Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1. Структура потребления взрывчатых веществ (ВВ) на горных предприятиях 10
1.2. Современный ассортимент водосодержащих ВВ 21
1.3. Технические требования к промышленным взрывчатым
веществам и пути их обеспечения 27
1.4. Цель, задачи и методы исследования 30
2. Основные принципы формирования рецептур взрывчатых смесей на основе обратных эмульсий
2.1. Анализ характеристик взрывчатых веществ и установление основных из них, оказывающих наибольшее влияние на эффективность 33
2.2. Разработка методики расчета теплоты взрывчатого превращения взрывчатых смесей на основе обратных эмульсий 41
2.3. Разработка методики определения скорости детонации взрывчатых смесей на основе обратных эмульсий 47
2.4. Методика оценки качества перемешивания компонентов взрывчатой смеси на основе обратных эмульсий 50
2.5. Методика формирования композиции водосодержащих ВВ... 57
2.6. Выводы 61
3. Экспериментальная оценка основных характеристик взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий
3.1. Особенности экспериментальной оценки основных
характеристик ВВ на основе обратных эмульсий 62
3.2. Определение скорости детонации взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий 65
3.3. Определение тротилового эквивалента по ударной воздушной волне взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий 68
3.4. Определение теплоты взрыва взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий 74
3.5. Разработка принципиальных компоновочных схем СЗМ 78
3.6. Выводы 83
4. Оценка эффективности применения вв на основе обратных эмульсий для взрывной подготовки горной массы к выемке и транспортированию
4.1. Горно-технические условия проведения опытных взрывов 84
4.2. Определение основных параметров опытных взрывов 89
4.3. Оценка качества подготовки горной массы к выемке и транспортированию опытными взрывами с применением ЭВВ 91
4.4. Оценка экономической эффективности применения взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий для подготовки горной массы
к выемке и транспортированию 101
4.5. Оценка экологической безопасности применения взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий 106
4.6. Выводы
Заключение
Список использованных источников
- Современный ассортимент водосодержащих ВВ
- Разработка методики расчета теплоты взрывчатого превращения взрывчатых смесей на основе обратных эмульсий
- Определение скорости детонации взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий
- Оценка качества подготовки горной массы к выемке и транспортированию опытными взрывами с применением ЭВВ
Введение к работе
Взрывная подготовка горной массы к экскавации относится к основным технологическим процессам горного производства и в значительной мере определяет себестоимость добычи полезных ископаемых. С ростом глубины открытых горных разработок увеличиваются объемы выемки скальных пород, изменяется их трещиноватость, повышается крепость, обводненность, что оказывает негативное влияние на эффективность процесса подготовки горной массы к выемке и транспортированию. С ухудшением горно-геологических и горнотехнических условий возрастает потребность во взрывчатых веществах (ВВ) высокой мощности с регулируемыми взрывчатыми характеристиками, обладающих водоустойчивостью и позволяющие производить безопасное механизированное заряжание скважин на карьерах [1,2].
Затраты на буровзрывные работы в общей стоимости единицы добываемой горной массы на отечественных горных предприятиях составляют порядка 30 %, причем основная статья расходов - взрывчатые вещества. До недавнего времени производство взрывчатых веществ было сконцентрировано на специализированных предприятиях и только незначительное количество ВВ изготовлялось на местах применения, в том время как в мировой практике наблюдалась устойчивая тенденция повышения доли взрывчатых веществ местного изготовления.
В связи с чрезмерно возросшей стоимостью ВВ заводского изготовления и железнодорожных тарифов и ужесточением требований к перевозке опасных грузов резко возросла целесообразность изготовления взрывчатых веществ на горных предприятиях. Увеличение объемов применения ВВ местного приготовления - один из путей снижения затрат на взрывные работы.
В этом направлении перспективным является использование водосодер-жащих взрывчатых веществ (ВВВ) четвертого поколения - эмульсионных взрывчатых веществ и ВВ на основе обратных эмульсий (ЭВВ).
