (≤5 %); - после взрыва на земной поверхности не должно быть завышений подошвы уступа (порогов), а также заколов за последний ряд скважин. Выброс породы за линию скважин на верхнюю бровку уступа должен быть минимальным; - развал взорванной породы должен быть заданной ширины и высоты, обеспечивающий высокопроизводительную и безопасную работу погрузочных и транспортных машин. При бурении и взрывании эффективность разрушения горных пород определяется различными факторами . Это связано с тем, что при бурении зона разрушения под лезвием инструмента имеет небольшие размеры (доли сантиметра) и зависит от микросвойств горных пород: твердости, прочности, абразивности, зернистости, вязкости и т.д. При взрывании на карьерах зона разрушения имеет размеры от 3 до 6 м и эффективность дробления массива при этом зависит от трещиноватости, прочности и разрушаемости отдельностей, слагающих массив при соударении и их плотности. Одну из важнейших ролей при ведении БВР играет трещиноватостть массива, которая влияет на кусковатость взорванной горной массы и на выход негабарита. Одни и те же по составу породы при интенсивной трещиноватости разрушаются, не образуя негабарита, и, наоборот, при слабой трещиноватости дают большой выход негабарита[59]. 33 Трещины оказывают экранирующие действие на распространение энергии взрыва, локализуют разрушение отдельностями, расположенными вокруг заряда, а на больших расстояниях отдельности могут разрушаться только за счет их соударения между собой. Средний объем крупных отдельностей, слагающих массив, зависит от типа трещиноватости массива: чем больше содержание в массиве крупных отдельностей, тем больше их средний объем. Все породы по степени трещиноватости или содержанию в массиве крупных отдельностей условно разделены по предположению д.т.н. Рубцова В.К. на пять категорий. Исходя, из категории трещиноватости горных пород можно выбрать рациональные параметры БВР: диаметр взрывных скважин (шпуров), параметры их расположения, схему их взрывания, удельный расход и тип ВВ. Основными параметрами при ведении взрывных работ в настоящее время являются диаметр скважин, удельный расход ВВ, линия наименьшего сопротивления, сетка расположения скважин (шпуров), конструкции зарядов [4,30, 31,36,59-61]. Выбор рационального удельного расхода ВВ – технико-экономическая задача решение которой основывается на подсчете конечной стоимости добычи полезного ископаемого по всем технологическим процессам. При увеличении удельного расхода ВВ сначала происходит более интенсивное увеличение степени дробления массива, а затем наступает так называемое состояние насыщения массива энергией взрыва, когда последний не может поглотить большего количества энергии, и она расходуется на увлечение разброса горной массы и сейсмического действия взрыва. В основу теоретических и эмпирических формул для расчета удельного расхода ВВ заложен принцип, что давление импульса взрыва и деформация породы в точке на некотором расстоянии от заряда зависят от величины заряда и расстояния от данной точки до заряда. Также для расчета удельного расхода ВВ для различных горных пород используют различные шкалы и классификации пород по взрываемости, 34 например шкалу «Союзвзрывпрома», в которой породы разделены на 16 категорий, прочность на 10 категорий, коэффициент крепости при этом изменяется от 0,3 до 20. В настоящее время принимается, что расход энергии (q) взрыва необходимый на дробление породы пропорционален площади вновь создаваемых свободных поверхностей, которая, в свою очередь, зависит от степени дробления n lСР , то есть от соотношения средних линейных размеров d СР отдельности lСР и куска взорванной горной массы d СР : l q 2 СР d СР . (1.7) С увеличением степени дробления n практически пропорционально увеличивается удельный расход ВВ. Обычно в практике взрывания степень дробления равна n 1 5 . В отдельных случаях, например при d СР 0,1 0,25 м, дробление естественных отдельностей может не учитываться и считается, что порода разрушается взрывом на сотрясение, при этом величина n может быть меньше единицы. Влияние трещиноватости для различных типов трещин (экзогенные, тектонические, выветривания и др.) на удельный расход ВВ имеет сложный характер. В целом это влияние учитывается коэффициентом трещиноватости K ТР , который приблизительно равен 1,2, при этом потери энергии на трещинах приблизительно состовляет 20 % от общей энергии. Удельный расход ВВ является функцией трещиноватости [59-61]: q 3 K ТР . (1.8) Энергия взрыва расходуется на преодоление силы тяжести и придания кускам взорванной породы кинетической энергии. Такой расход энергии пропорционален объемному весу породы : q 4 . (1.9) 35 Для учета реальных факторов, связанных с взрывом, на основе эталонного удельного расхода ВВ устанавливают проектный удельный расход ВВ: q П qЭ k ВВ k Д k С.З kV k С. П K ТР , (1.10) где k ВВ – переводной коэффициент от аммонита №6 ЖВ к практически используемому ВВ; k Д – коэффициент, учитывающий требующуюся в данных условиях степень дробления; k С .З – коэффициент, учитывающий фактически принимаемую форму зарядов ВВ; kV – коэффициент, учитывающий влияние объема взрываемой массы на проектный расход ВВ; kС.П – коэффициент, учитывающий число свободных поверхностей взрываемой части массива; K ТР – коэффициент трещиноватости. Основные расчетные формулы для определения удельного расхода, применяемые на практике: Зависимость для определения удельного расхода ВВ для скважин диаметром 200-250 мм [40]: qр q Э eВВ П k d , 2,6 (1.11) где q Э – эталонный расход граммонита 79/21 при кондиционном размере кусков 500 мм, кг/м3; eВВ – коэффициент работоспособности ВВ; П – плотность породы, кг/м3; k d – поправочный коэффициент на допустимый размер куска разрушенной горной массы. Зависимость, предложенная в МГИ проф. Б.Н. Кутузовым, которая получены на фундаментальных работах акад. РАН В.В. Ржевского [43,59]: 36 2 q 0,13 П 4 0,5 5 eВВ , f 0,6 3,3 10 d З d 0 dК 3 (1.12) где f – коэффициент крепости породы проф. М.М. Протодьяконова; d З – диаметр заряда, м; d 0 – средний размер отдельности во взрываемом массиве по МКВД, м; d K – предельный кондиционный размер куска, м. Расчет величины линии сопротивления по подошве - W (ЛСПП). Эффективность взрывных работ также зависит от ЛСПП, величина которой определяется многими факторами, которые можно разделить на три группы [31,32,59,60]: - факторы, характеризующие взрываемую среду: крепость пород, трещиноватость, взрываемость; - факторы, характеризующие скважинный заряд ВВ и определяющие форму и длину взрывного импульса: тип ВВ, диаметр заряд и высота заряда; - величины, характеризующие расположение заряда в массиве: диаметр заряда, относительное расстояние между зарядами, длина колонкового заряда, величина перебура. Практикой установлено, что для каждой категории пород существует линейная зависимость вида W = kdз, угол наклона которой определяется крепостью и блочностью. При этом в данной зависимости допускается, что с увеличением диаметра заряда выход крупных фракций при взрыве увеличивается. Данный факт объясняется тем, что с увеличением W все больший процент отдельностей, слагающих массив, будет при взрыве попадать в зону практически нерегулируемого дробления. Уменьшив диаметр заряда, можно достигнуть положения, при котором все отдельности попадут в зону регулируемого дробления. Поэтому диаметр заряда относится к одному из наиболее существенному параметру регулирования степени дробления. При меньших диаметрах зарядов, кроме того, уменьшаются заколы за линию зарядов вглубь массива, уменьшается относительный объем переизмельчения 37 породы вокруг заряда и происходит распространение энергии по массиву с меньшим затуханием [59]. Существует множество зависимостей для расчета ЛСПП: Формула, предложенная сотрудниками «Союзвзрывпрома» при длине забойки 0,75W [44,60]: W 0,56 p 2 4qpHLm 0,75 p 2qHm 0,9 p q , (1.13) где p – вместимость одного погонного метра скважины, кг/м; q – удельный расход ВВ, кг/м3; H – высота уступа, м; L – глубина скважины, м; m – коэффициент сближения скважин. Формула С.А. Давыдова для определения ЛСПП одиночных скважинных зарядов [43,86]: W 53kT d ВВ eВВ F l зар , П (1.14) где k T – коэффициент трещиноватости пород ( kT 1,0 1,2 ); d – диаметр заряда ВВ, м; ВВ – плотность ВВ в скважине, кг/м3; F l зар – поправка, учитывающая отношение длины заряда к его диаметру. Формула, предложенная Л.Н. Бароном [43,59-61]: W d 7,85 p ВВ qm , (1.15) где d - диаметр заряда, м; ВВ - плотность ВВ в скважине, кг/м3; - коэффициент заполнения скважины ВВ; q - удельный расход ВВ, кг/м3; m - коэффициент сближения скважин. По Г.П. Демидюку значение ЛСПП определяется [43]: W kd Э0 ep , (1.16) 38 где k – коэффициент учитывающий степень дробления горной породы, значение которого определяется по таблице 3: Э0 – объемная концентрация энергии ВВ, равная произведению удельной энергии ВВ (кДж/кг) на плотность ВВ (кг/ м3 ), кДж/м3; ер – коэффициент учитывающий энергоемкость разрушения пород взрывам, который определяется по таблице 4. Таблица 3 - Значение коэффициента учитывающего степень дробления горной породы Условие Крупное Среднее Дробление с применения дробление дробление отбрасыванием в выработанное пространство k 48 40 36-28 Таблица 4 - Значение коэффициента учитывающего энергоемкость разрушения пород взрывам. Породы мягкие средние и легковзрываемые довольно крепкие, средневзрываемые крепкие, трудновзрываемые очень крепкие, весьма трудновзрываемые в высшей степени трудновзрываемые Показатели коэффициент крепости, f значение ер, МДж/м3 1-2 0,191 3-4 0,238 5-8 0,262 9-12 0,334 13-16 0,406 17-20 0,454 39 Метод расчета параметров взрывных работ разработанный японским исследователем Кумао Хино на основе теории дробления породы отраженной волной ЛНС определяется [43]: W 0.5r0 Pд / раст , (1.17) где r0 – радиус заряда, м; Pд – давление во фронте детонационной волны, МПа; раст - придел прочности горной породы на растяжение, МПа. Коэффициент сближение скважин m 2 2 2 n2 1, (1.18) где n – показатель степени, определяющий падение давления на фронте волны. Для сложно-структурных массивов в [69] предложен энергетический метод расчета параметров для каждой скважины. Суть данного метода заключается в следующем: объем который необходимо разрушить, разделяется на тысячи ячеек; для каждой ячейки, в зависимости от типа пород рассчитывается удельный расход ВВ по формуле: q pi qэieK d , 2.6 (1.19) где qpi – эталонный расход ВВ для породы, слагающей эту ячейку, кг/м3; е – коэффициент учитывающий энергию применяемого ВВ; Кd коэффициент, учитывающий размер кондиционного куска; γ – объемный вес руды, кг/м3. На первом шаге определяется ориентировочная величина ЛНС: W 0.9 P , qp (1.20) где Р – вместимость ВВ в 1 м скважины, кг; qp – расчетный удельный расход, кг/м3. Энергия дробления объема ячейки: Ei q pi Vi , (1.21) 40 Затем используя программный комплекс Delphe-6, рассчитывается энергия дробления всего объема отбиваемого скважинным зарядом: Et qdV . (1.22) V Оптимальное расположение скважины соответствует такому значению ЛНС W, при котором требуемая энергия Et равна заданной энергии заряда Ez. После всех вычислений в программе автоматически определяется ЛНС для первой скважины, которая обеспечивает совпадение энергии заряда и энергии необходимой для разрешения горного массива. Определив расположение первой скважины вычисляются координаты последующих скважин. Также в процессе расчетов для каждой скважины определяется удельный расход энергии, объем горного массива приходящиеся на каждую скважину, величина перебура и длина скважины. Для расчета параметров взрывных работ в [45] используется энергетический подход к разрушению горных пород, исходя из энергоемкости разрушения горной породы и энергией взрыва заряда ВВ, зависящей от его детонационных свойств. При определении параметров БВР необходимым является правильный выбор сетки расположения скважин. Для изотропного массива сетку скважин предлагается определять зависимостью: a=b=W, (1.23) где а – расстояние между скважинами, м; b – расстояние между рядами, м. Для анизотропного массива развитой системой трещин рекомендуется применять прямоугольную сетку расположения скважин, параметры которой определяются значениями а и b, и коэффициентом сближения скважин: a m W (0.8 1.4)W , (1.24) b m W (0.85 1.0)W , (1.25) где m – коэффициент сближения скважин. 41 Формирование сетки скважин основывается на известном подходе сопряжения зон разрушения, размеры которых определяются на основании расчета затухания волн напряжений с расстоянием от заряда, что позволяет равномерно расположить заряды в массиве [7,8]. В работе [7] на основании экспериментальных исследований при взрывании монолитных моделей различных пород значение напряжений с расстоянием от заряда рекомендуется рассчитывать: r пc p 545 r 1.4 для (4 6)rз r (12 15)rз , (1.26) r пc p 1100 для (12 15)rз r (80 150)rз , (1.27) r 1.2 где ρп – плотность породы, кг/м3; ср – скорость распространения продольной волны, м/с; r r - относительный радиус; rз r – расстояние до заданной точки, м; rз – радиус заряда, м. Влияние забойки на эффективность взрывания. Для улучшения качества дробления горной породы при взрывании скважинных зарядов над зарядом ВВ размещают забойку. Забойка положительно влияет на эффективность взрыва за счет следующих факторов: уменьшает потери энергии в процессе детонации заряда и обеспечивает более полное протекание реакции взрыва; увеличивает длительность воздействия газов взрыва на стенки зарядной камеры, в результате чего увеличивается интенсивность дробления породы; уменьшает силу ударной воздушной волны и разброс кусков породы. Применение качественной забойки обеспечивает увеличение эффективности взрывания на 10 – 15 %. [43]. Влияние конструкция заряда на качество дробления горной породы. 42 Рассредоточение заряда в случаях, когда емкость скважины используется не полностью при сплошных зарядах. При равном выходе горной массы с 1 м скважины и удельном расходе ВВ рассредоточение заряда всегда приводит к улучшению дробления по сравнению со сплошным зарядом вследствие увеличения зоны регулируемого дробления. В неоднородных породах практически всегда целесообразно рассредоточивать заряд, чтобы последний располагался в наиболее трудновзрываемых участках породы. Академик Мельников Н.В. и доктор технических наук Марченко Л.Н., в своих работах показали, что рассредоточение скважинных зарядов воздушными промежутками улучшает дробление породы. При взрыве сплошного заряда происходит переизмельчение породы вблизи заряда вследствие высоко давления газообразных продуктов взрыва в зарядной камере [67,68]. Создавая в зарядной камере воздушные промежутки, можно значительно снизить пиковое давление взрыва и тем самым сократить переизмельчение породы около заряда. При взрыве зарядов, разделенных воздушным промежутком, происходит изменение параметров взрывного импульса в результате чего происходит уменьшение пикового давления и увеличение времени действия взрыва, что приводит к увеличению кпд взрыва и передаче большего количества энергии на дробление породы в дальней зоне [72]. Применение заряда с воздушным промежутком почти во всех случаях приводит к более равномерному дроблению горной массы на карьерах. Длина воздушного промежутка в большинстве случаев устанавливается опытными взрывами и зависит от длины колонки заряда, типа ВВ и физико – механических свойств горных пород. Воздушный промежуток малой длины не дает эффекта, а воздушный промежуток завышенной длины может привести к ухудшению дробления вследствие чрезмерного снижения давления в зарядной камере. Суммарную длину воздушных промежутков можно принимать в следующих пределах: для слабых пород – 0,3 – 0,4 длины колонки заряда, для пород средней крепости – 0,2 – 0,3 длины колонки заряда, для пород крепких – 43 0,15 – 0,2 длины конки заряда. Если расчетная длина воздушного промежутка превышает 3,5 – 4 м, следует рассредоточить заряд на несколько частей [67]. Определение диаметра заряда. Диаметр скважин является важным фактором, определяющим как экономическую эффективность, так и качество дробления. Для определения диаметра скважинных зарядов пользуются следующими формулами: dскв 1254 nгод , (1.28) dскв (0.01 0.02) H , (1.29) dскв 150 200 4 nг.