Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками

Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками

Одержано рівняння адіабати для продуктів детонації вибухових речовин та продуктів вибуху з домішками і виконано порівняння роботи продуктів вибуху, що визначаються адіабатами для продуктів детонації вибухових речовин і для газу Ван-дер-Ваальса....

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2012
Main Authors: Куринной, В.П., Гаркуша, И.П.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2012
Series:Геотехническая механика
Online Access:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53991
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 112-118. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-53991
record_format dspace
spelling irk-123456789-539912014-01-30T03:08:42Z Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками Куринной, В.П. Гаркуша, И.П. Одержано рівняння адіабати для продуктів детонації вибухових речовин та продуктів вибуху з домішками і виконано порівняння роботи продуктів вибуху, що визначаються адіабатами для продуктів детонації вибухових речовин і для газу Ван-дер-Ваальса. Equalization of adiabatic is got for the products of detonation of explosives and products of explosion with additions and comparison of work of products of explosion is executed, determined adiabatic for the products of detonation of explosives and for the Van-der-Vaalsa gas. 2012 Article Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 112-118. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53991 622.236.4.001.1 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Одержано рівняння адіабати для продуктів детонації вибухових речовин та продуктів вибуху з домішками і виконано порівняння роботи продуктів вибуху, що визначаються адіабатами для продуктів детонації вибухових речовин і для газу Ван-дер-Ваальса.
format Article
author Куринной, В.П.
Гаркуша, И.П.
spellingShingle Куринной, В.П.
Гаркуша, И.П.
Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками
Геотехническая механика
author_facet Куринной, В.П.
Гаркуша, И.П.
author_sort Куринной, В.П.
title Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками
title_short Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками
title_full Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками
title_fullStr Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками
title_full_unstemmed Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками
title_sort уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate 2012
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53991
citation_txt Уравнение адиабаты для продуктов детонации взрывчатых веществ и продуктов взрыва с добавками / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 112-118. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series Геотехническая механика
work_keys_str_mv AT kurinnojvp uravnenieadiabatydlâproduktovdetonaciivzryvčatyhveŝestviproduktovvzryvasdobavkami
AT garkušaip uravnenieadiabatydlâproduktovdetonaciivzryvčatyhveŝestviproduktovvzryvasdobavkami
first_indexed 2025-07-05T05:22:43Z
last_indexed 2025-07-05T05:22:43Z
_version_ 1836783200758661120
fulltext 112 давления лавы пучение почвы аппроксимируется экспоненциальными зависи- мостями от расстояния до забоя; – поддирка почвы интенсифицирует ее смещения, при этом выделено три фазы деформирования: в активную фазу, длящуюся порядка 3-4 недель, интен- сивность смещений возрастает до 10 раз; в затухающую (до 1-1,5 месяцев) – в 5 раз, а далее, в фазу стабилизации – устанавливается на уровне до поддирки; – предварительная надработка снижает вертикальную конвергенцию выра- ботки до 40 %, при этом, по мере удаления от целика смещения кровли и почвы уменьшаются по логарифмическим зависимостям. Установленные закономерности влияния отдельных горно-геологических и горнотехнических факторов на устойчивость почвы подготовительных вырабо- ток позволят определять комплекс необходимых и достаточных мероприятий по эффективной охране подготовительных выработок в конкретных условиях их заложения. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Курносов А.Т. Геомеханическое обоснование устойчивости почвы выработок / А.