Чебенко Ю.Н. - Кременчуцький національний університет імені

ISSN 2307-9649
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО
ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ПРОФ. ДОКТОР АСЕН ЗЛАТАРОВ»
(БОЛГАРІЯ)
СПІЛКА ІНЖЕНЕРІВ-ПІДРИВНИКІВ УКРАЇНИ
АКАДЕМІЯ ГІРНИЧИХ НАУК
ВАТ «ПОЛТАВСЬКИЙ ГЗК»
МІЖВІДОМЧА АСОЦІАЦІЯ «УКРВИБУХПРОМ»
ІНСТИТУТ ГЕОТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ
ІМЕНІ М.С. ПОЛЯКОВА НАН УКРАЇНИ
ЗАТ «МІЖВІДОМЧА КОМІСІЯ З ВИБУХОВОЇ СПРАВИ»
ПРИ АКАДЕМІЇ ГІРНИЧИХ НАУК (РОСІЯ)
СІЛЕЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (ПОЛЬЩА)
XІІ МІЖНАРОДНА НАУКОВО-ТЕХНІЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ
«СУЧАСНІ ТЕХНОЛОГІЇ ВЕДЕННЯ БУРОВИБУХOВИХ РОБІТ,
ЇХ ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ І ТЕХНОГЕННА БЕЗПЕКА»
Посвідчення УкрІНТЕІ № 601 від 11.10.2012
Матеріали конференції
Б ЖД
Кременчук–Бургас
2013
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО
ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ПРОФ. ДОКТОР АСЕН ЗЛАТАРОВ»
(БОЛГАРІЯ)
СПІЛКА ІНЖЕНЕРІВ-ПІДРИВНИКІВ УКРАЇНИ
АКАДЕМІЯ ГІРНИЧИХ НАУК
ВАТ «ПОЛТАВСЬКИЙ ГЗК»
МІЖВІДОМЧА АСОЦІАЦІЯ «УКРВИБУХПРОМ»
ІНСТИТУТ ГЕОТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ
ІМЕНІ М.С. ПОЛЯКОВА НАН УКРАЇНИ
ЗАТ «МІЖВІДОМЧА КОМІСІЯ З ВИБУХОВОЇ СПРАВИ»
ПРИ АКАДЕМІЇ ГІРНИЧИХ НАУК (РОСІЯ)
СІЛЕЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (ПОЛЬЩА)
МАТЕРІАЛИ КОНФЕРЕНЦІЇ
ХII Міжнародна науково-технічна конференція
«Сучасні технології ведення буровибухових робіт,
їх економічна ефективність і техногенна безпека»
МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ
ХII Международная научно-техническая конференция
«Современные технологии ведения буровзрывных работ,
их экономическая эффективность и техногенная безопасность»
CONFERENCE PROCEEDINGS
IX International scientific and technological conference
«Modern technologies of conduct of drillings and blasting,
their economic efficiency and technogenic safety»
(посвідчення УкрІНТЕІ № 601 від 11.10.2012)
Кременчук–Бургас, 03–10 вересня 2013 р.
XІІ Міжнародна науково-технічна конференціям «Сучасні технології ведення буровибухових робіт,
їх економічна ефективність і техногенна безпека»: матеріали конференції. –
Кременчук: ПП Щербатих О.В., 2013. – 95 с.
Друкується за рішенням Вченої ради Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського (протокол № 8 від 03.07.2013 р.). Збірник публікує матеріали, що містять нові теоретичні та практичні результати в галузях технічних і природничих наук.
ПРОГРАМНИЙ КОМІТЕТ
Голова
Загірняк М. В. – д.т.н., професор, член-кореспондент НАПН України,
ректор Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського
Співголова
Іщенко М. І. – к.е.н., президент Спілки інженерів–підривників України
Заступник голови
Чебенко В. М. – д.т.н., професор, завідувач кафедри безпеки життєдіяльності
Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського
Члени програмного комітету
Махоня І. В. – голова ради Міжвідомчої асоціації «Укрвибухпром»
Джигрін А. В. – д.т.н., професор, директор з наукової роботи
ФДУП «ННЦДП – ІГС імені О.О. Скочинського» (Росія)
Ракішев Б. Р. – д.т.н., професор, академік НАН РК, завідувач кафедри
Казахського національного технічного університету (Казахстан)
Воєвода Анджей – д.т.н., професор хімічного факультету
Сілезького технічного університету (Польща);
Норов Ю. Д. – д.т.н., професор, заступник начальника ЦНДЛ
Навоійського гірничо-металургійного комбінату (Узбекистан);
ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ КОМІТЕТ
Голова
Воробйов В. В. – д.т.н., професор, директор інституту механіки і транспорту
Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського
Співголова
Петко Петков – ректор Державного університету «Проф. Доктор Асен Златаров», м. Бургас, Болгарія
Заступники голови
Єфремов Е. І. – д.т.н., професор, член-кореспондент НАН України, завідувач відділом механіки вибуху
Інституту геотехнічної механіки імені Н.С. Полякова НАН України
Міткова Магдалена – проректор , доцент, доктор Державного університету
«Проф. Доктор Асен Златаров», м. Бургас, Болгарія
Адущкін В. В. – д.т.н., професор, академік РАН, завідувач кафедри геофізики сильних збурень
Московського фізико-технічного інституту, Росія
Члени організаційного комітету
Вознюк В.М. – виконавчий директор Міжвідомчої асоціації «Укрвибухпром»
Бородін В.П. – к.т.н., заступник генерального директора ЗАТ «Міжвідомча комісія з вибухової справи», Росія
Гуменік І.Л. – д.т.н., професор, завідувач кафедри відкритих гірничих робіт
Національного гірничого університету
Лотоус К.В. – головний спеціаліст з гірничої справи ВАТ «Полтавський ГЗК»
Драгобецький В.В. – д.т.н., професор, завідувач кафедри технології машинобудування
Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського
Чебенко Ю.М. – к.т.н., доцент кафедри безпеки життєдіяльності
Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського
Секретар програмного та організаційного комітетів, відповідальна за випуск –
Козловська Т.Ф. – к.х.н., доцент кафедри безпеки життєдіяльності
Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського
© Автори публікацій
© Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського
Адреса редакції: вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600. Кременчуцький національний університет імені
Михайла Остроградського, кафедра „Безпека життєдіяльності”, кафедра „Технічна механіка”, кімн. 1205, 2217.
Телефони: (0536) 74-13-87, (0536) 74-32-49, (05366) 3-11-13. E–mail: tehm@kdu.edu.ua, bgd@kdu.edu.ua,
tfk58@kdu.edu.ua
ЗМІСТ
ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ ГРАНИТОВ, ОСЛАБЛЕННЫХ
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ,
ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
7
Ефремов Э. И., Кратковский И. Л., Ищенко К. С.
СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ОБРАЗОВАНИЕ НОВЫХ ФАЗ
В АЛЮМИНИИ ПРИ ВЗРЫВНОМ ЛЕГИРОВАНИИ
МИКРОПОРОШКОМ КАРБИДА КРЕМНИЯ
11
Соболев В. В., Зазимко В. И., Ушеренко С. М.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРОЧНЕНИЯ ЗУБЬЕВ
КОВШЕЙ ЭКСКАВАТОРОВ
16
Лотоус В. В., Чебенко В. Н., Драгобецкий В. В.
ОБ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВА ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
19
Манжос Ю. В., Сербай П. Д.
СЫПУЧИЕ И ВОДОСОДЕРЖАЩИЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВЗРЫВЧАТЫЕ
ВЕЩЕСТВА, РАЗРАБОТАННЫЕ ПРИМЕНИТЕЛЬНО
К ТЕХНОЛОГИИ ЗАРЯЖАНИЯ В РУКАВА
23
Прокопенко В. С., Туручко И. И., Косьмин И. В.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИМЕНЕНИЯ
ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ МАРКИ «ЭРА»
НА ГРАНИТНЫХ КАРЬЕРАХ
26
Шиман Л. Н., Холоденко Т. Ф., Павличенко А. В.
ОБРАЗОВАНИЕ КОРРОЗИОННОСТОЙКОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО
СПЛАВА В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ УДАРНОГО СЖАТИЯ
32
Соболев В. В.
ВЛИЯНИЕ НА РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
УСЛОВИЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЖЕНИЙ
37
Ефремов Э. И., Кратковский И. Л., Никифорова В. А.
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ТВЕРДЫХ МИКРОЧАСТИЦ
НА ГЛУБИНУ ИХ ПРОНИКНОВЕНИЯ В МЕТАЛЛЫ
39
Соболев В. В.
ВЛИЯНИЕ ПРОСЛОЙКИ ПОД НАКЛАДНЫМ ЗАРЯДОМ
НА ИЗМЕНЕНИЕ ВОЛНЫ НАПРЯЖЕНИЙ В НАГРУЖАЕМОЙ СРЕДЕ
Долударев В. Н.
44
ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ
47
Галиакберова Ф. Н.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ
РАСТВОРА ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
НА ГОРНУЮ МАССУ
52
Лемижанская В.Д., Долударева Я.С.
ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА НА ЗАРЯДЫ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ,
НАХОДЯЩИЕСЯ В СМЕЖНЫХ ШПУРАХ
54
Калякин C. А., Азаматов Р. И.
ОБ АДСОРБЦИОННО-АДГЕЗИОННОМ МЕХАНИЗМЕ ВЛИЯНИЯ
ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ ДЕТОНАЦИИ НА ПРОЧНОСТЬ
ГОРНОЙ МАССЫ ПРИ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКЕ СКАЛЬНЫХ ПОРОД
59
Козловская Т. Ф.
ПРОМИСЛОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ
БАГАТОТОЧКОВОГО ІНІЦІЮВАННЯ НА ЕФЕКТИВНІСТЬ
ПРОРОБЛЕННЯ ПІДОШВИ УСТУПУ
63
Пєєв А. М., Воробйов А. В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДЕТОНАЦИИ ЗАРЯДА
ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И УДАРНОЙ АДИАБАТЫ РАЗРУШАЕМОГО
ВЗРЫВОМ ПЕСЧАНИКА НА ПАРАМЕТРЫ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
65
Лабинский К. Н., Калякин С. А.
ВЛИЯНИЕ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ИНЕРТНЫХ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
В ЗАРЯДЕ НА РАЗУПРОЧНЕНИЕ ТВЁРДЫХ СРЕД
69
Лемижанская В. Д., Долударева Я. С.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОПОДАВЛЕНИЯ
ПЫЛЕГАЗОВОГО ОБЛАКА ПРИ МАССОВЫХ ВЗРЫВАХ
В КАРЬЕРАХ
71
Юрченко А. А., Литвиненко А. А., Павличенко А. В., Потоцкая Е. С.
ОЦЕНКА ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ УДАРНОЙ ВОЛНЫ
В ГАЗЕ
75
Куринной В. П., Гаркуша И. П.
ОБОСНОВАНИЕ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ
СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ УДЕЛЬНОЙ
ЭНЕРГИИ, ПЕРЕДАВАЕМОЙ МАССИВУ ГОРНЫХ ПОРОД
Чебенко Ю.Н.
78
СУЧАСНІ ПРОБЛЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ
ТА УПРАВЛІННЯ ЕКОЛОГО-ЕКОНОМІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ НА
ГІРНИЧОДОБУВНИХ ПІДПРИЄМСТВАХ
82
Воробйова Л. Д.
СНИЖЕНИЕ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ
НА ОТКРЫТОЙ ПОВЕРХНОСТИ
86
Воробьев В. В., Воробьева Л. Д.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КУМУЛЯТИВНОГО
ЭФФЕКТА В ЗОНЕ ВОЗДУШНОГО ПРОМЕЖУТКА
89
Воробьев В. В., Лотоус К. В.
СПИСОК АВТОРІВ
94
ТЕМАТИЧНІ НАПРЯМКИ РОБОТИ КОНФЕРЕНЦІЇ