од. , (1.30) dскв (0,1 0,3) dкуска , (1.31) где nгод годовая производительность, млн.м3; Н — высота уступа, мм; d куска - размер габаритного куска в ребре наибольшего измерения, мм. Данные зависимости дают большой диапазон значений, поэтому диаметр скважин для конкретных объектов выбирают с учётом имеющегося парка буровых станков, их производительности, требующейся интенсивности работ, высоты разрабатываемых уступов, воздействии взрывов на охраняемые объекты. О влиянии диаметра скважинных зарядов на дробление горной породы накоплен значительный производственный и теоретический опыт. В период с середины 60-х годов прошлого столетия одновременно развивалось два направления применения скважин: большого (от 220 мм и выше) и малого (85 175 мм) диаметров. Для снижения крупности и достижения равномерности дробления отбиваемой порода большое значение имеет равномерность распределения ВВ по взрываемому массиву. Чем равномернее распределение ВВ во взрываемом массиве, тем полнее охватывается зонами разрушения вся подлежащая отбойке масса породы. 44 Особенно важное значение приобретает равномерность распределения энергии взрыва при дроблении труднодробимых пород и обеспечения требуемой степени дробления при небольших размерах допустимых кусков 400-600 мм. Равномерности распределения ВВ в массиве можно достичь путем уменьшения диаметра скважин, их сближения, направленности, конструкции заряда и др. [44,76]. В работах [32,73] предполагается, что равномерное распределение ВВ в массиве можно достичь путем уменьшения диаметра скважин, их сближения, конструкции заряда и др. В работах [33,34,72], указывается, что в слабонарушенных естественной трещиноватостью породах одинаковое качество дробления можно обеспечить увеличением диаметра и как следствие увеличивается удельный расход ВВ. В работе [92] при исследований результатов взрывов зарядов трех диаметров 5, 7 и 9 мм на моделях А.Н.Ханукаев пришел к выводу о том, что при равных по величине ЛНС размеры кусков тем больше, чем больше диаметр заряда. В работе [92] Ханукаев А.Н. проведя замеры параметров волн напряжений пришел к выводу, что равномерность разрушения горных пород взрывом зависит от максимального давления на фронте волны, числа поверхностей обнажения и рассредоточения ВВ в массиве. На основании этого он считал, что для улучшения дробления при взрыве следует переходить на заряды возможно меньшего диаметра; уменьшение диаметра заряда следует производить до величины, при которой еще обеспечивается нормальная детонация заряда взрывчатого вещества. По данным работы [64], с уменьшением диаметра заряда на 8–14 %, объем переизмельченных пород снижается на 7–12 %. Друкованный М.Ф. и ряд других ученых [30,31] сделали вывод, что при увеличении диаметра скважины не наблюдается роста переизмельченных фракций, характеризующих нерациональное использование энергии взрыва. 45 Это объясняется тем, что переизмельчение происходит при напряжениях, превышающих напряжения сжатия, тогда максимальные напряжения на стенки скважин для двух разных диаметров скважин будут одинаковы. Тогда отношение объема переизмельчения, отнесенного к объему отбиваемой части уступа, при большем диаметре скважины будет меньше, чем при скважинах малого диаметра. Современное состояние изученности вопроса не позволяет дать теоретическое решение и обосновать выбор диаметра заряда, поэтому в работе [81] автор считает, что выбор параметров заряда ВВ должен производиться в зависимости от физико-механических свойств горных пород. В породах крепких, трудновзрываемых, монолитных или трещиноватых, характерных высоким удельным расходом ВВ при взрывании (0,6–0,8 кг/м3), желательно, по мнению автора, применение скважин диаметром 150–200 мм. В породах средней крепости при удельном расходе 0,4–0,6 кг/м3 рекомендуется диаметр скважин 150–250 мм с применением современных ВВ с бризантностью 15-20 мм. Для пород легковзрываемых (q=0,2–0,4 кг/м3) автор предлагает диаметр скважин 200–250 мм в сочетании с применением обычных ВВ. В работе [37] при проведении экспериментов на моделях в лабораторных условиях установлено, что увеличение диаметра заряда требует увеличения удельного расхода ВВ для получения одинаковой степени дробления. В работах [32,33,73,74] указывается, что в слабонарушенных естественной трещиноватостью породах одинаковое качество дробления можно обеспечить пропорциональным при изменением диаметра скважин и удельного расхода ВВ на отбойку с увеличением диаметра увеличивается и удельный расход ВВ. Экспериментальные работы [92-94], проведенные в производственных условиях, направлены на определение зон разрушения в зависимости от физико-механических свойств и структурных особенностей пород, указывают на увеличение радиуса зоны дробления (трудновзрываемые породы) с 1 до 1,6 м при изменении диаметра заряда с 118 мм до 214 мм, в породах средней 46 взрываемости радиус зоны изменился с 1,95м до 3,2м, а для легковзрываемых с 2,75 до 4,75м, то есть во всех случаях зона дробления увеличилась только в 1,65 раз, так как диаметр заряда увеличился в 1,81 раза. Эти результаты свидетельствуют о том, что с увеличением диаметра заряда снижается относительный объем разрушения, то есть уменьшается коэффициент полезного действия (КПД) взрыва. Cтепени дробления и энергоемкости разрушения массива посвящена работа [27], где было установлено, что при увеличении диаметра заряда объем разрушенной породы и абсолютный выход дробленого материала, приходившийся на единицу веса заряда уменьшились, а удельный расход ВВ и энергоемкость разрушения соответственно увеличились. В экспериментальной работе [25,62] установлено, что увеличением диаметра заряда крупность кусков взорванной горной массы пропорционально увеличивается, при этом качество дробления заметно ухудшается. В работе [81] М.Г.Новожилов на основании результатов модельных исследований делает вывод о том, что увеличение диаметра скважин позволяет улучшить дробление в породах хрупких, в которых трещины в процессе взрыва распространяются прямолинейно. В породах же, в которых замечено "зигзагообразное" распространение трещин, то есть малохрупких, относящихся к группе вязких, увеличение диаметра ухудшает интенсивность дробления. Согласно положениям [15] потенциальные возможности системы зарядов с большей суммарной поверхностью заряда (меньшим диаметром скважин) значительно выше. А величина КПД взрывного дробления при равных значениях приведенной ЛНС увеличилась бы пропорционально квадрату ее значения. В условиях данного производственного эксперимента с увеличением суммарной поверхности заряда пропорционально обратному отношению диаметров скважин, значение КПД пропорционально квадрату диаметра. взрывного дробления меняется 47 При этом необходимо в расчетах увеличивать массу заряда пропорционально квадрату отношений диаметров, тогда значения приведенной ЛНС только за счет введенной поправки на приращение веса заряда уменьшится пропорционально соотношению диаметров в степени 2/3 (D1/D2)2/3, кроме того расчетная величина приведенной ЛНС уменьшится пропорционально (D1/D2)1/3 по условию изменения сетки скважин (равенство расходов ВВ). Таким образом общее изменение приведенной ЛНС будет линейно уменьшаться с уменьшением диаметра заряда, что приведет к уменьшению КПД взрывного дробления пропорционально приведенной ЛНС или квадрату диаметра. Это условие формулируется следующим образом: при равных значениях удельных расходов одинаковых типов ВВ КПД взрывного дробления, при различных диаметрах скважин, увеличивается за счет увеличения суммарной поверхности заряда и уменьшится за счет неоптимальных условий размещений зарядов в массиве. При этом остаются недоиспользованными потенциальные возможности зарядов ВВ меньших диаметров. Следует отметить, что в расчетных формулах зачастую не учитываются детонационные характеристики ВВ, такие как скорость детонации, давление продуктов детонации, массовая скорость частиц продуктов детонации (газодинамические параметры). В настоящее время нет связи плотностью ВВ в зарядной камере и ЛНС. В работах [60,92] рассмотрен вариант замены удельного расхода на поверхность контакта заряда с породой, точнее величину заряда, приходящуюся на единицу поверхности контакта, так называемый удельный поверхностный заряд : Q , Sб (1.32) где S б – боковая поверхность соприкосновения заряда с зарядной полостью, м2. 48 По мнению авторов удельный поверхностный заряд более точно отражает действие взрыва в ближней зоне, однако не способен описать влияние газодинамических параметров в скважине на процесс разрушения массива и распределение кусков разрушенной горной массы. 49 1.4 Выводы по главе 1 и постановка задач исследования На основании проведенного анализа теоретических и экспериментальных исследований взрывного дробления горной массы, следует, что нет единой схемы управления процессом инициирования и детонации скважинных зарядов эмульсионных ВВ, недостаточно исследован процесс разрушения массива горных пород разрушения массива горных пород, зависящий от особенностей, присущих только эмульсионным ВВ. Существуют различные взгляды на вопрос об эффективности различных конструкций зарядов при разрушении горных пород взрывом и о влиянии на него параметров буровзрывных работ. С научной и практической точек зрения не был достаточно изучен механизм передачи энергии взрыва от ПД к основному заряду ВВ при использовании скважинных зарядов эмульсионных ВВ различных конструкций и разных способах инициирования и обоснование эффективности их применения. Предыдущими исследованиями не достаточно полно детально изучен такой важный вопрос влияния плотности эмульсионных ВВ на процесс формирования зоны регулируемого дробления по длине колонке заряда, который определяет параметры расположения сетки скважин. Таким образом, несмотря на достаточно большое количество методик расчета скважинных зарядов и параметров БВР ни одна из них не дает комплексного решения вопроса применения уменьшенного диаметра эмульсионных ВВ скважинных местного и зарядов заводского производства. На основании изложенного сформулированы следующие основные задачи исследований: 1. Анализ методов управления энергией взрыва ЭВВ при разрушении горных пород скважинными зарядами. 50 2. Определить величину инициирующего импульса, обеспечивающего устойчивый режим детонации скважинных зарядов эмульсионных ВВ уменьшенного диаметра. 3. Исследовать эмульсионных ВВ на влияние процесс конструкций формирования скважинных радиуса зарядов регулируемого дробления. 4. Разработать и обосновать методику расчета параметров расположения скважинных зарядов эмульсионных ВВ обеспечивающих заданного качества дробления горной массы. 51 ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ДЕТОНАТОРА НА РЕЖИМ ВЗРЫВЧАТОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 2.1 Исследование закономерностей распространения детонационной волны при взрыве заряда эмульсионного взрывчатого вещества от параметров промежуточного детонатора Для описания процесса детонации ЭВВ используют теорию горячих точек, согласно которой после прохождения детонационной волны происходит разрушение оболочек микросфер. Газовые пузырьки, после разрушения микросфер, адиабатически сжимаются. При этом в них повышается давление и температура. Таким образом, сжатые микросферы являются “горячими точками” для инициации химической реакции в эмульсионной основе. Одной из характеристик детонационного процесса является режим взрывчатого превращения, который определяется скоростью распространения детонационной волны по колонке заряда [2,96]. Исследования, проведенные в работах Колганова Е.В. и Соснина В.А., получена зависимость, определяющие режим взрывчатого превращения ЭВВ: D d f * , Dи d (2.1) где d* - критический диаметр заряда, мм; d – принятый диаметр заряда, мм; D – скорость детонации заряда диаметром d, м/с; Dи - скорость зависимостью, м/с: идеальной детонации ЭВВ, которая определяется 52 Согласно исследованиям [28] скорость идеальной детонации ЭВВ определяется следующей зависимостью: Dи 1 mmb 2n 2 1 0 mmb q , 1mmb 1 mmb где э ; mb ; mb mm mmb mmb 0 1 mb (2.2) ; - объемная доля микросфер; ρmb - истинная плотность микросфер, кг/м3; ρmm - плотности материала микросфер, кг/м3; ρэ - исходная плотность эмульсии, кг/м3; q – тепловой эффект реакции на единицу массы эмульсионной основы, МДж/кг; ρ0-плотность ВВ в момент начала взрывчатого разложения эмульсии, кг/м3; γ – коэффициент политропы; τ0 - объемная доля «сфер горения», значения τ зависит от распределения микросфер по размерам: Для шаров одинакового дают значения 0.52 ≤ τ 0 ≤ 0.74. Для шаров различного диаметра значение τ может быть больше, поэтому диапазон изменения: 0.52 ≤ τ0<1. Согласно исследованиям работы [82] основная причина немонотонности поведения скорости детонации связанна с увеличением ширины зоны реакции при увеличении плотности ВВ. Увеличение ширины зоны реакции приводит к увеличению критического диаметра ВВ [36,57]. Влияние диаметра заряда на скорость детонации определяется согласно уравнению Эйринга [27,33]: xP D Dи 1 C d зар Где x р xс xb - ширина зоны химической реакции (рисунок 13); xc – зона схлопывания микросфер; xb – зона горения эмульсии в «сферах горения»; (2.3) 53 С - константа скорости реакции, которая численно равна скорости реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ. Константа скорости реакции зависит от температуры, от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации (С = 1). Рисунок 13 - Схема профиля давления (а) и характерные зоны течения (б) за ударной волной при детонации эмульсионных взрывчатых веществ: xc – зона схлопывания микросфер; xb – зона горения эмульсии в “сферах горения”. Ширину зоны реакции можно определить из выражения: x Р D u CJ t Р , где u CJ (2.4) D – массовая скорость в точке Чемпена-Жуге; n 1 t Р – время реакции. Время реакции складывается из времени схлопывания газового пузырька tc и времени выгорания эмульсии вокруг горячей точки tb. Тогда: 54 D где t Р С d сф b 0 3 d сф mсф D0 n D0 1 C tР n 1 d зар , (2.5) - время реакции, мс., где в e 6m , величина φв определяет условия скорости реакции сферы горения и численно равна 3 8.689×10 5 с/м, C 3 e 1 r 2 dr 6 Pe rc F r - величина, определяющая время схлопывания пузырька; dзар - диаметр заряда, м. Для возбуждения детонации инициирующий импульс должен обладать минимальной энергией, которая необходима для возникновения детонации в основном заряде и поддержания ее вплоть до установления стабильной скорости детонации [2]: P 2 E кр Pu const , 0u 0 (2.6) где τ, Р, u – полное время действия, мкс; давление, ГПа; массовая скорость ударной волны промежуточного