Эффективность любого технологического процесса в значительной мере зависит от информированности об объекте, на который направлено воздействие и характеристик воздействующей нагрузки. В горном деле объект, на который направлено воздействие - это массив горных пород. При взрывном разрушении внешнее воздействие осуществляется энергией взрывного разложения ВВ. В этой связи большое значение имеет информированность о свойствах взрывчатого вещества. Исходя из этого актуальной задачей является разработка методики аналитического и экспериментального определения основных характеристик ВВВ, в частности эмульсионных ВВ и взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий. Решение этой задачи предусматривает:
в научном плане - установление взаимосвязей между компонентным составом, взрывными и технологическими характеристиками ВВ на основе обратных эмульсий;
в практическом плане - разработку способов и средств придания эксплуатационных и технологических свойств составам эмульсионных ВВ, обеспечивающих заданное качество подготовки горной массы к выемке и транспортированию.
Решению этих вопросов и посвящена диссертационная работа, выполненная автором в соответствии с планами научно-исследовательских работ Института горного дела Уральского отделения РАН.
Объект исследований - подготовка горной массы на карьерах к выемке с использованием эмульсионных ВВ, приготовляемых в условиях горного предприятия.
Предмет исследований закономерности формирования рецептур эмульсионных ВВ на основе обратных эмульсий с требуемыми энергетическими и детонационными характеристиками для конкретных горно-технических условий.
Цель работы - повышение эффективности и безопасности взрывного разрушения горных пород на карьерах за счет установления зависимостей меж-
ду компонентным составом, взрывными и технологическими характеристиками ВВ на основе обратных эмульсий.
Идея работы заключается в установлении и использовании многофакторной зависимости взрывных и эксплуатационных характеристик ВВ на основе обратных эмульсий от их компонентного состава и разработке способов их регулирования, с целью обеспечения рационального гранулометрического состава взорванной горной массы.
Научные положения, выносимые на защиту:
Управление параметрами взрывной подготовки горной массы к выемке и транспортированию на карьерах достигается за счет регулирования энергетических и детонационных характеристик ВВ на основе обратных эмульсий, которые обеспечиваются в процессе формирования их рецептуры.
Технология, конструкция и параметры технических средств для механизированного изготовления ЭВВ и область их применения обусловливаются компонентным составом, физическими и технологическими свойствами взрывчатых смесей.
Научная новизна выполненных исследований
Впервые доказана многофункциональная зависимость взрывных и эксплуатационных характеристик ВВ на основе обратных эмульсий от их компонентного состава, которая позволяет получить ВВ с требуемыми энергетическими и детонационными характеристиками, обеспечивающими необходимое качество подготовки горной массы к выемке и транспортированию в конкретных горно-технических условиях.
Разработанная методика расчета основных характеристик ВВ на основе обратных эмульсий учитывает особенности их компонентного состава, связанного с наличием воды, и позволяет определять рациональную область применения ВВ на основе обратных эмульсий различных рецептур.
3. Обоснованы конструктивные особенности технических средств для
приготовления эмульсионных ВВ в процессе заряжания в зависимости от ком
понентного состава изготовляемого взрывчатого вещества.
4. Разработан алгоритм разработки ресурсосберегающей технологии буровзрывных работ на основе информации о состоянии массива горных пород и основных характеристиках эмульсионных ВВ.
Практическое значение работы состоит:
- в разработке методики формирования рецептур ЭВВ с требуемыми
энергетическими, детонационными и технологическими характеристиками в
зависимости от физико-механических свойств и обводненности горных пород, в
обосновании технологических приемов их приготовления;
- в разработке технологии взрывного разрушения горных пород с приме
нением смесевых ЭВВ, которая вписывается в комплекс взрывных работ, при
меняемый на предприятии;
- в определении области применения смесевых ЭВВ и способов их заря
жания в зависимости от физико-механических свойств массива.
Методы исследований включают анализ теоретических и экспериментальных исследований; аналитический метод, содержащий исследование физической сущности процесса разрушения горных пород, дедуктивный и индуктивный методы для установления общих принципов формирования рецептур смесевых ЭВВ и частных решений по регулированию их отдельных характеристик; лабораторные и натурные эксперименты.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована: использованием фундаментальных положений теории вероятности и математической статистики, корректным применением методов математического и физического моделирования, теории подобия, апробированными методами экспериментальных исследований, широким внедрением результатов исследований на горных предприятиях.