Т. Курносов, С.А. Курносов, И.Н.Слащев [и др.] Деформирование и разрушение материалов c дефектами и динамические явления в горных породах и выработках: Матер. 21 межд. Научн. Школы. им. С.А. Христановича. – ТНУ. – Симферополь. – 2011 – с.200-202. 2. Курносов С.А. Опытно-промышленные испытания крепления почвы выработки стеклопластиковыми анкерами / С.А. Курносов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / Ин-т геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины. Днепропетровск, 2011. Вып. 94. С. 110-115. 3. Отчет о НИР № 78. Научные основы управления и контроля устойчивости боков и почвы горных выра- боток с анкерным креплением нового технического уровня. – Часть 2. – 2004 г. 4. Зорин Л.Ф. Изучение пучения норных пород в штреках шахты № 8 «Нововолынская» / Л.Ф. Зорин, Г.В. Кузькин, И.С. Дышкант [и др.] // Уголь. – 1969. – № 5. – С. 13–14. 5. Зорин Л.Ф. Пучение пород на шахтах Волынского месторождения // Проектирование и строительство угольных предприятий. – ЦНИИТЭИуголь. – 1964. – № 61. – С. 21–25. 6. Курносов С.А. Научно-технические принципы эффективного заложения полевой газообразной выработ- ки / С.А. Курносов // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / Институт геотехнической механики им. Н.С. Поялкова НАН Украины. – Днепропетровск. 2011. – Вып 95. – с.85-90 УДК 622.236.4.001.1 Д-р техн. наук В. П. Куринной, канд. физ.-мат. наук И. П. Гаркуша (Государственный ВУЗ «НГУ») УРАВНЕНИЕ АДИАБАТЫ ДЛЯ ПРОДУКТОВ ДЕТОНАЦИИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И ПРОДУКТОВ ВЗРЫВА С ДОБАВКАМИ Одержано рівняння адіабати для продуктів детонації вибухових речовин та продуктів ви- буху з домішками і виконано порівняння роботи продуктів вибуху, що визначаються адіабата- ми для продуктів детонації вибухових речовин і для газу Ван-дер-Ваальса. THE ADIABATI EQUALIZATION FOR PRODUCTS OF DETONATION EXPLOSIVES AND PRODUCTS OF EXPLOSION WITH ADDITIONS Equalization of adiabatic is got for the products of detonation of explosives and products of ex- plosion with additions and comparison of work of products of explosion is executed, determined adi- abatic for the products of detonation of explosives and for the Van-der-Vaalsa gas. Одним из путей повышения эффективности взрыва скважинного заряда яв- ляется повышение запирающих свойств забойки. Для этих целей весьма пер- 113 спективным зарекомендовал себя прием, при котором между колонкой ВВ и за- бойкой помещают низкоплотный пористый материал. Наиболее качественного запирания продуктов в газовой полости можно добиться, выбирая соответству- ющие конструкции зарядов. Повышению запирающих свойств забойки способ- ствует также размещение ее в верхней части дополнительного заряда неболь- шой мощности. Однако широкого распространения заряды с так называемой «активной» забойкой не получили из-за ряда технологических и технических трудностей, связанных с дополнительными работами по формированию зарядов в забойке и подготовкой взрыва в целом. Исследование газодинамических процессов в скважинном заряде с проме- жутком из пористого низкоплотного материала между зарядом и забойкой поз- волило установить, что, благодаря наличию промежутка, создаются условия, при которых УВ в породе перегоняет УВ в забойке. При этом нижняя часть за- бойки обжимается волной разгрузки от УВ в породе, а это приводит к частич- ному запиранию полости взрыва. При взрыве бризантных ВВ давление во фронте детонационной волны за приблизительно 2 мкс вырастает до давления приблизительно на порядок боль- ше границы прочности породы. Сдвиг породы при отсутствии УВ начинается лишь через 1 2 мс с момента прохождения детонационной волны (он равняется удвоенному времени прохождения волны напряжения от заряда к свободной по- верхности). Все это время порода раздавливается и переизмельчается. Для суще- ственного уменьшения зоны раздавливания давление в полости взрыва должно расти не за 2 мкс, а приблизительно за одну миллисекунду (рис. 1). Этого мож- но добиться, вводя во ВВ добавки. На основе изучения термодинамических процессов, протекающих при детонации взрывчатого вещества с инертными добавками, показано, как с помощью добавок можно снизить максимальное да- вление в полости взрыва до необходимого и на 2 3 порядка увеличить время химических реакций, тем самым управлять энергией ВВ в процессе взрыва. 