Теоретичні та експериментальні дослідження процесів
руйнування гірських порід вибухом
Нові емульсійні вибухові речовини та ефективність їх використання в гірничодобувній галузі
Прогресивні технології розробки родовищ корисних копалин
Економічна ефективність застосування сучасних
технологій розробки корисних копалин
Спеціальні вибухові роботи
Питання техногенної безпеки при відкритій і підземній
розробці корисних копалин
Інновації, трансфер технологій та комерціалізація
наукових розробок
Охорона праці та безпека виробництва на гірничих
підприємствах.
ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ ГРАНИТОВ, ОСЛАБЛЕННЫХ
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ,
ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
Ефремов Э. И., докт. техн. наук, проф., чл.-корр. НАН Украины,
Кратковский И. Л., канд. техн. наук, старш. науч. сотр.,
Ищенко К. С., канд. техн. наук, старш. науч. сотр.
Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины
ул. Симферопольская, 2а, г. Днепропетровск, 49005, Украина.
Процесс динамического разрушения анизотропных полиминеральных
горных пород, отличающихся наличием большого количества дефектов их
внутреннего строения в виде межзерновых контактов, слагающих породу минералов, интрагранулярных микротрещин и плоскостей спайности, в настоящее
время недостаточно исследован.
Применяемые методы динамического разрушения таких пород должны
обеспечивать не только необходимое дробление и соответствующий гранулометрический состав горной массы, но и концентрацию динамической энергии в
заданных направлениях для исключения разубоживания полезного ископаемого
при интенсивном ведении горных работ на поверхности, а в подземных условиях – управляемое разрушение при проходке выработок различного технологического назначения в напряженных массивах.
Учитывая тот факт, что с уменьшением прочности пород, разрушаемых
динамическими нагрузками, возрастает диаметр мелкодисперсных частичек [1],
имеется возможность путем целенаправленного изменения прочностных
свойств среды увеличивать их размер на контакте «разрушающий инструмент–порода» или «ВВ–порода» и, тем самым, уменьшить экологическую
нагрузку на окружающую среду за счет снижения содержания пылевидных
частиц (0–100 мкм).
Уменьшение прочности пород, содержащих кварц в качестве одного из
основных породообразующих минералов, может быть достигнуто путем воздействия на них поверхностно–активных веществ (ПАВ). Для кварца таким веществом является раствор Na2CO3, в присутствии которого сопротивление данного минерала разрушению сильно понижается [2].
Для разработки ресурсо- и энергосберегающих способов разрушения были проведены экспериментальные исследования по установлению структурных
изменений в ослабленных действием ПАВ урансодержащих гранитах, подвергнутых динамическому нагружению (высокоскоростной удар).
Разрушение образцов гранита высокоскоростными ударными нагрузками
производили на центробежной установке для ударных испытаний материалов
[3] – специальном центробежном стенде для высокоскоростного ударного разрушения горных пород при скорости удара до 150 м/с.
Полученные при высокоскоростном ударе о стальную мишень продукты
разрушения гранитов разделяли на фракции на лабораторных ситах с размерами ячеек от 50 до 400 мкм и определяли массу каждой фракции. Гранулометрический состав мельчайшей пылевидной фракции (0–100 мкм) дополнительно
изучали с помощью поляризационного микроскопа МП–2, укомплектованного
20-ти кратным объективом, интеграционным столиком ИСА и отсчетным 10-ти
кратным окуляром, что позволяло устанавливать размеры отдельных частичек
разрушенной породы (зерен и их обломков, минеральных сростков) при увеличении 300 с точностью до 1 мкм.
Кроме того, в поле зрения микроскопа при увеличении порядка 600 по
характерным оптическим константам определяли минеральный состав пылевидной фракции исследуемых пород, и анализировали форму частичек, образовавшихся в процессе разрушения породы.
Данные микрогранулометрии обрабатывали методом приближения экспериментальных кривых к двухпараметрическим зависимостям, используя
стандартные программы на языке BASIC, а по данным ситового анализа строили гистограммы фракционного состава в Microsoft Excel.
В процессе исследований фракционно-минералогического состава продуктов разрушения гранитов установлено следующее.
Мелкодисперсные продукты разрушения образцов гранитов Ватутинского месторождения (фракция 0–100 мкм), необработанных ПАВ, на 90–95 % состоят из вытянутых остроугольных обломков кварца и полевых шпатов (микроклина и альбита) и на 5–10 % – из слюды (биотита). При этом мельчайшие обломки кварца и полевых шпатах присутствуют в анализируемых пробах приблизительно в равных долях
При микроскопическом изучении продуктов разрушения высокоскоростными ударными нагрузками образцов гранитов, обработанных концентрированным раствором Na2CO3, было установлено, что в составе мелкодисперсных
частичек фракции 0–100 мкм превалирует кварц, характеризующийся более
округлой формой по сравнению с частичками кварца такой же фракции для сухих образцов. В продуктах разрушения практически не наблюдаются остроугольные обломки.
Гранулометрия продуктов разрушения гранитов позволила установить
существенное увеличение среднего размера мелкодисперсных частиц, а также
их медианного и квартильных размеров для пород, обработанных ПАВ – насыщенным раствором Na2CO3.
Результаты гранулометрии продуктов разрушения кварцсодержащих пород, сухих и после воздействия ПАВ, приведены табл. 1.
Таблица 1– Данные гранулометрического анализа гранитов,
разрушенных динамическими нагрузками
Воздействие
удар –
сухая порода
удар –
Na2CO3 нас.,
24 час
Средний
размер
частичек,
мкм
Квартиль–50
(медианный
размер
частичек),
мкм
Квартиль–
25,
мкм
Квартиль–75,
мкм
Коэффициент
сортировки частичек
(равномерности
дробления)
27,62
18,46
7,27
37,89
2,33
37,63
22,34
8,56
47,14
2,28
Анализ данных, приведенных в таблице, позволил установить, что при
воздействии на кварцсодержащие горные породы ПАВ, обладающего щелочной реакцией, характер их разрушения под действием ударного нагружения
существенно изменяется.
В частности, в сухих образцах гранита разрушение происходит, как по
контактам минеральных зерен, слагающих породу, так и по межзерновым границам. В образцах, подвергнутых действию ПАВ, разделение полиминеральной
породы на мелкодисперсные фрагменты происходит, в основном, по межзерновым границам – контактам минеральных зерен.
При этом крупность мелкодисперсных частичек, составляющих пылевидную фракцию (0–100 мкм), при разрушении высокоскоростным ударом увеличивается в 1,4 раза.
Следует отметить, что величина коэффициента равномерности дробления
(коэффициента сортировки) для горных пород обычно находятся в интервале
1,5–3, и чем меньше его значение, тем больше частичек с одинаковым размером
присутствует в анализируемой фракции. Для разрушенных энергией удара гранитов, подверженных действию ПАВ, величина коэффициента равномерности
дробления мало изменяется по сравнению с аналогичным параметром для сухих пород (чуть более 2 %).
Выводы.
Использование поверхностно-активных веществ, в частности, насыщенного раствора Na2CO3, обладающего щелочной реакцией, для понижения сопротивления разрушению минерала кварца позволяет целенаправленно изменять характер разрушения кварцсодержащих горных пород на контакте «породоразрушающий инструмент–порода» или «ВВ–порода».
На основе данного эффекта могут быть разработаны новые ресурсо- и
энергосберегающие способы разрушения горных пород с использованием интенсивных динамических нагрузок (взрывных, ударных), в частности, способы,
позволяющие свести до минимума разубоживание полезных ископаемых, таких
как уран и редкоземельные элементы при их добыче и переработке.
ЛИТЕРАТУРА
1. Проблемы экологии массовых взрывов в карьерах / Э.И. Ефремов,
П.В. Бересневич, В.П. Мартыненко, В.И. Борисов. – Днепропетровск: Січ, 1996.
– 177 с.
2. Experiments bearing upon the orientation of quartz in deformation rocks /
D. Greggs, J. Bell // Geol.Soc. American Bull. – 1938. – Vol. 49. – PP. 1723–1746.
3. А.с. 1490573 СССР, МКИ3 01 P 21/00 Центробежная установка для
ударных испытаний материалов / Э.И. Ефремов, В.И. Лисица, Н.И. Мячина и
др.; опубл. 30.06.89., Бюл. № 24. – 3 с.
СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ОБРАЗОВАНИЕ НОВЫХ ФАЗ
В АЛЮМИНИИ ПРИ ВЗРЫВНОМ ЛЕГИРОВАНИИ
МИКРОПОРОШКОМ КАРБИДА КРЕМНИЯ
Соболев В. В., докт. техн. наук, проф.,
Зазимко В. И., канд. техн. наук, доц.
Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет»
просп. К. Маркса, 19, г. Днепропетровск, 49005, Украина.
Ушеренко С. М., докт. техн. наук, проф.
Белорусский национальный технический университет
Алюминий и его сплавы находят широкое применение в промышленности.
Возможности для использования этих материалов при создании деталей конструкций, элементов электрических сетей и электроники хорошо известны. Однако возможности придания новых свойств или качественного повышения свойств
этих материалов путем легирования при литье или методами традиционной металлургии практически исчерпаны 1. Поэтому представляется актуальной реализация процесса, позволяющего получить детали из этих материалов с формированием новой нано- и микроструктуры.
Цель работы – установить физические особенности изменения структуры
и свойств алюминия и его сплавов в условиях взрывного легирования в режиме
сверхглубокого проникания.
Для реализации цели работы эксперименты проводились в соответствии с
методикой 2.
Взрывное легирование алюминия и его сплавов осуществлялось в режиме
сверхглубокого проникновения микрочастиц карбида кремния в алюминиевую
преграду. Особенность схемы легирования заключалась в формировании потока
микрочастиц взрывом кумулятивного заряда взрывчатого вещества (ВВ). Сформированный поток микрочастиц, летящих со скоростью 800…3000 м/с, направлялся к обращенной к этому потоку поверхности алюминиевой преграды.
Механизм сверхглубокого проникновения твердых микрочастиц в металлы обсуждался во многих работах, однако ни одна из гипотез не объясняет всего комплекса наблюдаемых эффектов.
Наиболее вероятно, что сверхглубокое проникновение обусловлено,
главным образом, скачкообразным уменьшением вязкости материала мишени
(до значения вязкости плотного газа) на границе микрочастицы с материалом
преграды. В этом случае свойства материала преграды для реализации проникновения микрочастицы на сверхбольшие глубины (более 1000 калибров микро-
частицы) значения не имеют.
С этой точки зрения прогрессивной концепцией является межграничная
плазма, образование которой инициировано трибоэлектрическими зарядами на
поверхностях микрочастиц 2, 3.
В результате исследований было установлено, что алюминиевая преграда
толщиной 0,1 м останавливает поток микрочастиц карбида кремния (фракция
10…100 мкм). Использование же в качестве материалов защитных преград
сплавов алюминия с кремнием и цинком потребовало для достижения той же
цели толщин 0,16…0,18 м. Известно, что статическая и динамическая прочность алюминиевых сплавов заметно выше, чем те же характеристики технического алюминия.
В результате прохождения каждой микрочастицы в микроструктуре преграды комплексом металлофизических исследований установлены зоны структурных и фазовых превращений – так называемые канальные зоны, которые
существенно отличались от исходного материала преграды своими физикохимическими и физико-механическими характеристиками (износостойкость,
электрохимический потенциал, отражательная способность, плотность, электрическое сопротивление, пластичность и др.)
Специфической особенностью явления сверхглубокого проникновения
является то, что энергия выделяется в локальных участках преграды в процессе
проникновения микрочастицы. Плотность энергии в этих участках может изменяться в пределах 109…1018 Дж/м в интервале 10-8…10-5 с. Материал в канальных зонах теряет структурную устойчивость [4].
Сверхглубокое проникновение в алюминии и его сплавах сопровождается
потоками высокоэнергетических ионов с энергией единичного иона 100 МэВ и
более 5. Одновременное воздействие высокого давления, интенсивной деформации и потока высокоэнергетических ионов стимулирует возникновение в локальных зонах новых фаз, образование которых в других физических условиях,
в том числе и при взрывной обработке (сварка, упрочнение), невозможно. При
этом новообразованные структурные элементы, как правило, являются наноразмерными.
На основании расчета экспериментальных данных [5] установлено, что в
локальных объемах фаза высокого давления имеет плотность  = 1,89103 кг/м3,
а отношение плотностей фаз низкого (Н) и высокого давления (В) составляет
Н/В = 0,702. Подобное уменьшение плотности фазы высокого давления до
настоящего времени наблюдалось исследователями в США и СССР только для
тория и урана. Экспериментальным путем было установлено, что фаза высокого давления в сплаве АК12 имеет плотность меньше чем исходная – Н/В =
0,534 или составляет 53,2 % от исходной плотности сплава.
Отношение плотностей исходных фаз в алюминии и алюминиевом сплаве
АК12 составляет А1 / АК12 =1,0188: Отношение плотностей фаз высокого давления составляет 1 А1 / 1 АК12 = 1, 3403.
Исследования структурных изменений в алюминиевой преграде показали,
что после импульсного воздействия в объеме возникла структура композиционного материала. Объемная перестройка алюминиевой преграды приводит к
резкому изменению ее физико-механических свойств. На основе технического
алюминия (А7) получен композиционный материал с электрическим сопротивлением во взаимно перпендикулярных направлениях, отличающихся в 2 раза
(рис.)
/0
1,48
A
1,46
1,44
1,42
1,40
1,38
1,36
4
6
8
10
12
14
h, см
Рисунок – Характер изменения электрического сопротивления
литого алюминия после импульсной обработки
в режиме сверхглубокого проникновения
Сравнение электрического сопротивления композиционных образцов литого алюминия производилось относительно исходного материала.
Поперек образца. Исходный – 0 = 5,279·10–6 Омсм, композит –
 = 4,419·10–6 Омсм. Тогда /0 = 0,835. Таким образом, попер. после обработки
снизилось на 16,4 %.
Вдоль образца. Исходный – 0 = 6,42710–6 Омсм, композит –  = 9,08910–6
Омсм. Тогда /0 = 1,412. Электрическое сопротивление после обработки увеличилось на 41,26 %. Изменение электрического сопротивления в продольном
сечении происходит неравномерно.
В исходном литом алюминии 0.прод./0.попер. = 1,217.
Таким образом, превышение электрического сопротивления в продольном направлении относительно поперечного составляет 21,74 %. Разность же
величины электрического сопротивления композита в поперечном направлении
выше, чем в продольном на 105,8 %.
Исходная структура алюминия оказалась армированной линейными волокнами по объему на 5…10 %. Плотность волокон в средней части алюминиевой мишени составляет 540…1200 мм–2.
Химический состав этих зон мало отличается от состава исходного материала преграды, однако существенно отличается по своим физико-химическим
свойствам. В так называемых канальных зонах наблюдается возникновение
наноструктуры, легированной материалом проникающих микрочастиц. Массспектрометрический анализ этого участка показал, что в нем содержится до 3 %
масс. Si.
Отличием ударно-волновой обработки исследуемых материалов в режиме
сверхглубокого проникания является специфическое увеличение воздействия
динамических нагрузок на микроструктуру материала. Пластичность сплава
АК12 после обработки увеличилась в 4…5 раз за счет зон с новообразованной
структурой и новыми фазами (канальных зон).
Выводы.
1. При длительном (200–300 мкс) ударно-волновом воздействии в металлических мишенях создаются условия дополнительного энергетического насыщения структурного пространства.
2. В состоянии дестабилизации и приобретенного запаса дополнительной
внутренней энергии микроструктура металла приобретает новые физические
свойства. Например, способность "легко" выделять часть внутренней энергии
на активизацию и значительное увеличение масштаба физико-химических превращений, стимулированных проникающими в металл твердыми микрочастицами и высокоэнергетическими тяжелыми ионами.
3. Металлическая мишень в результате таких воздействий оказывается
пронизанной линейными каналами (зонами) на глубину до 200 мм, образованными нанокристаллическими фазами и новыми структурами. Формирование
таких структур в материале мишеней происходит вдоль траектории движения
твердых микрочастиц и высокоэнергетических ионов, устойчиво регистрируемых в режиме сверхглубокого проникновения.
4. В режиме сверхглубокого проникновения не соблюдается известная зависимость глубины проникновения (пробивания) от исходной прочности материала преграды.
5. Показана целесообразность использования сверхглубокого проникновения, в качестве эффективного инструмента для определения динамических
параметров и изменения структуры и свойств алюминия и его сплавов, в частности электрической проводимости.
ЛИТЕРАТУРА
1. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработки цветных металлов и сплавов. – М.: МИСИС, 1999. – 416 с.
2. Соболев В.В., Ушеренко С.М., Губенко С.И. Физический механизм
сверхглубокого проникания микрочастиц в твердые фазы // Науковий вісник
НГА України. – 1998. – № 3. – С. 62–65.
3. Соболев В.В., Ушеренко С.М. Образование плазмы в ударноволновых процессах // Физика и техника высоких давлений. – 2005. – Т. 15,
№ 2. – С. 86–95.
4. Оценка динамических параметров алюминия и его сплавов / А.С. Андрушевич, Е.И. Марукович, С.М. Ушеренко и др. // Импульсная обработка материалов: сбор. науч. трудов. – Днепропетровск: Национальный горный университет, 2005. – С. 3–9.
5. Современные представления о комплексе физических эффектов в условиях сверхглубокого проникания / С.М. Ушеренко, А.С. Калиниченко,
К.Й. Чой, В.И. Овчиников // Труды международной конференции YII Харитоновские тематические научные чтения «Экстремальные состояния вещества.
Детонация. Ударные волны». – Саров, 2005.– С. 520–525.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРОЧНЕНИЯ ЗУБЬЕВ
КОВШЕЙ ЭКСКАВАТОРОВ
Лотоус В. В., председатель правления ОАО «Полтавский ГОК»
ОАО «Полтавский ГОК»
Чебенко В. Н., докт. техн. наук, проф.,
Драгобецкий В. В., докт. техн. наук, проф.
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского
ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина.
Упрочнение взрывом применяется в горнодобывающей промышленности
для повышения износостойкости зубьев ковшей экскаваторов, броней и футеровок дробилок, футеровок шаровых и стержневых мельниц, бит молотковых
дробилок.
В производственных условиях используют схемы взрывного упрочнения:
упрочнение плоской и бегущей ударной волной при контактном взрыве (схема
контактного взрыва); упрочнение ударом твердого тела.
Практически не находят применения более эффективные схема упрочнения сходящимися ударными волнами и метод взрывотермической обработки.
Последний включает упрочнение при контактном взрыве с последующей термической обработкой (гомогенизационный отжиг).
Гомогенизационный, или диффузионный отжиг создает однородную
(гомогенную) структуру, улучшает пластичность упрочненного сплава, повышает стабильность механических свойств с уменьшением их анизотропии.
Метод упрочнения сходящимися ударными волнами в открытой печати
не описан, и с ним производственники не знакомы.
Взрыво-термическая обработки по показателям износостойкости упрочняемых деталей превосходит традиционные схемы упрочнения взрывом. Однако в этом случае после упрочнения взрывом детали необходимо транспортировать на участок термической обработки и выдерживать в печи два часа при
температуре 1050 оС. Это, в свою очередь, приводит к существенному увеличению затрат на упрочняющую обработку. Тем не менее, при взрывном нагружении в ряде случаев возникает экстремально мелкозернистая структура с высокой прочностью и пластичностью.
Анализ исследований по упрочнению стали Гадфильда показал, что в
широком диапазоне варьирования факторов, влияющих на результаты взрывного упрочнения, а именно: давление во фронте волны детонации; длительности
взрывного нагружения; степени деформации и т.д. – не приводит к получению
гомогенной структуры. Поэтому возникло предположение о возможности образования гомогенных структур при дополнительном взрывном нагружении.
Так как такие структуры были выявлены при сварке взрывом, то вполне логично режимы взрывного нагружения выбирать в пределах изменения угла соударения – γ и относительной скорости точки контакта – Vк. Область сварки взрывом на плоскости γ–Vк ограничена четырьмя линиями. Сверху область ограничена кривой, положение которой определяется теплофизическими свойствами
стали Гадфильда и пластины ударника.
Как и при упрочнении, так и при сварке взрывом застывание расплава в
упрочняемом слое должно произойти к моменту прихода на границу жидкой и
твердой фазы волн разрежения. Нижняя граница определяется критерием давления соударения, которое должно вызвать пластическое течение поверхностного слоя металла. При взрывном упрочнении желательно, чтобы конфигурация течения была безволновой.
Проведен комплекс экспериментальных исследований в рамках планирования эксперимента и предложен ряд схем последовательного упрочнения
зубьев ковшей экскаватора, одна из которых изображена на рис. 1.
1
2
4
3
5
4
Рисунок 1 – Схема многократного упрочнения зубьев ковшей экскаваторов:
1 – взрывчатое вещество; 2 – электродетонатор; 3 – пластина ударника;
4 – зубья ковшей экскаватора, подвергаемые первичному упрочнению;
5 – зуб ковша экскаватора, подвергаемый вторичному упрочнению
Для определения оптимального сочетания области оптимальных значений
параметров повторного нагружения выполнен двухфакторный эксперимент.
В результате получено уравнение регрессии неполной квадратичной модели. Так процесс износа зубьев ковшей экскаваторов определяется интенсивностью разрушения при хрупком и вязком микрорезании и многоцикловом при
деформировании в пластической и упругой области с механическим упрочнением материала, то имеет смысл нахождения поверхностей отклика или параметра оптимизации по пределу прочности и твердости. При этом предусматривается дальнейшее установление значимости влияния этих параметров на процесс износа.
Выводы.
Таким образом, достигнуто повышение износостойкости в 2,5–2,8 раза,
20 % упрочненных зубьев практически не изнашивались.
ОБ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВА ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
Манжос Ю. В., канд. техн. наук, доц.,
Сербай П. Д., аспирант
Донецкий национальный технический университет
ул. Артема, 58, г. Донецк, 83000, Украина.
В последнее время эмульсионные взрывчатые вещества (ВВ) находят все
более широкое применение. Такое расширение области применения происходит благодаря имеющимся у этих ВВ положительным качествам.
Однако расчетные энергетические характеристики у таких ВВ несколько
ниже чем у аммонитов. Последнее объясняется наличием значительного количества воды в составе этих ВВ.
В процессе проведения испытаний эмульсионных ВВ по показателю работоспособности нами был отмечен тот факт, что при значительном отличии в
расчетной энергии взрыва от аммонитов, показатель работоспособности отличался существенно меньше. Такой факт не мог быть объяснен только разницей
в газовом составе продуктов взрыва и повышенной скоростью детонации
эмульсионных ВВ.
Очевидно, что некоторые источники поступления энергии нами не были
учтены при проведении расчетов энергии взрыва.
Одним из таких неучтенных источников энергии является энергия, выделяемая при кристаллизации аммиачной селитры в ходе реакции взрывчатого
превращения (прогреве перед фронтом детонации).
Такое предположение было проверено нами при определении энергии
взрыва нескольких эмульсионных составов.
В качестве примера приводится расчет энергии взрывчатого превращения
эмульсионного взрывчатого вещества, в состав которого входят следующие
компоненты: аммиачная и натриевая селитры, вода, топливо и сенсибилизатор.
Топливо представляет собой смесь минерального масла и эмульгатора. Состав
топлива с достаточной точностью выражается эмпирической формулой С17Н36.
Сенсибилизатором являются полые стеклянные микросферы. С целью упрощения расчета принимается допущение, что состав сенсибилизатора и значения
его термодинамических констант, такие же, как и у кварцевого стекла.
Для корректного описания хода расчета необходимо указать агрегатное
состояние некоторых веществ, входящих в состав эмульсионного ВВ и/или
продуктов его взрывчатого превращения. Агрегатное состояние этих веществ
выражено через символы (г), {ж} и [т], обозначающие соответственно газооб-
разное, жидкое и твердое состояния.
Выбранное в качестве примера для расчета эмульсионное ВВ имеет следующее соотношение входящих в его состав компонентов, масс. %:
C NH4 NO3  68,493 ; C NaNO3  13,283 ; C{H 2O}  10,274 ; C C17H36  5,797 ; C[SiO2 ]  2,153 .
Такое соотношение обеспечивает близость кислородного баланса ВВ к
нулевому и, соответственно, наибольшее выделение энергии газообразных
продуктов взрыва в ходе реакции взрывчатого превращения.
Количества компонентов в 1 кг ЭВВ, моль:
n NH4 NO3 
n NaNO3 
C NH4 NO3
100  M NH4 NO3
C NaNO3
n C17H36 
C{H 2O}
100  M H2O
100  M C17H36
C[SiO2 ]
100  M SiO2
где M NH NO , M NaNO , M H O , M C
3
2


1 7H 3 6
68,493
 8,562
100  0,08
13,283
 1,563
100  0,085
10,274
 5,708
100  0,018

CC17H36
n [SiO2 ] 
3

100  M NaNO3
n {H 2O} 
4

5,797
 0,242
100  0,24
2,153
 0,359 ,
100  0,06
и M SiO – молярные массы NH4 NO3 ,
2
NaNO3 , H 2 O , C17 H 36 и SiO 2 соответственно, кг/моль.
Уравнение химической реакции взрывчатого превращения 1 кг ЭВВ:
QV
8,562 NH 4 NO3  1,563 NaNO3  5,708{H 2 O}  0,242 C17 H 36  0,359[SiO 2 ] 
QV