детонатора, м/с; ρ0- начальная плотность, кг/м3. На процесс возбуждения детонации ЭВВ существенное влияние оказывают как концентрация энергии в горячих точках, так и распределение температуры в них, поэтому определяющим фактором в процессе инициирования ЭВВ является распределение тепловой энергии, а не величина ее плотности. Для получения связи между температурой горячей точки и параметрами ударной волны необходимо рассмотреть механизм образования горячих точек [22,23,71]. При распространении ударной волны по заряду взрывчатого вещества происходит адиабатическое схлопывание пор (газовых пузырьков, микросфер) в результате чего выделяется теплота, за счет которой образуется реакция 55 взрывчатого превращения. После выхода ударной волны из отдельных гранул начинается разлет вещества с их поверхности, а так как поверхности различных гранул ориентированы по отношению друг к другу случайным образом, то разлетающиеся с поверхности частицы вещества взаимодействуют между собой различным образом, приводя в некоторых случаях к образованию струй. Вещество в струях сталкивается с соседней поверхностью и струя тормозится. Температура торможения торможения потока. пропорциональна Средняя эффективная квадрату скорость скорости струи будет пропорциональна амплитуде массовой скорости на фронте ударной волны. Таким образом, повышение температуры в горячей точке Тs будет пропорциональным квадрату кассовой скорости u непосредственно за фронтом ударной волны [39,98]: Ts = Zu2 , (2.7) где Z – коэффициент, определяющий связь между кинетической энергией и температурой горячей точки. Минимальная энергия инициирующего импульса. На основе экспериментальных данных многие исследователи считают, что для того чтобы произошло инициирование реакции с последующим переходом в детонацию, на заряд взрывчатого вещества необходимо воздействовать ударной волной, амплитуда которой выше некоторой минимальной величины [22,27,36,42]. Если принять, что инициирование происходит, начиная с некоторого минимального давления Pm, то произведение Pmит=nm представляет собой ту минимальную мощность, которая компенсирует потери, соответствующие данным условиям инициирования. Поэтому величина изменения энергии реакции определяется выражением [37]: dE Pu nm , d (2.8) Интеграл этого уравнения (2.8) определит величину критической энергии инициирующего импульса: 56 ' E кр Pu nm , (2.9) Величина энергии в горячих точках учитывают движение вещества, примыкающего к внутренним порам, относительно макроструктуры заряда. Это относительное движение вызвано тем, что возникающее в заряде напряжение превышает напряжение, соответствующее пределу разрушения или текучести. Тепловая энергия, которая образуется в результате пластической деформации взрывчатого вещества, окружающего единичную пору [37]: Wp 9 P Pсх 2 , P Pсх , 32 (2.10) где η - коэффициент эффективной вязкости; Рсх - давление, при котором начинается схлопывание поры, ГПа. С учетом уравнения (2.6) получим критическую энергию инициирующего импульса: E Процесс " кр P Pсх 2 ударно-волнового 0u . (2.11) инициирования детонации включает образование горячих точек и последующее реагирование вещества в этих точках со скоростью, обеспечивающей дальнейшее их существование. Для образования горячих точек необходимо приложить напряжение, превышающее предел текучести, а для обеспечения необходимой скорости самоподдерживающейся химической реакции в этих точках необходима некоторая минимальная скорость подвода энергии. Поэтому рассматривая совместно уравнения (5) и (7) получим: P Pсх 2 E n m . 0u " кр (2.12) Необходимо отметить, что механическая прочность заряда взрывчатого вещества влияет также и на температуру горячей точки. Для движения пор существенной является лишь разность скоростей u u y . где uy - массовая 57 скорость, соответствующая упругой деформации матрицы заряда взрывчатого вещества, поэтому вместо уравнения (2,7) можно записать Ts Z u u у . 2 (2.13) Параметр uy определяется: uy Pсх , 0c (2.14) где с - скорость звука во взрывчатом веществе, м/с. Критерий инициирования по массовой скорости. Для определения критерия инициирования по массовой скорости рассмотрим знаменатель уравнения минимальной энергии инициирования детонации в заряде ВВ, знаменатель которого содержит волновой импеданс ρ0u [37]. Рассмотрим критерий, в котором за основу взята величина и2t, что P 2 T соответствует 2 2 или s . Таким образом критерии воспламенения горячей 0 u Z точки, определяемый через массовую скорость можно записать в виде [37]: u 2 u m2 const , u u m , (2.15) где иm- минимальное значение амплитуды массовой скорости ударной волны, способной инициировать протекание за фронтом реакции, обеспечивающей возникновение детонации. Соответственно амплитуда массовой скорости ударной волны определяется выражением: u u const , u u 2 y y , (2.16) где uy - есть массовая скорость на пределе текучести, определяемая уравнением (14), причем um > uу. Анализируя уравнения (2.13-2.16) можно сделать следующие выводы: 1. В случае относительно сильных волн, таких, что u ˃˃ um и u ˃> uy оба критерия принимают форму u2τ≈const, 58 2. Величин um и uy определяют существование определенной амплитуды массовой скорости ударной волны, ниже которой инициирование не происходит. 3. Величина и2 представляет собой удельную кинетическую энергию, которая может сконцентрироваться в порах и привести к образованию горячих точек при торможений потока. Как было отмечено в первой главе, при применении скважинных зарядов ЭВВ особенно важным является обеспечить стабильность распространения детонационной волны по колонке заряда при заданном диаметре. Анализ работ последних исследований показал, что при применении эмульсионных ВВ стабильность данного процесса можно обеспечить за счет применении мощных ПД или удлиненных ПД [22]. Расчет промежуточных детонаторов основывается на теории Власова О.Е. и Покровского Г.И., согласно которым инициирующая способность ПД определяется его активной массой [2]. В соответствии теоретическими исследованиями, проведенными в[22,23,89] минимальные параметры ПД при применении скважинных зарядов ЭВВ необходимо определять с учетом индивидуальных особенностей эмульсионного ВВ (химический состав, плотность, структурные особенности). Известно, критерием ударно-волнового инициирования детонации является [2,3,36,37]: P 2 const , (2.17) где Р – давление индицирования, ГПа; τ – время действия давления, мс. Для возбуждения детонации в ЭВВ необходимо, обеспечить возгорание ВВ и прогорание между «горячими точками». Данный процесс происходит за время τ*, в течение которого происходит смещение границы раздела «продукты детонации – ЭВВ». Скорость смещения этой границы определяется [2,24,65]: б 1 2 Dб 2 б Pуд б 1 , W уд 1 1 б 1 б 1 б Dб2 (2.18) 59 где Pуд – давление во фронте ударной волны ЭВВ, ГПа: Pуд 0W уд A B u ЭВВ , (2.19) ρ0 – плотность ЭВВ, кг/м3; А, В – параметры ударной адиабаты ЭВВ; uЭВВ - массовая скорость продуктов детонации ЭВВ, м/с; Dб – скорость детонации боевика, м/с; γб – коэффициент политропы ВВ боевика; ρб – плотность боевика, кг/м3. Плотность ρПВ(б) и давление РПВ(б) в продуктах взрыва ПД в результате смещения границы «продукты детонации ПД-ЭВВ» определяются уравнениями [2,24]: y б б 1 б 1 1 б б 2 б 1 , (2.20) 2 1 б 1 , P( y ) Pн 1 б б (2.21) б Dб2 где Pн - давление в т. Чемпена-Жуге в продуктах взрыва ПД, ГПа. б 1 Величина проникновения волны разрежения вглубь продуктов детонации ПД за время τ* определяется: б 1 R0 0 y* Dб 1 б Vг 6 э 1 , 1 3 (2.22) где R0 – радиус поры ЭВВ, м; Vг - скорость горения межпорового пространства эмульсии, м/с, определяемая уравнением: Vг 1 к 2K m Qг RT*2 EA 3 3! M EA Z exp , 1 2 RT T* T0 N A ρк – плотность ЭВВ в зоне сжатия в момент прогорания, кг/м3; (2.23) 60 EA – энергия активации аммиачной селитры, Дж; NA – число Авогадро; Km – коэффициент теплопроводности первичных продуктов детонации ЭВВ, Вт/(м*К); T0, T* - начальная температура ЭВВ и температура продуктов взрывчатого разложения ЭВВ соответственно, К; Qг Pf 1 1 0 QVэ - теплота горения межпорового пространства 2 э к ЭВВ, МДж; QVэ - теплота разложения ЭВВ до первичных продуктов (схема Баума), МДж; Z1 - предэспоненциальный множитель. э0 - плотность ЭВВ в момент начала термического разложения, кг/м3. Pf 0W1 A B W1 - давление в зоне сжатия ЭВВ продуктами взрыва ПД, ГПа; W1 – скорость смещения границы «продукты детонации ПД - ЭВВ» в момент времени τ*, м/с. Величина W1 определятся согласно из уравнения, полученного в [24]: 2 б 1 y*2 Pн y* б L* Pн б 13 б 1 2 б б 1 (2.24) 1 0 D y * y * 2 1 б Pн L* L* б y* б W1 где - плотность продуктов взрыва в момент времени τ = τ*, кг/м3. Величина смещения границы «продукты детонации ПД - ЭВВ»: x* W уд W1 * 2 , Давление в продуктах детонации ПД в момент времени τ = τ* : (2.25) 61 1 б W12 , P0 Pн б 2 б (2.26) Таким образом при преломлении ударной волны продуктов детонации ПД в эмульсионное ВВ образуется зона сжатия, в результате распада этой зоны возникает торможение продуктов детонации ПД, что приводит к возрастанию давления в них до величины Рх. Данная величина определяется из условия u ПД uЭВВ [2,6,24]: Px 1 Pf 2 P0 б 1 Px б 1 P0 2 Pf 2 э э 1 P* э 1 2 э P D* 1 x Pf э 1 2 э . (2.27) На основании решения уравнения (2.27) и зная параметры P*, D*, kэ получим величину давления, создаваемое ПД для инициирования эмульсионного ВВ: 2 б 1 б 1 б 1 Dб б 1 4 2 1 L б б б Pкр Px 2 1 б Dб б 1 1 1 2 б б 2 1 L б б б 1 R0 1 V гор 6 э0 1 R0 1 V гор 6 э0 1 3 1 3 б 1 .(2.28) 1 Таким образом, для возникновения детонации в заряде ЭВВ необходимо образование ударной волны параметры (давление во фронте, скорость распространения) которой, должны быть достаточны для возникновения за ее фронтом химической реакции. Минимальная величина данных параметров зависят не только от химического состава и плотности, но и от условий разлета продуктов взрыва, то есть от условия стационарного распространения детонационной волны. Геометрических параметров промежуточного детонатора для инициирования заряда эмульсионного ВВ определяются на основании решений работы [89]. 62 При адиабатическом сжатии пузырьков газа эмульсионного ВВ продуктами детонации в них возрастает температура, которая определяется выражением: T T0 VГ 0 / VГ , n1 (2.29) где T0 – начальная температура газа, К; VГ(0) – начальный объем газа, м3; VГ – конечный объем газа, м3. При этом давление газа изменяется по адиабатическому закону: PГ PГ 0 VГ 0 / VГ , n (2.30) Давление равновесной части продуктов детонации промежуточного детонатора, под действием которого происходит их расширение, определяется аналогичной зависимостью: PПД P0 V0 / VПД , k (2.31) где Р0 — начальное давление равновесной части продуктов детонации промежуточного детонатора, кг/м2; V0 — начальный объем взрывчатого вещества промежуточного детонатора, м3; VПД — текущее значение объема расширяющихся продуктов детонации промежуточного детонатора, м3; k — показатель адиабаты расширения равновесной части продуктов детонации, к = 1,4. Сжимаемость эмульсионного ВВ определяется сжимаемостью газовых микропузырьков. Поэтому, задав условие РГ = РПД, получаем зависимость [90]: T T0 P0 / PГ 0 r0 / R ПД 2k n 1 n , (2.32) где r0 — радиус промежуточного детонатора, м; RПД — радиус расширяющихся продуктов детонации промежуточного детонатора, м. 63 Для скважинного заряда эмульсионного ВВ начальный и конечный объемы газовых микропузырьков определяются по формулам: 2 2 2 r02 mmb RПД r02 , V Г ( 0) RСКВ r02 mmb ; V Г RСКВ (2.33) где RCKB - радиус скважины, м; mmb объемное содержание газовых микропузырьков, м3/м3. Тогда 2 R ПД r02 T T0 1 2 2 R r m СКВ 0 mb ( n 1) . (2.34) Приравнивая зависимости (2.33) и (2.34), определим значение Rn д.: R П . Д .(*) где R П . Д .(*) r0 RП. Д . ; R СКВ Следовательно 1 2 2 R 1 m 1 СКВ , mb 1 2 1 ' n R 1 СКВ 1 mmb PГ ( 0 ) / P0 (2.35) r0 . RСКВ величина абсолютной температуры газовых микропузырьков эмульсионного ВВ определяется: T(*) 1 ' 2 n P R СКВ 1 m 0 mb PГ ( 0 ) T0 2 R СКВ 1 m mb 1 n 1 . (2.36) Соответственно температура ударного разогрева микропузырьков газа при условии РГ=РП.Д. определится как: T T* T0 . (2.37) Величина значений mmb зависит от многих факторов, учесть которые при его вычислении весьма трудно. Однако значение этого параметра можно оценить по результатам замеров величины приустьевой недозараженной части скважины сразу после ее заряжания (LH газификации (LH формуле: ч(2), ч(1), м) и после окончания процесса м). В этом случае значение параметра mmb получают по 64 mmb L L H (Ч 2 ) СКВ LH (Ч 1) LH (Ч 1) , (2.38) где LCKB — глубина заряжаемой скважины, м. Числовое значение параметра Р'0 рассчитывается по формуле [91,92]: k 373 , P0' P0 ПД (2.39) где ρПД — плотность взрывчатого вещества промежуточного детонатора, кг/м3. ПД При этом P0 0 1 ПД U ПД ; 0 1 k 2 1 373 k 1 2 , где Р0 — полное начальное давление продуктов детонации промежуточного детонатора, кг/м2; γ0 - начальный показатель адиабаты расширения продуктов детонации промежуточного детонатора; UПД - удельная энергия взрывчатого вещества промежуточного детонатора, кгм/кг. Зависимость давления и температуры ударного разогрева представлены на рисунках 14,15 [89]: Рисунок 14 - Зависимость давления микропузырьков газа от диаметра промежуточного детонатора 65 Рисунок 15 - Зависимость температуры ударного разогрева газовых микропузырьков от диаметра промежуточного детонатора Как видно из рисунка14, с увеличением диаметра удлиненного ПД (dпд = 2r0) температура ударного разогрева газовых микропузырьков эмульсионного ВВ возрастает. Для обеспечения полноты инициирования температура в «горячих точках» не должна быть меньше 1700-1800°С, а такие температур ы достигаются при dпд > 40 мм. Одним из важнейших технологических параметров промежуточных детонаторов является минимальная длина. Для ее определения будем исходить из двух очевидных условий [89]: - процесс динамического сжатия эмульсионного ВВ должен охватить все поперечное сечение колонки скважинного заряда; - режим динамического сжатия эмульсионного ВВ должен обеспечить максимально возможную температуру ударного разогрева газовых микропузырьков эмульсионного ВВ (образование «горячих точек»). При расширении продуктов детонации промежуточного детонатора (линия АВ) перед ними образуется зона уплотнения эмульсионного ВВ 66 (рисунок 16), фронт которой (линия АС) достигает стенки скважины через время (t1): t1 R СКВ r0 , c ЭВВ (2.40) где сэвв – скорость звука в эмульсионном ВВ, м/с. В результате чего в микропузырьках газа резко возрастает температура. Рисунок 16 - Образование зоны уплотнения при инициировании скважинного заряда эмульсионного ВВ Раскаленные газовые микропузырьки являются «горячими точками», инициирующими химическую реакцию термического разложения горючих компонентов эмульсионного ВВ. А так как радиальная скорость динамического сжатия эмульсионного ВВ существенно ниже скорости распространения фронта детонации вдоль промежуточного детонатора, в эмульсионном ВВ возникает косой фронт детонации, линейная скорость которого вдоль колонки скважинного заряда соответствует скорости детонации промежуточного детонатора (рисунок 17). 