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при определении параметров буровзрывных работ для разрушения локальных массивов горных пород на карьерах ОАО «Ванадий» и ОАО «Ураласбест».
Научная значимость результатов работы заключается в установлении зависимостей между компонентным составом, взрывными и технологическими
характеристиками ВВ на основе обратных эмульсий, позволяющих создавать рецептуры ЭВВ, обеспечивающих требуемое качество дробления в конкретных горнотехнических условиях.
Личный вклад автора состоит:
в анализе существующего отечественного и зарубежного ассортимента ВВ, его недостатки и пути совершенствования;
в разработке методики расчета энергетических и детонационных характеристик ЭВВ (теплота взрыва, скорость детонации и др.), определяющих их работоспособность в заданных условиях применения;
в разработке алгоритма определения рациональных параметров буровзрывных работ на основе информации о состоянии массива горных пород и основных характеристиках ЭВВ;
в развитии существующих и формировании новых схем механизации взрывных работ на карьерах.
Автор выражает глубокую благодарность коллективу инженерно-технических работников, персоналу взрывных участков предприятий ОАО «Ванадий», ОАО «Ураласбест», сотрудникам лаборатории РТП за сотрудничество и поддержку, оказанную в период выполнения исследований и при подготовке данной работы.
Результаты работы базируются на исследованиях, проведенных на карьерах ОАО «Ванадий» и ОАО «Ураласбест». Использованы материалы исследований лаборатории разрушения горных пород Института горного дела УрО РАН (бывший ИГД МЧМ СССР, г.Екатеринбург).
Апробация работы. Основные положения работы систематически докладывались на конференциях и Ученых советах ИГД МЧМ СССР и ИГД УрО РАН, 1977-2006 гг., Всесоюзных конференциях по взрывным работам (г.Качканар, 1989-1996 гг., г.Междуреченск, 1997 г.), III Международной конференции по буровзрывным работам (Москва, 1997 г.), Международной конференции по открытым горным работам (Москва, 1998 г.), на технических совещаниях по повышению эффективности буровзрывных работ (ОАО «Ванадий»,
Санкт-Петербург, Екатеринбург, 2000-2005 гг.). Материалы исследований использованы на ОАО «Ванадий» при разработке и освоении технологии приготовления и внедрении эмульсионных взрывчатых веществ.
Публикации. Автором опубликовано 30 статей, основные положения диссертационной работы представлены в 20 статьях, в т.ч. в 8 рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 143 страниц, содержит 30 таблиц, 27 рисунков, 2 приложения. Список использованных источников включает 126 наименований.
Современный ассортимент водосодержащих ВВ
В соответствии с условиями и потребностями горных предприятий ассортимент взрывчатых материалов постоянно совершенствуется. Современный ассортимент взрывчатых веществ, допущенных к применению на открытых горных разработках насчитывает более 50 наименований [35].
Для взрывания сухих скважин на горнодобывающих предприятиях ассортимент гранулированных ВВ представлен: гранулитами АК, АС-4, АС-6, АС-8, АС-Д, АС-6М, Д-5, С-6М, игданит; граммонитами 79/21, 50/50, 30/70, 82/18 и другими [34,35].
Для взрывания сухих и обводненных скважин используется алюмотол, аммонал скальный № 3, гранулотол, гранулит АС-4В, АС-8В, АСД-М, акванит КТ-Х, акватол Т-20 (ифзаниты Т-20, Т-60, Т-80), Т-20М, граммонит РЗ-30, карботолы марок A, AT-10, ТМ, порэмиты 1 марок: 1 ИМК, 1 ИМ-Н; 1 А, М марок: 4А, 8А, си-бириты 1000 и 1200 и другие.
Для взрывания обводненных скважин применяются гранипоры марок БП-1, БП-2, ФМ, дибазит, тротил-У, акванал, акватол Т-20Г и другие.