9,343 N 2  0,781{Na 2 CO3 }  27,179 (H 2 O)  3,325 CO 2  0,359{SiO 2 } ,
где 9,343 N 2 , 0,781{Na 2 CO3 } , 27,179 (H2O) , 3,325CO2 и 0,359{SiO 2 } – количества продуктов взрывчатого превращения, т.е. n N 2 , n {Na 2CO 3 } , n (H 2O) , n CO 2 и n {SiO2 }
соответственно, моль; Q V – энергия взрывчатого превращения, кДж.
Количество газообразных продуктов взрывчатого превращения 1 кг ЭВВ,
моль:
n à  n N 2  n (H 2O)  n CO 2  9,343  27,179  3,325  39,847 .
0
Сначала рассчитывается величина Q V , т.е. значение энергии взрывчатого
превращения ЭВВ без учета теплового эффекта растворения солей.
Энергия взрывчатого превращения 1 кг ЭВВ, кДж:
{SiO 2 }
2CO3 }
2O)
2
Q0V  QPN2  n N2  Q{Na
 n{Na 2CO3}  Q(H
 n (H2O)  QCO
 n{SiO2 } 
P
P
P  n CO2  Q P
2O}
2]
 QPNH4NO3  n NH4NO3  QPNaNO3  n NaNO3  Q{H
 n{H 2O}  QCP17H36  n C17H36  Q[SiO
 n[SiO2 ]  n à  R  T 
P
P
 0,0  9,343  1130,7  0,781  241,8  27,179  393,5  3,325  895,8  0,359  365,6  8,562 
 467,9 1,563  285,8  5,708  479,4  0,242  901,4  0,359  39,847  0,008314  298,15  3252,005
CO }
}
O)
O}
]
где Q PN , Q{Na
, Q(H
, Q CO
, Q{SiO
, Q PNH NO , Q PNaNO , Q{H
, QCP H , Q[SiO
– станP
P
P
P
P
P
дартные энтальпии образования продуктов взрывчатого превращения и исходных компонентов [1], кДж/моль; R – универсальная молярная газовая постоянная, кДж/(моль·К); T – стандартная температура, К.
Для того чтобы найти более точное значение энергии взрывчатого превращения ЭВВ, т.е. величину Q V , необходимо в расчете учесть тепловой эф2
2
3
2
2
4
2
3
3
2
17
36
2
фект растворения солей.
Содержание NH4 NO3 в его индивидуальном водном растворе (без NaNO3 ),
масс. %:
WNH4 NO3 
C NH4 NO3
C NH4 NO3  C{H 2O}
100 
68,493
100  86,956 .
68,493  10,274
Содержание NaNO3 в его индивидуальном водном растворе (без NH4 NO3 ),
масс. %:
WNaNO3 
C NaNO3
C NaNO3  C{H 2O}
100 
13,283
100  56,387 .
13,283  10,274
Интерполяцией данных представленных в [2] найдено значение интегральной теплоты растворения NH4 NO3 при его концентрации в растворе
WNH4 NO3 и температуре 298,15 К.
Значение интегральной теплоты растворения NaNO3 при его концентрации в растворе WNaNO и температуре 298,15 К найдено интерполяцией данных
3
представленных в [3].
Тепловой эффект растворения NH4 NO3 , кДж:
qSNH4 NO3  QSNH4 NO3  n NH4 NO3  13,353  8,562  114,323 ,
где QSNH NO – интегральная теплота растворения NH4 NO3 ,
4
3
кДж
.
моль
Тепловой эффект растворения NaNO3 , кДж:
qSNaNO3  QSNaNO3  n NaNO3  10,403 1,563  16,257 ,
где Q SNaNO – интегральная теплота растворения NaNO3 ,
3
кДж
.
моль
Уточненное значение энергии взрывчатого превращения 1 кг ЭВВ, кДж:
Q V  Q 0V  q SNH4 NO3  q SNaNO3  3252,005  114,323  16,257  3382,586
Выводы.
Проведенные исследования показали, что при расчете энергии взрыва
эмульсионных ВВ необходимо учитывать такой источник поступления энергии
как теплота растворения (кристаллизации) компонентов. Как показывают приведенные расчеты такой источник добавляет примерно 150 кДж.
ЛИТЕРАТУРА
1. Большой химический справочник / А.И. Волков, И.М. Жарский. – Мн.:
Современная школа, 2005. – 608 с.
2. Справочник азотчика / Н.М. Жаворонков, И.М. Кисиль и др. / Под ред.
Е.Я. Мельникова. – 2-е изд. перераб. – М.: Химия, 1987. – 464 с.
3. Справочник химика. Том третий / Б.П. Никольский, О.Н. Григоров и
др. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Химия, 1965. – 1009 с.
СЫПУЧИЕ И ВОДОСОДЕРЖАЩИЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ
ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА, РАЗРАБОТАННЫЕ ПРИМЕНИТЕЛЬНО
К ТЕХНОЛОГИИ ЗАРЯЖАНИЯ В РУКАВА
Прокопенко В. С., докт. техн. наук,
Туручко И. И., канд. техн. наук,
Косьмин И. В.
ЧАО «Техновзрыв», г. Киев, Украина.
Современный ассортимент промышленных взрывчатых веществ (ВВ) состоит из простейших взрывчатых смесей – сыпучих и водосодержащих, в том
числе эмульсионных.
Сыпучие взрывчатые смеси аммиачной селитры (АС) с дизельным топливом (ДТ) имеют множество преимуществ – низкая стоимость, простота изготовления и применения. Их недостатки – неводоустойчивость, низкие значения
плотности и объемной концентрации энергии, скорости и давления детонации.
Для устранения недостатков, присущих ВВ такого типа, нами разработано водосодержащее горючее (КЖК), которое представляет собой водорастворимые
горючие с точки зрения взрывчатого превращения органические вещества.
Количество КЖК в составе ВВ изменяется от 8 до 18 % в зависимости от
его марки. Ее можно применять в смеси пористой или плотной аммиачной селитрой. Такие смеси отнесены к неводоустойчивым маркам промышленных ВВ
аквамиксов. Для улучшения удерживающей способности КЖК селитрой в
смесь допускается дополнительно вводить твердые горючие добавки различной
дисперсности (неводоустойчивые марки полимиксов). Замена ДТ на КЖК позволило удешевить сыпучие ВВ, обеспечить более равномерное нанесение горючего на окислитель, на 16–28 % увеличить плотность и, следовательно, объемную концентрацию энергии, обеспечить более высокую работоспособность
ВВ и повысить их водоустойчивость. Такие взрывчатые смеси имеют более
широкую область применения по сравнению с аналогами на ДТ.
Водосодержащие бестротиловые взрывчатые смеси появились в 60-х годах прошлого века и представляют смесь твердого и жидкого окислителей с горючими добавками, причем жидкий компонент – это водный раствор АС и заполняет поры между контактирующими между собой твердыми частицами [1].
Данные ВВ водоустойчивы, отличаются высокой объемной удельной концентрацией энергии. Однако относительно высокая стоимость водосодержащих
смесей, нередко противоречивые данные об экономической эффективности и
сложная технология изготовления сдерживают их широкое распространение.
Эмульсионные ВВ как разновидность водосодержащих ВВ появились в
Украине в текущем веке. Их преимущества – широкий диапазон условий, в которых эти ВВ можно использовать, высокие детонационные характеристики,
водоустойчивость и безопасность применения, возможность полной механизации их изготовления и заряжания. Важнейшим недостатком эмульсионных ВВ
в сравнении с сыпучими является их более высокий (в 1,3 раза и больше)
удельный расход, сравнительно низкие энергетические характеристики, трудности формирования комбинированных зарядов, высокие энергоемкость производства и стоимость ВВ.
Успешному возрождению и применению водосодержащих ВВ способствовала технология ведения взрывных работ с заряжанием ВВ в полимерные
рукава с применением устройств подачи рукава УПР по технологии ЧАО «Техновзрыв» [2].
Ключевым моментом новой технологии является формирование зарядов в
рукава диаметром меньше диаметра скважины через столб воды сверху вниз.
Благодаря разработанной технологии, позволяющей резко ограничить или полностью исключить контакт ВВ с водой, был пересмотрен рецептурный состав
штатных водосодержащих ВВ и разработаны новые водоустойчивые марки водосодержащих ВВ – полимиксы и аквамиксы.
Аквамиксы и полимиксы изготавливаются без нагревания компонентов
механическим смешиванием окислителя, водосодержащего жидкого горючего
и твердых горючих добавок – неводоустойчивые марки, а также введением в
смесь специальной подливки - водного раствора окисляющих и горючих веществ холодного приготовления, сбалансированных по кислороду (КЖУ). КЖУ
является активной жидкостью в составе ВВ, позволяющей регулировать объемную концентрацию энергии ВВ и обеспечивать их водоустойчивость. Чувствительность к восприятию детонации обеспечивается введением в состав ВВ пористой аммиачной селитры, обеспечивающей сенсибилизацию ВВ по механизму «горячих точек».
В процессе изучения характеристик разработанных ВВ были проведены
широкие исследования физико-химических и взрывчатых свойств в зависимости от компонентного состава взрывчатой смеси, диаметра заряда, температуры
ВВ, наличия и количества пористой АС от разных производителей, состава и
количества инертных добавок и пр. Результаты исследований приведены в
частности в [3–5] и отражены в технических условиях на разработанные ВВ и
их компоненты.
Компоненты, которые используются для изготовления аквамиксов и полимиксов, не обладают взрывчатыми свойствами и поэтому могут применяться
в технологиях их изготовления на стационарных пунктах, в том числе с применением мобильных средств изготовления и заряжания. Для этих целей, в частности, используется разработанная ЧАО «Техновзрыв» транспортная смесительно-зарядная машина ТВ–3, которая позволяет в автоматическом режиме по
специальным компьютерным программам производить заряжание в непрерывном режиме водоустойчивыми ВВ в обводненную часть скважины и неводоустойчивым – в сухую часть скважины диаметром от 120 до 300 мм.
После успешного проведения полномасштабных промышленных испытаний в условиях ОАО «Пролтавский ГОК» и ЧАО «Украгровзрывпром» полимиксы и аквамиксы а также смесительно-зарядная машина ТВ–3 были допущены к постоянному применению.
Объемы потребления полимиксов и аквамиксов на горнорудных и гранитных карьерах постоянно увеличиваются и составляют в настоящее время
около 2500–3000 т/мес.
Выводы.
Опыт промышленного применения новых ВВ позволил установить, что
использование зарядов сыпучих и водосодержащих ВВ при взрывах в сухих и
обводненных скважинах с применением рукавов обеспечивает:
– ресурсосбережение за счет полной или частичной замены дорогих водоустойчивых ВВ простейшими водоустойчивыми ВВ местного изготовления;
– снижение расхода ВВ на 17–30 % по сравнению с зарядами сплошной
конструкции при получении одинаковых размеров зоны разрушения;
– равномерное дробление горных пород за счет оптимальных или близких
к ним параметров импульса взрыва;
– повышение технологической и экологической безопасности взрывных
работ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. – М.: Недра,
1980. – 360 с.
2. Прокопенко В.С. Взрывание горных пород скважинными зарядами
взрывчатых веществ в рукавах. – К.: Политехника, 2010. – 207 с.
3. Прокопенко В.С., Туручко И.И. Снижение степени переизмельчения
флюсовых известняков при взрывах скважинных зарядов в рукавах // Вісник
Національного технічного університету України “КПІ”. Серія “Гірництво”:
збір. наук. праць. – Київ, 2010. – Вип. 19. – С. 62–69.
4. Прокопенко В.С., Туручко І.І., Косьмін І.В. Нові вибухові речовини
місцевого приготування // Проблеми охорони праці в Україні: збір. наук. праць.
– К.: ННДІОП, 2001. – Вип. 4. – С. 161–165.
5. Прокопенко В.С. Физико-технические основы разрушения скальных
пород взрывами скважинных зарядов взрывчатых веществ в рукавах:
дис…докт. техн. наук / Национальный НИИ охраны труда. – К., 2003. – 376 с.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИМЕНЕНИЯ
ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ МАРКИ «ЭРА»
НА ГРАНИТНЫХ КАРЬЕРАХ
Шиман Л. Н., докт. техн. наук,
генеральный директор ГП «НПО» «Павлоградский химический завод»
Холоденко Т. Ф., начальник управления охраны труда, экологического надзора
и специального режима ГП «НПО» «Павлоградский химический завод»
ГП «Научно-производственное объединение «Павлоградский химический завод»
ул. Заводская, 44, г. Павлоград, 51402, Украина.
Павличенко А. В., канд. биол. наук, доц.
Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет»
просп. К. Маркса, 19, г. Днепропетровск, 49005, Украина.
Разработка месторождений полезных ископаемых изменяет природные
режимы подземных вод, воздействует на атмосферу (пылевая, аэрозольная и газовая загрязненность), земельные ресурсы, а также негативно влияет на состояние флоры и фауны. Степень такого влияния во многом зависит от способа разработки месторождений и эффективности применяемых на предприятии природоохранных и ресурсосберегающих технологий.
Важное значение в повышении экологической безопасности процессов
добычи полезных ископаемых имеет переход предприятий горнорудного комплекса Украины на применение бестротиловых, экологически чистых взрывчатых веществ (ВВ). Применение эмульсионных ВВ (ЭВВ) дает возможность
устранить ряд недостатков, присущих тротилсодержащим ВВ, таких как дороговизна, низкая водоустойчивость, нестабильность свойств и экологическая
опасность. При взрыве ЭВВ выделяется в 20 раз меньше ядовитых газов, что
обеспечивает сокращение времени проветривания карьеров, улучшение санитарно-гигиенической и экологической обстановки в горнодобывающих регионах [1].
Для улучшения экологического состояния объектов окружающей среды в
районах размещения горнодобывающих предприятий на ГП «НПО» Павлоградский химический завод» разработаны ЭВВ марки «ЭРА».
Целью работы являлось изучение состояния объектов окружающей среды
на гранитных карьерах использующих ЭВВ марки «ЭРА».
Сравнительная физико-химическая характеристика эмульсионных ВВ
марки «ЭРА» приведена в табл. 1.
Таблица 1 – Физико-химические характеристики эмульсионных наливных
ВВ «ЭРА» (ТУ У 24.6-14310112-026:2007)
Наименование показателей
Марка
ЭРА–Аl
ЭРА–АМ ЭРА–Аl
Плотность ВВ, г/см3
0,95–1,2
1,00–1,2
1,05–1,2
Удельный расход ВВ, кг/м3
0,9–1,0
0,86–0,94
0,9–1,0
Теплота взрыва, кДж
3575
3940
3595
Объем газов продуктов детонации, л/кг
820
868
880
Объем токсичных газов при взрыве, л/кг ВВ
19,6
6,96
21,1
Объем токсичных газов при взрыве, л/м3
горной массы
17,6
6,6
21,1
Анализ данных приведенных в табл. 1 выявил, что при применении ЭВВ
марки «ЭРА» образуется от 820 до 880 л/кг продуктов детонации. Объем токсичных газов образующих при взрывании ЭВВ марки «ЭРА» составляет 6,96–
21,1 л/кг ВВ. Учитывая небольшие объемы образования токсичных газов, ЭВВ
марки «ЭРА» могут применяться на карьерах расположенных на небольших
расстояниях до жилой застройки.
Коломоевское месторождение гранитов расположено на территории Терновского района г. Кривого Рога Днепропетровской области. Месторождение с
восточной стороны граничит с территорией села Терноватый Кут, а с южной
стороны на расстоянии 1,5 км с селом Новоивановка. Месторождение разрабатывается с 1959 г. Проведение массовых взрывов на карьере проводилось с
применением взрывчатых веществ граммонит 79/21 или анемикс 70.
Начиная с апреля 2013 г. на карьере для массового взрыва используются
взрывчатые вещества марки «ЭРА» производства ГП «НВО» «Павлоградский
химический завод».
Было проведено три массовых взрыва 9 апреля, 16 мая и 18 июля 2013 г.
Общее количество скважин – 277 шт., масса взрывчатого вещества – 71 т.
При проведении массовых взрывов проводились мониторинговые исследования качества объектов окружающей среды до и после проведения массовых взрывов.
Результаты исследований уровня загрязнения почв и атмосферного воздуха до и после проведения взрыва 09.04.2013 г. приведены в табл. 2 и 3.
Таблица 2 – Результаты исследований состояния почв до и после проведения
массового взрыва с применение ЭВВ марки «ЭРА», 09.04.2013 г.
Место отбора проб,  5 см
Контролируемый показатель
ПДК,
мг/м3
на границе карьера
на границе
с. Терноватый Кут
Никель подвижный, мг/кг
отс./отс.
отс./отс.
4,0
Цинк подвижный, мг/кг
2,82/2,85
2,89/2,87
23,0
Медь подвижная, мг/кг
отс./отс.
отс./отс.
3,0
Свинец валовый, мг/кг
3,18/3,20
3,21/3,22
32,0
Нитраты, мг/кг
4,22/4,30
4,12/4,14
13,0
Аммоний обменный, мг/кг
отс./отс.
отс./отс.
н/н
Хром подвижный, мг/кг
отс./отс.
отс./отс.
6,0
Марганец валовый, мг/кг
268,1/271,3
271,3/269,4
1500
отс./отс.
отс./отс.
н/н
7,2/7,2
7,3/7,3
н/н
Алюминий подвижный, мг/кг
рН
Примечание: – в числителе показатель до массового взрыва; в знаменателе показатель после массового взрыва; отс. – отсутствует; н/н – не нормируется
Анализ данных табл. 2 выявил, что после проведения массового взрыва
не наблюдается изменения контролируемых показателей. Также не наблюдается превышения санитарно-гигиенических нормативов содержания загрязняющих веществ в почвах. Анализ данных табл. 3 не выявил превышения концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, как на границе карьера, так и
на границе с. Терноватый Кут.
Таблица 3 – Результаты исследований состояния атмосферного воздуха
до и после проведения массового взрыва, 09.04.2013 г.
Место отбора проб
Контролируемый показатель
на границе
карьера
ПДК,
на границе
с. Терноватый Кут мг/м3
1
2
3
4
Оксид углерода, мг/м3
0,26/0,32
0,25/0,29
5,0
Двуокись азота, мг/м3
0,040/0,037
0,035/0,039
0,2
1
2
3
4
Хлористый водород, мг/м3
отс./отс.
отс./отс.
0,2
Взвешенные вещества, мг/м3
отс./отс.
отс./отс.
0,5
ясно
ясно
–
7,4/13,5
8,8/13,7
–
45/32
45/32
–
755/754
755/754
–
Направление ветра
Северо-восточное
Северо-восточное
–
Скорость ветра м/с
0,41–3,86
0,37–3,49
1,89–6,62
0,32–3,25
–
Состояние погоды
Температура воздуха, оС
Относительная влажность, %
Атмосферное давление,
мм рт.ст.
Примечание: – в числителе показатель до массового взрыва; в знаменателе показатель после массового взрыва; отс. – отсутствует; н/н – не нормируется
Результаты исследований состояния атмосферного воздуха, поверхностных вод и почв на границе с. Терноватый Кут приведены в табл. 4–6.
Таблица 4 – Результаты исследований состояния атмосферного воздуха
на границе с. Терноватый Кут до и после проведения массового взрыва
Контролируемый показатель
Дата проведения замеров
ПДК,
16.05.2013
18.07.2013
мг/м3
1
Оксид углерода, мг/м3
2
0,31/0,34
3
0,33/0,35
4
5,0
Двуокись азота, мг/м3
0,037/0,034
0,034/0,036
0,2
Хлористый водород, мг/м3
отс./отс.
отс./отс.
0,2
Взвешенные вещества, мг/м3
отс./отс.
отс./отс.
0,5
Ясно
–
30,0/30,4
Переменная
облачность
27,4/28,7
33/34
45/40
–
Атмосферное давление, мм рт.ст.
753/753
755/755
–
Направление ветра
Югозападное
Северозападное
–
Состояние погоды
Температура воздуха, оС
Относительная влажность, %
–
1
Скорость ветра м/с
2
0,3–3,05
3
0,32–2,11
0,32–2,92
0,24–2,18
4
–
Примечание: – в числителе показатель до массового взрыва; в знаменателе показатель после массового взрыва; отс. – отсутствует
Таблица 5 – Результаты мониторинговых исследований поверхностных вод
до и после проведения массового взрыва, 16.05.2013 г.
Контролируемый показатель
До проведения
взрыва
После проведения
взрыва
ПДК,
мг/м3
Нитраты, мг/дм3
5,3
4,8
45,0
Нитриты, мг/дм3
отс.
отс.
3,3
Азот аммонийный, мг/дм3
0,19
0,15
0,5
Перхлорат аммония, мг/дм3
отс.
отс.
н/н.
Фосфаты, мг/дм3
0,42
0,48
3,5
Нефтепродукты, мг/дм3
отс.
отс.
0,3
СПАВ, мг/дм3
отс.
отс.
4,1
рН
7,9
7,9
6,5–8,5
Таблица 6 – Результаты мониторинговых исследований почв
до и после проведения массового взрыва, 16.05.2013 г.
Контролируемый показатель
До проведения
взрыва
После проведения
взрыва
ПДК,
мг/м3
1
Никель подвижный, мг/кг
2
отс.
3
отс.
4
4,0
Цинк подвижный, мг/кг
3,13
3,15
23,0
Медь подвижная, мг/кг
отс.
отс.
3,0
Свинец валовый, мг/кг
3,74
3,88
32,0
Нитраты, мг/кг
5,82
5,61
130,0
Аммоний обменный, мг/кг
отс.
отс.
н/н
Хром подвижный, мг/кг
отс.
отс.
6,0
1
Марганец валовый, мг/кг
2
265,10
3
264,65
4
1500
Алюминий подвижный, мг/кг
отс.
отс.
н/н
рН
7,1
7,1
н/н
Анализ данных табл. 4–6 выявил, что продукты взрыва, образующиеся
при применении эмульсионных ВВ марки «ЭРА» на карьерах не вызывают
ухудшения качества атмосферного воздуха, почв и поверхностных вод, как на
территории карьера, так и за его пределами.
Выводы.
Таким образом, применение эмульсионных ВВ марки «ЭРА» не ухудшает
экологического состояния объектов окружающей среды и условий проживания
населения. Отсутствие превышений концентрации вредных веществ на границе
селитебной зоны позволяет рекомендовать применение эмульсионных ВВ марки «ЭРА» на гранитных карьерах, в том числе с уменьшенной санитарнозащитной зоной.
ЛИТЕРАТУРА
1. Перспективы применения эмульсионных взрывчатых веществ в
Кривбассе / Г.И. Еременко, Н.Н. Пыжик, А.Н. Пыжик // Разработка рудных месторождений. Научно-технический сборник. – Кривой Рог, 2003. – Вып. 82. – С.
7–12.
ОБРАЗОВАНИЕ КОРРОЗИОННОСТОЙКОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО
СПЛАВА В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ УДАРНОГО СЖАТИЯ
Соболев В. В., докт. техн. наук, проф.
Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет»
просп. К. Маркса, 19, г. Днепропетровск, 49005, Украина.
Одним из важнейших направлений в области фундаментального и практического материаловедения является высокоэнергетическая обработка материалов, потенциально способная решать проблемы создания перспективных
функциональных и конструкционных материалов:
– в экстремальных условиях сверхвысоких деформаций;
– при одновременном действии на вещества высоких температур и динамических давлений;
– при ударно-волновом сжатии материалов с предварительно дестабили-
зированной микроструктурой;
– при динамическом легировании металлов с использованием метода
сверхглубокого проникновения микрочастиц и др.
К сожалению, многие направления из перечисленных исследований, которые в 60–80-х годах прошлого столетия имели активное развитие, с начала
XXI века по разным причинам закрыты либо выполняются эпизодически.
Цель работы – исследовать воздействие сверхвысоких давлений и температур на порошки железных сплавов и показать потенциальную способность
ударно-волнового способа существенно расширить традиционные рамки технологий обработки материалов.
Для обрабатываемого материала выбраны порошки, приготовленные из
стружки металлического сплава, соответствующего по составу высококремнистому серому доэвтектическому чугуну (Si – 3,2 %, C – 3,5 %, Fe – 92,9 %,
остальное – примеси). Плотность образцов, как правило, не выходила за пределы диапазона 2900…3200 кг/м3. Нагревание и воздействие динамическим давлением осуществлялись одновременно в специальных устройствах с осесимметричным размещением элементов [1, 2], которые в литературе чаще называют цилиндрическими ампулами. Упрощенная схема цилиндрической ампулы
представляет собой две трубы, установленные осесимметрично. Полость внутренней трубы (труба-контейнер, изготовлена из стали 12Х18Н10Т), заполнена
порошком исследуемого сплава. Внешняя поверхность наружной трубы (труба-ударник, сталь 12Х18Н10Т) покрывается слоем взрывчатого вещества (в
экспериментах использовали аммонит № 6ЖВ и сплав ТГ 40/60 плотностью
1,78 г/см3). Зазор между наружной и внутренней трубой обычно выбирается
расчетным путем, чаще всего с использованием x–t диаграмм. От величины зазора зависит скорость разгона и соответственно соударения наружной трубы – с
внутренней. Кроме этого, количество газа и непосредственно газовая компонента подбираются таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая высокая
температура в исследуемом порошке.
Особенность условия ударно-волнового нагружения исследуемых материалов обусловлена формированием фронта головной (маховской) ударной
волны [3, 4], которая возникает у оси ампулы в результате нерегулярного отражения падающих (косых) ударных волн. Инициирование заряда ВВ производится с поверхности верхнего торца ампулы отрезками ДШ (рис. 1), прикрепленными к одному электродетонатору.
Рисунок 1 – Схема инициирования заряда взрывчатого вещества
отрезками детонирующего шнура
Фронт детонационной волны перемещается в сторону нижнего основания
вдоль образующей наружной трубы. Давление продуктов детонации сжимает
трубу, а ее стенки, разгоняясь до 2000…4000 м/с, сжимают внутреннюю трубу с
исследуемым порошком. В результате соударения в порошке возникает ударная
волна, представляющая в пространстве форму конуса, вершина которого
направлена в сторону, противоположную направлению перемещения ударной
волны. Вершина конуса, совпадающая с осью трубы, быстро вырождается с образованием криволинейного фронта головной ударной волны (ФГУВ).
Таким образом, боковая поверхность конуса является падающей (косой)
волной, а верхнее основание – ФГУВ.
В зависимости от типа ВВ, плотности исследуемого материала и размера
частиц давление за ФГУВ достигает при использовании вышеназванных ВВ
60…150 ГПа.
Температура зависит, главным образом, от газа, заполняющего свободное
пространство исследуемого материала. Во всех опытах температура значительно превышала температуру плавления всех известных металлов (6800 К и более), а в некоторых экспериментах – и температуру кипения материала.
Из области сверхвысоких термодинамических параметров исследуемый
материал либо сохраняется внутри ампулы, либо, осуществляет скачкообразный переход в область параметров, соответствующих окружающей среде.
Максимальная скорость такой закалки по экспериментальным данным с
использованием сплава алюминия АК5М2 – «реперного» металла – имеет порядок 108…109 К/с. Оценка скорости закалки производилась измерением рас-
стояния между осями дендритов, зависящем от скорости охлаждения и удаления от поверхности полости [5]. На рис. 2 приведена типичная фотография ампулы в разрезе после ударно-волновой обработки.
Рисунок 2– Внешний вид цилиндрической ампулы после
взрывной обработки (разрез вдоль образующей трубы-ударника)
На фото (рис. 3) в центре видна металлическая оболочка (светлое кольцо),
отделяющая полость (черная центральная часть) от сильно спрессованного пористого образца (серые тона).
Средняя толщина металлического кольца составила около 0,049 мм. Для
рентгеновской съемки образец изготавливался из порошка, напиленного с металлической оболочки. Параметры решетки равнялись 2,8945 и 2,9108 Å. Наличие тетрагональности не обнаружено, т.к. дифракционные линии сильно размыты. Таким образом, рентгеноструктурный анализ показал, что светлая полоса
образована ОЦК-решеткой железа.
Микротвердость железа составила 210…280 кг/мм2, а отдельных участков
– 1100 кг/мм2, что соответствует новой фазе, предположительно – карбиду, образованному за время ударного сжатия.
Рисунок 3 – Поле шлифа ударно-обжатого образца (ампула разрезана
перпендикулярно оси; в центре полость)
После взрыва ампула с исследуемым материалом, сохраненным в трубеконтейнере, разрезалась на диски толщиной примерно 10 мм. Диски травились
в «царской водке».
В течение первого получаса полностью растворились вся масса образца,
прилегающая к светлой металлической фазе, наружная и внутренняя оболочки,
выполненные из нержавеющей стали. В результате был выделен нерастворимый сплав, имеющих форму полого тонкостенного цилиндра, масса которого
составила ~0,6 г.
В дальнейшем металлический цилиндр испытывался при длительном растворении в «царской водке»: при этом после каждых восьми часов кипячения
делался перерыв, и растворение продолжалось при комнатной температуре в
течение 16 час.
Таким образом, обработка производилась непрерывно в течение 25 суток.
Масса железного остатка составила 0,25 г, а следовательно, потеря массы материала в среднем составила ~0,00058 г/час.
Выводы.
Физические условия обработки являются весьма специфическими – ударные волны в материалах генерируют:
сверхвысокое давление и температуру, превышающую температуру кипения металлов, интенсивное перемешивание химических элементов в спирально-вихревом перемещении вещества,
скачкообразный переход из области сверхвысоких параметров в область
атмосферного давления и нормальной температуры.
Перечисленные процессы в зависимости от скорости детонации применяемого типа ВВ протекают в диапазоне 30…70 мкс.
Идея данной работы заключается главным образом в том, чтобы привлечь
внимание специалистов к уникальным возможностям метода ударно-волновой
обработки материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Соболев В.В. Возникновение спиральных вихрей в смесевых цилиндрических образцах при ударном сжатии // Письма в ЖТФ. – 1984. – Т. 10, вып.
8. – С. 459–463.
2. Соболев В.В. Динамическое фракционирование химических соедине-
ний и смеси материалов на компоненты // Обогащение полезных ископаемых. –
К.: Техника, 1987. – С. 63–68.
3. Физика взрыва / Ф.А. Баум, Л.П. Орленко, К.П. Станюкович и др. – М.:
Наука, 1975. – 704 с.
4. Даниленко В.В. Взрыв: физика, техника, технология. – М.: Энергоатомиздат, 2010. – 784 с.
5. Мартин Дж., Доэрти Р. Стабильность микроструктуры металлических
систем. – М.: Атомиздат, 1978. – 280 с.
ВЛИЯНИЕ НА РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
УСЛОВИЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЖЕНИЙ
Ефремов Э. И., докт. техн. наук, проф., чл.-корр. НАН Украины,
Кратковский И. Л., канд. техн. наук, стар. науч. сотр.,
Никифорова В. А., канд. техн. наук, стар. науч. сотр.,
Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины,
ул. Симферопольская, 2а, г. Днепропетровск, 49005, Украина.
Эффективное действие динамических нагрузок зависит от условий передачи их энергии разрушаемым породам, которое определяется площадью поверхности их воздействия. При взрывных нагрузках условия передачи энергии
запасенной во взрывчатом веществе энергии определяются особенностями конструкции зарядов. Разработка и изменение конструкций зарядов позволяет
управлять давлением газообразных продуктов детонации на стенки зарядной
полости, изменять площадь контакта взрывчатых веществ с породой, обеспечивать разноградиентное ее нагружение и возрастание роли в их разрушении растягивающих напряжений, энергоемкость разрушения которыми на два порядка
ниже, чем сжимающими нагрузками [1]. Разрушающий эффект взрыва может
повышаться даже при уменьшении энергии, запасенной в зарядной полости при
условии создания неоднородного нагружения породы по высоте заряда и увеличении времени действия взрыва на породу. При этом изменяется энергия, передаваемая породе через единицу площади боковой поверхности зарядной полости.
При разрушении горных пород свободным ударом о жесткую преграду в
центробежных установках энергия налетающих на преграду частиц породы,
определяется их скоростью, углом встречи с преградой и параметрами установки. Экспериментальные исследования, проведенные в центробежной установке,
показали, что существует оптимальный диапазон скоростей для каждой породы, при котором дробление наиболее эффективно с точки зрения энергетических затрат. В частности, для мрамора и песчаника этот диапазон составляет
45–110 м/с.
Разрушение образцов горных пород при скоростях выше 110 м/с показало, что при повышенных затратах энергии средний размер каска после разрушения практически не меняется.
Повышение полезного использования энергии при динамических воздействиях на горную породу может достигаться за счет изменения условий ее передачи разрушаемой породе [2].
Выводы.
При взрывных нагрузках это достигается при формировании конструкций
зарядов рассредоточенных инертными промежутками, зарядов переменного сечения по высоте уступа, зарядов с кольцевыми зазорами и др. При ударных
нагрузках это может быть достигнуто изменением скорости частиц породы и
углов их встречи с отбойными плитами, определяемых параметрами установки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Влияние конструкции скважинного заряда ВВ на изменение условий
передачи энергии взрыва разрушаемой среде / Э.И. Ефремов, В.А. Никифорова // Взрывное дело № 108/65. – М.: МВК по взрывному делу при АГН, 2012. –
С. 157–173.
2. Комир В.М. Влияние площади соприкасающихся тел при ударе на интенсивность дробления горных пород // Вісник Кременчуцького державного
політехнічного університету. – Кременчук, 2006. – Вип. 6/2006 (41), част. 1. –
С. 103–104.
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ТВЕРДЫХ МИКРОЧАСТИЦ
НА ГЛУБИНУ ИХ ПРОНИКНОВЕНИЯ В МЕТАЛЛЫ
Соболев В. В., докт. техн. наук, проф.
Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет»
просп. К. Маркса, 19, г. Днепропетровск, 49005, Украина.
Исследование физических особенностей коллективного взаимодействия
высокоскоростных микрочастиц с металлической преградой, их проникновение
на сверхбольшие глубины и целого ряда новых эффектов способствует пониманию динамики изменения состояния вещества. Динамическое воздействие
потока микрочастиц принципиально изменяет физико-механических свойства
металлов и других материалов [1]. Особенности механизма проникновения
микрочастиц способствуют формированию новых композиционных материалов
с уникальным сочетанием физических, химических и механических характеристик, имеющих важное прикладное значение.
Несмотря почти на 40-летнюю историю исследования сверхглубокого
проникновения (СГП) микрочастиц в металлы, разработанные физические модели и многочисленные дискуссии, попытки математической интерпретации,
большой объем статистической обработки экспериментальной информации, не
предложили принципиально нового механизма СГП. В данной работе намеренно не обсуждаются причины возникновения новых физических эффектов, проявляющихся вследствие прохождения твердых микрочастиц на сверхбольшие
глубины в металлической преграде.
Цель работы – изучение влияния размера твердых микрочастиц на глубину их проникновения в металлы.