67 Рисунок 17 - Распространение детонационного фронта при инициировании скважинного заряда эмульсионного ВВ Время которое необходимо для образования зоны уплотнения в заряде эмульсионного ВВ определяется зависимостью [90]: ЭВВ t 2 4 g 10 h ЭВВ ЭВВ 2 2 2 Rmax r02 Rma [ R ПД (*) , (2.41) где ρЭВВ плотность эмульсионного ВВ, кг/м3; hЭВВ - высота колонки заряда над промежуточным детонатором, м; Rmax - максимальный промежуточного детонатора радиус в расширения продуктов детонации ВВ при давлении, промежуточного детонатора эмульсионном соответствующем давлению колонки заряда, м. Соответственно, минимальная длина необходимая для инициирования скважинного заряда ЭВВ при заданном диаметре заряда и промежуточного детонатора определится: 68 LПД t1 t 2 DПД , (2.42) где DПД - скорость детонации взрывчатого вещества промежуточного детонатора, м/с. На основании расчетов длины и массы промежуточного детонатора для инициирования эмульсионного ВВ получены зависимости длины и массы промежуточного детонатора при заданном диаметре, которые представлены на рисунках 18,19. Рисунок 18 - Зависимость длины промежуточного детонатора от диаметра Рисунок 19 - Зависимость массы промежуточного детонатора от диаметра 69 2.2 Исследование влияния диаметра заряда и параметров промежуточного детонатора на скорости детонации скважинных зарядов эмульсионных ВВ Одной из основных практических характеристик ЭВВ является скорость детонации, которая может изменяться в широких диапазоне от 2000 до 6000 м/с и зависит от плотности ЭВВ. Режимы детонации в зависимости от действия различных факторов (температура, давление, плотность и др.) наиболее изучены для индивидуальных ВВ. Детонация эмульсионных ВВ происходит несколько иначе, чем твердых. Высокое значение (до 8000 м/с) соответствует теоретической гидродинамической скорости, тогда как низкая скорость детонации, равная примерно 2000 м/с, ненамного превышает скорость звука в этих веществах. Слабые первичные инициирующие импульсы всегда возбуждают детонацию низшего порядка, которая в благоприятных условиях переходит в высокоскоростную. К тому же мощность взрыва ЭВВ всегда в большей степени зависит от мощности инициатора и вида оболочки, чем для смесевых ВВ. Скорость детонации для одного и того же взрывчатого вещества может быть различной и зависит от химического состава и структуры ВВ, диаметра заряда и плотности взрывчатого вещества. При исследовании зависимости скорости детонации от различных факторов обнаруживаются существенные различия для индивидуальных и смесевых ВВ. Такое различие объясняется разными механизмами развития процесса детонации. В мощных индивидуальных ВВ фронт детонационной волны считается гомогенным, и сильная ударная волна, распространяющиеся по заряду, сжимает впереди лежащие слои ВВ, вызывая их разогрев и химические превращения. Такой механизм возбуждения детонации называется «гомогенным». Достаточный для возбуждения реакции разогрев слоя ВВ согласно расчетам, может произойти при скоростях детонаций 6000 - 8000 м/с. Гомогенный процесс соответственно характерен для ВВ, обладающих высокой степенью сплошности. Возбуждение 70 устойчивого процесса при меньших скоростях детонации более вероятно не по механизму гомогенного разогрева, а путем разогрева отдельных очагов в сечении заряда ВВ, в которых концентрируется энергия ударной волны. Такими локальными очагами могут явиться пузырьки газа, нагревающиеся при сжатии до очень высокой температуры, а также различного рода включения, вызывающие неравномерность движения массы, внутреннее трение и вследствие этого сильный местный разогрев. Этот механизм так же присутствует в менее выраженном виде и в случае гомогенного процесса. Для возбуждения детонации ударная волна должна иметь параметры (в первую очередь скорость детонации), которые необходимы для образования химической реакции за фронтом. Поэтому для определения закономерностей, возбуждения детонации скважинных зарядов эмульсионных ВВ уменьшенного диаметра, необходимо знать величину скорости инициирующей ударной волны (скорость детонации промежуточного детонатора), необходимую для возникновения детонации, и зависимость данной скорости от характеристик основного заряда. Непосредственное определение скорости ударных волн, возникающих в инициируемом заряде, является сложной задачей. Однако о скорости ударной волны можно судить по детонации инициируемого заряда, при этом должна быть запись действительной скорости. О скорости ударной волны, возникающей в начале инициируемого заряда, можно также судить по скорости детонации промежуточного детонатора заряда. Хотя скорость ударной волны, возникающей в начале основного заряда, не равна скорости детонации промежуточного детонатора, она должна быть однозначно связана с ними. Чем больше скорость детонации промежуточного детонатора, тем при прочих равных условиях скорость ударной волны, возникающей в инициируемом (основном) заряде, будет больше [12,19,21,36,65]. Для исследования промежуточного влияния детонатора на диаметра скорость заряда детонации и параметров были проведены 71 экспериментальные взрывы в условиях карьера ЗАО «Семиозерское КУ». Испытания проводились в два этапа. На первом этапе эксперимента определяется влияние диаметра заряда на скорость распространения детонационной волны при постоянной величине инициирующего импульса (длины, диаметра, массы промежуточного детонатора). Измерения проводились в скважинах диаметрам 115, 125 мм. На втором этапе определялось влияние величины инициирующего импульса (длины, диаметра, массы промежуточного детонатора) на скорость распространения детонационной волны по длине колонки заряда скважинного заряда диаметром 115, 125 мм. Параметры скважинных зарядов для проведения экспериментов представлены в таблице 5. Таблица 5 – Параметры скважинных зарядов при проведении эксперимента. № Тип ρВВ, измер ВВ кг/м3 мм dскв, Lскв, Lзар, Mз, mпд, lпд, dпд, м м кг кг мм мм Форма ПД 1,1 125 16,5 14,0 195 1,5 650 50 У 2 1,1 125 16,5 14,0 190 1,5 210 100 С 3 1,1 115 16,4 14,0 200 1,5 210 100 С 4 1,1 115 50 У 1,05 125 17,7 15,0 210 1,0 210 100 С 1,05 125 17,7 15,0 180 1,0 420 50 У 1,05 115 16,0 13,0 165 1,0 210 100 С 1,05 115 16,0 13,0 165 1,0 420 50 У 9 1,1 125 14,0 12,0 180 0,5 210 50 У 10 1,1 115 16,0 14,0 190 0,5 210 50 У 11 1,05 125 16,0 14,0 160 0,5 210 50 У 5 6 7 8 Сибирит - 1200 1 6,5 4,5 120 1,0 420 Примечание: ρВВ – плотность ЭВВ, кг/м3; dскв – диаметр скважины, мм; Lскв длина скважины, м; Lзар – длина заряда, м; Mз – масса заряда, кг; mпд – масса 72 промежуточного детонатора, кг; lпд – длина промежуточного детонатора, мм; dпд – диаметр промежуточного детонатора, мм Для измерения скорости детонации скважинных зарядов ЭВВ использовался измерительный комплекс DataTrapII (рисунок 20). Рисунок 20 – Измерительный комплекс DataTrapII Принцип работы комплекса DataTrapII заключается в следующем. При перемещении фронта детонационной волны от патрона – боевика к устью скважины, проводник, помещенный в скважину разрушается, при этом по мере уменьшения длины проводника, меняется его электрическое сопротивление. Проводник состоит из внешней оплетки и внутреннего кабеля, которые разделены между собой пластиковой оболочкой и обладает постоянным одинаковым сопротивлением на любом участке, при взрыве замыкание проводов происходит за счет реакции ионизации, что позволяет электрическому току приблизительно 5 В, формируемому встроенным аккумулятором DataTrapII, течь по контуру проводника и производить измерение сопротивление проводника. По мере разрушения проводника в скважине регистратор автоматически фиксирует точки – значения сопротивления проводника с установленной 73 оператором частотой. Расчетное значение проводника при его разрушении детонационным фронтом определяется как: R rl – сопротивление проводника S где, r – удельное сопротивление проводника, Ом м ; l – длина проводника, м ; S – площадь сечения проводника, м 2 ; Записанные прибором экспериментальные точки несут в себе данные о том, как изменяется сопротивление по колонке заряда, то есть, в определенный момент времени и известной длине автоматически рассчитывается скорость детонации. Максимальная для прибора и наиболее подходящая для определения скорости детонации частота 10 МГц, что равняется 10 миллионам экспериментальных точек в секунду. Считая, что взрыв в скважине длится порядка нескольких миллисекунд несложно подсчитать примерное количество экспериментальных точек, которое будет составлять порядка 20 – 50 тысяч точек. Такое количество данных обеспечивает высокую точность построения экспериментальных зависимостей. Основополагающим и обязательным фактором записи скорости детонации при массовых взрывах – это обратное инициирование ВВ, иначе измерение скорости с помощью прибора DataTrapII будет не возможно. Начало работы необходимо производить в день зарядки скважин (в случае производства массового взрыва на следующий день после зарядки), регистрирующий проводник размещают в скважине, предварительно прикрепив его к боевику, возможно использование совместно ДШ при условии расположения проводника на противоположной стороне скважины, но лучше применять электрические или неэлектрические схемы инициирования скважинных зарядов. Затем производится зарядка скважины основным ВВ (рисунках 21,22). 74 Рисунок 21 - Схема расположения измерительного кабеля (PROBECABLE) в зарядной камере Регистрирующий проводник перед размещением в скважине замыкают накоротко, после размещения в скважине его соединяют с коаксиальным кабелем RG – 58 и в день производства взрыва кабель соединяют с одним из 8 входных гнезд комплекса DataTrapII. Прибор выполнен в специальном влагопылезащищенном, ударопрочном корпусе, что позволяет размещать его на расстоянии меньшем, чем предписывают ЕПБ при ведении ВР для людей и должно быть не менее 100 м от ближайшего ряда скважин при условии размещения прибора в укрытии (за негабаритными валунами или в месте защищенном от прямого попадания разлета кусков породы). Емкости встроенной аккумуляторной батареи хватает на 8 часов работы прибора в режиме ожидания события (взрыва), что с легкостью обеспечивает осуществляется с помощью программного заблаговременную установку прибора. Настройка DataTrapII обеспечения поставляемого вместе с аппаратом на ПК. Аппарат оснащен памятью размером 512 Мб, что обеспечивает 26,8 с записи при максимальной скорости 10 МГц. Понятно, что для взрыва достаточно гораздо меньшее время, 75 поэтому DataTrapII способен хранить в памяти до 32 тестов при записи на 1 из 8 каналов, при записи на 8 каналов одновременно количество тестов убывает пропорционально. Режим записи VOD (velocity of detonation) – данных является режимом записи скорости детонации и может применяться как для регистрации в 1 (рисунок 22) скважине так и для нескольких скважин при последовательной прокладке кабеля, при условии, что сопротивление на 1 канале прибора должно быть в диапазоне от 50 до 3000 Ом. При несоответствии сопротивления данному диапазону прибор выдаст предупредительный сигнал, подсветив индикатор TRIG’D. Если сопротивление соответствует данному диапазону, и индикатор STATUS мигает равномерно, то аппарат можно переводить в режим ожидания события (взрыва) нажав кнопку NEXT TEST, а затем кнопку START, если все выполнено верно, то прибор перейдет в режим ожидания события (взрыва), подсветив соответствующий индикатор. Так, как после нажатия кнопки START прибор ведет постоянное «сканирование» проводника подавая постоянный ток 5 В, поэтому для начала записи устанавливается так называемый «триггер» и его значение по умолчанию равняется 95% от 5 В т.е. 4,75 В и при его срабатывании на графике выставляется точка отсчета по времени «0», но для достижения данного значения напряжения должно сработать некоторое количество регистрирующего проводника, которое зависит от его длины (сопротивления), чем больше длина проводника, тем больше метров его длины должно быть вовлечено в реакцию детонации. Поэтому в программном продукте DataTrapII предусмотрена настройка объема памяти в зависимости от длины кабеля который прореагирует до «триггера» и определяется по формуле: 2(V Т % V ) L , V (2.43) где V - напряжение подаваемое DataTrapII на проводник приблизительно 5 В; Т % - значение «триггера»; L - длина проводника. После проведения испытаний обработку результатов осуществляют на компьютере, используя специализированное программное обеспечение, 76 поставляемое вместе с комплексом. Результаты обработанных измерений представлены на рисунках 23-33. Рисунок 22 - Конструкция скважинного заряда для регистрации скорости детонации: А) – линейный промежуточный детонатор; Б) – сосредоточенный промежуточный детонатор. Рисунок 23 - Конструкция промежуточного детонатора удлиненной формы массой 1,5 кг из 3 патронов Sinatel Powerfrag 77 Рисунок 24 - Конструкция промежуточного детонатора сосредоточенной формы массой 1,5 кг из 3 патронов Sinatel Powerfrag Рисунок 25 - График изменения скорости детонации по длине заряда Сибирита1200 при его инициировании сосредоточенный промежуточным детонатором, (диаметр заряда – 125 мм). 78 Рисунок 26 - График изменения скорости детонации по длине заряда Сибирита1200 при его инициировании линейным промежуточным детонатором, (диаметр заряда – 125 мм). Рисунок 27 - График изменения скорости детонации по длине заряда Сибирита1200 при его инициировании сосредоточенный промежуточным детонатором, (диаметр заряда – 115 мм) 79 Рисунок 28 - График изменения скорости детонации по длине заряда Сибирита1200 при его инициировании линейным промежуточным детонатором, (диаметр заряда – 115 мм) Рисунок 29 - График изменения скорости детонации по длине заряда Сибирита1200 при его инициировании сосредоточенный промежуточным детонатором, (диаметр заряда – 125 мм) 80 Рисунок 30 - График изменения скорости детонации по длине заряда Сибирита1200 при его инициировании линейным промежуточным детонатором, (диаметр заряда – 125 мм) Рисунок 31 - График изменения скорости детонации по длине заряда Сибирита1200 при его инициировании линейным промежуточным детонатором, (диаметр заряда – 115 мм) 81 Рисунок 32 - График изменения скорости детонации по длине заряда Сибирита1200 при его инициировании сосредоточенный промежуточным детонатором, (диаметр заряда – 115 мм) Рисунок 33 - График изменения скорости детонации по длине заряда Сибирита1200 при его инициировании линейным промежуточным детонатором, (диаметр заряда – 125 мм) 82 Значения экспериментальных данных изменения скорости детонации по колонке заряда Сибирит-1200 от различных параметров ПД представлены в таблице 6. Таблица 6 – Изменение скорости детонации по колонке заряда Сибирит-1200 от различных параметров ПД № ρЭВВ, кг/м3 dскв, мм 1 1,1 2 Параметры ПД Dэкп, м/с Δ, % 1,5 4833-6144 ±27 ~100 1,5 4330-5294 ±20 210 ~100 1,5 4225-5849 ±38 115 420 50 1,0 5270-6410 +21 1,05 125 210 ~100 1,0 4318-5531 -28 6 1,05 125 420 50 1,0 4472-5480 -22 7 1,05 115 210 ~100 1,0 4268-5622 -25 8 1,05 115 420 50 1,0 4651-5290 -13 9 1,1 125 210 50 0,5 5492-6376 +14 10 1,1 115 210 50 0,5 4960-6128 ±23 11 1,05 125 210 50 0,5 4521-5652 -21 lпд, мм dпд, мм mпд, кг 125 630 50 1,1 125 210 3 1,1 115 4 1,1 5 Примечание: Δ – отклонение измеренной скорости детонации (Dэкп, м/с) от скорости детонации указанной в технических условиях (Dт, м/с), %. Анализ экспериментальных данных показывает: - Скорость детонации ВВ по длине заряда непостоянна. Так при инициировании основного заряда ЭВВ сосредоточенным ПД стационарный процесс распространения детонационной волны устанавливается на участке 14,5 м, а при линейном – 1-6,5 м (рисунках 27,28). Это объясняется следующим образом: в условиях стационарного распространения детонации эффективная ширина зоны реакции зависит от диаметра заряда и плотности ЭВВ. При 83 инициировании взрыва начальная величина зоны реакции в значительной степени определяется геометрическими размерами детонатора — его диаметром и длиной. - При инициировании скважинных зарядов линейным промежуточным детонатором во всех измерениях на участке разгона инициирующей ударной волны наблюдается высокие значения скорости детонации 5622-6610 м/с, при этом падение скорости происходило на участке 7,5-12 м (рисунок 33). - При инициировании скважинных зарядов промежуточный детонатор сосредоточенной формы были зафиксированы участки разгона инициирующей ударной волны длиной не менее 1,5 м (скорость детонации инициирующей ударной волны составляла 3822-5622 м/с), при этом значение скорости детонации инициируемого заряда составляла 4268-5037 м/с (рисунок 31). - Независимо от формы промежуточного детонатора во всех опытах наблюдалась тенденция к падению скорости детонации в верхней части колонки скважинного заряда. Данный факт можно объснить тем, что для инициирования скважинных зарядов эмульсионные ВВ необходимо учитывать массу промежуточного детонатора. - При использовании линейного промежуточного детонатора удлинённой формы в скважинном заряде диаметром 115-125 мм скорость детонации инициирующей ударной волны составляет 6144-6610 м/с, при этом скорость инициируемого детонационным заряда составляет 4842-5849 характеристикам данного м/с, что соответствует эмульсионного ВВ (рисунки 28,30,32,33). - При применении сосредоточенного ПД диаметр, которого соизмерим с диаметром основного заряда ВВ, площадь контакта с основным зарядом увеличивается и как следствие, повышается первоначального воздействие очага взрыва. Увеличение диаметра ПД равносильно увеличению эффективной ширины зоны реакции в инициированном слое ВВ. - При инициировании скважинных зарядов диаметром 115-125 мм целесообразней использовать линейный ПД, диаметр которого больше 84 критического диаметра инициируемого заряда, а его длина должна быть больше (как показал эксперимент) 8dПД (рисунки 28,30,32,33). - Экспериментально установлено, что при равной массе промежуточных детонаторов удлиненной формы и сосредоточенной формы, первый обеспечивает стабильную скорость распространения детонационной волны по колонке заряда. 