Эффективность и безопасность взрывных работ во многом определяется свойствами применяемых взрывчатых веществ, поэтому совершенствование технологии взрывных работ связано, главным образом, с изменением ассортимента ВВ[ 12].
На большинстве предприятий России для взрывного разрушения обводненных горных пород применяется гранулотол. Последний, ввиду высокой ПІяЗ И4 50 40 ЗО 20 10 1 2 3 4 Рисунок 1.4. Структура потребления взрывчатых веществ на горных предприятиях США. эмульсионные ВВ {Emulsion); стоимости, опасности при перевозках и хранении, токсичности, сложности механизации операций, связанных с его переработкой, не удовлетворяет современным требованиям.
Из современных промышленных ВВ, как альтернатива гранулотолу, большой интерес представляют водосодержащие ВВ благодаря таким преимуществам, как высокая объемная энергия, текучесть, безопасность в обращении, сравнительно низкая стоимость, возможность придания водоустойчивости и механизации всех операций, связанных с их приготовлением и заряжанием ими скважин. Приготовление ВВВ в условиях предприятий, и особенно в смеси-тельно-зарядных машинах непосредственно в процессе заряжания, позволяет получать составы, которые в наибольшей степени соответствуют конкретным условиям взрывания и свойствам горных пород [24].
Самым крупным достижением в области разработки промышленных ВВ в последнее время стало применение при производстве взрывных работ нового класса водосодержащих взрывчатых веществ - эмульсионных [43].
В 70-е годы двадцатого столетия фирма «Нитро Нобель» (Швеция) разработала совершенно новый тип взрывчатого вещества - эмулит (отечественный аналог - порэмит, разработан ГоснИИ «Кристалл», г.Дзержинск). Это эмульсионное взрывчатое вещество 1 класса на водной основе рекомендуется для применения при производстве взрывных работ в породах малой и средней крепости с механизированным способом заряжания обводненных скважин на открытых горных разработках [44,45,46].
Порэмиты состоят из мельчайших капелек раствора окислителей (АС с добавками НС и КС), плотно заполняющих поры между частицами смеси нефтепродукта с эмульгатором, а при большом увеличении (под микроскопом) напоминают пчелиные соты, с толщиной мембран из горючего, разделяющих капельки - менее одной десятитысячной миллиметра. Это создает большую площадь соприкосновения между топливом и окислителем в результате чего достигается очень быстрое и полное взрывное сгорание смеси. Мембраны из мас ла защищают каждую капельку окислителя и делают порэмит очень водостойким.
Степень чувствительности эмульсии можно варьировать, добавляя в нее микросферы - мельчайшие полые шарики из стекла с диаметром - 0,1 мм. Эти микро-шарики мгновенно разрушаются под воздействием ударной волны от капсюля-детонатора или запала, тем самым усиливая ударную волну и способствуя более быстрому взрывному сгоранию эмульсии.
Уникальные свойства эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) позволяют создать целую гамму различных составов, отвечающих многочисленным требованиям горнодобывающих предприятий и других потребителей [45,46].
В настоящее время согласно «Перечня взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывного дела», допущенных к постоянному применению в Россию, ассортимент отечественных взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий для применения их на открытых горных разработках включает: порэмит 1 марок ИМ-Н, ИМ-К, МТ-Н, МТ-К; порэмит 1 А; порэмит М марок 4А и 8А и др. Основными достоинствами эмульсионных ВВ являются: хорошая водоустойчивость со сроком пребывания в скважине до 10 суток; возможность регулирования мощности и широких пределах от 3550 до 5860 кДж/дм3 , за счет изменения плотности или введения в состав энергетических добавок; низкая чувствительность к механическим и тепловым воздействиям, а, следовательно, высокая безопасность в обращении; экологически чистое безотходное производство, полная механизация зарядки скважин и невысокая газовая вредность; сравнительно недорогая сырьевая база.
Разработка методики расчета теплоты взрывчатого превращения взрывчатых смесей на основе обратных эмульсий
Взрыв, по образному выражению А.Ф.Беляева [57], можно уподобить своеобразной тепловой машине, в которой потенциальная химическая энергия ВВ преобразуется в тепловую энергию, а затем в механическую работу, которую совершают нагретые и сжатые продукты взрыва в процессе своего расширения.