Следует отметить, что процесс проникновения микрочастиц не относится
к инерционному движению, а сам факт движения твердой частицы в твердой
среде на аномально большие расстояния не может быть описан с привлечением
известных механизмов и физических моделей.
Практически отсутствующее сопротивление проникновению связано с
аномально низкими значениями вязкости металла преграды и самой частицы.
Наиболее вероятным является то, что вязкость должна изменяться только в
пределах зоны, образованной контактирующими поверхностями преграды и
микрочастицы. В связи с этим возникает новый вопрос о вероятной причине,
вызвавшей скачкообразное изменение вязкости металла и о состоянии вещества, заполняющего зону контакта.
В [2, 3] развивается идея плазменной концепции сверхглубокого проникновения [4] с учетом выбора нескольких аргументов в пользу плазмы.
Первый: отсутствие СГП в случае удара одиночной частицы или при детонационном напылении (взаимодействие множества частиц с преградой [5, 6]).
Второй: сверхглубокое проникновение микрочастицы наблюдается только в случае разгона большого количества частиц при обязательном условии их
перемешивания, активного трения, генерирования дополнительных поверхностных и других дефектов.
Третий: в результате трения частиц между собой поверхности всегда
приобретают электрический заряд (трибоэффект), причем не имеет значения
материал частицы – это может быть диэлектрик, полупроводник или проводник
[7].
Четвертый: результаты численного решения квантово-химической модели динамики элементарного акта химической реакции показывают, что самая
сильная химическая связь разрушается с приближением к точечному электри-
ческому заряду [8]. Другими словами, сблизившись на критические расстояния
с зарядами, химические связи в металле преграды разрываются с образованием
отдельных частиц – ионов, электронов [4].
Одним из первых эффектов, обнаруженных экспериментально при СГП,
был так называемый «масштабный фактор», который заключается в том, что
микрочастицы проникают в металлическую преграду на большие глубины, если
их размер не выходит за пределы некоторого диапазона величин. Причем размер проникающих микрочастиц непосредственно влияет на объем канала и долю потери массы по глубине.
Таким образом, предполагается, что микрочастицы в кумулятивной выемке [1] в процессе формирования сгустка за счет интенсивного трения между
собой и сжатия воздушных пор разогреваются, приобретая максимально возможную плотность поверхностных электрических зарядов. Косвенным свидетельством в пользу модели электрически заряженных частиц могут служить результаты экспериментальных исследований [9] статической электризации порошков при скольжении их относительно твердой поверхности, перемешивании
и распылении твердых тел, зависимости знака и величины заряда от состава,
размера частиц и адсорбированных на частице веществ (рис. 1). Размер частиц,
имеющих максимальный заряд, неодинаковый для различных минералов, пород, органических веществ и металлов.
Образование ионов происходит за время порядка 10–13 с, причем приблизительно за такое же время микрочастица проходит в преграде один атомный
слой. Высвобождающиеся заряженные частицы заполняют зону между поверхностями микрочастицы и преграды. Общая масса заряженных частиц, поступающих в зону между поверхностями микрочастицы и преграды пропорциональна поперечному размеру проникающей в преграду микрочастицы. Образование
новых связей осуществляется за микрочастицей, т.е. канал в преграде, образованный микрочастицей, «зашивается» новыми синтезированными фазами [1].
Плотность заряда, 10–11, к/см2
35
30
1
25
2
20
4
15
10–3
10
3
10–2
10–1
100
Диаметр частиц d, мм
Рисунок 1 – Зависимость плотности заряда минеральных частиц от размера при
5 1 – биотит; 2 – гипс; 3 – кальцит; 4 – микроклин
электризации трением [9]:
Поскольку время релаксации
зарядов в металле по оценке [10] ~10–15 с, то
0
отток зарядов из зоны не сможет быть компенсирован вновь поступающими частицами за времена ~10–13 с. При «исчезновении» плазменного слоя вязкость
металла в зоне приобретет свое обычное значение, и микрочастица не в состоянии продолжать дальнейшее перемещение в преграде. Необходимо, чтобы время разряда частиц через металл превышало время поступления в зону новых
частиц. Для того, чтобы разряд через металл преграды был несущественным,
необходима сильная дестабилизация микроструктуры преграды, либо возникновение в преграде проводимости неметаллического типа.
В целом нестабильность может быть вызвана ударно-волновым воздействием потока микрочастиц. Сильная динамическая дестабилизация микроструктуры вызывает появление большой плотности различных дефектов,
вследствие чего электрическое сопротивление материала преграды увеличивается на один- два порядка.
Экспериментальными исследованиями магнитодинамических эффектов,
вызванных движением ионизированного высокоскоростного потока порошковых частиц Si3N4, ускоренных взрывным кумулятивным ускорителем [11],
установлена зависимость величины магнитной индукции от размера микрочастиц (рис. 2). Глубина проникновения микрочастиц в зависимости от их разме-
100
0.8
0.6
0.4
20
60
100
140
180
220
Диаметр частиц d, мкм
0.2
Рисунок
2 – Изменение магнитной
индукции от размера вводимых частиц
[11]
0
0
микрочастиц в сталь, мм
1.0
Глубина проникновения
Магнитная индукция В, мТл
ра показана на рис. 3 [12].
80
60
40
20
60
100
140
180
220
Диаметр частиц d, мкм
3 – Зависимость глубины
проникновения микрочастиц
от их размера [12]
0
20
Рисунок
0
Выводы.
Приведенные результаты свидетельствуют в пользу формирования зарядов на поверхностях микрочастиц и образования плазмы, движение которой
сопровождается электромагнитным излучением.
График зависимости магнитной индукции от размера частиц порошка является подтверждением влияния размера частиц на плотность распределения зарядов на поверхности и соответственно на вероятность появления плазмы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ушеренко С.М. Сверхглубокое проникание микрочастиц в преграды и
создание композиционных материалов. – Минск: НИИ ИПсОП, 1998. – 210 с.
2. Соболев В.В., Ушеренко С.М. Образование плазмы – как вероятная
причина локальных разрушений в структуре материалов при ударно-волновой
обработке // Украинский союз инженеров-взрывников. Информационный бюллетень. – 2004. – № 1(8). – С. 19–26.
3. Соболев В.В., Ушеренко С.М. Образование плазмы в ударно-волновых
процессах // Физика и техника высоких давлений. – 2005. – Т. 15, № 2. – С. 86–95.
4. Соболев В.В., Ушеренко С.М., Губенко С.И. Физический механизм
сверхглубокого проникания микрочастиц в твердые фазы // Науковий вісник
НГА України. – 1998. – № 3. – С. 62–65.
5. Высокоскоростные ударные явления / Под ред. В.Н. Николаевского. –
М.: Мир, 1973. – 534 с.
6. Структурные изменения в железоникелевых сплавах, вызванные действием высокоскоростного потока порошковых частиц. 2. Эффекты сверхглубокого проникания / В.И. Зельдович, И.В. Хомская, Н.Ю. Фролова и др. // Физика металлов и металловедение. – 2002. – V. 93. – С. 86–94.
7. Дедков Г.В. Нанотрибология: экспериментальные факты и теоретические модели // Успехи химических наук. – 2000. – Т. 170, № 6. – С. 585–618.
8. Соболев В.В. Закономерности изменения энергии химической связи в
поле точечного заряда // Доповіді НАН України. – 2010. – № 4. – С. 88–95.
9. Пархоменко Э.И. Явления электризации в горных породах. – М.: Наука,
1968. – 255 с.
10. Царев В.А. Низкотемпературный ядерный синтез // Успехи физических наук. – 1990. – Т. 160, вып. 11. – С. 1–53.
11. Овчинников В.И. Магнитодинамические эффекты в кумулятивных
процессах взрыва // Физика и техника высокоэнергетической обработки материалов: сбор. научн. трудов / Редкол.: В.В.Соболев (отв. ред.) и др. – Днепропетровск: Арт-Пресс, 2007. – С. 134–143.
12. Овчинников В.И., Ильющенко А.Ф., Ушеренко С.М. Характеристика
процессов при высокоскоростном соударении с преградой потоков микрочастиц, разогнанных взрывом // Высокоэнергетические системы, процессы и их
модели : сбор. научн. трудов / Редкол.: В.В.Соболев (отв. ред.) и др. – Днепропетровск: Акцент ПП, 2013. – С. 52–65.
ВЛИЯНИЕ ПРОСЛОЙКИ ПОД НАКЛАДНЫМ ЗАРЯДОМ
НА ИЗМЕНЕНИЕ ВОЛНЫ НАПРЯЖЕНИЙ В НАГРУЖАЕМОЙ СРЕДЕ
Долударев В. Н., канд.техн.наук, старш. преп.
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского
ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина.
Основным способом добычи нерудных горных пород в настоящее время
остается взрывное дробление, одним из недостатков которого является выход
переизмельченных и негабаритных фракций.
Большинство существующих способов уменьшения переизмельчения –
создание в заряде взрывчатого вещества (ВВ) воздушных промежутков, инертные добавки и т.д., наряду со снижением пика давления в зарядной полости на
начальной стадии взрыва, уменьшают общую энергию заряда, а, следовательно,
интенсивность дробления, что приводит к повышенному выходу негабаритных
фракций.
Оптимальным решением данной проблемы является введение в заряд ВВ
энергоактивной газообразующей добавки, которая на начальной стадии взрыва
поглощает часть энергии ВВ для своего воспламенения, а в последствии, в процессе горения, позволяет повысить квазистатическое давление продуктов детонации (ПД). Это усиливает дробление среды в средней и дальней зонах, что целесообразно при добыче нерудных полезных ископаемых, т.к. делает дробление
более равномерным [1–3].
Сравнительная оценка амплитуды волны напряжений при взрыве накладных зарядов на моделях из лабрадорита (808040 мм) проводилась в лабораторных условиях при помощи универсального запоминающего осциллографа
С8–13. Волна напряжений в среде фиксировалась при помощи пьезокерамического датчика, расположенного на одной из граней модели, противоположной
грани с размещенным на ней накладным зарядом.
При проведении эксперимента оценивалось влияние различных материалов, расположенных между накладным зарядом ВВ (20 мг) и нагружаемой средой, на изменение амплитуды волны напряжений в данной среде. Эталонный
заряд располагался непосредственно на поверхности модели. В остальных экспериментах между зарядом и моделью располагалась прослойка (2 мм) из пластилина, воздуха, воды, газообразующей добавки или меди.
Величина первого пика на осциллограмме пропорциональна давлению на
фронте волны сжатия, возникающей в среде при взрыве накладного заряда. Поэтому при сравнительной оценке амплитуды волны напряжений зарядов различных конструкций с эталонным сплошным зарядом достаточно сравнить их
осциллограммы по вертикальной оси.
На рис 1. приведена диаграмма отношения максимального давления на
фронте волны сжатия при взрывах накладных зарядов различных конструкций
к максимальному давлению при взрыве сплошного заряда, выраженного в процентах.
90%
80%
20%
воздух; 42%
30%
газообразующая добавка;
72%
40%
вода; 76%
50%
пластилин; 80%
60%
медь; 86%
70%
10%
0%
Рисунок 1 – Диаграмма зависимости относительной амплитуды
волны напряжений от материала прослойки
Выводы.
Анализ полученных результатов показал, что снижение амплитуды волны
напряжений в среде на 58 % происходит при наличии между зарядом и моделью воздушной прослойки. С прослойкой из меди происходит снижение амплитуды на 14 %.
Применение в данном эксперименте прослойки из газообразующего вещества снижает амплитуду продольной волны в среде почти на 30 %, что свидетельствует о снижении пика давления на фронте волны сжатия за счет устранения непосредственного контакта бризантного ВВ с поверхностью модели.
Прослойка из 2 мм воды снижает амплитуду волны напряжений под
накладным зарядом примерно на 25 %, а 2 мм пластилина снижают ту же амплитуду примерно на 20 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Теоретический анализ изменения давления продуктов детонации смесевого заряда / В.В. Воробьев, В.Н. Долударев // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. – 2009. –
Вип. 4/2009 (57), част. 2. – C. 106–110.
2. О влиянии конструкции рассредоточенного заряда на переизмельче-
ние скальных пород при взрыве / В.В. Костин, Л.Д. Воробьева, В.Н. Долударев
// Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – 2005. –
Вип. 6/2005 (35). – С. 139–140.
3. О влиянии конструкции удлиненного заряда ВВ на выход переизмельченных фракций при разрушении горных пород / В.В. Воробьев, В.Н. Долударев, А.М. Пеев, М.В. Помазан // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – 2006. – Вип. 6/2006 (41), часть 1. – С. 82–84.
ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ
Галиакберова Ф. Н., старш. преп.
Донецкий национальный технический университет
ул. Артема, 58, 83001, г. Донецк, Украина.
Буровзрывные работы (БВР) при добыче полезных ископаемых открытым
способом в современных условиях работы горнодобывающих предприятий пока остаются практически единственным эффективным способом разрушения
прочных горных пород. Дальнейшие перспективы развития этого способа добычи на открытых горных работах связаны с более сложными горногеологическими условиями, переходом на более глубокие и сильно обводненные горизонты и другими трудностями, приводящими к соответствующему
увеличению объемов и усложнению технологии взрывных работ, что снижает
их безопасность.
Результаты анализа последних исследований и публикаций показали, что
с углублением карьеров (разрезов) большее значение приобретает не только качество подготовки горной массы, но и вопросы техники обеспечения промышленной безопасности при ведении взрывных работ и охраны окружающей среды. Выполнение этих задач непосредственно зависит от эффективности и безопасности производства взрывных работ – важнейшей составляющей горной
технологии разрушения породных массивов.
В процессе проведения БВР формируется система «ЧЕЛОВЕК–
ТЕХНИКА–СРЕДА», в которой человек является ответственным за выполнение технологии ведения взрывных работ, которая, наряду с применяемыми
взрывчатыми материалами (ВМ), определяет их эффективность и безопасность.
Нарушения технологического и технического характера взаимодействия основных элементов в этой системе может стать причиной возникновения аварии при
производстве взрывных работ.
Целью работы является критический анализ состояния техники безопасности при производстве взрывных работ на карьерах с учетом применяемых
взрывчатых веществ и средств инициирования скважинных зарядов.
Основной задачей данной работы является анализ состояния техники безопасности при выполнении взрывных работ на карьерах в Украине и России.
Несмотря на принимаемые меры, при взрывных работах и обращении со
взрывчатыми материалами имеют место аварии и случаи смертельного травматизма. В 2010 г. состояние промышленной безопасности на объектах, связанных с обращением с ВМ улучшилось. Например, в России произошло четыре
несчастных случая со смертельным исходом (в 2009 г. – 12 случаев) и одна авария (в 2009 г. – шесть аварий).
Рассмотрим основные причины аварий и несчастных случаев, происходящих в России и Украине.
1) Нарушение паспорта буровзрывных работ в части порядка охраны и
нахождения персонала в пределах опасной зоны.
В ЗАО «Полярная геофизическая экспедиция» 20.09.10 (СевероУральское управление Ростехнадзора) при отстреле скважины кусок мороженной глиняно-торфяной породы упал на крышу вездехода, в котором находился
взрывник, получивший смертельную травму. Причина – нахождение автомобиля в границах опасной зоны.
2) Привлечение к работам с ВМ персонала, не прошедшего обучение в
установленном порядке и не получившего соответствующий допуск.
В ЗАО «Хмелинецкий карьер» (Верхне-Донское В ЗАО «Хмелинецкий
карьер» (Верхне-Донское Управление Ростехнадзора) 02.07.10 при перевозке
ВВ «Селипор С–350» в количестве 142 80 кг на автомобиле КрАЗ от железнодорожной станции на склад ВМ произошло возгорание груза. В результате водитель получил сильный ожог и от полученных травм скончался. Суммарный
ущерб от аварии составил 1,29 млн. руб. Причина аварии – для перевозки применялось транспортное средство, не предназначенное для этих целей – самосвал, оборудованный подогревом кузова. Водитель не имел допуска к перевозке
взрывчатых материалов.
3) Отказы зарядов промежуточных детонаторов (ПД) и сами взрывчатые смеси, содержащие бризантные ВВ.
В Украине на ОАО «Тельмановский карьер» 24.03.06 произошел
несчастный случай в результате самопроизвольного взрыва ВМ, оставшихся в
скважине после массового взрыва. Скважина была заряжена ВВ ЗАРС–1 в количестве 330 кг, двумя боевиками из шашек ТГФА–500. Боевик, расположенный в верхней части скважины состоял из одной шашки, а в нижней – из двух.
Инициирование осуществлялось с помощью неэлектрической системы взрывания (НСВ) «Импульс». Причина появления отказавшего заряда – перебивание
волновода обрушенной породой из стенок скважины и образование разрыва колонки заряда ВВ в скважине за счет зависания обрушенной породы. Непосредственной причиной взрыва отказавшего заряда послужил наезд гусеницы экскаватора на шашку-инициатор с капсюлем-детонатором.
4) Сохранность взрывчатых материалов и средств инициирования.
В 2010 году положение дел с обеспечением сохранности взрывчатых материалов в России выглядит следующим образом. Выявлено 14 утрат, в том
числе девять хищений (в 2009 г. – 10 утрат и шесть хищений). Общее количество похищенных ВМ составило 14,3 кг ВВ и 42 электродетонатора.
Практически все хищения взрывчатых материалов были совершены с
мест производства взрывных работ и выявлены (при участии органов ФСБ и
МВД) при их незаконном обороте. В целом причины утрат взрывчатых материалов весьма близки к причинам аварий и 14.04.2009 г. при производстве массового взрыва подрядной организацией ООО «Импульс-Камень» на карьере Мочищенского щебеночного завода (Новосибирская область) обнаружен взрывчатый материал – граммонит П21. В перебуре образовалось разделение заряда, в
результате чего нижний мешок с ВМ не сдетонировал. Позднее, при производстве массового взрыва мешок граммонита энергией взрыва выкинуло на поверхность, и произошел разброс ВВ. Причина – неверное составление паспорта
БВР.
5) Неполная детонация скважинных зарядов. Она приводит к образованию значительного объема токсичных газообразных продуктов взрыва. Это
представляет серьезную угрозу, как для персонала предприятий, так и для проживающего вблизи населения, а также приводит к неоправданным экономическим потерям.
Основной причиной отказов и неполной детонации скважинных зарядов
является недостаточная водоустойчивость применяемых взрывчатых веществ.
Это приводит к загрязнению сточных вод предприятий в результате растворения и вымывания части компонентов из состава ВВ. Данные негативные моменты связаны с тем, что не проводится оценка сохранения эффективности
действия скважинных зарядов после их нахождения в воде, а также определение количества токсичных составляющих газов, выделяющихся при взрыве.
6) Техника ведения БВР включает в себя правильный выбор технологии
взрывания, размеров сетки скважин, места расположения и количества промежуточного детонатора, системы инициирования, позволяющей проводить замедленное взрывание, эффективность которого неоднократно доказывалась, а
также самого ВВ.
В качестве промежуточных детонаторов в настоящее время используются
шашки Т–400Г, ТГФА–500Г, а также литые заряды ДПУ–830Тл. Детонационная способность шашек зависит от массы, плотности, ее распределения по
длине изделия и дефектности.
Ряд работ свидетельствует о том, что причиной отказов ПД может быть
неправильная установка капсюля-детонатора неэлектрической системы взрывания (НСВ) или его отказ в связи с использованием для инициирования горячельющихся (85–90 °С) ВВ типа Акватол. В результате неграмотного применения
таких ВВ происходит подплавление ПД, особенно изготовленного из тротила
(температура плавления +80 °С), а также возможно нарушение целостности заряда, что приводит к отказу.
Из всего вышесказанного следует, что в настоящее время человеческий
фактор по значимости при травматизме людей и несанкционированном применении ВМ находится на первом месте. Сюда относятся нарушения требований
"Единых правил безопасности при взрывных работах" (ЕПБ), таких как:
– ведение ВР при нахождении людей в пределах опасной зоны;
– несоблюдение правил транспортировки, хранения и обращения с ВВ;
– неверное составление паспорта БВР, несоответствие его фактическим
горнотехническим условиям;
– неудовлетворительная организация подготовки и проведения взрывных
работ;
– нарушение порядка доставки ВВ от склада до мест проведения взрывных работ;
– отсутствие надлежащего контроля за обеспечением сохранности ВМ на
местах ведения взрывных работ со стороны лиц технического надзора;
– отсутствие надлежащего контроля со стороны должностных лиц за выполнением установленных правил хранения, размещения, учёта и выдачи маркированных средств инициирования и т.д.
Выводы.
Проведенный анализ показывает, что подавляющая доля причин аварий и
несчастных случаев на производстве носит организационный характер (более
80 %). Основными причинами аварийности и травматизма являются системные
грубые нарушения требований безопасности, связанные с бесконтрольностью и
низкой производственной дисциплиной персонала, безответственностью руководителей предприятий различных уровней.
В результате системного анализа установлено, что повышение безопасности ведения БВР на карьерах может быть достигнуто путем разработки новых
безопасных простейших ВВ и промежуточных детонаторов для инициирования
детонации скважинных зарядов в сложных горно-геологических условиях с
большим водопритоком в скважины.
Таким образом, в дальнейшем необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать мероприятия по охране и безопасности труда, позволяющие уменьшить влияние человеческого фактора на создание аварийных ситуаций при ведении БВР на открытой поверхности.
2. Создать промежуточный детонатор, не содержащий бризантных ВВ, и
обосновать его параметры при инициировании скважинного заряда для обеспечения оптимального режима детонации простейшего ВВ.
3. Разработать простейшее ВВ для механизированного заряжания, при-
годное к использованию в сухих и обводненных скважинах, включая сульфидсодержащие породы.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ
РАСТВОРА ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
НА ГОРНУЮ МАССУ
Лемижанская В.Д., аспирант
Долударева Я.С., канд. техн. наук, доц.
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского
ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина.
Трещиноватая структура горных пород является одним из факторов,
определяющим их свойства и состояние. Эффективным средством их направленного изменения являются поверхностно-активные вещества (ПАВ). Их действие основано на адсорбционном понижении поверхностной энергии тел (эффект Ребиндера). Проникая в трещины и контакты минеральных зерен, активные молекулы снижают удельную поверхностную энергию пород (в соответствии с теорией хрупкого разрушения А. Гриффитса), уменьшая, тем самым,
сопротивление росту трещин, способствуют их развитию [1].
Для определения оптимального времени воздействия раствора ПАВ на
горную массу проводились испытания образцов на изгиб, при которых определялся предел прочности при изгибе и показатель вязкости.
Исследования проходили в лаборатории кафедры горной инженерии Политехнического факультета Университета г. Монс (Бельгия) на образцах из
песчаника. В соответствии с параметрами экспериментальной установки (рис.
1) и стандартом на проведение данного эксперимента [2] были изготовлены образцы размерами: длина L=100 мм, ширина B=15 мм, высота W=25 мм. В образцах делали паз глубиной a=4 мм (необходимо, чтобы выполнялось соотношение L/W=4; 0,15 ≤ a/W ≤ 0,55).
Рисунок 1 – Экспериментальная установка для определения предела
прочности при изгибе и схема нагружения образца
В ходе проведения эксперимента на манометрах фиксировали максимальное усилие Рс, созданное испытательной машиной при разрушении образца
(рис. 1) и далее рассчитывали вязкость горной породы по формуле [2]:
По полученным данным построен график зависимости усилия, необходимого для разрушения образца в ходе эксперимента от времени насыщения раствором ПАВ (рис. 2).
Рисунок 2 – График зависимости усилия, необходимого
для разрушения образца, от времени насыщения
Выводы.
Насыщение пород раствором ПАВ на протяжении 1–2 часов позволяет
значительно снизить их прочность и существенно замедлить ее восстановление,
а, следовательно, упростить последующие процессы экскавации горной массы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Латышев О.Г., Иванова С.С., Суворов Б.И. Влияние поверхностноактивных веществ на физические свойства горных пород // Изв. вузов. Горный
журнал. – 1985. – № 12. – С. 1–5.
2. Jaeger, J.C., Cook, N.W. Fundamentals of rock mechanics. 3 rd edition. London: Chapman and Hall.
ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА НА ЗАРЯДЫ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ,
НАХОДЯЩИХСЯ В СМЕЖНЫХ ШПУРАХ
Калякин C. А., докт. техн. наук, доц.,
Азаматов Р. И., аспирант
Донецкий национальный технический университет
ул. Артема, 58, 83001, г. Донецк, Украина.
При групповом короткозамедленном взрывании шпуровых зарядов
взрывчатых веществ (ВВ) в забоях горных выработок возможны подсечка зарядов трещинами, их обнажение и переуплотнение ВВ внешним давлением газообразных продуктов взрыва или волнами напряжений, возникающими при
взрывном разрушении горного массива. Все эти явления прямо или косвенно
могут влиять на безопасность и эффективность взрывных работ в горных выработках шахт.
Анализ последних исследований и публикаций показал, что при подсечке
шпуровых зарядов и обнажении патронов ВВ при взрыве такие заряды очень
легко воспламеняют взрывную среду. При переуплотнении ВВ в шпурах возможны отказы детонации шпуровых зарядов и их выгорание. Поэтому для
борьбы с этими явлениями при взрывных работах были разработаны эффективные высокопредохранительные ВВ, устойчивые против выгорания и обладающие высокой детонационной способностью при короткозамедленном взрывании.
Вместе с тем, в настоящее время рассматривается вопрос о замене токсичных нитроэфиро- и тротилосодержащих ВВ на эмульсионные, экологически
безопасные ВВ. Применение последних в угольных шахтах, опасных по газу и
угольной пыли, позволит решить не только проблемы безопасности взрывных
работ и промышленной санитарии, но и значительно удешевить сами ВВ, повысив, тем самым, эффективность взрывных работ. Поэтому в настоящее время
ведутся научно-исследовательские работы по созданию патронированных
предохранительных эмульсионных ВВ (ЭВВ) для угольных шахт.
В связи с этим становится очевидной важность вопроса о предании ЭВВ
такой детонационной способности, чтобы их шпуровые заряды безотказно детонировали при короткозамедленном взрывании.
Для этого необходимо определить параметры и условия устойчивой детонации шпурового заряда ВВ в смежных шпурах. Определение таких параметров
позволит без трудоемких опытных шахтных промышленных испытаний разработать патронированные предохранительные ЭВВ для угольных шахт.
Целью работы является исследование действия взрыва на заряды ВВ,
находящиеся в смежных шпурах, для определения параметров устойчивости
детонации шпуровых зарядов ЭВВ.
При групповом замедленном взрывании детонация шпуровых зарядов ВВ
происходит разновременно. Шпуровые заряды ВВ, которые взрываются раньше, могут воздействовать на соседние смежные с ними и еще не взорвавшиеся
заряды и вызывать в них переуплотнение ВВ. Условия переуплотнения ВВ в
шпуровых зарядах при их короткозамедленном взрывании достаточно широко
изучались в СССР и за рубежом.
Было установлено, что уплотнение ВВ в шпуровых зарядах при групповом короткозамедленном взрывании наблюдается на угольных пластах любой
крепости и связано с деформацией стенок шпура и откольными явлениями. Деформация шпуров, откольные явления и уплотнение ВВ также могут происходить и при групповом взрывании по породе, однако это происходит при гораздо
меньших расстояниях между шпурами, чем в угольных забоях. С увеличением
крепости горных пород уплотнение ВВ уменьшается, т.к. снижается степень
деформации стенок шпуров.
Для оценки возможности затухания детонации шпуровых зарядов из-за
переуплотнения в них ВВ были поставлены и реализованы как шахтные, так и
лабораторные эксперименты. Результаты этих работ позволяют ответить на
многие поставленные вопросы для определения критических параметров детонации ЭВВ.
Как показали результаты исследований на двух различных угольных пластах, характер изменения давления во фронте волны напряжения при взрыве
зарядов ВВ с разной массой подобный.
Исследование изменения давления в патроне ВВ показало, что давление в
патроне ВВ меньше давления во фронте волны напряжения, действующей на
шпур. При расстоянии между шпурами 0,3 м давление в патроне ВВ меньше
давления в волне напряжения в 1,1782 раза, при 0,45 м – в 2,003 раза, а при
0,6 м – в 6,315 раза.
Таким образом, установлено два важных факта:
– давление в патроне ВВ гораздо меньше, чем во фронте волны напряжения, деформирующей шпур;
– с увеличением расстояния между шпурами различие между давлением в
патроне ВВ и в волне напряжения возрастает, и на расстоянии 0,6 м давление в
патроне ВВ меньше в 6,315 раза, чем в волне напряжения.
Весьма интересным является и вопрос, как во времени изменяется давление в шпуре при воздействии на него волны напряжения, образованной взрывом смежного шпурового заряда. Время действия давления на заряд ВВ в шпуре при взрыве смежных шпуровых зарядов небольшое и составляет несколько
десятков миллисекунд, т.е. оно сопоставимо с интервалом времени замедления
при короткозамедленном взрывании.
Так, при расстоянии между шпурами 0,3 м время действия давления на
заряд ВВ в шпуре составляет примерно 22 мс, а при расстоянии 0,45 м – только
15 мс и при 0,6 м увеличивается до 20 мс. Таким образом, если интервал замедления между взрывами отдельных групп зарядов ВВ больше 25 мс, то в
смежных шпуровых зарядах избыточное давление будет практически отсутствовать. Поэтому, одним из способов обеспечения устойчивости детонации
шпуровых зарядов патронированных ЭВВ является правильный выбор времени
замедления между взрывами групп зарядов при короткозамедленном взрывании.
ЭВВ, в отличие от порошкообразных ВВ, сравнительно плохо прессуются, поэтому они быстро восстанавливают исходную плотность ВВ в заряде сразу после снятия внешней нагрузки, действующей на заряд. Это восстановление
достигается с помощью термопластичных полимерных микросфер Expancel,
применяемых для сенсибилизации ЭВВ взамен стеклянных микросфер подобного размера.
Вместе с тем, полностью исключить ситуацию, когда шпуровой заряд
ЭВВ детонирует в шпуре под избыточным давлением от действия взрыва
смежных шпуровых зарядов нельзя.
Следовательно, необходимо знать величину критического давления детонации патронированных ЭВВ в зависимости от условий взрывания и расстояния между смежными шпурами.
Для решения этого вопроса были обобщены экспериментальные данные,
полученные Росинским Н.Л. и Матюниным В.С. при проведении шахтных и
лабораторных исследований устойчивости детонации предохранительных ВВ.
Реализация плана матрицы полного факторного эксперимента на основе экспериментальных данных позволила получить зависимость:
Рш=202,2+592,02 mзар–527,36 аш–617,84 mзараш, атм,
(1)
где mзар – масса шпурового заряда ВВ, кг;
аш – расстояние между смежными шпурами, м.
Эмпирическая зависимость (1), отвечающая условиям взрывания в крепких углях (плотность угля ρ =1,3 г/см3, скорость продольной волны в пласте Сп
= 2400 м/с), характеризует взрывание зарядов ПВВ IV класса типа аммонита
ПЖВ–20.
Для того, чтобы эту эмпирическую модель применить для других условий
взрывания и иных типов ВВ, в нее необходимо ввести поправочные эмпирические коэффициенты, учитывающие свойства горных пород, их откольную
прочность, а для ВВ – энергетические и детонационные показатели, зависящие
от плотности заряжания ВВ в шпурах и удельной теплоты взрыва ВВ.
Свойства горных пород и их откольную прочность можно учитывать, исходя из акустической жесткости породы, – ρпСп (ρп – плотность породы, Сп –
скорость продольной волны в породе). Эти коэффициенты были подобраны на
основании эмпирических данных свойств горных пород и энергетических параметров ВВ.
Окончательный вид эмпирической зависимости (1) имеет следующий
вид:
2