85 2.3 Выводы по главе 2 1. Показано, что основными факторами, определяющими скорость детонации скважинных зарядов эмульсионных ВВ являются геометрические параметры промежуточного детонатора (диаметр и длина при его постоянной массе); 2. Скорость инициирующей ударной волны, которую надо создавать для инициирования заряда эмульсионного ВВ зависит от его диаметра. Чем меньше диаметр скважинного заряда, тем больше должна быть скорость инициирующей волны, обеспечивающая возбуждение детонации. 3. Экспериментально установлено, что при равной массе промежуточных детонаторов удлиненной и сосредоточенной формы, первый обеспечивает более стабильную скорость распространения детонационной волны по колонке заряда. 4. Для определения геометрических параметров промежуточного детонатора скважинных зарядах эмульсионных ВВ уменьшенного диаметра необходимо учитывать условие перехода детонационной волны от промежуточного детонатора к основному заряду. 5. При выбранных параметрах промежуточного детонатора mпд=1 кг; dпд=50 мм; lпд=420 мм достигается стационарной распространение скорости детонации по колонке заряда, равной 5270 м/с+21% (рисунок 28). 86 ГЛАВА 3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХКОНСТРУКЦИЙ И ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЗОНЫ РЕГУЛИРУЕМОГО ДРОБЛЕНИЯ 3.1 Исследование влияния параметров скважинных зарядов эмульсионных взрывчатых веществ на процесс формирования зоны регулируемого дробления При взрыве заряда ВВ в горной породе можно выделить несколько зон: зону переизмельчения, дробления, трещинообразования и откольную зону в случае наличия свободной поверхности. Ближней зоной к заряду ВВ является зона переизмельчения. Радиус зоны переизмельчения составляет (1–5) Rоз радиусов заряда. На расстоянии от 1 Rоз до (5–7) Rоз ударная волна, преломившаяся в породу, переходит в волну напряжений. По результатам исследований по распространения плоской волны в различных породах установлено, что процесс изменения формы эпюры волны напряжения в ближней зоне наиболее интенсивен в породах с малой крепостью и малым динамическим пределом упругости [8-10]. В породах средней крепости (известняк, мрамор), где давление волны сжатия около заряда незначительно превышает динамический предел упругости, образуется упругопластическая волна с упругим предвестником. Упругая составляющая волны напряжения затухает медленнее, и ее скорость близка к скорости звука, а пластическая составляющая волны имеет крутой фронт и меньшую скорость, чем упругая, и быстро затухает [11]. В крепких породах (диабаз, габбро, гранит) волна распространяется практически со скоростью звука и сохраняет достаточно крутой фронт вплоть до границы ближней зоны взрыва. Эксперименты с цилиндрическими и сферическими зарядами показывают, что для всех пород начиная с расстояний (5–7) Rоз , фронт волны имеет время нарастания [11]. В известняке, мраморе, 87 граните, габбро и диабазе затухание массовой скорости с расстоянием при r 15 примерно одинаково, в сланцах и углях оно происходит медленнее. Формирование волны напряжения в таких породах происходит на расстояниях от (12÷25) Rоз до 80 Rоз , при этом происходит плавное нарастанием амплитуды напряжения до максимума, а закономерность затухания массовой скорости на фронте волны с расстоянием для всех пород становится одинаковой. На расстояниях от 80 Rоз и до 200 Rоз образуется упругая волна волна. При дальнейшем распространении волна постепенно превращается в сейсмовзрывную, которая на сравнительно далеких расстояниях от места взрыва представляет собой сложный цуг колебаний, состоящий из продольных, поперечных и поверхностных волн, последовательно следующих друг за другом [1,85]. В зоне трещинообразования под воздействием растягивающих напряжений в массиве горных пород образуются трещин радиального направления. Размеры зоны трещинообразование изменяются в пределах от 15 до 35 радиусов заряда[17,57]. При взрыве происходит расширение зарядной камеры и образование полости взрыва, переизмельчение породы вблизи стенки полости с образованием зоны дробления и примыкающей к ней зоны радиальных трещин, формирующих зону разрушения. Зоны дробления делятся на регулируемые и нерегулируемые. В регулируемые входят зоны переизмельчения, дробления и трещинообразования. К зоне нерегулируемого дробления относится зона отколообразования, в которой разрушение пород происходит по естественным трещинам. Согласно исследованиям Е.Г. Баранова, Г.М. Крюкова, П.С. Миронова, В.Н. Моснинеца, Г.И. Покровского, А.А. Черниговского, B.C. Чмыхалова, А.П. Ханукаева и др. при оценках размеров зон разрушения горных пород взрывом заряда ПВВ опирались на волновой характер формирования напряженно-деформированных состояний (НДС) в породе. При этом 88 распределение напряжений около зарядной полости описывалось соотношениями вида [11]: rr A1 r 1 B1 r где r A2 r 1 2 B2 r 2 A3 r 3 B3 r , 3 (3.1) , (3.2) r - относительный радиус заряда; rз r - радиус рассматриваемой точки породы, м; rз - радиус заряда, м; Аi и Bi - полуэмпирические коэффициенты, устанавливаемыt по результатам регистрации взрывных волн; rr - тангенциальная составляющая волны напряжения; - радиальная составляющая волны напряжения. Наибольшая эффективность буровзрывных работ на карьерах имеет место тогда, когда на процесс разрушения породы взрывом данного заряда ВВ не оказывают влияния волны, формируемые взрывом соседних зарядов. Известно [52,55,56] также, что после точечного инициирования заряда в зарядной полости происходит быстрое химическое превращение последнего в газообразные продукты детонации (ПД) путем распространения с конечной скоростью по заряду детонационной волны (ДВ) и волны разрежения (ВР) с формированием в полости высокого давления. Под действием этого давления (переменного по длине заряда) осуществляются бризантное и поршневое воздействия ПД на породу. Первым определяется (в основном) ВД породы, а также формирование взрывных волн в массиве и ударных воздушных волн (УВВ) в атмосфере. Поршневым же воздействием ПД на породы определяются (в основном) формирование пылегазовых облаков, скорость вылета забойки, скорость разлета кусков породы и развал горной массы. Оба эти воздействия и бризантное и поршневое, определяются закономерностями изменения давления ПД в зарядной полости, но мере распространения по ней ДВ и ВР, а также закономерностями развития процессов деформирования и разрушения горной 89 породы. Таким образом, указанные выше два основных процесса разрушения горной породы даже при взрыве в ней одного заряда ВВ существенно зависят от целого ряда явлений [1]: - химического превращения ПВВ в ПД; - изменений давлений ПД по длине зарядной полости в ОАВР за ДВ; - уменьшения давления ПД в зарядной полости вследствие ее расширения и их истечения в атмосферу. Для расчета радиуса зоны регулируемого дробления в работе используются подход предложенный проф. Крюковым Г.М. При взрыве заряда ВВ в породе образуется ударная волна с начальным давлением равны Рж, значение которого зависят от скорости детонации и определяются по зависимости: D 2 Pж , 1 (3.3) где D – скорость детонации, м/с; ρ – плотность ВВ. кг/м3; γ – коэффициент политропы. В породе под действием давления Рж в зарядной полости генерируется взрывная волна с некоторым динамическим НДС быстро трансформирующимся в статическое. При этом радиальное напряжение στ (вначале сжимающее), после прихода взрывной волны в заданную точку породы, переходят в растягивающее, имея порядок сжимающего напряжения σr. Данный переход из динамического напряженно деформированного состояния (НДС) в статистическое НДС и рассматривается как камуфлетный взрыв сосредоточенного заряда. При этом НДС в породе описывается уравнениями [1;86]: 2 r0 r 0 U U 0 B2 B3 , r r (3.4) 2 r c r v 2U 0 w 1 2 B1 0 B2 0 , r r0 r (3.5) 90 2 3 r0 r0 r0 r Pж B1 B2 B3 , r r r 2 3 r r r 0 0 0 Pж B1 0,5B2 0,5B3 , 1 r r r z , (3.7) (3.8) k B1 cos w 1 sin w e k1 , w (3.9) B2 2 1 2 sin w e k1 , (3.6) (3.10) B3 1 1 2 sin w cos w e k1 , (3.11) где U и v —соответственно радиальные перемещение, м и скорость частиц породы, м/с; σr, στ, σz — соответственно нормальные радиальные, тангенциальные и вертикальные напряжения; τ – время воздействия взрывной волны на породу в точке, расположенной на расстоянии r от центра заряда, мс; 1 2 c p w 1 r0 t r r0 c - частота колебания грунта; - время действия взрывной волны на породу в точке расположенной на расстоянии r от центра заряда, мс; U0 Pж r0 1 - начальное смещение частиц порода, м; 2E μ – коэффициент Пуассона; Е – модуль Юнга, МПа; k1 1 2 c p ; 1 r0 ср – скорость распространения продольных волн в породе, м/с. Решения уравнений (2.45-2.49) представленные в работах [1;54], позволило установить, что формирование в породе статического НДС 91 полностью определяется радиальными скоростями и перемещениями частиц среды под действием давления Рж в сферической полости. При динамическом деформировании упругой среды постоянным давлением Рж, мгновенно сформировавшимся в бесконечной круговой цилиндрической полости радиуса r0 установлено, что компоненты неуравновешенного НДС на переднем фронте цилиндрической упругой волны, распространяющейся по граниту со скоростью ср, от зарядной полости равны: r Pж где v0 r0 r ; z r ; v v0 0 , r 1 r (3.12) Pж - радиальная скорость смещения частиц, м/с; пор с p r – радиус рассматриваемой точки породы относительно оси полости, м. Из (2.53) следует, что на фронте распространяющейся волны все напряжения, сжимающие, и имеют один порядок, потому этот фронт в принципе не может быть одновременно и фронтом разрушения гранита. Таким образом, НДС быстро переходит в уравновешенное статическое состояние, и с учетом решения Ляме определяется: 2 2 r r r Pж 0 ; Pж 0 ; z 0 , r r (3.13) При этом радиальная компонента скорости частиц породы определяется в виде: v A1v 0 r0 , r (3.14) где А1 – коэффициент, являющийся функцией только τ и μ; r – радиус рассматриваемой точки породы относительно оси полости, м. С учетом уравнений (2.54,2.55) в [53] полечено общее решение уравнений, которые определяют НДС с изменяющимся давлением в цилиндрической полости, удовлетворяет всем начальным и граничным условиям: 92 2 k k r e 1 3 0 1 1 e k1k3 r0 1 e k1k3 r k3 r , r Pж 1.5 0.5 k k r0 1 r 1 e k1k3 0 e k1k3 e 1 3 r k3 r (3.15) 2 k k r 1 k1k3 r0 0 1 3 e 1 e 1 e k1k3 1 r k3 r Pж 1.5 0.5 k k r0 1 k k r 0 . 5 k k 0 1 3 1 3 e 1 e e 1 3 1 r k3 r 2 2 r U 0 0.5 k1k3 k1k3 r0 U 21 e e 1 e k1k3 0 , k 3 r r z r ; k 3 1 , (3.16) (3.17) 2Pж 1 , E (3.18) Размер зон разрушения при формирования напряженно-деформируемого состояния в породе около зарядной полости при взрыве заряда ВВ процесс разрушения определяется формирующихся в породе статическими вокруг распределениями взорванных напряжений, зарядов определяются соотношениями [54]: rпереизм r0 Pж мд ; rдр где rз – радиус заряда, м; Pж сдв ; rтр rз Pж 2 раст , (3.19) мд 1300 1 0.079 f 15 0.0019 f 152 , МПа; τсдв – предел прочности на сдвиг, МПа; σраст – придел прочности на растяжение, МПа. При этом ширина зоны регулируемого дробления определяется: ар = 2rтр Как уже было отмечено в первой главе, все эмульсионные ВВ имеют зависимость скорости детонации по длине колонке заряда от плотности и диаметра. Вследствие чего происходит не равномерное распределения плотности ЭВВ в скважине, а это отразится на равномерности формирования зон разрушения, в частности зоны регулируемого дробления. Таким образом зная 93 исходную плотность эмульсионного ВВ и фактическую скорости детонации по длине колонке заряда и подставляя значения (2.54) в (2.61) можно рассчитать фактические размеры зоны регулируемого дробления, которые образуется при взрыве скважинного заряда. Результаты расчетов представлены в таблицах 7-8 на рисунках 34-35. Таблица 7 - Значение радиуса трещинообразования при взрыве скважинного заряда эмульсионное ВВ Сибирит - 1200 ρвв=1,1 кг/м3 d, мм 0,115 0,125 L, м D, м/с rтр, м D, м/с rтр, м 0 5190 1,72 6600 2,19 1 5180 1,72 6200 2,06 2 5170 1,72 5450 1,81 3 5150 1,71 5360 1,78 4 5060 1,68 5310 1,76 5 5000 1,66 5270 1,75 6 4900 1,63 5120 1,7 7 4820 1,6 4960 1,65 8 4750 1,58 4870 1,62 9 4660 1,55 4710 1,57 10 4580 1,52 4620 1,54 11 4480 1,49 4510 1,5 12 4360 1,45 4400 1,47 94 Рисунок 34 – Изменение радиуса зоны трещинообразования по длине колонке заряда Таблица 8 - Значение радиуса трещинообразования при взрыве скважинного заряда эмульсионное ВВ Сибирит - 1200 ρвв=1,05 кг/м3 d, мм 0,125 0,115 L, м D, м/с rтр, м D, м/с rтр, м 0 5780 1,88 5210 1,7 1 5730 1,86 5210 1,7 2 5550 1,8 5100 1,66 3 5370 1,74 5070 1,65 4 5170 1,68 4950 1,61 5 4950 1,61 4800 1,56 6 4700 1,52 4670 1,52 7 4500 1,46 4530 1,47 8 4270 1,38 4390 1,43 9 4070 1,32 4250 1,38 10 3820 1,24 4120 1,34 11 3600 1,17 3980 1,29 12 3400 1,11 3850 1,25 95 Рисунок 35 – Изменение радиуса зоны трещинообразования по длине колонке заряда 96 3.2 Выбор и обоснование конструкции скважинных зарядов эмульсионных взрывчатых веществ Изменение конструкции скважинного заряда представляет широкие возможности для управления процессом разрушения горных пород и пород взрывом. Управление процессом детонации ВВ в зарядной камере достигается, помимо изменения скорости детонации самого ВВ, применением зарядов различной конструкции: с воздушными осевыми промежутками, радиальными воздушными промежутками или инертными заполнителями. Эти методы изменяют давление на фронте волны и продолжительность его существования. Отдельной областью управления процессом детонации и давлением продуктов взрыва в зарядной камере следует считать ряд приемов, связанных с изменением инициирования удлиненных зарядов ВВ. Следует прежде всего выделить метод инициирования зарядов ВВ в нескольких точках: с увеличением числа точек инициирования до трех-четырех давление на фронте волны напряжения повышается на 25- 40%, а импульс взрыва увеличивается на, 20-70%. При этом снижается время нарастания напряжений, а удельный расход ВВ снижает­ся на 10-20%.