Теплота взрывчатого превращения, сокращенно называемая теплотой взрыва, является одной из главных характеристик ВВ; она характеризует взрывчатое вещество как источник энергии, определяет его работоспособность и параметры детонации [58,59,60,61,62,63,64,65].
Для расчета теплового эффекта взрыва ВВ обычно пользуются законом Гесса, основанном на первом законе термодинамики. Согласно этому закону, суммарный тепловой эффект некоторой последовательности химических реакций не зависит от путей превращения исходных веществ в конечные продукты, а зависит только от начального и конечного состояния системы. Если реакция проходит через некоторые промежуточные стадии, то тепловой эффект брутто- процесс равен алгебраической сумме тепловых эффектов промежуточных реакций.
Применительно к взрыву можно принять, что само взрывчатое вещество является некоторым промежуточным продуктом реакции взаимодействия химических элементов, а конечным состоянием системы являются продукты взрывчатого превращения ВВ. Согласно закону Гесса теплота взрывчатого превращения Q1)3p должна составлять разницу между суммой теплот образования продуктов взрыва Qm и теплотой образования самого ВВ или суммой теплот образования самого ВВ или суммой теплот образования его составных частей Qm :
Так как взрыв происходит практически при неизменном объеме вещества, теплоту взрыва следует рассчитывать при постоянном объеме, для чего необходимо теплоту образования при постоянном объеме.
Главная сложность расчета по уравнению (2.7) связана с определением истинного состава продуктов взрыва к моменту завершения процесса их расширения или любой другой стадии, при которой определяется тепловой эффект взрыва. Дело в том, что конечный состав продуктов взрыва неэтичен начальному. Это очевидно для смесевых ВВ, у которых продукты распада компонентов вступают во взаимодействие в газовой фазе (вторичные реакции). Это справедливо и индивидуальных ВВ, так как продукты их разложения способны вступать в тратимые реакции друг с другом, а равновесное их состояние определяется текущей температурой продуктов взрыва [66,67,68].
Абсолютное значение Qmax будет тем выше чем ниже теплота образования ВВ или его составных частей и зависит от обеспеченности состава ВВ кислородом и теплотворной способности горючих элементов, содержащихся в ВВ [69,70].
Обеспеченность состава кислородом обычно характеризуют кислородным балансом ВВ, который в относительных величинах выражает избыток или недостаток кислорода по сравнению с тем его количеством, которое необходимо для полного окисления горючих элементов до их высших окислов.
Если ВВ содержит углерод (С), водород (Н), азот (N) и кислород (О) и имеет элементарный состав CaHbNcOd, то высшими окислами являются ССЬ и Н20, а кислородный баланс можно определить по уравнению: d-КБ = 2а + - \2a + e + \4c + \6d 100%. (2.8)
При содержании в ВВ металлического горючего, например алюминия, высший окисел которого А1203, кислородный баланс определяется следующим образом: . в 3 2а + - + -е 2 2 КБ = \2а + в + \4с + Ш + 27е 100%, (2.9) где а, в, с, d , е - число грамм-атомов углерода, водорода, азота, кислорода и алюминия соответственно, численные коэффициенты в знаменателе отвечают атомным массам соответствующих элементов.
Если кислородный баланс ВВ нулевой или положительный, то Qmax рассчитывается исходя из образования при взрыве высших окислов горючих элементов. Если кислородный баланс отрицательный и для полного образования высших окислов кислорода не хватает, то для получения Qmax надо отыскать те реакции, которые происходят с пребольшим выделением тепла в расчете на 1 атом кислорода. Если в состав ВВ входят следующие горючие элементы углерод, водород и металлическое горючее, например алюминий, то тепловые эффекты возможных реакций их окисления в расчете на 1 грамм-атом кислорода составят: 0 + 2/ЗА1 = 1/ЗА1203+554 кДж; (2.10) 0 + С = СО + 112кДж; (2.11) 0 + -С = 1/2С02 + 197кДж; (2.12) 0 + Н2=Н20 + 241 кДж. (2.13)
Приведенные значения тепловых эффектов элементарных реакций показывают, что при ограниченном ресурсе кислорода в составе ВВ для получения Qmax кислород должен расходоваться последовательно на реакцию окисления алюминия до А120з , затем водорода до воды и углерода до углекислого газа. Оставшиеся количества неокисленных горючих элементов должны выделяться в свободном виде, т.е. в виде молекулярного водорода Н2 и элементарного углерода (сажи) С. В свободном состоянии в виде N2 выделяется азот.