 dп 
 Qv  ВВ  527 ,36aш 
Pш  506,379 202,2  0,2237 m ВВ 
d

 ш
d
 0,2335 a ш m ВВ  п
 dш
где
2


 1
 Qv  ВВ  п С п 


  пСп



1, 774
, атм,
(2)
dп, dш – диаметр патрона ВВ и шпура соответственно, м;
ρВВ – плотность ВВ в патронах, г/см3;
Qv – удельная теплота взрыва ВВ, кДж/кг;
ρп – плотность горной породы, г/см3;
Сп – скорость продольной волны в породе, м/с.
Проверка и анализ пригодности полученной эмпирической модели определения давления в смежных шпурах сделаны на основании известных данных
по крепости пород, их ударной адиабате сжимаемости и откольной прочности с
учетом экспериментальных детонационных параметров промышленных ВВ типа ПЖВ–20 (IV класс) и ЭВВ Грэмикс–М (II класс).
Расчеты показали, что давление в шпуре при взрыве смежных шпуровых
зарядов в зависимости от нормируемого расстояния между шпурами для аммонита ПЖВ–20 в патронах диаметром 36 мм изменяется от 89,6 до 190,85 атм.
Как известно, это ВВ устойчиво детонирует при внешнем давлении в
шпуре до 220 атм.
Для ЭВВ типа Грэмикс–М в патронах диаметром 36 мм получено расчетное давление в шпуре лишь немногим меньше, чем у аммонита ПЖВ–20, а для
патронов диаметром 32 мм давление в шпуре гораздо ниже и изменяется от 53,6
до 151,1 атм. Получается, что ЭВВ лучше применять в патронах 32 мм, т.к. при
взрыве таких зарядов давление в смежных шпурах не будет превышать 150 атм.
Таким образом, установили критическое давление в смежных шпурах для
зарядов ЭВВ, при котором патроны этих ВВ будут устойчиво детонировать при
короткозамедленном взрывании.
Выводы.
1. Полученные результаты позволяют разработать методику определения
устойчивости детонации зарядов ЭВВ под внешним давлением среды. С помощью этой методики можно будет оценить устойчивость детонации ЭВВ и выбрать необходимый диаметр патронов для их применения в угольных шахтах.
2. Рассмотрены условия группового взрывания шпуровых зарядов ВВ, и
установлена многофакторная зависимость давления в смежных шпурах при
взрыве от массы шпурового заряда, расстояния между шпурами, акустической
жесткости горных пород и их откольной прочности.
3. Сделана проверка полученной эмпирической математической модели
расчета давления в шпурах для хорошо изученных промышленных ВВ – аммонита ПЖВ–20 и ЭВВ типа Грэмикс–М.
4. Установлено, что критическое давление детонации для ЭВВ Грэмикс–М
в патронах диаметром 36 мм должно соответствовать критическому давлению
детонации аммонита ПЖВ–20. Вместе с тем, это ВВ в патронах 32 мм может
иметь более низкое критическое давление детонации, чем у аммонита ПЖВ–20:
для угольных забоев – более чем в 2,05 раза, для породных – более чем в 1,32
раза.
5. Полученные результаты позволяют определить пути оптимизации
свойств патронированных ЭВВ в зависимости от их устойчивости детонации
под внешним давлением в шпурах.
ОБ АДСОРБЦИОННО-АДГЕЗИОННОМ МЕХАНИЗМЕ ВЛИЯНИЯ
ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ ДЕТОНАЦИИ НА ПРОЧНОСТЬ
ГОРНОЙ МАССЫ ПРИ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКЕ СКАЛЬНЫХ ПОРОД
Козловская Т. Ф., канд. хим. наук, доц.
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского
ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина.
Горные породы относятся к неоднородным материалам, внутри которых
имеются пустоты – микро- и макротрещины, – обусловливающие наличие
межфазной поверхности, меняющей свои свойства в зависимости от того, какие
компоненты попадают в эти пустоты: газообразные, жидкие, химически активные, инертные и т.п.
Процессы взрывной отбойки горных пород сопровождаются образованием значительного количества пыли и газообразных продуктов детонации
(ГПД), и, если о процессах, происходящих вне скважинного заряда или внутри
него, имеется достаточное количество исследований [1], то о процессах, происходящих внутри микро- и макротрещин, что влияет на прочность породы, литературных сведений недостаточно – они, зачастую, обрывочны и не носят систематического характера.
В связи с этим актуальным является теоретическое обоснование вероятного механизма упрочнения-разупрочнения горных пород вод действием
взрывного импульса с учетом физико-химических и кинетических особенностей и закономерностей упомянутых процессов.
Цель работы – с учетом микро- и макротрещиноватости обосновать механизм упрочнения-разупрочнения горных пород под действием взрывного импульса, формируемого взрывчатыми веществами (ВВ) различной природы на
основе физико-химических и кинетических закономерностей перехода химической энергии взрыва в механическую энергию дробления горных пород.
Следует отметить, что процесс переноса газообразных продуктов детонации зависит от величины взрывного импульса, условий переноса, физикомеханических свойств горных пород, физико-химических свойств смесей газообразных продуктов детонации различных ВВ.
Для того, чтобы оценить влияние газообразных продуктов детонации,
проникающих в микро- и макротрещины, на величину прочности горных пород
после действия взрывного импульса, авторы данного исследования предлагают
рассматривать упомянутые выше процессы с точки зрения диффузионноадсорбционных (адгезионных) явлений.
Предполагается, что за бесконечно малый промежуток времени с учетом
полного периодического перемешивания газообразных продуктов детонации в
микро- и макротрещинах, можно записать уравнение материального баланса
процесса проникновения ГПД в микро- и макротрещины через соответствующее характеристическое уравнение [2]:
V
C