Все скважинные заряды, применяемые на карьерах, в энергетические зависимости показатели от факторов, взрывного определяющих импульса временные разделяются на и три группы [35]. К первой группе относятся скважинные заряды, в которых изменение временных характеристик взрывного импульса достигается изменением пространственного расположения скважин и рассредоточением зарядов в них. К этой группе относятся следующие заряды: - Сплошной наряд вертикальных скважин (рисунок 36, а). Данный заряд рекомендуется применять при взрывании обводненных пород; крепких пород. требующих высокого удельного расхода BВ, когда заряд занимает все выбуренное пространство; легкодробимых трещиноватых пород, когда взрывом 97 необходимо лишь несколько сместить горные породы. Заряда данной конструкция улучшает дробление взорванной горной массы и состояния подошвы уступа взрывание. - Заряды, рассредоточенные инертными материалами (рисунок 36, б) или воздушными промежутками (рисунок 36, в). Применение заряда, рассредоточенного инертным промежутком, может быть рекомендовано при взрывании в обводненных скважинах, когда необходимо приблизить заряд к верхней части уступа. Акад. Н.В. Мельников рекомендует применять скважинный заряд, рассредоточенный воздушными промежутками, при взрывании всех типов необводненных горных пород, изменяя величину воздушного промежутка в зависимости от крепости горных пород и длины скважинного заряда [67,68,72,73]. Ко второй группе относятся скважинные заряды, в которых энергетические и силовые параметры импульса изменяются путем подбора типа ВВ, рационального положении детонатора и применения сближенные скважин.К данной группе относятся следующие конструкции зарядов: - Сплошной заряд (рисунок 36, е), в котором в нижней части размещено ВВ, обладающее большой энергией взрыва. Комбинированные заряды имеют очень широкое распространение на обводненных и слабообводненных карьерах. Их преимущество заключается в хорошем сочетании водоустойчивости и увеличенного запаса энергии взрыва в нижней части уступа. Применяются они при наличии определенного ассортимента ВВ во всех типах пород. - Сплошной заряд или рассредоточенный заряд с нижним или двухсторонним инициированием ВВ (рисунок 36, г-д). Данные заряды обеспечивают благоприятное развитие ноля напряжения и равномерное разрушение всего массива. Они могут успешно применяться при электрическом взрывании и взрывании ДШ. 98 К третьей группе относятся скважинные заряды, в которых изменение энергетических и силовых параметров импульса достигается за счет изменения формы зарядной полости. К таким относятся следующие типы зарядов: - Скважинный заряд со сферическим котлом в области труднодробимого пласта (рисунок 36, з); - Котловой скважинный заряд цилиндрической формы (рисунок 37, ж); Рисунок 36 - Основные конструкции скважинных зарядов: 1 – взрывчатое вещество; 2 – забойка; 3 – точка инициирования (промежуточный детонатор); W – ЛНС; Lпер – величина перебура; Ну – высота уступа 99 Известно, что импульс взрыва, являющийся количественной характеристикой превращения энергии ВВ в полезные формы механической работы и проявляется в основном в бризантном и квазистатическом действии его на разрушающий массив горных пород. Формы работы, в которых проявляется бризантное действие взрыва, сильно зависят от скорости детонации ВВ и обусловливаются максимальной величиной детонационного давление Pmах: ВВ D 2 , Pmax 1 (3.20) Квазистатическое действие взрыва пропорционально энергии взрыва и определяет механическое действие продуктов взрыва на массив. В зарядных камерах, в которых происходит взрыв заряда ВВ, должны быть созданы благоприятные условия для рационального использования процесса расширения продуктов взрыва и поддержания их высокого давления до завершения разрушения массива в заданных пределах. Поскольку процесс разрушения пород осуществляется не мгновенно, а с определенной задержкой во времени, обусловленной их физико-механическими свойствами, вполне очевидно, что высокое давление во взрывной полости должно поддерживаться на протяжении всего времени, необходимого для разрушения и отброса взорванной массы. Идеальным режимом взрывчатого разложения заряда ВВ в зарядной полости можно было бы считать такой режим, при котором время завершения полноты реакции соответствовало бы времени разрушения массива горных пород. Другими словами, режим детонации и завершения взрывного разложения должен быть селективным, связанным с условиями протекания взрыва, а именно: в более прочных и вязких, трудно разрушаемых породах процесс взрывчатого разложения по времени должен быть продлен до тех пор, пока давление газов не преодолеет минимальное значение сопротивления массива. В более податливых породах, разрушение которых потребует меньшего суммарного значения фугасных и бризантных форм работы, период 100 взрывчатого разложения заряда должен быть соответственно меньшим и при этом не исключено, что часть ВВ не успеет прореагировать и будет частично разбросана, не подвергшись взрывчатому разложению. В работе [18] рекомендуется метод управления параметрами взрыва за счет специальной конструкции заряда, в котором осуществлена селективная детонация энергетических слоев, состоящих из взрывчатых веществ, первый слой представляет собой ВВ промежуточного детонатора удлиненной формы, который инициируется капсуль-детонатором, второй - инициируемое эмульсионное ВВ, детонация которого возникает в результате воздействия ударной волны первого слоя ВВ (промежуточного детонатора). Заряд данной конструкции учитывает детонацию каждого слоя ВВ, где скорость детонации второго слоя ВВ будет выше значений скорости детонации первого слоя. Исходя, из рассмотренных конструкций скважинных зарядов рекомендуем к внедрению скважинный заряд в нижней части, которого располагается два взрывчатых вещества. Конструкция нижней части заряда представлена на рисунке 37. Рисунок 37 – конструкция нижней части скважинного заряда: 1-первое взрывчатое вещество (основной заряд); 2-второе взрывчатое вещество (промежуточный детонатор). Такая конструкция заряда позволяет обеспечить стационарный режим детонации заряда эмульсионного ВВ в зарядной полости, при котором время завершения реакции взрывчатого превращения была меньше или равна 101 акустическим свойствам разрушаемого массива, что приведет к повышению эффективности взрывных работ. Важным условием повышения эффективности использования энергии взрыва зарядов ВВ описанной конструкции является возможность их применения в скважинах, заполненных водой. Для обоснования выбранной конструкции были проведены экспериментальные исследования развития скорости детонации донной части заряда (расположения промежуточного детонатора). На рисунке 38 представлена зависимость измеренной скорости детонации по длине заряда. Рисунок 38 - зависимость измеренной скорости детонации по длине заряда донной части Анализ полученных результатов показывает, что предложенная конструкция донной части заряда позволяет повысить скорость детонации в перебуре до значений 6410-6479 м/с. Это позволит надежно инициировать основной заряд [19]. 102 3.3 Выводы по главе 3 1. На основании сопряжения зон трещинообразования от одиночных зарядов предложены параметры расположения сетки скважинных зарядов применительно к условиям карьера ЗАО «Семиозерского карьероуправление». 2. На основе экспериментально полученных значениях скорости детонации предложена конструкция скважинного заряда, которая обеспечить идеальный режим детонации заряда эмульсионного ВВ в зарядной полости 3. Теоретически показано, что радиус зоны регулируемого дробления имеет линейную зависимость от скорости детонации эмульсионного ВВ по длине колонке заряда. 4. На основе численного расчета получены зависимости изменения радиуса зоны регулируемого дробления от скорости детонации по длине колонке заряда. 103 ГЛАВА 4 ОПЫТНО – ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗРЫВНОЙ ПОДГОТОВКИ ГОРНОЙ МАССЫ К ВЫЕМКИ ЗАРЯДАМИ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВВ ДЛЯ УСЛОВИЙ КАРЬЕРА ЗАО «СЕМИОЗЕРСКОЕ КУ» 4.1 Разработка методики проведения опытно-промышленных испытаний Рассмотрим основные сведения о горно-геологических условиях месторождения, физико-механические свойства слагающих его пород и существующую технологию производства взрывных работ, представленную в «Типовом проекте на производство буровзрывных работ на карьере месторождения гранитов «Семиозерское КУ». Общие сведения о месторождении. Карьер гранитов, разрабатываемый Гавриловским щебеночным заводом, принадлежащие Октябрьской ж.д. и отданный в аренду ЗАО «Семиозерское карьероуправление» расположен в северо-западной части Карельского перешейка на территории Выборгского района Ленинградской области, на расстоянии 20 км. от города Выборга. Добыча гранитов в карьере производится буровзрывным способом с целью дальнейшего его дробления на щебень различных фракций, который используется для строительных работ. Годовый объем добычи - 350 тыс.м в плотном теле. Снятие вскрыши, подготовка блоков к бурению осуществляется механическим способом. Климат района умеренно-континентальный. Средняя температура года 7°С, в летний период +15 – 17 °С (июнь-август), в зимний период -7°С - 8°С (декабрь-февраль). Устойчивый снеговой покров наблюдается с ноября по март, средняя его высота 48 см. преобладающее направление ветра-западное. Максимальная глубина промерзания грунта зимой- 120см. 104 Рельеф, геология и гидрогеология. Месторождение охватывает две возвышенности, разделенные болотистой впадиной. Абсолютные отметки поверхности находятся в пределах от 22,0 м до 45,0 м. Поверхность месторождения частично покрыта хвойными и лиственными лесами. В строении полезной толщи месторождения доминируют гранитоиды, среди которых преобладают граниты и гранодиориты, в меньшей степени присутствуют кварцевые диориты, граносиениты, пегматиты и аплиты. В массиве преобладают крутопадающие трещины северо-западного и северо-восточного простирания, располагаются трещины на расстоянии от 0,2 м до нескольких метров друг от друга. Категория трещиноватости гранитов по МКВД-III-IV. Трещины, в основном, вертикальные, расстояние между ними 0,5-10 м. Граниты относятся к Х группе грунтов по шкале СНиП. Коэффициент разрыхления – 1,5. Вскрышные породы на не вскрытой карьером площади сложены суглинками, супесями, грубыми песками с включениями валунов, гальки и гравия до 30-40%, мелко- и тонкозернистыми песками, ленточными глинами и суглинками, глыбами, щебнем и дресвой, перемешанными с песчаноглинистым материалом, торфяно-болотными отложениями и почвенно- растительным слоем. Мощность вскрыши изменяется от от 0 до 14,2 м.м, средняя - 4,3 м, в том числе почвенно-растительный слой - 0,2 м. Граниты относятся к IX-X группе крепости по шкале СНиП. В различных частях карьера крепость гранита значительно меняется Объемный вес в плотном теле-2,7 т/м. Коэффициент разрыхления после взрыва- 1,6. Среднее водонасыщение -0,1%. Максимальное сопротивление сжатию - 2507 кг/см. Физико-механические свойства пород Каменногорского месторождения характеризуются довольно высокими параметрами, основные из которых представлены в таблице 9. 105 Таблица 9 - Физико-механические свойства пород месторождения «Семиозерского КУ» Показатели Единицы измерения Наименование породы Объемная масса т/м3 2,67-2,7 Плотность т/м3 2,68-2,72 Коэффициент крепости по М.М. 12-14 Протодьяконову Категория по СНиП IV-5-82 Категория по Единой шкале буримости Категория по трещиноватости по Классификации Межведомственной комиссии по взрывном делу Х XVI-XVIII среднетрещиноватые (крупноблочные) и мало трещиноватые (весьма крупноблочные) породы III - IV категорий Акустический показатель 0,4-0,6 трещиноватости Категория по взрываемости по Межотраслевой VI-VII классификации Месторождение гранитов значительно обводнено. Питание грунтовых вод происходит в основном за счет фильтрации атмосферных осадков. Водоприток в 106 карьер в паводковые периоды достигает 580 м3/час. Обводненность скважин 50%. Горнотехнические условия разработки месторождения. В карьере принята система отработки с переменной рабочей зоной и внешними отвалами вскрышных пород. На вскрыше и добыче применяется цикличная технология с использованием экскаваторной погрузки и автомобильного транспорта. Добычные работы ведутся на гор.+24,+12,-3,-18м. Разработка гранитов осуществляется с предварительным их рыхлением буровзрывным способомметодом вертикальных скважинных зарядов. Граниты отрабатываются уступами высотой от 10 до 15м. Средняя высота уступов-12м. Угол откоса рабочего уступа 800. Размер кондиционного куска в наибольшем измерении - 700 мм. Бурение скважин производится станками СБШ-250 МН А-32 с диаметром долота 244,5мм, могут применяться долота диаметром 215,9мм.Питание буровых станков электроэнегией производится от электролинии карьера через передвижные трансформаторные подстанции и силовые распределительные шкафы. На карьере применяется автономный буровой станок типа Atlas Copko с диаметром коронки 115 и 125 мм. Схема расположения скважин представлена на рисунке 39 Рисунок 39 - Схема расположение на уступе скважинных сплошных колонковых зарядов. 107 Общий выход негабарита составляет 7%. Дробление негабарита осуществляется методом накладных и шпуровых зарядов. Существующая технология и параметры БВР на гранитных карьерах. Дробление горных пород на карьерах ОАО «Семиозерское КУ» осуществляются взрывным способом. Месторождения отрабатываются уступами высотой 12 м, план карьера представлен на рис. 39. Заряды ВВ размещаются в скважинах диаметром от 115 до 250 мм. Средний расход ВВ составляет от 0,9-1,2 кг/м3. Схема инициирования и монтажа взрывной сети диагональная и диагонально-клиновая представлена на рисунках 40-41. В качестве забойки скважинных зарядов применяется буровой шлам. Рисунок 40 - Схема инициирования и монтаж взрывной сети при использовании не электрической системы инициирования 108 Рисунок 41 Схема инициирования и монтаж взрывной сети при использовании детонирующего шнура Взрывчатые вещества и средства инициирования. При ведении взрывных работ на карьере используются следующие взрывчатые вещества: - граммонит 79/21, аммонит 6ЖВ (порошкообразный и патронированный), эмульсионные ВВ Сибирит – 1200 и другие, допущенные для этих целей Ростехнадзором России. Обводненные скважины заряжаются эмульсионными ВВ, гранулотолом и т.