УДК 622.023

ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ ГІРНИЧОГО ВИРОБНИЦТВА
УДК 622.023
О ВЛИЯНИИ КОНСТРУКЦИИ УДЛИНЕННОГО ЗАРЯДА ВВ НА ВЫХОД
ПЕРЕИЗМЕЛЬЧЕННЫХ ФРАКЦИЙ ПРИ РАЗРУШЕНИИ ГОРНЫХ ПОРОД
Воробьёв В.В., Долударев В.Н., Пеев А.М., Помазан М.В.
Кременчугский государственный политехнический университет
Введение.
При
разработке
открытых
месторождений полезных ископаемых одним из
основных способов их добычи является взрывное
дробление.
Поэтому
для
повышения
эффективности
работы
горнодобывающих
предприятий
необходимо
использовать
рациональные методы ведения взрывных работ,
способствующие
получению
однородного
гранулометрического состава разрушенной горной
массы, не забывая при этом о специфике работы
каждого
конкретного
предприятия.
Действительно, при добыче железорудных
полезных ископаемых переизмельчение породы
при взрывной отбойке является положительным
фактором, т.к. упрощает работу оборудования на
последующих этапах технологического процесса.
При добыче строительного сырья переизмельчение
среды является нежелательным, также, как и
повышенный выход негабаритных фракций. В
этом
случае
необходимо
избегать
переизмельчения среды в ближней к заряду зоне с
одновременным усилением дробления в средней и,
особенно, дальней зонах [1].
Анализ состояния проблемы. Одним из
способов снижения выхода переизмельченных
фракций при взрывах в твердых средах является
создание в заряде взрывчатого вещества (ВВ)
воздушных промежутков, что способствует
снижению пика давления в зарядной полости на
начальной стадии взрыва и приводит к
уменьшению
бризантного
действия
на
разрушаемую среду [1,2]. Аналогичным способом
снижения пика давления в зарядной полости
является формирование вокруг заряда ВВ
оболочки из инертного вещества (воздух, песок,
гранотсев и др.). В данном случае оболочка играет
роль "демпфера" и снижает динамическое
воздействие газообразных продуктов детонации
(ПД) на стенки скважины. Действительно, для
адиабатического расширения ПД справедливо
следующее
равенство [3]:
Отсюда:
P1 
 R
2
0


P0 R 2 h

3
 
h   R12 h   R02 h  0,3
3
,
(2)
где R0 и R1 – соответственно внутренний и
наружный радиусы инертной оболочки, м;
h – высота заряда, м.
Анализ зависимости (2) показывает, что с
увеличением наружного радиуса инертной
оболочки R1 снижается давление продуктов
детонации после прохождения сквозь оболочку из
инертного вещества Р1.
Недостатками данных способов является то,
что
определенная
часть
энергии
заряда
непроизводительно
расходуется
на
нагрев
инертного вещества. Избежать этого можно,
добавив
в
заряд
ВВ
недетонирующий
газообразующий
энергоактивный
компонент
(отходы
твердых
ракетных
топлив,
недетонирующие пороха и т. д.). Используя на
начальной стадии часть энергии ВВ для своего
воспламенения и, уменьшая, тем самым,
диссипативные потери, газообразующая добавка в
процессе горения выделяет энергию, которая
способствует усилению дробления среды. Это
должно привести к одновременному уменьшению
выхода переизмельченных и негабаритных
фракций,
что
весьма
целесообразно
для
повышения эффективности работы предприятий
по добыче нерудных полезных ископаемых.
Цель работы. Изучение влияния конструкции
удлиненного заряда ВВ с газообразующей
энергоактивной добавкой на изменение выхода
переизмельченных фракций.
Материал и результаты исследований.
Рассматривая конструкцию удлиненного заряда
как метод управления взрывным разрушением
горных
пород,
необходимо
первоначально
установить влияние газообразующей добавки на
его
работоспособность.
Для
оценки
(1)
P0 V03  P1 V13 ,
работоспособности заряда существует несколько
методов,
среди
которых
наибольшее
где Р0 –начальное давление ПД, Па;
распространение получили: бомба Трауцля, метод
Р1 – давление ПД после прохождения сквозь
воронкообразования, метод камуфлетной полости.
оболочку из
инертного вещества
(после
При выполнении настоящих исследований
расширения), Па;
работоспособность различных конструкций заряда
V0 – объём полости, занимаемой ВВ, м3;
ВВ оценивали по изменению объема камуфлетной
V1 – объём ПД после проникновения в поры
полости [4,5].
инертной оболочки, м3.
В
лабораторных
условиях
взрывы
осуществляли в цилиндрической емкости. В
Вісник КДПУ. Випуск 6/2006 (41). Частина 1
82
ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ ГІРНИЧОГО ВИРОБНИЦТВА
качестве среды использовали речной песок
(влажность 8-10%, плотность – 1600 кг/м3).
Комбинированный
заряд
располагали
на
поверхности песка и сверху закрывали массивной
крышкой, которая препятствовала истечению ПД в
атмосферу. В качестве ВВ использовали тэн,
газообразующей добавкой служили отходы
твердого ракетного топлива. Конструкция заряда
показана на рис. 1.
изменяли от 6 до 12 мм. Каждый опыт повторяли 5
раз, экспериментальные данные обрабатывали с
использованием
методов
математической
статистики.
Выполненные
исследования
(рис.
2)
показывают, что работоспособность данного
заряда возрастает почти линейно с увеличением
отношения радиуса оболочки к радиусу заряда от
1:1 до 3:1 и описывается следующей эмпирической
зависимостью (коэффициент корреляции равен
0,9995)
1
 R
V  0,3114 
 R0
2
3
Относительный
определялся как:
2

R
  2,4328
 1,1241 . (3)