V
C
0

,
(1)
где V – усредненный объем пустот в породе (трещин); С – концентрация
образовавшихся ГПД; ‹C› – усредненная концентрация ГПД, адсорбционно
удерживаемых на внутренней поверхности трещин на химически активных
центрах зерен.
Тогда уравнение кинетики внутренней диффузии в микро- и макротрещины взрываемой породы с использованием второго закона Фика будет иметь
вид:
  2 C 2 C 
C
,
 D   2 


r

r

r


(2)
где r – радиус взаимодействия центров адсорбции с ГПД; τ – время адсорбции, мс; C – средняя концентрация молекул ГПД, адсорбционно связанных
за время τ активными центрами горной породы; D – коэффициент адсорбции
компонентов ГПД (оксиды азота, углерода, серы, молекулярного азота и т.п.).
Уравнение для определения средней концентрации микрокомпонента на
поверхности зерна породы:
r
3 0 2
 3  r C (τ, r)dr,
r0 0
C  
(3)
где r – радиус зерна сорбента, мм.
При этом начальное условие имеет вид: τ = 0, r = r0, C (τ, r) = 0, а исходные условия – 0 < τ < ∞, 0 ≤ r < r0, C ( τ, r)= C  .
Исходя из выше сказанного, можно определить силы межмолекулярного
взаимодействия в процессах внутреннедиффузионной кинетики при действии
ГПД на поверхность микро- и макротрещин:
F  1
6

2

1
n
n 1
2
exp( 
D 2 2
 n ).
r02
(4)
Критерий равномерности распределения молекул газообразных продуктов детонации можно выразить как
Bt 
D
 2 .
2
r0
(5)
Следовательно,
F  1
6

2

1
n
n 1
2


exp  Bt  n 2 .
(6)
Главной проблемой в выше описанном процессе является определение
D – коэффициента адсорбции компонентов ГПД (оксиды азота, углерода, серы,
молекулярного азота и т.п.), имеющего свои характеристические значения для
каждого вида разрабатываемых горных пород.
Выводы.
Таким образом, на основании полученных данных можно предположить,
что:
1) адсорбционные силы подобны силам основных химических связей и
действуют лишь на малых расстояниях;
2) адсорбционную активность проявляет не вся поверхность адсорбента, а
только лишь определенные активные центры, расположенные на выпуклых
участках, выступах, изломах, т.е. на наиболее доступных местах;
3) молекулы газообразных продуктов детонации фиксируясь на адсорбционных центрах, не перемещаются по поверхности породы и не взаимодействуют друг с другом, образуя формально еще один поверхностный слой –
«мост».
4) При высоких температурах одновременно с адсорбцией происходит
десорбция вследствие действия молекулярно-кинетических сил. При выравнивании скоростей упомянутых процессов в системе устанавливается динамическое равновесие, и тогда процессы в микро– и макротрещинах могут подчиняться в первом приближении уравнению Бойда–Адамсона, хотя в действительности процесс более сложен.
5) Количество адсорбированных газообразных компонентов не зависит от
давления, а всего лишь от скорости детонации используемого ВВ. Состояние
динамического равновесия можно описать в нашем случае константой равновесия адсорбции, которая тем больше, чем сильнее выражено сродство продуктов
детонации и инертных добавок с природой горной породы.
6) С повышением температуры усиливается процесс десорбции, т.к. возрастает энтропия процесса, а, соответственно, энергия связывания частиц твердых инертных добавок с адсорбционно-активными центрами горной породы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Козловская Т.Ф., Комир В.М., Чебенко В.Н. Физико-химическая механика – новое направление исследования взрывных процессов в открытых горных разработках // Науковий вісник Національного гірничого університету. –
2007. – № 9. – С. 3–7.
2. Семиохин И.А. Физическая химия. – М.: Издательство Московского
университета, 2001. – 271 с.
ПРОМИСЛОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ
БАГАТОТОЧКОВОГО ІНІЦІЮВАННЯ НА ЕФЕКТИВНІСТЬ
ПРОРОБЛЕННЯ ПІДОШВИ УСТУПУ
Пєєв А. М., канд. техн. наук, доц.,
Воробйов А. В., студент
Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського
вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600, Україна.
Проведені теоретичні та лабораторні дослідження [1, 2] дозволили встановити, що для посилення процесу розвитку поперечних тріщин, які проходять
на рівні дна свердловин, бойовики слід зміщувати відносно вісі заряду таким
чином, щоб зустріч детонаційних хвиль, які поширюються по вибухових речовинах (ВР), відбувалася на лінії сполучення дна і стінок свердловини, де знаходиться природний концентратор напружень. За рахунок цього поліпшується
пророблення підошви порівняно зі звичайним ініціюванням. Для перевірки
ефективності запропонованого методу в промислових умовах були проведені
дослідні вибухи на кар’єрі ПАТ «Рижевський гранітний кар’єр».
ПАТ «Рижевський гранітний кар’єр» розробляє різні ділянки Редутського
родовища гранітів. Масив гранітів Редутского родовища розбитий тріщинами
на брили різних розмірів. Характер поверхні кристалічного масиву нерівний з
абсолютними відмітками корисної копалини 65–69–70–73–76,6 м. Розкривні
породи представлені четвертинними суглинками і пісками, а також третинними
глауконітовими пісками і глинами. Середня потужність розкривних порід на
родовищі – 20 м. Геологічний коефіцієнт вскриші – 0,15. Категорії міцності розкривних порід по складності екскавації I–II. Для витягання розкривних порід,
представлених вивітреними різностями кристалічних порід, виникає необхідність застосування буровибухових робіт (БВР).
Параметри БВР, що застосовуються на даному підприємстві наступні: діаметр свердловин – 250 мм, глибина – 7–8 м, сітка свердловин 5х5 м. Промислові дослідження проводилися методом порівняльних вибухів свердловинних
зарядів із звичайним розташуванням бойовиків – чотири бойовики розташовані
на всі свердловини (такий спосіб розташування бойовиків приймали за контрольний) і зі зміщенням відносно вісі трьох бойовиків (рис. 1), що вибухають
на одному блоці.
Критерієм оцінки ефективності досліджуваних конструкцій було якість
пророблення підошви уступу.
Після прибирання гірничої маси на даному блоці маркшейдерська група
виконувала геодезичну зйомку.
1
2
Рисунок 1 – Конструкція свердловинного заряду з посиленою проробкою
підошви уступу: 1 – забійка, 2 – ВР; 3 – бойовики
Висновки.
Аналіз отриманих результатів показав, що використання конструкції заряду, ініційованого знизу трьома зміщеними від осі бойовиками, призводить до
заниження підошви уступу на 45 см (порівняно з контрольною ділянкою, на
якій використовували заряди зі звичайним ініціюванням).
ЛІТЕРАТУРА
1. Воробьев В.В., Пеев А.М. Исследование влияния начальных трещин в
донной части шпура на изменение характера разрушения среды при взрыве //
Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. – Кременчук: КДПУ, 2008. – Вип. 1/2008 (1). – С. 11–15.
2. Пеев А.М. Определение геометрических параметров пространственного
расположения боевиков для направленного воздействия на донную часть скважины // ІХ Міжнародна науково-технічна конференція «Розробка, використання
та екологічна безпека сучасних гранульованих та емульсійних вибухових речовин». – Кременчук–Свалява, 2013. – С. 52.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДЕТОНАЦИИ ЗАРЯДА
ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И УДАРНОЙ АДИАБАТЫ РАЗРУШАЕМОГО
ВЗРЫВОМ ПЕСЧАНИКА НА ПАРАМЕТРЫ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Лабинский К. Н., канд. техн. наук, доц.,
Калякин С. А., докт. техн. наук, проф.
Донецкий национальный технический университет
ул. Артема, 58, 83001, г. Донецк, Украина.
Развитие горных работ приводит к постоянному увеличению глубины
разработки месторождений полезных ископаемых. В результате этого возрастает горное давление, и его проявление в горных породах связано с перераспределением напряжений в призабойном объеме разрушаемого взрывом горного
массива при проведении выработок. Это приводит к изменению прочностных
свойств горных пород, их саморазрушению в зонах отжима и, наоборот, к
упрочнению в зонах повышенного горного давления, что необходимо учитывать при выборе параметров взрывных работ и соответствующих взрывчатых
веществ (ВВ).
Анализ последних исследований и публикаций показал, что разрушение
горных пород при взрыве зарядов ВВ связано с распространением в массиве
ударных волн и волн напряжений, возникающих на контакте раздела породы и
полости выработки.
Известно, что за фронтом ударной волны, распространяющейся по горному массиву после взрыва заряда ВВ, движется поток частиц породы со скоростью u. При этом разрушение горной породы происходит в том случае, если
скорость потока частиц за фронтом ударной волны превышает некоторою критическую скорость, определяемую прочностью породы.
Взаимосвязь скорости ударной волны и массовой скорости потока частиц
описывается уравнением ударной адиабаты горной породы. Поэтому, учитывая
изменение свойств пород в призабойном разрушаемом горном массиве выработки, необходимо определение ударной адиабаты разрушаемых взрывом пород как фактора, влияющего на параметры взрывных работ и схему расположения шпуровых зарядов ВВ.
Цель работы – исследование влияния детонационных характеристик заряда ВВ на скорость распространения ударной волны в разрушаемом выбросоопасном песчанике с учетом его ударной адиабаты и прочностных свойств. Для
достижения поставленной цели необходимо определить ударную адиабату песчаника и скорость затухания в нем ударной волны. Это позволит оценить объем
разрушения песчаника ударной волной по мере удаления от заряда ВВ.
Для большинства сред в широком диапазоне давлений зависимость между давлением во фронте ударной волны, плотностью среды и скоростью движения частиц за фронтом ударной волны имеет следующий вид:
P = ρ0·(A+B·u)·u.
Следовательно, для определения ударной адиабаты любой горной породы
достаточно определить хотя бы два значения массовых скоростей и соответствующих им давлений во фронте ударной волны, продуцируемых различными
ВВ, что позволит с учетом нулевой точки определить коэффициенты А и В.
В буровзрывной лаборатории ДонНТУ при проведении опытов измерялась скорость распространения ударной волны, продуцируемой взрывом различных ВВ, в образцах выбросообпасного песчаника с горизонта 1400 м шахты
им. А.А. Скочинского для определения его ударной адиабаты.
При проведении измерений использовался измеритель интервалов времени ИИВ–16/496 УХЛ 4.2 (ТУУ 33.5-3169501990–001:2011).
В заряд ВВ и в испытуемых образцах породы устанавливались ионизационные датчики. На жесткое горизонтальное основание устанавливались образцы испытуемой горной породы, в которой размещались ионизационные датчики, а сверху устанавливался заряд ВВ.
Все используемые ВВ патронировались в заряды, имеющие оболочку из
ПХВ с внутренним диаметром 34 мм и с толщиной стенок 1,5 мм, масса зарядов
составляла 100 г., плотность патронирования ВВ – 1,1 г/см3. Инициирование заряда ВВ осуществлялось детонатором ЭДКЗ–0П.
Исследования показали, что при небольших массах заряда ВВ по мере
удаления от границы раздела «ВВ–горная порода» наблюдается затухание скорости ударной волны, которое можно описать линейной зависимостью с величиной достоверности аппроксимации равной коэффициенту парной корреляции
R2 > 0,9.
Это позволяет с достаточной точностью определить начальную скорость
ударной волны на границе раздела сред. Результаты скорости детонации различных ВВ и соответствующих начальных ударных волн в песчанике позволяют рассчитать соответствующие им значения Р и u.
По полученным экспериментальным результатам методом наименьших
квадратов были определены эмпирические коэффициенты ударной адиабаты А
и В для исследуемого песчаника:
P  2,86(2928  2,365u)u .
Анализ результатов расчетов и измерений позволил установить взаимосвязь между относительной скоростью ударной волны в песчанике (скорость
ударной волны V, отнесенная к коэффициенту А ударной адиабаты песчаника),
его плотностью, скоростью детонации ВВ и плотностью патронирования ВВ в


заряде. Все переменные факторы объединены в параметр ПD=   ВВ D ВВ  .
  R 


п

r 
С достаточной точностью взаимосвязь относительной скорости ударной
волны описывается логарифмической зависимостью от параметра ПD:
V/A=0,3978ln(ПD)-1,4485.
Учитывая характер распространения ударной волны, можно для выбросоопасного песчаника определить критическую скорость движения частиц во
фронте волны u, превышение которой будет приводить к разрушению породы.
По результатам лабораторных и теоретических исследований было установлено, что критическая скорость движения частиц за фронтом ударной волны для
песчаника в зависимости от его откольной прочности равна u≈1,25…1,5 м/с.
Это позволяет нам, исходя из уравнения ударной адиабаты песчаника, определить минимальную скорость распространения ударной волны, приводящую к
его разрушению. Это позволило определить радиус разрушения песчаника
ударной волной вокруг заряда ВВ:
R
0.00357 DВВ
п
3
2
.
mВВ  ВВ
Поскольку схему расположения шпуров при взрывных работах выбирают
так, чтобы объемы разрушения пород вокруг смежных шпуров как минимум
соприкасались, то для смежных шпуровых зарядов можно записать уравнение
для расчета расстояния между шпурами:
aср  2 R 
0.00714  DВВ
п
3
2 , м.
mВВ  ВВ
Следовательно, среднее расстояние между шпурами необходимо определять исходя из радиусов разрушения зарядом ВВ соответствующей горной породы. Это позволит с учетом параметров детонации ВВ и конструкции шпурового заряда, а также ударной адиабаты породы обеспечить оптимальное расположение шпуров по сечению забоя горной выработки и оптимизировать параметры взрывных работ и объемов бурения.
Выводы.
В результате теоретических и лабораторных исследований определена
ударная адиабата выбросоопасного песчаника гор. 1400 м шахты им.
А.А. Скочинского. Установлена взаимосвязь между относительной скоростью
ударной волны в песчанике от скорости детонации ВВ, плотности песчаника,
его критической массовой скорости во фронте ударной волны и удаления от
центра заряда.
Обосновано среднее расстояние между шпурами в выбросоопасном песчанике с учетом максимального радиуса разрушения горной породы под действием ударной волны, образованной взрывом шпурового заряда ВВ.
ВЛИЯНИЕ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ИНЕРТНЫХ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
В ЗАРЯДЕ НА РАЗУПРОЧНЕНИЕ ТВЁРДЫХ СРЕД
Лемижанская В. Д., аспирант
Долударева Я. С., канд. техн. наук, доц.
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского
ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина.
Во многих исследованиях процесс взрывного разрушения скальных горных пород рассматривают в отрыве от газодинамических явлений, протекающих в продуктах детонации, ограничиваясь только учетом напряженного состояния отбиваемой части массива.
В результате экспериментальных исследований [1] зафиксировано выделение из микротрещин газообразных продуктов после взрыва за счет процесса
десорбции и освобождения части защемленных газов, что сопровождается частичным восстановлением прочностных характеристик кусков горной массы.
Даже частичное восстановление прочности кусков раздробленной взрывом породы приводит к увеличению энергозатрат при дальнейшей механической дезинтеграции минерального сырья.
Поэтому целью работы является предотвращение процесса восстановления прочностных характеристик кусков горной массы после взрывной отбойки
до начала механической переработки.
Одним из способов решения поставленной задачи может быть введение в
состав взрывчатых веществ (ВВ) или использование в качестве оболочки вокруг заряда компонента, который под действием высокой температуры продуктов детонации легко изменяет свое агрегатное состояние, образуя газообразную
фазу, а при контакте с холодной поверхностью стенок микротрещин осаждается
на них, образуя твердые частицы в их полостях.
Для лабораторных исследований в качестве такой добавки может быть
использован кристаллический йод. Охлаждение и конденсация паров йода требуют определенного времени, в течение которого газообразные продукты детонации проникают вглубь микротрещин и тормозятся на подходе к их вершине.
В течение этого промежутка времени заполнение полостей микротрещин осуществляется за счет того, что пары йода конденсируются на поверхности адсорбционно-активных центров на некотором удалении от устья ближе к вершине (рис. 1), образуя по толщине один или несколько атомных слоев (участков), которые могут кардинально изменить механизм разупрочнения породы
после взрыва.
При падении давления в зарядной камере микротрещины стремятся сомкнуться, но участки конденсации
йода служат промежуточными
опорами для образующейся системы своеобразных рычагов, которые при сближении стенок полостей и их схлопывании у устья
создают растягивающие усилия
вблизи вершины. Возникающие в
вершинах микротрещин усилия
способствуют их развитию, что
является причиной дальнейшего
снижения прочности породы после завершения взрыва.
Выводы.
Рисунок 1 – Схема конденсации паров
Таким образом, сниженные
йода на поверхности микротрещин:
прочностные свойства горной
1 – вершина микротрещины; 2 – зона
массы приводят к уменьшению
конденсации твердых частиц;
энергетических затрат, что позво3 – устье микротрещины
ляет получить дополнительный
экономический эффект. Замедлить восстановление прочностных характеристик
горной массы или исключить его вообще можно путем ввода в заряд ВВ твердых инертных частиц в мелкодисперсном виде, которые вместе с продуктами
детонации смогут проникать в полости микротрещин и, оседая на стенках, препятствовать их смыканию, образовывая искусственные мосты и перемычки в
микротрещинах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Комир В.М., Назаренко В.Г. О роли газообразных продуктов детонации
в процессе разрушения твердой среды // Взрывное дело. – № 80/37. – М., 1978.
– С. 77–80.
2. Повышение эффективности действия взрыва в твердой среде / В.М. Комир, В.М. Кузнецов, В.В. Воробьев, В.Н. Чебенко. – М.: Недра, 1988. – С. 98–101.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОПОДАВЛЕНИЯ
ПЫЛЕГАЗОВОГО ОБЛАКА ПРИ МАССОВЫХ ВЗРЫВАХ В КАРЬЕРАХ
Юрченко А. А., канд. техн. наук,
Литвиненко А. А., канд. техн. наук, доц.,
Павличенко А. В., канд. биол. наук, доц.,
Потоцкая Е. С.
Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет»
просп. К. Маркса, 19, г. Днепропетровск, 49005, Украина.
Добыча железной руды ведётся преимущественно открытым способом,
что требует проведения массовых взрывов в карьерах, которые сопровождаются выбросом в атмосферу пыли и вредных газов, внося существенный вклад в
снижение экологической безопасности региона.
Экологическая опасность массовых взрывов в карьерах определяется, в
первую очередь, уровнем приземных концентраций загрязняющих веществ,
включая пыль, за пределами санитарно-защитной зоны этих карьеров. Причем
концентрации, а также дальность рассеивания загрязнителей зависят от параметров массового взрыва, высоты подъема пылегазового облака и условий
естественного проветривания карьеров. Поэтому необходимо выявить закономерности изменения уровня экологической безопасности массовых взрывов в
железорудных карьерах и разработать способы и средства ее повышения по
пылевому фактору.
Целью работы является снижение экологической опасности массовых
взрывов за счет выбора оптимальных параметров гидроподавления пылегазового облака.
Наиболее широко распространенным методом пылеподавления является
орошение запылённой атмосферы в месте образования пылевого облака. При
этом основным параметром орошения является эффективность пылеподавления, которая в общем случае определяется способностью улавливания пылевых
частиц диспергированной водой. При совместном движении капель жидкости и
твёрдых частиц на пылинку действуют силы тяжести и инерции, а также аэродинамические силы. При сближении пылинки с каплей на расстояние 3-х–4-х
радиусов последней начинают действовать электростатические силы, а для
мелких пылинок (менее 5 мкм) при небольших скоростях движения проявляются диффузионные силы.
Для эффективного улавливания витающих частиц диспергированной
жидкостью необходимо выполнение четырёх последовательных стадий:
– встреча пылинки с каплей на пути своего движения;
– соприкосновение пылинки с каплей;
– смачивание и захват пылинки каплей;
– соединение капли с уловленными пылинками.
Эффективность захвата каплей частиц пыли зависит от:
– поля течения или распределения скоростей течения среды вблизи капли;
– траектории частицы, зависящей от её массы, сопротивления среды её
движению, размера и скорости осаждения капли жидкости;
– прилипаемости частиц к капле.
Все эти процессы комплексно учитывает суммарный коэффициент захвата пылевой частицы сферической каплей жидкости, который характеризует механизм взаимодействия капель с частицей пыли и прочностью ее захвата. Коэффициент определяется как отношение числа частиц пыли, соударяющихся с
каплей жидкости, к числу частиц, которые соударялись бы, если линии тока не
отклонялись бы каплей (рис. 1).
Рисунок 1 – Линии тока воздуха и траектории частиц при обтекании капли
Скорость движения капель жидкости в процессе орошения облака обусловлена силами гравитации и зависит от их диаметра. При движении капель
воды в гравитационном поле их скорость отличается от скорости осаждения
пылевых частиц. С увеличением размера капли растёт скорость её падения.
Учитывая то, что расстояние между аэрозольными частицами значительно
больше их размера процесс движения каждой частицы в первом приближении
можно считать независимым.
Эффективность осаждения частиц на каплях жидкости (кинематическая
коагуляция) зависит, прежде всего, от величины их относительной скорости
движения, а эффективность улавливания аэрозолей, определяется размером частиц. В случае малых относительных скоростей для частиц малых размеров (1–
2 мкм), – чем крупнее капли, тем эффективность улавливания выше. Захват ча-
стиц каплями зависит от нескольких факторов. Здесь, наряду с кинематической,
действует градиентная коагуляция.
Эффективность пылеулавливания повышается при увеличении суммарного коэффициента захвата частиц сферической каплей, высоты контакта жидкости с облаком, относительной скорости движения капли и пылевой частицы,
показателя орошения пыли.
Техническими методами можно повышать эффективность пылеулавливания за счет повышения суммарного коэффициента захвата пылевых частиц
сферической каплей и показателя орошения пыли, который определяется возможностями средств доставки жидкости.
Рассчитаем коэффициенты захвата частиц пыли каплями фиксированного
диаметра: 20; 50; 100; 300; 600; 1000; 1500; 2000; 2500 мкм. В неподвижном
воздухе капля при свободном падении быстро достигает такой постоянной скорости, при которой аэродинамическое сопротивление, действующее на каплю,
становится равным её весу.
На рис. 2 представлены зависимости значений суммарного коэффициента
захвата для частиц железорудной пыли исследуемых диаметров при различных
диаметрах капель воды. Результаты определения необходимого показателя
орошения облака для заданных значений эффективности пылеулавливания
приведены на рис. 3.
Рисунок 2 – Зависимость суммарного коэффициента захвата частиц
железорудной пыли от их диаметра: 1 – 1 мкм; 2 – 3 мкм; 3 – 7 мкм; 4 – 13 мкм;
5 – 23 мкм; 6 – 38;73 мкм
Полученные зависимости позволяют определить необходимый объём воды для подавления тонкодисперсной пыли при массовом взрыве.
Для уменьшения расхода жидкости можно предварительно увлажнить
Удельный расход воды, кг/кг
поверхность взрывного блока. Эта мера с одной стороны понизит температуру
атмосферного воздуха над блоком, что приведёт к уменьшению высоты подъёма пылевого облака по тепловому фактору, а следовательно и его объёма. С
другой стороны во влажной атмосфере повысится коэффициент захвата влажных пылевых частиц каплями воды. Кроме того, уменьшить расход воды можно
путём добавления в воду поверхностно активных веществ.
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Эффективность пылеподавления
Рисунок 3 – Расход воды для подавления тонкодисперсной пыли
при различных значениях эффективности пылеулавливания
Выводы.
Таким образом, выполненные исследования позволили установить размер
капель воды, при которых захват тонкодисперсной (респирабельной) пыли
наиболее эффективен, что позволяет повысить достоверность расчётов необходимого количества орошаемой жидкости для подавления пылевого облака.
ОЦЕНКА ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ УДАРНОЙ ВОЛНЫ В ГАЗЕ
Куринной В. П., докт. техн. наук, доц.,
Гаркуша И. П., канд. физ-мат. наук, проф.
Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет»
просп. К. Маркса, 19, г. Днепропетровск, 49005, Украина.
При проведении взрывных работ в воздухе возникают ударные волны
(УВ). При подземной отбойке горных пород, взрыве метана ударные волны
распространяются в ограниченном пространстве на относительно большое расстояние. При этом важно отличать УВ от потока воздуха, метаемого при взрыве.
Например, при падении потока на плоскую преграду давление на нее равно 2р (р – давление газа в потоке), а при отражении УВ от преграды давление
может достигать 8р.
Для оценки давления, необходимого для образования УВ, рассмотрим
трубу, заполненную газом, сечением м2. В трубе находится поршень. Пусть
поршень начинает двигаться с постоянным ускорением а. Скорость газа у
поршня через время t равна u = a·t.
В движущемся газе скорость звука с равна [1]
c  c0 
 1
2
u,
(1)
где с0 – скорость звука в невозмущенном газе;
γ – показатель адиабаты газа.
Таким образом, при движении поршня возбуждаются волны, скорость которых растет с ростом скорости поршня.
Когда фронты всех волн, излучаемых поршнем, одновременно достигают
одной точки, возникает ударная волна, т.е.
c0 t s  ( c0 
 1
2
at p )(t s  t p ) 
at 2p
2
,
(2)
где ts – время образования УВ;
tp – время движения поршня.
Решая (2) относительно ts , можно получить
ts 
2c0