д. Слабообводненые скважины заряжаются комбинированными зарядами из водоустойчивых и неводоустойчивых ВВ. Для дробления негабарита используется аммонит 6ЖВ (порошкообразный и патронированный). В качестве средств инициирования на карьере применяются: 109 - детонирующий шнур типа ДШЭ-12, электродетонаторы мгновенного и короткозамедленного действия (ЭД, ЭДКЗ), неэлектрические системы инициирования типа Эдилин, пиротехнические реле типа РП-8, РПЭ-2, и другие, допущенные для этих целей Ростехнадзором России. В качестве промежуточных детонаторов используются: - патроны эмульсионного ВВ марки Sinatel Powerfrag, тротиловые шашки Т-400Г, тротило-гексогеновые шашки ТГФ-850, ТГ-П300, ТГ-П600, ТГ-П850, сенсибилизированные тротиловые шашки ТС-500Л и другие, допущенные для этих целей Ростехнадзором России (табл.10). Таблица 10 - Основные характеристики эмульсионного ВВ применяемого на карьере ЗАО «Каменногорское карьероуправление» Тип ВВ Теплота Скорость взрыва, детонаци кДж/кг и км/с Плотност ь ВВ, т/м3 (г/см3) Рекоменд уемый Кислородн иницииру ый баланс ющий % заряд Минимальн ый диаметр заряжаемых скважин, мм. Сибирит 1200 Шашкадетонатор 3050 4,9-5,2 1,00-1,25 Т-400Г от -0,47 или до -4,8 аналогичн ого типа 70 110 4.2 Результаты опытно-прымышленных взрывов Одним из важнейших показателей буровзрывных работ на карьерах строительных материалов являются гранулометрический состав разрушенной горной массы и выход негабарита и отсева после дробления. По расчетным значениям параметров буровзрывных работ проведены опытные массовые взрывы. В процесс этих взрывов сравнивались параметры БВР принятые на ОАО «Семиозерского КУ» и расчетные по предложенной методике (таблица 11). Таблица 11 - Параметры БВР экспериментальных взрывов. № Плотность, г/см3 Параметры блоков 1,05 1,1 1 Порода гранит гранит гранит гранит гранит 2 скважин, мм 125 115 125 115 125 3 Высота уступа, м 14,3 15,0 15,1 15,4 13,5 3,4×3,4 3,0×3,0 3,0×3,0 3,1×3,1 3,4×3,4 2,0-3,0 2,0-3,0 2,0-3,0 2,0-3,0 2,0-3,0 1,3 1,0 1,3 1,0 1,3 17,7 16,0 16,4 16,4 14,8 3,4 3,0 3,4 3,1 3,3 18 29 28 13 25 195 255 209 178 189 4 5 6 7 8 9. 10 Сетка скважин a×b, м Забойки Величина перебура, м Глубина скважин, м ЛНС, м Количество рядов скважин Количество скважин 111 Продолжение таблицы 11 Угол откоса 11 Тип ВВ 12 80 80 Сибирит- Сибирит- Сибирит- 1200 1200 1200 1200 1200 1,05 1,1 1,1 1,05 1,1 29340 29780 Плотность ВВ, 13 14 80 уступа, град кг/м3 Удельный расход 80 80 Сибирит- Сибирит- 1,1-1,2 ВВ, кг/м3 Проектный объем 15 взрываемого блока, 32780 38120 39780 м3 По результатам массовых взрывов была проведена сравнительная оценка гранулометрического состава горной массы на основе фотопланометрического метода. Полученные результаты фракционного состава горной массы были обработаны с помощью программы WipFrag производства WipWare Inc. Canada. Данная программа разрабатывался специально для оценки гранулометрического состава взорванной горной массы. WipFrag преобразует сеть 2-D измерений в 3-D фрагменты используя для перевода заданную плотность породы, математические функции, эмпирические поправочные коэффициенты и основываясь на принципах геометрической вероятности [98,99]. Построения кривой распределения Розина-Раммлера в логарифмических координатах. Значение параметров: Ось Оy – Weight, % - выход, %; Ось Ох – Block size, m – размер раздробленных частиц, м; D10, D25, т.д. – процентный выход по размерам, с точки зрения просеивания, D10 означает такой размер отверстия сита через которое пройдет 10% от массы образца; 112 blocks – число элементов сети построенной программой WipFrag при анализе фотографии; max – максимальный размер отдельности; mean – арифметический средний размер отдельности; min – минимальный размер отдельности; mode – наиболее часто встречающийся размер отдельности; n – коэффициент однородности Розина-Раммлера, равный наклону прямой Розина-Раммлера в логарифмических координатах; stdev – стандартное отклонение размера образца; Xc – характерный размер при котором прямая Розина-Раммлера в логарифмических координатах была отсечена, эквивалентно D63,2; Xmax – отсечение 100% прохождения наклонной прямой распределения Розина-Раммлера. Фотографии развала горной массы и результаты распределения гранулометрического состава, полученные с помощью программы WipFrag, представлены на рисунках 42-49. Рисунок 42 - Развал горной массы после взрыва. Диаметр заряда 115 мм, ρВВ=1100 кг/м3 113 Рисунок 43 - Распределение гранулометрического состава развала горной массы. Диаметр заряда 115 мм, ρВВ=1100 кг/м3 Рисунок 44 - Развал горной массы после взрыва. Диаметр заряда 115 мм, ρВВ=1,05 кг/м3 114 Рисунок 45 - Распределение гранулометрического состава развала горной массы. Диаметр заряда 115 мм, ρВВ=1,05 кг/м3 Рисунок 46 - Развал горной массы после взрыва. Диаметр заряда 125 мм, ρВВ=1,1 кг/м3 115 Рисунок 47 - Распределение гранулометрического состава развала горной массы. Диаметр заряда 125 мм, ρВВ=1,1 кг/м3 Рисунок 48 - Развал горной массы после взрыва. Диаметр заряда 125 мм, ρВВ=1,1 кг/м3 116 Рисунок 49 - Распределение гранулометрического состава развала горной массы. Диаметр заряда 125 мм, ρВВ=1,1 кг/м3 Визуально оценив развал взорванной горной массы и проанализировав графики, полученные с помощью WipFrag (рис. 44,46,48,50), можно сделать вывод о том, что полученные расчетные значения параметров БВР и при применение скважинных зарядов уменьшенного диаметра (115-125 мм) плотностью 1,05 кг/м3 способствую повышению качества дробления горной массы за счет снижения выхода негабарита с 7% до 4-5%. При типовой сетке скважин 3,4х3,4 м диаметром 125 мм негабарит возможен как со стороны первого ряда, так и в зоне предразрушения, а при сетке 3,0х3,0 м для скважин диаметром 125 мм происходит уменьшение зоны предразрушения, что приводит к уменьшению выхода негабарита (рис. 47,49). Таким образом, для применяемых параметров скважинных зарядов на карьере месторождения ОАО "Семиозерское карьероуправление" рекомендуется применять на блоках сетки скважин 3,0х3,0 диаметром 125 мм негабарит снизится примерно на 3%. 117 4.3 Разработка мероприятий и рекомендаций по повышению качества дробления горной массы На основании полеченных результатов предлагаются следующие рекомендации по определению параметров БВР: Для получения заданного гранулометрического состава разрушенного массива горных пород, кроме основных параметров буровзрывных работ необходимо учитывать параметры скважинного заряда. К ним относятся диаметр заряда (скважины), скорость детонации, плотность заряжания ЭВВ, параметры промежуточного детонатора. Учитывая технологию применения ЭВВ, предлагается рассматривать данные параметры в едином комплексе. В основу предлагаемой методики положено условие возможности управления энергией взрыва за счет конструкции заряда и энергетических свойств ВВ. Осн3овными параметрами при расчете является диаметр заряда, плотность ЭВВ по длине колонки заряда и геометрические параметры промежуточного детонатора, от которых зависят все остальные параметры. Расчет этих параметров для рекомендуемых зарядов проводились с учетом типа ВВ и физико-механических свойств горного массива. Под свойствами массива в данном случае понимается пределы прочности на сжатие и растяжение, коэффициент Пуассона, скорость продольной и поперечной волны. Под параметрами заряда понимается его длина и диаметр. Под параметрами эмульсионного ВВ предопределяет его скорость детонации, критический диаметр детонации, плотность и показатель изоэнтропы ПВ. Параметры, определяющие физико – механические свойства горных пород определяются на стадии геологического изучения, а параметры определяющие механизм разрушения энергией взрыва, свойствами эмульсионного ВВ, способом заряжания и зависят от конкретных условий технологии ведения взрывных работ. В качестве конструкции заряда рекомендуется применять комбинированные заряды, где в зарядной камере располагается эмульсионное ВВ разной плотности: более плотное ВВ располагается в нижней части заряда, 118 плотности и высота колонки данной части заряда определяется с учетом длины скважинного заряда и величины перебура, а верхняя часть заряда (выше перебура) с плотностью близкой к единице (рисунок 50). Данная конструкция заряда позволит обеспечить равномерное распределение энергии в зарядной камере, что позволит повысить качество проработки подошвы уступа и обеспечить стабильную скорость детонации основного ВВ. Рисунок 50 - Конструкция заряда переменной плотностью: 1 – эмульсионное ВВ плотностью ρ1; 2 - эмульсионное ВВ плотностью ρ2 (ρ1˃ ρ2); 3 – промежуточный детонатор удлиненной формы При вертикальном расположении скважинных зарядов основными параметрами буровзрывных работ являются: d – диаметр скважины, H – высота уступа, a – расстояние между зарядами, b – расстояние между рядами, lпер – длина перебура, lзар – длина заряда, lзаб – длина забойки, Q – масса заряда, конструкция заряда и W – линия наименьшего сопротивления по подошве уступа. 119 Расчет радиусов зон регулируемого дробления по разработанной методике в данной работе является дополнением к основным расчетам скважинных зарядов рыхления при двух обнаженных поверхностях согласно «Техническим правилам ведения взрывных работ на дневной поверхности», справочной литературе по буро – взрывным работам. Вычислив радиусы зон регулируемого дробления, можно определить параметры расположения сетки скважин, т.е. расстояние между скважинами в ряду a,которое равно двум радиусам зон дробления и расстояния b между рядами скважин. При этом для снижения количества негабаритной фракции сетку скважин необходимо формировать на основе совмещения размеров зон трещинообразования верхней части заряда. Вследствие того, что трещиноватость массива и его блочность довольно высокий увеличивать коэффициент сближения скважин необходимо принимать равным единице (т.е. принимается квадратная сетка скважин). 120 4.4 Экономические показатели эффективности взрывных работ при применении эмульсионных взрывчатых веществ с заданными параметрами. В связи с тем, что предлагается использовать расчетные значения параметров БВР, целесообразным представляется рассчитать экономический выход таких изменений. Исходя и проекта БВР для гранитных карьеров ЗАО «Семиозерское КУ» выход негабаритной фракции составляет не более 7%, а при использовании предложенных параметров расположения скважин 4-5%, что как минимум на 1/3 сократит стоимость необходимого ВВ для дробления негабаритных камней, и как следствие простои работ на время дробления негабарита, что экономит ресурс экскаватора (увеличивается техническая производительность экскаватора) и буровых станков при бурении шпуров для дробления негабарита. Удельная экономия при применении данных параметров БВР и конструкций заряда за счет повышения производительности экскаваторов можно рассчитать по формуле: С С ЭЭК . М .С . М .С . , руб./м3, Р2 Р1 (4.1) где СМ .С . – стоимость машино-смены экскаватора, руб./смен.; Р1 и Р2 – среднемесячная сменная производительность соответственно до и после внедрения, м3/смен. Сменная стоимость машино-смены экскаватора на карьере составляет 21440,93 руб., среднемесячная сменная производительность до внедрения – 593 м3/смен. Так как число циклов экскаватора увеличится после внедрения, то увеличится и среднемесячная сменная производительность и составит 673 м3/смен. 121 Соответственно, удельная экономия за счет повышения производительности экскаваторов составит: 21440,93 21440,93 ЭЭК . 4,28 , руб/м3, 673 593 (4.2) Удельная экономия в результате снижения затрат по дроблению негабаритных кусков породы составит: ЭН С Н п1 п2 , руб/м3, 100 (4.3) где СН – стоимость дробления негабаритных кусков горной породы, руб./м3. Для условий карьеров средняя стоимость дробления негабаритных кусков составляет 135,5 руб./м3; n1 и n2 – выход негабаритных кусков породы соответственно до и после внедрения, составил 4 и 7% соответственно. Тогда удельная экономия за счет снижения выхода негабарита составит: ЭН 135,57 4 4,06 , руб./м3, 100 (4.4) Общая удельная экономия от внедрения новой конструкции скважинного заряда для месторождения ОАО «Семиозерское КУ» будет рассчитываться по формуле: Э (ЭЭК ЭН ) QГ , тыс. руб./год, где QГ (4.6) - годовая производительность карьера, для карьера ОАО «Семиозерское КУ» 1080000 м3: ЭГ QГ Э (4,28 4,06) 1080000 9007200руб./год. 122 4.3 Выводы по главе 4 1. Выполнен расчет параметров заряда и сетки скважин по разработанной методике для условий месторождения гранита ОАО «Семиозерского карьера управления». 2. Полученные результаты опытных взрывов показывает, что данная методика расчета обеспечивает снижение выхода негабарита на 3% и повышает качество дробления горной массы. 3. В результате принятых параметров буровзрывных работ удельная экономия затрат на добычу горной массы составит более 9 миллионов рублей в год. 4. Получен акт внедрения, разработанной методики расчета параметров буровзрывных работ с использованием эмульсионных ВВ. 123 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Настоящая диссертационная работа представляет собой законченную научно – квалификационную работу, в которой содержится решение актуальной для горных предприятий (гранитных карьеров) задачи – повышение качества взрывной подготовки породы к выемке удлиненными скважинными зарядами эмульсионного ВВ (Сибирита-1200) уменьшенного диаметра с учетом параметров промежуточного детонатора. Основные научные результаты и выводы заключаются в следующем: 1. На основе экспериментальных данных установлена зависимость скорости детонации скважинных зарядов эмульсионных ВВ от параметров промежуточного детонатора. 2. Рассчитаны радиусы зоны регулируемого дробления для скважинных зарядов эмульсионных ВВ с учетом изменения скорости детонации по длине колонки заряда. 3. Предложена методика расчета параметров промежуточного детонатора, обеспечивающие стационарный режим распространения детонационной волны. 4. На основе теоретических исследований разработана конструкция заряда которая учитывает изменение скорости детонации скважинных зарядов эмульсионных ВВ уменьшенного диаметра. 5. Предложена методика расчета параметров сетки скважин учитывающая изменение скорости детонации, которая позволяет уменьшить количество негабарита. 6. Применение новых конструкций зарядов и параметров БВР позволяет повысить качество дробления горной массы, снизить выход негабарита на 3%, и как следствие увеличить производительности погрузочно-транспортного оборудования в 1,3-1,5 раза Экономический эффект от внедрения разработанной конструкции заряда составит более 9 миллионов рублей в год. 124 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Адушкин В.В. Подземные взрывы / В.В. Адушкин, А.А. Спивак // М.: Наука. 2007. - 579 с. 2. Андреев С.Г. Физика взрыва. / Андреев С.Г., Бабкин А.В., Баум Ф.А., Имховик Н.А., Кобылкин И.Ф., Колпаков В.И. // М. Т.1, 3-е издание, 2004. - 824 с. 3. Андреев К.К. Теория взрывчатых веществ / К.К. Андреев, А.Ф. Беляев, А.И. Гольбиндера, А.Г. Горст // М. сб.ст.,ОБОРОНГИЗ, 1963. - 581 с. 4. Андреев Ф.А. Норм справочник по буровзрывным работам / Ф.А. Андреев, Б.Л. Барон, Н.В. Гуров, В.Х. Кантор // М.: Недра, 5-е издание, 1986. - 511 с. 5. Барон В.Л., Контор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. М.: Недра, 1989.- 376 с. 6. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва изд. ФИЗМАТЛИТ, М. 1959. – 798 с. 7. Боровиков В.А. Волны напряжений в обводненном трещиноватом массиве / В.А. Боровиков, И.Ф. Ванягин, М.Г. Менжулин, С.В. Цирель // Л.: ЛГИ, 1989. - 85 с. 8. Боровиков В.А. Моделирование действия взрыва при разрушении горных пород / В.А. Боровиков, И.Ф. Ванягин // М.: Недра, 1990. 231с. 9. Боровиков, В. А. Техника и технология взрывных работ / В.А. Боровиков, И.Ф. Ванягин //Учеб. пособие. Л.: ЛГИ, 1985. – 89 с. 10. Боровиков В.А., Ванягин И.