Определение скорости детонации взрывчатых веществ на основе обратных эмульсий
В настоящее время большинство практических расчетов по разрушению горных пород скважинными зарядами ВВ ведется на основе допущения о мгновенной детонации и отсутствия волновых движений ПД. При этом считается, что в продуктах детонации, после взрыва устанавливается некоторое усредненное давление Р0, одинаковое по всей длине скважины [85,86 и др.]. В первом приближения обычно принимают Р0 равным половине детонационного давления. Причем, многие исследователи полагают показатель политропы п=3, что дает Ро=\РоД2- (3-1) В такой трактовке детонации скважинного заряда ВВ дальнейшее расширение взрывной полости под действием ПД принимается адиабатическим Рп = UKJК)2" (3-2)
Однако при таком подходе при более глубоком изучении вопроса возникают непреодолимые трудности. А именно, при этом не учитывается влияние истечения ПД из скважинного заряда через устье в атмосферу и нет возможности определить давление ПД в динамической постановке задачи - P(t). Для учета этих факторов используются различные виды временных аппроксимаций изменения давления во взрывной полости со временем с эмпирическими параметрами, регулирующими форму P(t) [87,88,89]. Однако подобные аппроксимации P(t) помогают только при качественном описании процесса, а проводить количественные расчеты с их использованием возможно только после большой серии экспериментов, необходимых для определения требуемых параметров.
Что касается показателя политропы п , то в действительности он не является постоянным, а меняется от пж=2+3 в точке Чепмена-Жуге до п=1,20-М ,33 при расширении ПД до нормальных давлений. Причем, даже пж для различных ВВ различен. Так по данным работы [51] для водонаполненного гранулотола (ВНГТНТ) пж=3,1, а для аммонита 6ЖВ пж=1,88.
Скорость детонации определяют чаще всего методом ионизационных датчиков. Также может быть использован фотографический метод, метод измерения скорости детонации с помощью реостатного датчика. Последний способ (метод с помощью реостатного датчика) в настоящее время получил свое дальнейшее развитие. Выпущена аппаратура: измеритель скорости детонации «VOD Mate» («Jnstantel» Канада). Комплект оборудования состоит из двух частей: проводник-датчик и блок регистрирующей аппаратуры «VOD Mate». Проводник-датчик представляет собой одножильный кабель с внешним диаметром 1,5 мм. Центральная жила - проволока с большим удельным сопротивлением (в данном случае - константан), диаметром 0,2-0,3 мм. Она окружена полимерным покрытием (внутренняя изоляция), которое, в свою очередь, оплеткой из стальной проволоки. От внешних воздействий (в основном, от влаги) стальная оплетка защищена тонкой полимерной пленкой (внешняя изоляция). Сопротивление проводника-датчика 8,435 Ом х м. При замере скорости детонации оплетка и жила замыкаются, с другого конца оплетка и жила присоединяются к коаксиальному кабелю типа «РК-75», а последний - к блоку «VOD Mate».
После подрыва заряда, детонационная волна проходит вдоль проводника-датчика и замыкает оплетку на жилу (продуктами детонации в зоне реакции -обладающими высокой электропроводностью вследствие больших температуры и давления). Длина датчика уменьшается, уменьшается и его сопротивление. Блок «Jnstantel» непрерывно измеряет величину сопротивления электрической цепи проводника-датчика и записывает ее во встроенную память. Запись начинается автоматически, после изменения сопротивления цепи на 1 % от первоначального значения.