tp .
(  1)a   1
(3)
Расчеты показывают, что ts >> tp и можно положить, что время образова-
ния ударной волны равно
ts 
2c0
.
(  1)a
(4)
2c0
.
 1
(5)
Скорость газа при t = ts равна
u
С другой стороны, скорость u равна [1]
1/ 
( p s  p0 )   p0 
u
1  
  p s 
0


,


(6)
где ps , p0 – соответственно давление при образовании УВ и давление газа
перед фронтом УВ;
ρ0 – плотность газа перед фронтом.
Таким образом, давление, при котором возникает УВ, можно найти из
уравнения
  p 1/ 
4  0 с02
 ( p s  p0 )1   0 
2
  ps 
(  1)


.


(7)
Для воздуха при нормальном давлении и температуре Т = 288 К численное решение для ps дает значение 2,76∙105 Па.
Значение ps можно оценить, используя молекулярно-кинетическую теорию. Тепловое движение обеспечивает давление p0.
Анализ показывает, что для определения дополнительного давления газа
на движущийся поршень можно положить, что молекулы неподвижны. В этом
случае ps равно
p s  p0  2k 0 c0u ,
где k 
(8)

– коэффициент, учитывающий, что удар молекул газа и атомов
4
поршня нецентральный.
Математическое выражение (8) можно записать в виде
p s  p0 

2
 0 c0
1/ 
( p s  p0 )   p0 
1  
  p s 
0


.