R
0

объем
полости
(V )
3
3
,
V  R Пі
RП
Рисунок 1 – Конструкция удлиненного заряда ВВ:
(1 – инициатор, 2 – ВВ, 3 – газообразующее
вещество)
(4)
где RПі – радиус полости, образовавшейся при
взрыве смесевого заряда с определенным
количеством добавки, м;
RП – радиус полости при взрыве обычного
заряда, м.
В первой серии экспериментов диаметр и масса
внутренней части заряда с ВВ оставались
неизменными (соответственно 4 мм и 300 мг).
Наружный диаметр газообразующей оболочки
Отношение текущего объема камуфлетной
полости к начальному
3,5
3
2,5
2
1,5
1
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Отношение радиуса оболочки к радиусу заряда ВВ
Рисунок 2 – Изменение относительного объема камуфлетной полости в зависимости
от количества газообразующей добавки в виде наружной оболочки
Во второй серии экспериментов на песчаноцементных
моделях цилиндрической формы
(диаметр 120 мм, высота 85 мм) выполнены
исследования по оценке влияния количества
газообразующей добавки в заряде ВВ на
эффективность дробления твердых сред. Для
дробления модели применяли удлиненные заряды
диаметром 3 мм и массой 150 мг. В качестве ВВ
использовали тэн. Газообразующую добавку,
измельченную до крупности частиц 0,8-1,2 мм, в
одном варианте равномерно перемешивали с ВВ, в
другом варианте – помещали в виде наружной
оболочки при неизменной общей массе заряда.
Процентное содержание добавки изменяли от 0 до
30 % с шагом 10 %. Эффективность дробления
оценивали по фракционному составу разрушенной
Вісник КДПУ. Випуск 6/2006 (41). Частина 1
83
ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ ГІРНИЧОГО ВИРОБНИЦТВА
сравнению с использованием смесевого заряда в
этом случае составляет: 12% при 10% добавки и
20% - при 20% добавки.
Необходимо также отметить, что расположение
газообразующей добавки в виде наружной
оболочки приводит (рис. 4) к снижению выхода
крупных фракций (более 75 мм): на 62% при 10%
добавки и на 44% - при 20% (по сравнению с
результатами разрушения модели смесевым
зарядом).
1,8
1
1,6
1,4
1,2
1
2
0,8
0,6
0,4
0
5
10
15
20
25
30
%-ное содержание газообр. добавки
Рисунок 3 – Выход переизмельченных фракций
(0,25 мм) в зависимости от количества
газообразующей добавки в заряде ВВ (1 - смесь тэна и
газообразующей добавки, 2 - газообразующая добавка
в виде наружной оболочки)
Выводы. 1. Выполненные эксперименты
подтвердили
эффективность
использования
зарядов с газообразующей добавкой для снижения
выхода переизмельченных фракций.
2. Для достижения максимального эффекта
газообразующую
добавку
целесообразно
располагать
в
виде
наружной
оболочки
цилиндрического заряда ВВ. При дроблении
твердого материала выход мелких фракций (≤0,25
мм) уменьшается на 15-20%.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Комир В.М., Кузнецов В.М., Воробьёв В.В.,
Чебенко
В.Н.//Повышение
эффективности
действия взрыва в твердой среде. - М.: Недра, 1988
– С. 209 .
2. Воробьев В.В., Комир В.М. Механизм
взрывного разрушения твердых тел и повышение
его
КПД//Физико-технические
проблемы
разработки полезных ископаемых. - 1989. - №6. С. 19-20.
%-ное содержание фракции 75 мм
%-ное содержание фракции 0-0,25 мм
модели [6]. Влияние газзобразующей добавки на
выход самой мелкой и самой крупной фракций
показан
на
рис.3,4.
Анализ
полученных
результатов (рис. 3) показал, что схема
расположения газообразующей добавки в заряде
ВВ оказывает существенное влияние на характер
разрушения горной породы при взрыве. Для
снижения выхода переизмельченной фракции
целесообразно
газообразующую
добавку
располагать в виде наружной оболочки вокруг
заряда. Уменьшение переизмельчения среды по
35
30
25
2
20
15
10
1
5
0
5
10
15
20
25
30
%-ное содержание газообр. добавки
Рисунок 4 – Выход крупных фракций (>75 мм) в
зависимости от количества газообразующей добавки
в заряде ВВ (1 - смесь тэна и газообразующей
добавки, 2 - газообразующая добавка в виде
наружной оболочки)
3. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Орленко К.П и др.
Физика взрыва. - М.; Наука, 1975. – С. 231.
4. Долударев В.Н. Исследование характера
действия смесевого заряда в сыпучей среде
Проблемы создания новых машин и технологий.
Научные труды Кременчугского государственного
политехнического института, 2000. – Вып. 1(8). –
С. 514-516.
5. Воробьев В.В., Долударев В.Н., Пеев А.М. О
влиянии параметров смесевого заряда на
эффективность взрыва в грунтах Проблемы
создания новых машин и технологий. Научные
труды
Кременчугского
государственного
политехнического института, 1998. – Вып. 2. – С.
239-240.
6. Долударев В.Н. О влиянии газообразующего
энергоактивного компонента в заряде на
эффективность взрывного дробления твердых сред
Проблемы создания новых машин и технологий.
Научные труды Кременчугского государственного
политехнического института, 1998. Вып. 2. –
С.142-144.
Вісник КДПУ. Випуск 6/2006 (41). Частина 1
84
ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ ГІРНИЧОГО ВИРОБНИЦТВА
Стаття надійшла 02.11.2006р.
Рекомендовано до друку д.т.н. проф.
Коміром В.М.
Вісник КДПУ. Випуск 6/2006 (41). Частина 1
85