1 – штатное ВВ; 2 – предлагаемое ВВ Рис. 1 – Зависимость давления продуктов взрыва от времени в сечении скважины. При исследовании газодинамических процессов, протекающих в зарядной полости при детонации комбинированных зарядов ВВ, которые состоят из по- переменно расположенных ВВ и различаются по мощности, установлено, что 0 1 2 3 0 1 2 3 Р, ГПа нГПа t, мс 1 2 114 первые миллисекунды, начиная с момента инициирования скважинного заряда, волновые процессы в зарядах характеризуются значительной сложностью и ин- тенсивностью и являются источником сильно неоднородного нестационарного поля напряжений в породе. В этом случае заряд по всей длине взрывается кас- кадно, обеспечивая определенную последовательность импульсов в течение промежутка времени, значительно большего, чем при взрыве однородных ВВ. Изучены термодинамические и газодинамические процессы, протекающие при взрыве накладного заряда из гелекса 650. Установлено, что если во ВВ за- менить частицы алюминия размером 100 мкм на частицы размером 10 20 мкм, давление в полости взрыва повышается на 35–45 %, а поскольку плотность ге- лекса на 35–45 % больше плотности, например, аммонита, то гелекс 650 будет приблизительно в два раза более эффективен при разрушении негабарита, чем аммонит. При исследовании механизма детонации эмульсионных взрывчатых веществ с примесями микросфер установлено, что полые шары являются достаточно хо- рошими сенсибилизаторами эмульсионных взрывчатых веществ. При количе- стве введенных примесей, не превышающих 5 %, потери энергии продуктов де- тонации на примесях незначительны. При исследовании процессов, происходящих в полости взрыва взрывчатого вещества, получено уравнение адиабаты и состояния для продуктов взрыва с примесями const,)( )( 2 1 0 iдVVp (1) где р – давление продуктов взрыва (ПВ) при температуре Т; плотность ПВ; д – массы единицы объема взрывчатых веществ; V – объем моля ПВ; V0 – сум- марный объем добавок эффективного собственного объема молекул в единице объема ПВ. При сжатии продуктов взрыва у отраженной от частиц ударной волны тем- пература продуктов взрыва растет и равняется /)1()/( нн ppTT , (2) где Tн – температура ПВ на химпике; – показатель адиабаты. Изменение давления в полости взрыва в этом случае изменяется таким обра- зом: СmmС TmСdTmССmT VM m VVM m Rp дгд kpдгд T T джд дд д p kp пл 0 , (3) где T0, Tkp, Tпл – соответственно начальная температура, критическая и темпера- тура плавления добавки; Сжд, Сгд – удельная теплоемкость добавки в жидком и газообразном состоянии; Vд – объем вещества добавки. При известных термодинамических параметрах добавок, применяя получен- 115 ные равнения адиабаты и состояния совместимо с зависимостями (2) и (3), можно определить массовую частицу и фракционный состав добавки. Известно, что бризантное и фугасное действие взрыва определяется полем напряжений в породе. Определить параметры поля напряжений невозможно без рассмотрения волновых процессов в полости взрыва. Волновые процессы мож- но исследовать, лишь зная адиабату продуктов взрыва (ПВ). Чаще всего адиа- бату задают в виде ннVppV , (4) где p, pн – соответственно текущее и начальное давление ПВ; V, Vн – текущий и начальный объем ПВ; – показатель адиабаты. Обычно показатель адиабаты ПВ бризантных взрывчатых веществ (ВВ), применяемых в горном деле, полагают равным = 3 [1]. В этом случае давление в полости взрыва скважинного заряда убывает с увеличением радиуса скважи- ны r пропорционально r -6 . При увеличении радиуса скважины в 1,5 2 раза дав- ление ПВ становится меньше динамического предела прочности скальных по- род при неравнокомпонентном трехосном сжатии. Строго говоря, показатель адиабаты ПВ зависит от объема. Л. Д. Ландау и К. П, Станюкович предложили [2] заменить реальную адиабату двумя адиабатами с разными показателями. Давление ПВ в точке сопряжения, в которой показатель адиабаты = 3 меняет- ся на показатель 1 = 1,2 1,4, меньше 0,1 ГПа, т.