(9)
Численное решение (9) для воздуха при вышеуказанных параметрах дает
ps = 2,73∙105 Па.
При этом давлении скорость УВ равна [1]
D
ps (  1)
= 786,55 м/с.
2c0
Если поршень прекратит движение, то УВ будет продолжать распространяться за счет своей энергии до тех пор, пока ее скорость не уменьшится до
скорости звука с0.
Выводы.
Таким образом, получена формула, позволяющая оценить давление, необходимое для образования ударной волны в газе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Физика взрыва / Под ред. К.П. Силанюковича. – М.: Наука, 1975. – 704 с.
ОБОСНОВАНИЕ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ
СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ
УДЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ, ПЕРЕДАВАЕМОЙ МАССИВУ ГОРНЫХ ПОРОД
Чебенко Ю. Н., канд. техн. наук
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского
ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина.
Регулирование величины удельной энергии взрыва при разрушении горных пород возможно различными путями. В частности, это достигается за счет
изменения площади непосредственного контакта скважинного заряда взрывчатых веществ (ВВ) с разрушаемой породой или создания условий, обеспечивающих снижение динамического воздействия взрыва на стенки скважин [1–4].
Изменение площади непосредственного контакта ВВ и породы может достигаться за счет:
– использования скважинных зарядов меньшего диаметра (при постоянной массе ВВ в скважине);
– размещения по оси скважинного заряда ВВ инертного стержня, что позволяет при сохранении постоянной массы ВВ в скважине увеличивать площадь
контакта ВВ с породой.
Снижение интенсивности динамического воздействия взрыва на стенки
скважин достигается за счет (уменьшения площади непосредственного контакта) создания инертного зазора между зарядом ВВ и стенками скважин. При
этом эффективными способами реализации данного направления являются:
– использование ступенчатой формы скважинного заряда (диаметр нижней части заряда ВВ, размещенного в полипропиленовом рукаве, равен проектному, а верхней – уменьшен на 5–10 %);
– использование скважинных зарядов ВВ переменного сечения по высоте
(при этом уменьшается не только площадь непосредственного контакта ВВ со
стенками скважин, но и общий расход ВВ).
Так, например, при переходе на малые диаметры (150–160 мм) скважинных
зарядов эмульсионных ВВ при отбойке нерудных полезных ископаемых за счет
равномерного распределения энергии взрыва по высоте уступа (при сохранении постоянного удельного расхода ВВ – 0,7–0,9 кг/м3) было достигнуто равномерное
дробление пород.
Достижение равномерного распределения энергии ВВ по высоте уступа
при переходе на больший диаметр скважинного заряда эмульсионных ВВ, стало возможным лишь при значительном увеличении удельного расхода ВВ. Со-
хранение паспортного значения величины забойки было достигнуто за счет использования воздушного промежутка между нижней и верхней частью скважинного заряда.
Благодаря наличию воздушного промежутка была сокращена площадь
контакта ВВ со стенками зарядной полости и уменьшен размер зоны переизмельчения разрушаемой породы.
Подтверждением того, что при переходе на взрывание скважинных зарядов малого диаметра (146–149 мм) вместо 216–250 мм было обеспечено качественное дробление пород, могут служить материалы взрывов при отбойке гранитов различной крепости. При этом, однако, было отмечено некоторое увеличение объёмов переизмельченной горной массы.
Эффективность конструкции скважинного заряда с внутренним инертным
стержнем (сердечником) или осевой воздушной полостью была подтверждена,
в частности, при отбойке железистых кварцитов крепостью f = 12–16 баллов по
шкале проф. М.М. Протодьяконова на карьере № 1 ЦГОКа, где на экспериментальном участке был применен новый способ формирования скважинных зарядов, предусматривающий создание осевой воздушной полости. При этом увеличивается длина колонки заряда ВВ и уменьшается длина забойки.
Параметры сетки скважин и удельный расход ВВ как на контрольном, так
и на экспериментальных участках были одинаковыми.
Замер гранулометрического состава взорванной горной массы показал,
что на опытном участке качество дробления пород значительно лучше: выход
фракции более 500 мм составил всего 0,8 против 5,5 % – на контрольном участке.
При этом выход мелких фракций (0–250 мм) на экспериментальном
участке также оказался выше почти на 8,0 %.
Подобный результат можно объяснить не только эффектом, достигаемым
за счет наличия осевой полости, когда скорость детонации ВВ по центру заряда
возрастает по сравнению с его периферийной частью, но и увеличением длины
колонки заряда, т.е. увеличением площади контакта ВВ со стенками зарядной
полости.
Аналогичные результаты были получены на карьере ИнГОКа при взрывании горных пород крепостью f = 12 баллов по шкале проф. М.М. Протодьяконова
с использованием скважинных зарядов большого диаметра с осевой полостью.
При одинаковых сетке скважин и удельном расходе ВВ выход фракции более 500
мм на опытном участке составил 0,8 против 4,8 % – на контрольном, а выход
мелких фракций (0-250 мм), соответственно, 94,8 % против 87,0 % – на контрольном.
Регулирование площади контакта ВВ с породой может достигаться при
применении скважинных зарядов ступенчатой формы. Такая форма скважинного заряда реализуется различными способами. Основная цель их использования
– при сохранении проектной величины расхода ВВ обеспечить более равномерное распределение ВВ по высоте уступа с целью улучшения качества дробления пород.
В частности, на железорудных карьерах Кривбасса были проведены промышленные испытания эффективности ступенчатого скважинного заряда ВВ,
нижний диаметр которого был равен диаметру скважины, а верхний – был выполнен в виде ступени.
Пространство между ВВ и стенкой скважины заполнялось забоечным материалом. При этом увеличивалась как площадь прямого контакта ВВ со стенкой зарядной полости, так и контакта через инертный промежуток (забоечный
материал). Как следствие, улучшалось качество дробления пород при одновременном увеличении объёма мелких фракций, что при добыче железорудного
сырья является положительным фактором.
Внедрение при производстве взрывных работ водонепроницаемых полипропиленовых рукавов позволило разработать технологию формирования
скважинных зарядов ступенчатой формы и переменного сечения (диаметра) по
длине заряда.
Технология формирования скважинного заряда в полипропиленовый рукав переменного сечения предусматривает его опускание в скважину с помощью груза и закрепление верхнего отрезка у устья скважины.
После завершения подготовительных операций скважину заполняют ВВ.
Промежуточный детонатор размещают после заполнения скважины ВВ на высоту 2,5–3,0 м. В дальнейшем продолжается заполнение скважины взрывчатым
веществом до проектной величины заряда.
С учетом того, что при использовании полиэтиленовых или полипропиленовых рукавов переменного диаметра происходит сокращение площади контакта ВВ со стенками скважины, ожидается снижение выхода переизмельченных фракций.
Как показали исследования, при отбойке известняков и доломитов крепостью f = 6–10 баллов по шкале проф. М.М. Протодьяконова, при длине заряда
диаметром 250 мм равной 8,0 м (при уменьшенном удельном расходе ВВ), использование рукавов переменного диаметра способствовало уменьшению площади контакта ВВ и породы в среднем на 25 % и соответствующему уменьшению мелких фракций, в том числе и пылевидных.
Выводы.
Теоретические исследования влияния площади контакта заряда ВВ на изменение величины удельной энергии взрыва, передаваемой разрушаемому массиву пород, подтверждены практикой ведения взрывных работ при использовании различных средств и технологий формирования скважинных зарядов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Способ управления размерами зоны переизмельчения твердых сред
при взрывном разрушении / Э.И. Ефремов, В.А. Никифорова, А.М. Ромашко //
Науково-виробничий збірник „Сучасні ресурсозберіга-ючі технології гірничого виробництва”. – Кременчук: КрНУ ім. М. Остроградського, 2010. – № 1 (7).
– С. 7–10.
2. Разрушение горных пород энергией взрыва / Э И. Ефремов, В.С. Кравцов, Н.И. Мячина и др. / Под ред. Э.И. Ефремова. – К.: Наукова думка, 1987. –
263 с.
3. Методика оценки механического эффекта при импульсных нагрузках /
В.М. Комир, В.В. Блинков, С.М. Мыслицкий и др. // Вісник Кременчуцького
державного політехнічного університету. – 2006. – Вип. 1/2006 (36). – С. 81–83.
4. Регулирование крупности дробления горнах пород взрывом путем изменения в конструкциях зарядов площади контакта взрывчатого вещества с
разрушаемым масивом / В.М. Комир, В.Н. Чебенко, Ю.Н. Чебенко, Е. Ю. Кунаков // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – 2008.
– Вип. 1/2008 (48). – С. 68–74.
СУЧАСНІ ПРОБЛЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ
ТА УПРАВЛІННЯ ЕКОЛОГО-ЕКОНОМІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ
НА ГІРНИЧОДОБУВНИХ ПІДПРИЄМСТВАХ
Воробйова Л. Д., канд. техн. наук, доц.
Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського
ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина.
Серед природних ресурсів особливе місце належить мінеральносировинним. Інтенсивне використання таких родовищ відкриває можливості
для науково-технічного прогресу, є найшвидшим і найнадійнішим засобом забезпечення економічного зростання. Але саме із мінерально-сировинними ресурсами як такими, що не поновлюються, пов'язані і найбільші природноресурсні обмеження економічного розвитку держав.
Аналіз використання природних ресурсів розвиненими країнами в останні
десятиріччя дозволив дійти висновку, що темпи тут є занадто великими, а це
зумовлює потребу безперервного відкриття нових родовищ. Якщо їх не відкривати, розвіданих запасів більшості видів мінеральної сировини вистачить щонайбільше до середини поточного століття. Але і потенційні (ще не відкриті)
запаси мінерально-сировинних ресурсів є обмеженими. За нинішніх темпів використання цих запасів вистачить лише на кілька поколінь. Вичерпаються вони
раніше чи пізніше, залежатиме від майбутнього стану світової економіки, появи
нових сировинних джерел, їх географічного розміщення, економного використання наявних запасів сировини та повернення у виробництво як сировини вторинної.
Вичерпність мінерально-сировинних ресурсів у будь-якій країні багато в
чому залежить від рівня її економічного розвитку, історії, тривалості та інтенсивності використання надр, природних особливостей. Для держав, що інтенсивно використовують мінерально-сировинні ресурси, умовно можна виокремити три етапи освоєння надр (геологічного вивчення, інтенсивного використання та виснаження), які відображають зміни певних економічних показників
і показників стану геологічного середовища.
Мінерально-сировинні ресурси є базисом соціально-економічного розвитку нашої держави. Вони, разом із виробничим, науково-технічним і кадровим
потенціалом мінерально-сировинного комплексу є одним із головних факторів,
що визначають економічний потенціал і геополітичну роль України. Проте,
Україна вже перебуває на початку етапу виснаження надр. Високий ступінь геологічного вивчення території, виснаження якісних запасів основних видів мі-
неральної сировини, невелика ймовірність відкриття нових великих і навіть середніх за запасами родовищ зумовлює недоцільність вкладення занадто великих коштів у пошукові і геологорозвідувальні роботи. Пріоритетним стає технологічне переоснащення гірничодобувної і переробної галузей.
Відомо, що надмірного використання природних ресурсів не може витримати економіка будь-якої країни, особливо за відсутності ринкових механізмів саморегуляції. Виснаження надр і формування структури промисловості,
переобтяженої важкими галузями виробництва, супроводжуються накопиченням значних негативних екологічних наслідків довготривалого характеру. Це
зумовлено тим, що економія на екологічних витратах на перших етапах освоєння родовищ дає великий прибуток. Але витрати на ліквідацію наслідків надзвичайних екологічних ситуацій і катастроф після їх виробки можуть перевищити загальний прибуток від продажу мінеральної сировини. Надзвичайно
складний екологічний стан гірничодобувних регіонів України реально стримує
її економічне зростання.
Подальший розвиток мінерально-сировинного комплексу України потребує негайного розв'язання на державному рівні проблем, які істотно гальмують
розширення мінерально-сировинної бази, її екологічну реабілітацію та раціональне використання. Відсутній чіткий механізм управління і належного державного нагляду за використанням й охороною надр, що призводить до безгосподарного ставлення гірничодобувних підприємств до мінеральної сировини
та зростання необґрунтованих її втрат. Через недосконалі технології видобування та переробки мінеральної сировини, незадовільне вирішення питань комплексного освоєння родовищ, у надрах залишаються і втрачаються до 70 відсотків розвіданих запасів нафти, 50 відсотків мінеральних компонентів, 28
відсотків вугілля, 25 відсотків металів.
Нерозв'язаною залишається проблема геологічного вивчення і використання техногенних родовищ корисних копалин – відвалів видобутку і відходів
збагачення та переробки мінеральної сировини, які містять цінні корисні компоненти і мають промислове значення. Вже сьогодні в Україні обсяги цих відходів перевищують 25 млрд. тонн, займаючи площу понад 150 тис. га. З кожним роком їх кількість збільшується. Таким чином, в Україні утворено сотні великих, середніх і малих техногенних родовищ різних корисних копалин, придатних для промислового освоєння.
Основними причинами низького ступеня використання техногенних відходів і продовження використання руйнівних і шкідливих для природи технологій переробки первинної сировини є висока капіталомісткість заходів із залучення техногенних відходів у виробництво, відсутність науково-технічних і те-
хнологічних рішень, відсутність систематизованої інформації про потреби у
продукції з відходів, недостатнє методичне опрацювання питань оцінки еколого-економічної ефективності використання техногенної сировини.
Урахування екологічної складової при вдосконаленні економічної оцінки
ресурсозберігаючих технологій гірничорудних підприємств є найважливішим
та найактуальнішим завданням на сьогодні, адже саме переробка відходів веде
до виробництва корисної продукції попутно з основною, що є позитивним фактором, який підвищує інвестиційну привабливість.
Об’єктивними передумовами залучення у виробництво техногенних
утворень є
неминучість збереження природно-ресурсного потенціалу, яка забезпечується скороченням видобутку первинних мінерально-сировинних ресурсів та
зниженням обсягу збитку, що наноситься навколишньому середовищу;
необхідність заміни первинних ресурсів на вторинні, яка обумовлена потребами виробництва у природних вичерпних ресурсах;
можливість використання техногенних відходів, яка забезпечується впровадженням досягнень науково-технічного прогресу та вдосконаленням господарського механізму охорони навколишнього середовища.
Пропонується враховувати факт скорочення видобутку матеріальносировинних ресурсів при підвищенні комплексності використання відходів і
збільшенні обсягу вилучення корисного компонента, основними елементами
якого є:
а) зниження витрат, пов’язаних зі скороченням обсягів видобутку та переробки первинних ресурсів:
m
L
Bbn   B   Bbni ,
j
bn
j 1
i 1
(1)
б) скорочення екологічного збитку за рахунок зниження обсягів видобутку та переробки первинних сировинних ресурсів ∆Саі, величина якого визначається за формулою:
m
L
i
Çbn   Ç   Çbn
,
j 1
j
bn
(2)
l 1
де ∆Зjbn, ∆Зіbn – скорочення екологічного збитку у результаті зниження обсягів видобутку та переробки первинних ресурсів, необхідних для виробництва
j-го виду матеріалу, інших цінних компонентів та продукту і-го виду, додатково
вилучених при переробці відходів за новою технологією, тис. грн.;
∆Вjbn, ∆Bibn – зниження витрат, пов’язаних зі скороченням обсягів видобутку та переробки первинних ресурсів, необхідних для виробництва j-го виду
матеріалу та інших цінних компонентів і продуктів і-го виду, додатково вилучених при переробці відходів за новою технологією, тис. грн.
Звідси, у результаті скорочення видобутку і переробки первинних матеріально-сировинних ресурсів, що досягається за рахунок збільшення вилучення
корисного компонента та підвищення комплексності використання відходів,
утворюється сума еколого-економічного ефекту:
Å  Ââï  Çâï .
(3)
Висновки.
Отже, урахування екологічної складової при економічній оцінці процесів
технологічного розвитку є доцільним і коректним, особливо для підприємств,
які щорічно переробляють значні обсяги залізної руди та залишають після цього зростаючу у геометричній прогресії лавину відходів. При цьому вже давно
настав той час, коли необхідно переробляти техногенні родовища та виробляти
з них корисну продукцію як основну (додатковий обсяг концентрату після до
збагачення лежалих хвостів) та попутну (будівельні матеріали із насипів гірських порід).
ЛІТЕРАТУРА
1. Варава Л.М. Управління витратами в стратегії природоохоронної діяльності гірничодобувного підприємства //Актуальні проблеми економіки. –
2008. – № 11. – С. 173–178.
2. Губін Г.Г. Гірничо-металургійний комплекс України між кризами // Вісник КТУ. – 2010. – № 25. – С. 28–33.
3. Економічна безпека гірничо-збагачувальних підприємств України у
вимірі глобалізації / Д.П. Пілова, К.П. Пілова, А.Ю. Череп // Науковий вісник
НГУ. – 2009. – № 10. – С. 90–95.
4. Федорченко А.О. Екологічна складова при економічній оцінці ресурсозберігаючої технології гірничорудних підприємств // Механізм регулювання
економіки. – 2009. – № 4. – С. 231–235.
СНИЖЕНИЕ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ
НА ОТКРЫТОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Воробьев В. В., докт. техн. наук, проф.,
Воробьева Л. Д., канд. техн. наук, доц.
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского
ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина.
При разработке полезных ископаемых открытым способом одним из основных источников загрязнения атмосферы являются взрывные работы. При
производстве массового взрыва на карьере образуется пылегазовое облако, которое, развиваясь, достигает высоты до 1–1,5 км и распространяется в атмосфере на расстояния до 5–10 км (в зависимости от погодных условий). Степень загрязнения зависит от начальной концентрации пыли в облаке и его объема. Величина последнего есть функция многих факторов, среди которых необходимо
выделить такие, как количество одновременно взрываемого взрывчатого вещества (ВВ), конструкция скважинных зарядов, физико-механические свойства
горной породы, количество бурового шлама.
Детальное исследование пылеобразования при открытой добыче полезных ископаемых показали 1, что в зависимости от стадии разработки полезного ископаемого максимальная концентрация пыли (мг/м3) составляет:
– при бурении скважин – 9;
– при взрывных работах (в облаке) – 3100;
– при погрузке экскаватором цикличного действия – 12;
– при транспортировке железнодорожным транспортом – 10;
– при грохочении и дроблении – 60;
– при перегрузке горной массы – 32;
– при планировке подошвы уступа – 39.
Как видно из приведенных данных, одним из основных источников пылеобразования являются взрывные работы. Существующие методы снижения пылеобразования не всегда являются технологичными и не всегда способствуют
получению качественного дробления. Поэтому на предприятии может найти
широкое применение только такой способ уменьшения выхода пыли, который,
причем одновременно, будет создавать благоприятные условия для конечного
результата взрыва.
Одним из возможных вариантов решения данной задачи может быть использование дополнительных укороченных скважин, расположенных между
основными.
Известно 2, что применение последних позволяет существенно улучшить дробление верхней части взрываемого блока. Если же в них в качестве за-
боечного материала использовать жидкость, то она будет при взрыве вылетать
из скважины, образовывая жидкостное облако.
Принимая во внимание, что глубина дополнительных скважин чаще всего
составляет треть от длины основных, то вылет забойки из них будет происходить на более ранних стадиях.
Следовательно, на момент выброса продуктов детонации из основных
скважин, в атмосфере уже будет сформировано облако диспергированной жидкости.
Для оценки эффективности предлагаемого способа были проведены лабораторные эксперименты, в ходе которых фиксировали концентрацию пыли в
замкнутой емкости в зависимости от условий взрывного разрушения модели. В
качестве моделей использовали блоки размером 300х300х300 мм, выполненные из песчано-цементной смеси (соотношение 1:1, марка цемента – 400).
После двухнедельной выдержки модели обладали следующими физикомеханическими свойствами: прочность на сжатие – 40 МПа; плотность –
2100 кг/м3.
В верхней грани образцов сверлили четыре основных шпура (диаметр 8
мм), глубина которых составляла 200 мм, и один дополнительный, расположенный в центре между основными. Его глубина составляла 100 мм. Модели
взрывали на полигоне ЧАО "Акватол" (использовали закрытую емкость, которую после каждого взрыва проветривали).
В процессе проведения экспериментов после каждого взрыва измеряли
концентрацию пыли, ее изменение с течением времени, а также гранулометрический состав разрушенной модели.
При проведении экспериментов масса основного заряда составляла 3,5 г,
масса дополнительного заряда – 0,35 г. Количество воды в дополнительном
шпуре изменяли в пределах от 0,35 до 2,5 г. Результаты экспериментов приведены в табл.1 и 2.
Таблица 1 – Влияние схемы взрывания на изменение концентрации пыли
Масса воды в дополнительном шпуре,
г
0
1,0
1,5
2,0
2,5
Концентрация пыли,
мг/м3
520
440
415
380
350
Диаметр среднего
куска разрушенного
материала модели, мм
46
38
35
31
28
Таблица 2 – Динамика изменение концентрации пыли
после взрыва в замкнутом объеме
Время после
1
3
5
7
10
взрыва, мин
Концентрация
520/380
480/280
440/200
400/120
380/80
3
пыли, мг/м
Примечание: в числителе – результаты экспериментов без дополнительных шпуров, в знаменателе – с дополнительными шпурами, заполненными водой.
Выводы.
1. Проведенные эксперименты показали, что предлагаемый метод взрывания является достаточно эффективным способом снижения концентрации
пыли. Так, при размещении в дополнительном шпуре в качестве забойки воды
концентрация пыли снизилась на 32 %, а диаметр среднего куска разрушенной
модели уменьшился в 1,6 раза по сравнению с экспериментами, в которых не
делали забойку в дополнительном шпуре.
2. Как и следовало ожидать, с увеличением массы воды в дополнительном
шпуре достигаются улучшение дробления и снижение запыленности. Следовательно, использование данного метода позволяет не только улучшить экологическую обстановку в зоне взрыва, но и повысить интенсивность взрывного разрушения среды, что является особенно актуальным в современных условиях.
3. В промышленных условиях целесообразно жидкость располагать в
герметичной емкости, которая перед формированием забойки располагается в
скважине. При проведении дальнейших исследований необходимо установить
влияние химического состава жидкости на эффективность пылеподавления при
массовых взрывах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Проблеми екології масових вибухів в кар'єрах / Єфремов Е.І., Бересневич П.В., Петренко В.Д. і ін. – Дніпропетровськ: Січ, 1996. – 179 с.
2. Справочное руководство по взрывным работам в строительстве / Афонин В.Г., Гейман Л.М., Комир В.М. – Киев: Будівельник, 1974. – 382 с.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КУМУЛЯТИВНОГО
ЭФФЕКТА В ЗОНЕ ВОЗДУШНОГО ПРОМЕЖУТКА
Воробьев В. В., докт. техн. наук, проф.,
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского,
Лотоус К. В.
ОАО "Полтавский ГОК"
В последнее время одним из перспективных направлений повышения эффективности взрывных работ является использование при открытой разработке
полезных ископаемых усовершенствованных конструкций скважинных зарядов, среди которых необходимо отметить рассредоточенные заряды и заряды с
радиальным зазором. Применение данных зарядов позволяет существенно снизить затраты на взрывчатые вещества (ВВ). Широкое внедрение скважинных
рассредоточенных зарядов при взрывном разрушении прочных горных пород
сдерживается ухудшением дробления среды в зоне воздушного промежутка, а
также отсутствием простых и технологичных устройств для формирования воздушного промежутка. Исходя из этого, дальнейшее совершенствование данного
способа взрывной отбойки горных пород является актуальной научной задачей
взрывного дела, успешное решение которой позволит повысить эффективность
взрывного разрушения горных пород и получить значительный экономический
эффект.
Известны различные способы формирования воздушных промежутков
между отдельными частями заряда [1, 2]:
– с помощью помещенных в скважины полиэтиленовых надувных цилиндров;
– путем подвешивания небольшого количества ВВ, упакованного в бумажную тару, и размещения поверх упаковки основного заряда ВВ;
– с использованием вспененного гранулированного полистирола;
– путем установки в месте воздушного промежутка простых деревянных
приспособлений;
– с помощью пустотелых картонных цилиндров, помещенных в скважины;
– путем расположения на определенной высоте пробок из бумажных
мешков;
– с помощью полиэтиленового скважинного затвора и другие.
Перечисленные способы создания воздушного промежутка имеют свои
плюсы и минусы. Среди недостатков необходимо отметить, что перемычки из
мешков не всегда возможно установить в заданном месте, а использование других устройств относительно дорого и реально для создания промежутков лишь
небольшой длины. Скважинный затвор, в частности, затруднительно использовать в условиях, когда заряд необходимо фиксировать на различной глубине с
переменной длиной воздушного промежутка, что характерно для взрывания
массивов слабых вскрышных пород с крепкими прослойками. Почти во всех
существующих способах формирования воздушного промежутка используется
принцип удержания части заряда на опоре, контактирующей с нижней частью
заряда или заполняющей промежуток между отдельными частями заряда. В ряде случаев это бывает нетехнологично и нерационально с точки зрения ненужного многократного резервирования сил, необходимых для удержания.
Для повышения эффективности взрывного разрушения горных пород
взрывом скважинных зарядов в последнее время также появились разработки,
которые предполагают размещение в заряде различных пустотелых конструкций, выполненных из инертного материала. Так, в Московском геологоразведовательном институте разработана конструкция скважинного заряда, которая содержит в себе специальные кумулятивные устройства, расположенные
в верхней и нижней частях заряда. Такое их расположение позволяет осуществить встречное инициирование и, по мнению авторов, увеличить действие
взрыва в глубь разрушаемого горного массива [3].
Исследования Иляхина С.В. и Федорченко В.А. показали, что при взрывании зарядов с воздушными промежутками на эффективность взрыва оказывает значительное влияние и вид поперечного сечения воздушной полости. Ими
установлено, что при использовании изменяющейся формы полости (треугольник, квадрат, прямоугольник) после взрыва формируются кумулятивные струи,
возникающие в углах многоугольника [4].
В работе Игбаева Т.М. [5] предлагается в удлиненном скважинном заряде формировать воздушные промежутки с помощью пустотелых конусов, имеющих общее основание. При этом в каждой конусообразной полости фокусируется кумулятивная энергия, а от сдвоенного полого конуса образуются два
встречных потока газообразных ПД, способствующих усиленному разрушению
горной породы в зоне расположения данного устройства.
Однако данный способ формирования воздушного промежутка имеет существенные недостатки, к основным из которых можно отнести:
– ограниченная возможность регулирования размеров воздушного промежутка;
– сложность осевого фиксирования в скважинном заряде, особенно в
зимнее время;
– невозможность использования в обводненных условиях.
Выполненный анализ показывает, что кумулятивный эффект только
начинает использоваться в скважинных зарядах. Чаще всего он используется
при проведении единичных взрывов. Исходя из этого, разработка недорогих
устройств для его формирования в условиях проведения крупномасштабных
массовых взрывов, а также определение его рациональных параметров в зависимости от условий взрывания, типа промышленных ВВ и параметров буровзрывных работ является малоизученным вопросом, решение которого позволит повысить эффективность взрывного разрушения горных пород.
Повышение коэффициента полезного действия взрыва в твердых горных
породах предопределяется увеличением полезных форм работы заряда в общем
энергетическом балансе. При взрывном дроблении массива горных пород к полезным формам работ в первую очередь следует отнести энергию, затраченную
на образование новых поверхностей (трещинообразование) и перемещение среды (на конечной стадии взрыва эта составляющая не всегда играет положительную роль, т.к. во многих случаях существенный разлет кусков горной массы является отрицательным фактором).
Исходя из этого, можно сделать вывод, что характер трещинообразования
в среде при взрыве может служить качественной оценкой эффективности действия той или иной конструкции заряда ВВ. Для достижения поставленной цели наиболее целесообразно использовать модель, состоящую из одинаковой
толщины дисков, выточенных из оргстекла. При этом анализ характера трещинообразования отдельных дисков позволит оценить эффективность действия
газообразных ПД в зоне воздушного промежутка, а также вдоль оси рассредоточенного заряда.
При проведении настоящих экспериментов параметры модели были следующие:
– наружный диаметр дисков – 60 мм;
– высота дисков – 15 мм;
– их общее количество в одной модели – 6 шт.;
– диаметр шпура – 6 мм;
– диаметр заряда – 4,2 мм;
– масса нижнего заряда – 170 мг тэна;
– масса верхнего заряда – 200 мг (100 мг тэна и 100 мг тонкоизмельченного кристаллического йода);
– длина воздушного промежутка – 15 мм. Добавление йода в заряд позволяло визуально (по характерной желтой окраске) определить, куда смогли
проникнуть газообразные продукты взрыва верхнего заряда.
Было проведено две серии экспериментов: в первой серии использовали
цилиндрические заряды с плоским дном в зоне воздушного промежутка; во
второй – верхний заряд в нижней части имел кумулятивную выемку с углом
раствора 60о.
Обработка результатов экспериментов (табл. 1) позволила установить
следующее.
Таблица 1 – Влияние кумулятивного эффекта на изменение параметров
трещинообразования слоистой цилиндрической модели
Конструкция верхней части рассредоточенного заряда
Без кумулятивной
выемки
С кумулятивной выемкой
Номер диска
слоистой модели
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
Количество
трещин,
шт.
14
17
17
21
5
3
17
22
19
25
5
4
Суммарная
длина трещин,
мм
289
418
386
453
135
75
317
463
489
590
140
88
Характер разрушения верхней части моделей (диски №№ 5 и 6) при использовании данных конструкций рассредоточенного заряда существенным образом не изменился (количество трещин и их суммарная длина практически
одинаковые). Отличия начинают наблюдаться с диска № 4, в котором находилась верхняя часть рассредоточенного заряда.
Так, при наличии кумулятивной выемки в верхнем заряде количество
трещин в данном диске возросло на четыре штуки (16 %), а их суммарная длина
на 30 % превышает аналогичный параметр для случая взрывания заряда без кумулятивной выемки.
В зоне воздушного промежутка (диск № 3) при использовании рассредоточенного заряда с кумулятивным эффектом мы также наблюдаем (по сравнению с традиционным рассредоточенным зарядом) незначительное увеличение
общего количества трещин (с 17 до 19) и существенный рост их суммарной
длины – с 386 до 489 мм, т.е. превышение составляет почти 27 %.
На уровне расположения нижней части рассредоточенного заряда (диск
№ 2) также произошли количественные изменения параметров зоны трещинообразования: наличие кумулятивной выемки в нижней части верхнего заряда
привело к увеличению общего количества трещин с 17 до 22 шт. и росту суммарной длины трещин с 418 до 463 мм.
Аналогичная картина наблюдается и в нижней части модели: количество
трещин возросло с 14 до 17 шт., суммарная длина – с 289 до 317 мм.
Принимая во внимание, что при проведении данных экспериментов взрывание осуществляли без забойки, можно сделать общий вывод, что наличие кумулятивной выемки в нижней части верхнего заряда усиливает поршневое действие продуктов детонации в зоне воздушного промежутка. Это также подтверждает окраска поверхности трещин: при наличии кумулятивной выемки
трещины в зоне воздушного промежутка окрашены в желтый цвет на большую
длину, и даже некоторые трещины в диске № 2 имеют следы йода, что свидетельствует о том, что газообразные продукты детонации верхнего заряда оказали определенное воздействие на нижние слои модели.
Выводы.
1. Наличие кумулятивной выемки в нижней части верхнего заряда усиливает поршневое действие продуктов детонации в зоне воздушного промежутка
– за счет этого происходит незначительное увеличение общего количества
трещин (с 17 до 19) и существенный рост их суммарной длины – с 386 до
489 мм, т.е. превышение составляет почти 27 %.
2. Использование кумулятивного эффекта в верхнем заряде приводит к
более интенсивному трещинообразованию в зоне воздушного промежутка: при
отсутствии кумулятивной выемки к 104 мкс радиус зоны трещинообразования
составляет 5,2 диаметра шпура, а при использовании – 6,8 диаметра шпура, т.е.
возрастает более чем в 1,3 раза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ефремов Э.И. Эффективность взрывных работ в карьерах // Вісник
КДПУ. – Кременчук: КДПУ, 2004. – Вип. 5/2004 (28). – С. 55–57.
2. Підривні роботи на кар’єрах / Воробйов В.Д., Кравець В.Г., Кузьменко
А.О. – К.: ІСДО, 1994. – 376 с.
3. Дробление горных пород зарядами с неравномерными взрывными
нагрузками / Комащенко В.И., Гапоненко А.Л., Каналин В.Г. // Совершенствование буровзрывных работ в народном хозяйстве: Всесоюз. 10-я юбил. науч.техн. совещ., 27–29 сентября 1988, г. Губкин: тезисы докладов. – М.: МГИ,
1988. – С. 119.
4. Исследование действия взрыва зарядов с изменяющейся формой осевой
воздушной полости / Иляхин С.В., Федорченко В.А. // Совершенствование буровзрывных работ в народном хозяйстве: Всесоюз. 10-я юбил. науч.-техн. совещ.,
27–29 сентября 1988, г. Губкин: тезисы докладов. – М.: МГИ, 1988. – С. 10.
5. Игбаев Т.М. Управление действием взрыва скважинного заряда
встречными кумулятивными потоками // Совершенствование буровзрывных
работ в народном хозяйстве: Всес. 10 юбил. научно-техн. совещ., 27–29 сентября 1988, г. Губкин: тезисы докладов. – М.: МГИ, 1988. – С. 114.
СПИСОК АВТОРОВ
А
Азаматов Р. И.
М
54
Манжос Ю. В.
В
Воробьев А. В.
Воробьев В. В.
Воробьева Л. Д.
Н
63
86, 89
82,86
Никифорова В. А.
Г
Галиакберова Ф. Н.
Гаркуша И. П.
Д
44
52, 69
16
Е
Ефремов Э. И.
З
И
Калякин С. А.
Козловская Т. Ф.
Косьмин И. В.
Кратковский И. Л.
Куринной В. П.
С
Сербай П. Д.
Соболев В. В.
19
11, 32, 39
Туручко И. И.
23
Ушеренко С. М.
11
Х
7
К
54, 65
59
23
7, 37
75
Л
Лабинский К. Н.
Лемижанская В. Д.
Литвиненко А. А.
Лотоус В. В.
Лотоус К. В.
63
26, 71
71
23
У
11
Ищенко К. С.
Пеев А. М.
Павличенко А. В.
Потоцкая Е. С.
Прокопенко В. С.
Т
7, 37
Зазимко В. И.
37
П
47
75
Долударев В. Н.
Долударева Я. С.
Драгобецкий В. В.
19
Холоденко Т. Ф.
26
Ч
Чебенко В. Н.
Чебенко Ю. Н.
16
78
Ш
Шиман Л. Н.
65
52, 69
71
16
89
26
Ю
Юрченко А. А.
71