Блок «VOD Mate» записывает каждое событие (взрыв одного заряда) в виде цифрового файла-таблицы «время-величина сопротивления» с возможностью расшифровки на персональном компьютере и распечатки полученных результатов в виде диаграммы «длина за ,, L) - время (/)», с автоматическим вычислением скорости детонации Д (іашенса угла наклона полученной линии, а также различных участков этой линии) Д = /« = — (3.3)
Согласно паспортным данным комплекта «VOD Mate», точность определения Д составляет 3 % и имитируется качеством изготовления датчика.
Второй способ, который применялся при выполнении данной работы для замера детонации - это замер Д с помощью датчиков и отметчика времени. Для этого заряд разбивается на несколько участков (измерительная база), на границе каждого участка устанавливается датчик. Каждый датчик подсоединятся к отметчику времени. Во время прохождения детонации по заряду датчики разрываются. Отметчик времени фиксирует время прохождения детонационной волны между двумя датчиками. Зная расстояние между ними, определяем скорость детонации.
На полигоне Качканарского ГОКа проведены испытания гранэмита И-30 с целью установления скорости детонации при разных плотностях в различных диаметрах заряда. В проведенных испытаниях применялось два типа детонаторов: состоящий из 2-х патронов аммонита 6ЖВ (0 32 мм весом 200 г каждый) и КД-8 с отрезком ОШ; состоящий из шашки детонатора БШД-800У и КД-8 с отрезком ОШ. Испытывались заряды диаметром 90,120 и 160 мм и плотностями 1,20, 1,25, 1,35 г/см . Каждый типоразмер заряда, на каждой из трех плотностей инициировался от каждого типа ПД. Полученные результаты представлены в таблице 3.1.
Заряды гранэмита И-30 устойчиво детонируют в открытых зарядах 120 мм и более в диапазоне плотностей 1,20-1,35 г/см . Скорость детонации с увеличением диаметра возрастает, повышение плотности ведет к снижению скорости детонации.
Моделирование, под которым понимается предсказание параметров натурных взрывных волн по параметрам взрыва, проводимых в уменьшенных масштабах и в облегченных для эксперимента условиях, часто используется на практике. В основе моделирования взрывов лежит принцип кубического корня, впервые сформулированный Хопкинсоном в 1915 г. и независимо Хопкинсу Кранцу в 1926 г. [90]. В соответствии с этим принципом, если два заряда одного и того же ВВ одинаковой формы, но разного размера взрываются в одной и той же атмосфере, то подобные взрывные волны будут наблюдаться при одинаковом значении параметра расстояния Z = RIEm, (3.4) где R - расстояние от центра заряда, Е - полная энергия взрыва.
Вообще по Кранцу с уменьшением заряда в несколько раз ведет к уменьшению и соответствующих метрических и временных характеристик взрывной волны, а такие параметры как давление, температура, плотность газа (продуктов детонации) за волной и скорость волны остаются неизменными.
Этот принцип используется в интервале масс зарядов ВВ от 100 грамм до 20 мегатонн (Мт) в тротиловом эквиваленте и принят как основополагающий практически во всех существующих и признанных в настоящее время расчетных методиках по прогнозированию взрывных явлений.
Регистрация параметров ударной воздушной волны проводилась с применением комплекта измерительной аппаратуры «Jnstantel» (Mini Mate Plus). Комплект Mini Mate Plus регистрирует параметры УВВ (ведет запись ДРф = ЛРф(0 и сохраняет результаты в виде цифрового файла во встроенной памяти.
Последующая расшифровка цифровых файлов производится на компьютере (на комплектном программном обеспечении «Jnstantel»). Регистрирующий УВВ комплект Mini Mate Plus «Jnstantel» устанавливается на расстоянии 25 м от заряда, т.к. комплект имеет верхний предел измерений 35 кПа, а по предварительным расчетам при средней массе заряда равной 20 кг ожидаемое давление составит 17 кПа.
Оценка качества подготовки горной массы к выемке и транспортированию опытными взрывами с применением ЭВВ
Сущность применяемых в настоящее время методов расчета разрушающего действия зарядов состоит в определении расчетного удельного расхода ВВ на 1 м3 (т) взрываемого массива и определения расчетного объема массива, разрушаемого при взрыве.