Ф. Физическое моделирование действия взрыва и процесса разрушения горных пород взрывом. Л., изд. ЛГИ, 1984.106 с. 11. Боровиков В.А., Ванягин И.Ф., Менжулин М.Г., Цирель С.В. Волны напряжений в обводненном трещиноватом массиве. Л., изд. ЛГИ, 1984. – 86 с. 12. Буллер М.Ф. Промышленные изд. СумГУ, 2009. - 213 с. взрывчатые вещества. Сумы, 125 13. Ван Сюй Гуан Эмульсионные взрывчатые вещества / перевод. Л.В. Орлецкая, Г.С. Яжур, Д.А. Яжур // Красноярск: ФГУП «Роспромвзрыв», 2012. - 372 с. 14. Ванягин ИФ Боровиков ВА Моделирование действия взрыва при разрушении горных пород. Учебное пособие. – ЛГИ. 1980. – 89 с. 15. Веревочкин И.Е. Энергетический принцип расчета параметров буровзрывных работ. М.: ГИАБ, МГГУ. 2003. – 25 с. 16. Викторов С.Д., Галченко Ю.П., Закалинский В.М., Рубцов С.К. Разрушение горных пород сближенными зарядами – М.: ООО Издательство "Научтехлитиздат", 2006. – 276 с. 17. Виноградов Ю.И. Исследование влияния удельных энергозатрат и сетки расположения скважин на эффективность дробления горных пород взрывом. дисс. на соиск. научн. степени к.т.н.: спец. 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород и горная теплофизика». Ленинград, ЛГИ, 1976. – 25 с. 18. Вовк А.А., Лучко И.А. Управление взрывным импульсом в породных массивах. – Киев: Наук. Думка, 1985. – 216 с. 19. Возгрин Р.А. Обоснование массы промежуточного детонатора при инициировании скважинных зарядов эмульсионных взрывчатых веществ (Сибирит-1200) для условий карьера ОАО «Семиозерского КУ» / Р.А. Возгрин, Г.П. Парамонов// Теория и практика взрывного дела: Сб. Взрывное дело. №112/69. М.: ЗАО «МВК по взрывному делу при АГК», 2014. – с. 223 – 234. 20. Возгрин Р.А. К вопросу оценки размеров зоны регулируемого дробления при взрыве скважинных зарядов эмульсионных вв в условиях карьера ОАО «Семиозерское КУ» / Р.А. Возгрин, Д.В. Молдован, В.А. Казанцев // Журнал «Маркшейдерский вестник» №2. М.: ЗАО «Гипроцветмет», 2015. – с. 7-9. 21. Возгрин Р.А. Обоснование массы промежуточного детонатора при инициировании скважинных зарядов эмульсионных взрывчатых веществ / Р.А. Возгрин, Г.П. Парамонов // Ежемесячный научный журнал «Евразийский Союз Ученых», №4, Москва, 2014. - с.72-75. 126 22. Горинов С.А., Куприн В.П., Маслов И.Ю. Возбуждение детонации в эмульсионных ВВ, сенсибилизированных газовыми порами, скользящей детонационной волной. М.: издательство «Горная книга» Отельные статьи ГИАБ №12. 2013. – 20 с. 23. Горинов С.А., Кутузов Б.Н. и др. «Эмульсионные ВВ, гранэмиты и ANFO: структура, инициирование, физико-технические основы создания. М.: издательство «Горная книга» Отдельные статьи ГИАБ (начно-технического журнала) №7. 2013. - 64 с. 24. Горинов С.А., Маслов И.Ю. Влияние химического состава окис фазы эмульсии ЭВВ на взрывчатые характеристики при их сенсибилизации пластиковыми полимикросферами. М.: издательство «Горная книга» ГИАБ №9. 2011. - с. 366-370 25. Демидюк Г.П. Управление действием взрыва при горных работах. Сб. Научные основы технологии открытых горных работ. Киев: Наука. 1969. 26. Демидюк Г.П., К вопросу зависимости степени дробления породы взрывом от диаметра заряда ВВ. Сборник Взрывное дело, №67/24, Недра, М., 1969 г. 27. Дерибас А.А., Медведев А.Е., Решетняк А.Ю., Фомин В.М. Детонация эмульсионных ВВ с полыми микросферами. Доклады РАН, №6, 2003. – с. 747748. 28. Добрынин И.А. Обоснование параметров промежуточных детонаторов в скважинных зарядах для повышения эффективности дробления горных пород: автореферат дисс. на соиск. научн. степени к.т.н.: спец. 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород и горная теплофизика» / И.А. Добрынин. – М., 2010. – 20 с. 29. Дремин А.Н., Савров С.Д., Трофимов В.С. и др. Детонационные волны в конденсированных средах. М.: Наука. 1970.- 159 с. 30. Друкованный М.Ф., Дубнов Л.В., Миндели Э.О. и др. Справочник по буровзрывным работам. М.: Недра, 1976.- 631 с. 127 31. Друкованный М.Ф., Дубнов Л.В., Кутузов Б.Н. и др Справочник по буровзрывным работам на карьерах. Киев: Наукова думка. 1973. –433 с. 32. Друкованый М.Ф. Буровзрывные работы на карьерах. Учебник для техникумов. М.: Недра, 1990. - 367 с. 33. Друкованный М.Ф., Ефремов Э.И., Ильин В.И. Буровзрывные работы на карьерах. М., «Недра», 1967. - 369 с. 34. Друкованный М.Ф. Методы управления взрывом на карьерах. Учебник для ВУЗов. М.: Недра 1973. - 369 с. 35. Дубинин Н.Г., Рябченко Е.П. Отбойка руды зарядами скважин различного диаметра. Новосибирск, Наука, 1972. - 369 с. 36. Дубнов Л.В. Бахаревич Н.С. Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. 3-е издание. М.: Недра, 1988. - 358 с. 37. Ермолова Б.С. Хасаинова Б.А. Детонация и взрывчатые вещества. Сб. статей под ред. А.А. Борисова. М.: Мир, 1981. - 375 с. 38. Ерофеев ИЕ, Кутузов БН, Скоробогатов ВМ Справочник взрывника / Под ред Б.Н. Кутузова // М.: Недра 1988. – 362 с. 39. Ефремов Е.И. Выбор места размещения и параметров промежуточного детонатора при инициировании скважинных зарядов ВВ. Киев.: Информационный бюллетень «Украинского союза инженеров-взрывников», №1, 2011. – с. 2 - 6 40. Ефремов Е.И. Ищенко Н.И., Пономарев А.В. Выбор места размещения и параметров промежуточного детонатора при инициировании скважинных зарядов. / Информационный бюллетень украинского союза инженероввзрывников, № 1, 2011 г. - с. 2-6. 41. Ефремов Э.И. Взрывание с внутрискважинными замедлениями. Киев: Наука думка, 1971. – 127 с. 42. Иоффе В.Б. Научные основы безопасного производства и применения эмульсионных взрывчатых веществ типа «Сибиритов» на горных предприятиях. Дисс. на соиск. научн. степени д.т.н.: спец. 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность (горная промышленность)», 25.00.20 - 128 «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика» М.: ИГД им. А.А. Скочинского. 2002. – 349 с. 43. Казаков Н.Н. Взрывная отбойка руд скважинными зарядами. М.: Недра. 1975. - 185 с. 44. 1,3,19 Казаков Н.Н., Закалинский В.М. О КПД взрыва // Проблемы взрывного дела. Сб. статей и докладов №1, 2002, - 203 с. 45. Калякин С.А. Энергетический подход к определению параметров взрывных работ. Украина: Наука Дон НТУ, серия «Горная-геология», №7, 2008. - с. 43-48 46. Калякин С.А. Обоснование числа промежуточных детонаторов для инициирования скважинных зарядов взрывчатых веществ. Кривой Рог: Современные ресурсосберегающие технологии горного производства, вып. 2, 2012. - с.40-47. 47. Кириченко А.Л., Устименко Е.Б., Шиман Л.Н., Политов В.В. Исследование детонационных характеристик шпур зарядов патронированных ЭВВ», Научный вестник НГУ №6, 2012. – с. 37-41 48. Кириченко А.Л., Устименко Е.Б., Шиман Л.Н., Колтунов О.В. Развитие детонационных процессов скважинных зарядов малочувствительных ПВВ при инициировании от патронов-боевиков. Киев: Научный вестник НГУ, №4, 2011. С.59-63 49. Колганов Е.В., Соснин В.А. Эмульсионные промышленные ВВ. Кн. 1 (Составы и свойства), Дзержинск: изд. ГосНИИ «Кристалл», 2009. - 592 с. 50. Колганов Е.В., Соснин В.А. Промышленные взрывчатые вещества. Кн. 2 (Составы и свойства), Дзержинск: изд. ГосНИИ «Кристалл», 2010. - 524 с. 51. Козырев А.В. Эффекты неидеальности инициирования и распространения детонации в снаряжении боеприпасов как фактор снижения стабильности характеристик их поражающего фактора. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2011. - 22 с. 129 52. Крюков Г.М., Глазков Ю.В. Физика и моменты разных видов разрушения горной породы при взрыве в ней удлиненного заряда ПВВ. М.: МГГУ, отдельные статьи ГИАБ., №3, 2009. – 26 с. 53. Крюков Г.М., Глазков Ю.В Феноменологическая квазистатическо-волновая теория деформирования и разрушения материалов взрывом промышленных ВВ. М.: МГГУ, Отдельные статьи ГИАБ,2003. - 67 с. 54. Крюков Г.М., Каширский С.И., Глазков Ю.В., Жаворонка С.Н. Развитие одномерной волновой теории Сен-Венана на случай камуфлетного взрыва сосредоточенного и бесконечно-длинного зарядов ПВВ М.: МИР ГОРНОЙ КНИГИ, Отдельный выпуск, «Взрывное дело» №ОВ7, под ред. Белина В.А., 2007. - с.215-233 55. Крюков Г.М., Глазков Ю.В. Теоретическая оценка степени взрывного дробления горных пород на карьерах при разных способах инициирования зарядов. М: МГГУ, Отдельные статьи ГИАБ № 8, 2003. - 26 с. 56. Крюков Г.М., Глазков К. В., Жаворонко С.И. Теоретические оценки по ФКСВ теории процессов разрушения горных пород камуфлетным взрывом удлиненных зарядов. СПб.: Записки Горного института, Т. 171, 2007. - с. 91 - 101. 57. Кукиб Б.Н. О влиянии плотности на скорость детонации эмульсионных взрывчатых веществ. Взрывное дело. Вып. №112/69. ЗАО «МВК по взрывному делу», М. 2014 58. Кукиб Б.Н. Влияние диаметра заряда на скорость детонации взрывчаты х веществ. Взрывное дело. Вып. №112/69. ЗАО «МВК по взрывному делу», М., 2008. - с.207-216 59. Кутузов БН Методы ведения взрывных работ. Ч.1. Разрушение горных пород взрывом: Учебник для ВУЗов. М.: Издательство «Горная книга», 2007. 471с 60. Кутузов БН Методы ведения взрывных работ Ч.2. Взрывные работы в горном деле и промышленности. М.: Издательство «Горная книга», «Мир горной книги», МГГУ, 2008. - 512 с. 130 61. Кутузов Б.Н., Валухин Ю.К., Давыдов С.А. и др. Проектирование взрывных работ М.: Недра, 1974. - 328 с. 62. Кутузов Б.Н., Рубцов В.К. Зависимость удельного расхода ВВ от диаметра заряда. Горный журнал, №2, 1974 г. 63. Кутузов Б.Н., Горинов С.А., Собина Е.П. и др. Эмульсионные ВВ, Гранэмиты и ANFO: структура, инициирование, физико-технические основы создания. М.: «Горная книга», 2011. - 64 с. 64. Кутузов Б.Н., Горинов С.А. «Инициирование эмульсионных ВВ и гранэмитов промежуточными детонаторами» М.: «Горная книга» ГИАБ, № 7, 2011. - с. 5–19 65. Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. Пер. с англ. Под ред. Г.П. Демидюка и Н.С. Бахаревич. М.: Недра, 1980. - 453 с. 66. Кучерявый Ф.И., Кожушко Ю.И. Разрушение горных пород. М.: Недра, 1972. - 236 с. 67. Марченко Л.Н. Методические указания по применению скважинных зарядов рассредоточенных воздушными промежутками на открытых горных разработках. М.: ИГД им. А.А. Скочинского. 1962. - 18 с. 68. Марченко Л.Н. К вопросу о передаче энергии взрыва твердой среде. Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского, вып. 109, М., 1973, - с. 68 – 76 69. Маслов И.Ю., Пупков В.В., Фоменкова В.Е. и др. Улучшение качества взрывной подготовки гонной массы за счет применения промежуточных детонаторов с оптимальными габаритными размерами при инициировании скважинных зарядов эмульсионных ВВ. М.: МГГУ, Информационный бюллетень Национальной организации инженеров-взрывников, №2(5), 2003. с. 125-130 70. Медведев А.Е., Решетняк А.Ю., Фомин В.М. Детонация эмульсионных взрывчатых веществ зависимость от диаметра. Новосибирск: Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, 2004. 71. Медведев А.Е., Решетняк А.Ю. Механизм детонации промышленных эмульсионных взрывчатых веществ. Нижний Новгород: Издательство 131 Нижнегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского. IX Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике. Аннотации докладов., Том II., 2006. - с.131 - 132. 72. Мельников Н.В. Энергия взрыва и конструкция заряда / Н.В. Мельников, Л.Н. Марченко // М.: Недра, 1964. – 138 с. 73. Мельников Н.В. Открытые горные работы. М.: Недра, Международный симпозиум, 1971. 74. Мельников Н.В. Техника открытых горных работ за рубежом. Гл.3 Взрывные работы. М.: Госгортехиздат, 1962. - 152 с. 75. Мендоса М. , Плаксин И., Кампуш Ж., Гойис Ж.С. Водно-эмульсионные ВВ с тротилом. Химическая физика, Т.17, №1, 1998. - с.103-113 76. Менжулин М.Г., Парамонов Г.П., Шишов А.Н., Уваров А.Н. Кинетика накопления наведенной трещиноватости в гранитах под действием взрывных нагрузок. Горный вестник, МГГУ, №1, 1999. - с.143-146. 77. Менжулин, М. Г. Влияние естественной и наведенной трещиноватости на взрывное разрушение и предразрушение горных пород / М. Г. Менжулин, А. В. Юровских // М.: Горный информационно-аналитический бюллетень, №1 2004, с.90-94 78. Меньшиков П.В., Синицин В.А., Маторин А.С. и др. Определение детонационных характеристик эмульсионных ВВ, изготовляемых в условиях горных предприятий,М.: ГИАБ №7, М.,2010. – с. 298-301 79. Мосинец, В. Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах / В. Н. Мосинец. – М.: Недра, 1976. –271 с. 80. Мосинец, В. Н. Разрушение трещиноватых и нарушенных горных пород / В.Н. Мосинец, А.В. Абрамов. // М.: Недра, 1982. – 248 с. 81. Новожилов М.Г. и др. Влияние диаметра заряда на интенсивность дробления хрупких пород взрывом. М.: МКВ по ВД Сб. Взрывное дело, , вып. 63/10, 1963 82. Сильвестров В.В. О зависимости скорости детонациии от плотности для ряда взрывчатых веществ. ФГВ. №4. Т.42, 2006. - с. 116-124 132 83. Родионов В.Н., Сизов И.А. Цветков В.М. Основы геомеханики. М.: Недра, 1986. - 301 с. 84. Родионов В.Н, Адушкин В.В., Костюченко В.Н. и др. Механический эффект подземного взрыва. М.: Недра, 1971. - 224 с. 85. Суханов АФ Разрушение горных пород взрывом. Учебник для ВУЗов, 2-е изд. М.: Недра, 1983. - 344 с. 86. Технические правила ведения взрывных работ в энергитическом строительстве. М.: «Институт Гидропроект», 1997. - 237 с. 87. Тогунов М.Б., Сапронов Е.М., Щукин Ю.Г. и др. Повышение эффективности взрывания горных пород эмульсионными ВВ. Технология и безопасность взрывных работ: материалы научно-технической конференции «Развитие ресурсосберегающих технологий во взрывном деле», прошедшей в рамках IV Уральского горнопромышленного форума 12–14 октября 2011. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2012. – с. 123-133 88. Тутов Н.Г., Краснопольский И.А., Оберемок О.Н. Взрывание скважинных зарядов на флюсовых и железорудных карьерах Днепропетровск: изд. «Луч», 1974. - 55 с. 89. Фокин В.А. Обоснование геометрических параметров удлиненной шашки-детонатора газифицированных для обратного эмульсионных инициирования взрывчатых скважинных веществ. зарядов Екатеринбург: Известия ВУЗов. Горный журнал №4, 2008. - С. 49-54. 90. Фокин В.А. Проектирование и производство взрывных работ при постановке уступов в конечное положение на предельном контуре глубоких карьеров. Аппатиты: КНЦ РАН, 2004. - 210 с. 91. Шевцов Н.Р., Таранов П.Я., Левит В.В., Гудзь А.Г. Разрушение горных пород взрывом. Учебник для вузов, 4-е издание. Донецк. 2003. - 253 с. 92. Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разушении пород взрывом. М., Госгортехиздат, 1962. – 200 с. 93. Ханукаев, А. Н. Физические процессы при отбойке пород взрывом / А.Н. Ханукаев. // М.: Недра, 1974. – 224 с. 133 94. Ханукаев, А. Н. Экспериментальные исследования процесса разрушения пород взрывом / А. Н. Ханукаев // Фрунзе: АН Киргизской ССР, 1961. – 134с. 95. Эткин М.Б., Азаркович А.Е. Взрывные технологии в энергетическом и промышленном строительстве. Научно-практическое руководство. М.: Издательство МГГУ, 2004. - 317 с. 96. Юхансон К. Персон П. Детонация взрывчатых веществ. М.: «МИР», 1973. - 347 с. 97. Maerz, N. H., 1996. Reconstructing 3-D Block Size Distributions from 2-D Measurements on Sections. Proc. ISRM/Fragblast 5 Workshop and Short Course on Fragmentation Measurement, Montreal, Publi.A.A.Balkema. - pp. 39-43. 98. Maerz, N. H., Palangio, T. C., and Franklin, J. A., 1996. WipFrag image based granulometry system. Proceedings of the FRAGBLAST5 Workshop on Measurement of Blast Fragmentation, Montreal, Quebec, Canada, 23-24 Aug., pp. 91-99. 99. Vosgrin R.A. Einfluss Borlochemulsionssprengstoffladungen mit von Parametern redeziertem Durchmesser der auf die Detonationsgeschwindigkeit // Scientific Reports on Resource Issues, st. Freiberg, 2013. - s. 110-112