е. в интересующем нас диапа- зоне давлений показатель равен 3. В физике показатель адиабаты для идеальных газов равен = (i+2)/i, где i – число степеней свободы молекулы. Без учета колебательных степеней свободы показатель адиабаты изменяется в пределах = 1,33 1,67. При учете колеба- тельных степеней свободы для трехатомного газа = 1,25. Продукты детонации имеют высокое давление и в этом случае необходимо учитывать собственный объем молекул газа. На начальной стадии расширения ПВ ведут себя как газ с показателем, существенно большим, чем . Простейшим уравнением, в котором учитывается собственный объем моле- кул и их взаимодействие, является уравнение Ван-дер-Ваальса RTbV V a p м м 2 , (5) где р – давление газа; Vм – объем моля газа; a, b – поправки в уравнении Ван- дер-Ваальса; R – газовая постоянная; T – температура. Начальная температура ПВ равна T = 3 4 кК, что в 3 4 раза выше темпера- туры Бойля [3] RbaTB / , при которой необходимо учитывать силы молеку- лярного притяжения. Расчет дополнительного давления по формуле (5), при ти- пичных значениях величины, также позволяет не учитывать их. Запишем уравнение Пуассона для газа Ван-дер-Ваальса, не учитывая взаи- модействие молекул. Из первого закона термодинамики вытекает, что 116 мм dUpdV , где 1 )( 1 )( bVp V abVp U м м м м , где – показатель адиабаты для газа Ван-дер-Ваальса; Uм – внутренняя энергия моля газа. Дифференциал 11 мм м dV p bV dpdU . (6) Подставляя (6) в выражение для первого закона термодинамики, получим 0)( bVdppdV мм или 0)(ln bVpd м , т.е. уравнение адиабаты имеет вид )()( bVpbVp мннм , (7) где Vмн – объем моля ПВ при давлении рн. Воспользовавшись уравнением (5), можно получить уравнение адиабаты в переменных Т, р и V, Т 1 н н p p TT ; 1 bV bV TT н н ; b T T bVV н 1 1 )( , (8) где Vн, V – соответственно начальный и текущий объем ПВ; Tн – начальная тем- пература ПВ; – число молей газа. В (8) не учитывается взаимодействие молекул газа. Запишем выражение для показателя адиабаты рассматриваемого газа. Пер- вый закон термодинамики для изохорного процесса имеет вид: RdT i RdTdTCdUpdVdTC мм 2 νν . Откуда 2/ν iRC , где νC – молярная теплоемкость газа при изохорном про- цессе. Аналогично находим молярную теплоемкость газа при постоянном дав- лении 2/)2( RiCp . Т.е. показатель адиабаты газа Ван-дер-Ваальса без учета взаимодействия молекул совпадает с показателем для идеального газа. Таким образом, уравнение (7) более точно описывает адиабатный процесс, чем урав- нение (4), которое дает малую погрешность лишь на самой начальной стадии расширения ПВ. Основным препятствием для получения количественных результатов с по- мощью уравнения Ван-дер-Ваальса является сложность в определении числа степеней свободы молекул ПВ и поправки b (коволюма). При температурах Т = 3 4 кК у некоторых молекул (тяжелых) возбуждаются колебательные сте- пени свободы и необходимо рассматривать квантовую теплоемкость, т.е. рас- пределение Бозе-Эйнштейна. Теоретическое значение средней степени свободы i для смеси газов найти сложно. Однако, если не учитывать колебательные сте- пени свободы, то, зная состав продуктов детонации, среднее значение i можно 117 определить, используя уравнение Клапейрона. Поправку b теоретически опреде- лить очень трудно. Для бризантных ВВ, используемых в горном деле, она изме- няется в пределах молмол VbV 35,1 , где молV – объем молекул в моле газа. Для более точного определения показателя адиабаты и поправки b опреде- лим связь показателей адиабаты n и . Для этого рассмотрим увеличение объе- ма ПВ от Vмн до Vм = Vмн + V, где Vмн – объем моля при давлении рн. При малом изменении объема V << Vмн адиабаты (4) и (7) должны давать одинаковые ре- зультаты: n мн n мнн VVppVp ))(( ; ))(()( VbVppbVp ммнн . Деление уравнений дает bV V V V мн n мн 11 . Учитывая малость V, разлагаем правую и левую часть в ряд, берем два чле- на разложения и получаем мнV b n 1 . (9) Зависимость показателя n от объема ПВ легко получить, подставив в (9) вместо Vмн объем газа V V b n 1 . (10) Формулу (9) можно записать в виде 11 b n , (11) где b1 – недоступный объем для молекул в 1 м 3 или коволюм, отнесенный к 1 м 3 ПВ при начальных значениях рн и Тн. Коволюм b1 равен b M b н 1 , (12) где ρн – плотность ПВ при р = рн; M – средняя молярная масса молекул ПВ. Таким образом, зная экспериментальное значение показателя адиабаты n и коволюма b1, можно определить значение по формуле (11). Кроме того, ково- 118 