Удельный расход ВВ зависит от свойств горных пород (крепости и тре-щиноватости), метода ведения взрывных работ и цели взрыва, а также взрывных характеристик применяемого ВВ. В настоящее время значения удельных расходов ВВ принимаются на основе обобщения данных практики с последующим уточнением с учетом анализа выполненных взрывов. Экономический эффект от внедрения рекомендаций, которые разработаны в ходе выполнения настоящей работы, образуется: 1. За счет сокращения объемов бурения (повышения выхода горной массы с погонного метра скважины); 2. За счет снижения затрат на ВВ. ОАО «Ураласбест» и ОАО Качканарский ГОК «Ванадий» ведущие в России горно-обогатительные комбинаты по добыче и обогащению асбестовых и железных руд. Сырьевой базой комбинатов являются Баженовское и Гусево-горское месторождения.
Следует отметить, что основными типами ВВ, применяемых на карьерах ОАО «Ураласбест» и ОАО «Ванадий» являются: для сухих условий - игданит, граммонит 79/21, для обводненных скважин - гранулотол, порэмит, гранэмит.
В связи с высокой плотностью заряжания при использовании гранэмита взамен гранулотола, использование сетки скважин, определенной для последнего типа ВВ высота колонки заряда, при условии обеспечения объемной одинаковой энергии для обоих взрывчатых веществ, снизится, что может вызвать негативные последствия, а именно, может увеличиться выход негабарита. Из бежать этого возможно за счет сохранения высоты колонки заряда, что потребует расширения сетки скважин и позволит сократить объемы бурения.
При замене одного типа ВВ на другой мы имеем одинаковые диаметр скважин, высоту колонки заряда, коэффициент сближения скважин.
Значение требуемого диаметра скважин, обеспечивающего нормальную проработку подошвы уступа при заданной высоте Н и угле откоса а , можно определить по уравнению (4.19) Hctga + c ipkl "" - " ІГЖ (4.19) 3 26,5(32 -m)TV Д где с = 3 м - безопасное расстояние от верхней бровки уступа до центра скважины первого ряда; р - плотность породы, г/м ; Л - плотность заряжания ВВ, кг/м ; кт- коэффициент работоспособности ВВ (относительная работоспособность); кТ - коэффициент, учитывающий трещиноватость массива; m=a/W - коэффициент сближения скважин; W- сопротивление по подошве уступа, м; а - расстояние между скважинами в ряду, м. Определяем d3 для эталонного ВВ (в нашем случае гранулотол и порэ-мит 1А) и нового взрывчатого вещества (гранэмит И-30) и составим систему уравнений:
Относительная работоспособность любого BB определяется как отношение теплоты взрыва конкретного взрывчатого вещества по отношению к другому ВВ, например к тротилу, т.е.
Сетка скважин, при использовании гранэмита И-50 вместо гранулотола, может быть расширена на 15 %, а при замене порэмита 1А на 12-18 %. При использовании гранэмита И-30 (ОМ-70) вместо гранулотола сетка скважин может быть расширена на 10 %, а при замене порэмита 1А - на 8-14 %.
Выход горной массы с одного погонного метра скважины увеличится при замене гранулотола на гранэмит И-50 в 1,15раза, а при замене порэмита 1А - в 1,12-1,15 раза. При использовании гранэмита И-30 вместо гранулотола выход горной массы с одного погонного метра скважины увеличится в 1,1 раза, а при замене порэмита 1А-в 1,08-1,14 раза.
Гранэмит И-50 и порэмит 1А используется на карьерах ОАО «Уралас-бест». На карьерах ОАО «Ванадий» используется гранэмит ОМ-70 (аналог гранэмита И-30). Оценку экономической эффективности использования гранэми-тов для подготовки горной массы к выемке и транспортированию проведем в сравнении с применением для этих целей ВВ заводского изготовления - грану-лотолом.
В денежном выражении эффект от замены используемых ВВ для обводненных пород - гранулотол и порэмит 1А - можно определить следующим образом: 1. Замена применяемых ВВ на гранэмит И-50 (ОАО «Ураласбест») а) буровые работы