люм b1 можно определить из уравнения Ван-дер-Ваальса, записанного для объ- ема Vн = 1 м 3 , Mp RT bRT M bp н нн н 1)1( 11 . (13) Сравним работу продуктов взрыва, определяемую адиабатой с показателем n и . Работа ПВ при адиабатном процессе с показателем n равна 1 1 1 1 n ннн V V n Vp A . (14) Работа ПВ при адиабатном процессе с показателем имеет вид: 1 1 1 1 )( bV bVbVp A ннн . (15) Если взять часть скважины с объемом 1 м 3 и ввести переменную crrk / , где rrc , – соответственно начальный и текущий радиус скважины, то работы А1 и А2 можно записать в виде: )1(2 1 1 1 nн k n p A ; 1 1 2 11 2 1 1 1 )1( bk bbp A н . (16) Для примера, найдены отношения А2/А1 при типичных для бризантных ВВ значениях n = 3; b1 = 0,57; = 1,29. Получено, что при k = 1,5; 2; 2,5 значения А2/А1 =1,27; 1,52; 1,72. Таким образом, полученные формулы более точно определяют зависимость давления от объема продуктов взрыва и их работу при расширении. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Физика взрыва / Ф. А. Баум, Л. П. Орленко, К. П. Станюкович [и др]. – М.: Наука, 1975. – 704 с. 2. Ландау Л. Д., Определение скорости истечения продуктов детонации конденсированных взрывчатых веществ / Л. Д. Ландау, К. П. Станюкович // ДАН СССР. – Т.47. – № 3, 4. – 1945. 3. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Том 2. / Д. В. Сивухин. – М.: Наука. – 1975. – 519 с. 119 УДК 622.83 Инженеры В.И. Литвинюк, Ю. А. Косарыгин, Д. В. Румянцев, О. Ю. Сытниченко (ОДО «Лафарж-гипс») АНАЛИЗ ОПЫТА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ ПОТОЛОЧИНЫ ГИПСОВОЙ ШАХТЫ Проаналізовано багаторічний досвід спостережень за деформаціями стелини з блоковою структурою з використанням різних механічних засобів контролю. THE ANALYSIS OF INSTRUMENTAL CONTROL AT DEFORMATIONS ROOF OF GYPSUM MINE The long experience of observation at deformations roof with block structure with use of vari- ous mechanical means of the control is analused. Транспортные выработки Артемовской гипсовой шахты эксплуатируются весьма продолжительное время – некоторые в течение нескольких десятков лет. Медленно протекающие необратимые геомеханические процессы приводят к снижению устойчивости породных обнажений. В наибольшей степени они ска- зываются на устойчивости потолочины [1, 2]. Высота выработок главной транспортной галереи на отдельных участках до- стигает 18-20 м. Возможности регулярного визуального осмотра потолочины в этих условиях ограничены. Тем не менее, обеспечение безопасности эксплуата- ции транспортной галереи является одной из важнейших задач и достигается эффективным использованием комплекса средств контроля за деформациями потолочины на потенциально опасных участках. Наиболее опасной формой нарушенности потолочины являются блочная структура породного массива [3]. Блоки могут иметь как естественное происхождение (наличе естественных си- стем трещин), так и техногенное, вызванное перераспределением напряжений в массиве после проведения выработки и воздействием буровзрывных работ. Исходя из канонов геомеханики, первичные трещины в потолочине должны были бы возникать, вблизи оси выработки, где значение горизонтального рас- тягивающего напряжения в нижней породной пачке наибольшее. Однако, в ре- альности формирование трещин, очевидно, происходит по границе естествен- ных крупных блоков, в связи с чем их положение в кровле камеры случайное. Длина таких трещин может достигать десятков метров, а раскрытие – до 10 мм. Внешний вид одной из таких трещин представлен на рис. 1. Второй этап формирования блочной структуры в кровле – образование вто- ричных трещин, отходящих от первичной или пересекающих ее. Первичные или базовые трещины имеют в плане форму, близкую к отрезку прямой линии. Вторичные трещины имеют преимущественно вид ломаной линии и раскрытие в несколько раз меньше чем у первичной. Несмотря на меньшие размеры, ди- намика их развития более интенсивная по сравнению с первичными. Параллельно с образованием трещин в горизонтальной плоскости происхо- дит ее расслоение и в вертикальном направлении. Отслоение породного блока от основной кровли иллюстрируется рис. 2. В результате действия упомянутых процессов и происходит формирование в потолочине трехмерных блоков.

Similar Items