Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения

Наведені результати досліджень дії вибуху заряду ВР різної конструкції під час руйнувавння твердих середовищ. Встановлені характер і форма розвитку детонаційних процесів і чисельні значення швидкості детонації у цих зарядах. Оцінена їх ефективність під час руйнувавння твердих середовищ....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автор:	Ищенко, К.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2012
Назва видання:	Геотехническая механика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54012
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения / К.С. Ищенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 165-179. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-54012
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-540122014-01-30T03:11:47Z Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения Ищенко, К.С. Наведені результати досліджень дії вибуху заряду ВР різної конструкції під час руйнувавння твердих середовищ. Встановлені характер і форма розвитку детонаційних процесів і чисельні значення швидкості детонації у цих зарядах. Оцінена їх ефективність під час руйнувавння твердих середовищ. Results over of researches of action of explosion of charge of explosives of different construction are brought at destruction of hard environments. It is set that, at of development of detonation processes changes of the form and ccharacter to the front of her changes substantially, numeral values of speed of detonation are set in these charges. Their efficiency is appraised at destruction of hard environments. 2012 Article Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения / К.С. Ищенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 165-179. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54012 622.235.522.3:662.215.121.001.4 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	Наведені результати досліджень дії вибуху заряду ВР різної конструкції під час руйнувавння твердих середовищ. Встановлені характер і форма розвитку детонаційних процесів і чисельні значення швидкості детонації у цих зарядах. Оцінена їх ефективність під час руйнувавння твердих середовищ.
format	Article
author	Ищенко, К.С.
spellingShingle	Ищенко, К.С. Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения Геотехническая механика
author_facet	Ищенко, К.С.
author_sort	Ищенко, К.С.
title	Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения
title_short	Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения
title_full	Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения
title_fullStr	Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения
title_full_unstemmed	Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения
title_sort	исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54012
citation_txt	Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения / К.С. Ищенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 165-179. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Геотехническая механика
work_keys_str_mv	AT iŝenkoks issledovaniedetonacionnyhprocessovvudlinennyhzarâdahvvperemennogosečeniâ
first_indexed	2025-07-05T05:23:35Z
last_indexed	2025-07-05T05:23:35Z
_version_	1836783255426170880
fulltext	165 УДК 622.235.522.3:662.215.121.001.4 Канд. техн. наук К.С. Ищенко (ИГТМ НАН Украины) ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТОНАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В УДЛИНЕННЫХ ЗАРЯДАХ ВВ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ Наведені результати досліджень дії вибуху заряду ВР різної конструкції під час руйнува- вння твердих середовищ. Встановлені характер і форма розвитку детонаційних процесів і чи- сельні значення швидкості детонації у цих зарядах. Оцінена їх ефективність під час руйнува- вння твердих середовищ. RESEARCH OF DETONATION PROCESSES IN EXTENDED CHARGES EXPLOSIVES OF THE VARIABLE SECTION Results over of researches of action of explosion of charge of explosives of different construc- tion are brought at destruction of hard environments. It is set that, at of development of detonation processes changes of the form and ccharacter to the front of her changes substantially, numeral val- ues of speed of detonation are set in these charges. Their efficiency is appraised at destruction of hard environments. Введение. Эффективность действия взрыва зарядов ВВ в горных породах определяется их способностью производить полезную работу по дроблению и перемещению горной массы. Для эффективного управления действием взрыва важным является выбор конструкции заряда. Под конструкцией заряда обычно понимают совокупность таких геометрических и технологических параметров как форма заряда и зарядной камеры, месторасположение точки инициирова- ния, комбинации применяемых ВВ, длина заряда, соотношение частей заряда, заполненных ВВ и забойкой. По геометрическому принципу удлиненные заря- ды разделяются на две основные группы: заряды с постоянным и переменным сечением по их высоте [1]. Анализ состояния проблемы. Существует три способа формирования удлиненных зарядов ВВ переменного сечения, а именно: создание в пробурен- ных скважинах механическим или термическим способами расширенных участков диаметром, большим диаметра первичной скважины, второй способ – это размещение в пробуренных скважинах ВВ в полиэтиленовых оболочках (рукавах) переменного сечения [1, 2] и третий – формирование внутри зарядов ВВ полостей переменного сечения, заполненных воздухом, инертным или го- рючим материалом [3, 4]. При этом создаются заряды с явно выраженными максимумами и минимумами энергетического потенциала. При взрыве таких зарядов возрастает роль растягивающих напряжений в разрушении горных по- род, энергоемкость разрушения горных пород, которыми на два порядка ниже, чем сжимающими. Поэтому обоснование и разработка способов формирования удлиненных зарядов переменного сечения, оценка эффективности работы пред- лагаемых конструкций зарядов, являются актуальными. Цель работы – исследование детонационных процессов в удлиненных ци- линдрических зарядах переменного сечения для обоснования их рациональных параметров. 166 Методика и результаты исследований. Для изучения особенностей разви- тия детонационных процессов в удлиненных цилиндрических зарядах сплош- ной конструкции и переменного сечения по его высоте были проведены иссле- дования в полигонных условиях. Программой-методикой предполагалось про- ведение трех серий экспериментов: – исследование на моделях из оптически прозрачных материалов развитие детонационных процессов в зарядах переменного сечения с регистрацией ско- ростной кинокамерой СФР-2М; – исследование влияния формы свободной поверхности заряда ВВ и контак- та «ВВ–разрушаемая среда» на режимы формирования детонационной волны в зарядах промышленных ВВ различных конструкций; – исследование скорости детонации в зарядах различных конструкций с ис- пользованием ионизационных датчиков. 1. Экспериментальные исследования детонационных процессов на оп- тически прозрачных моделях. Для качественного изучения характера форми- рования и развития детонационных процессов по колонке заряда ВВ перемен- ного сечения нами подготовлены объемные модели из органического стекла размером 100х100х100 мм, который выбран исходя из параметров поля зрения камеры СФР-2М. В подготовленных к исследованиям моделях в центре одной из граней сверлили шпур длиной 65 мм и диаметром 6 мм. Выбор такого диа- метра объясняется тем, что использование штатных смесевых ВВ, применяе- мых в промышленных условиях, не обеспечат стабильность детонации зарядов в экспериментальных взрывах из-за больших значений критического диаметра. Поэтому в качестве ВВ использовали смесевые заряды на основе тэна, имею- щего малый критический диаметр (2-4 мм) при котором стабильно развивается процесс детонации ВВ. При формировании колонки удлиненного цилиндрического заряда в модели с изменяющимися геометрическими параметрами, к базовому ВВ – тэну, нами добавлялись различные массовые доли твердого ракетного топлива (ТРТ). По данным экспериментальных замеров скорости детонации этих смесей рассчи- тывались их характеристики, оценивающие их воздействие на разрушаемую среду, и определялось рациональное соотношение смесевых зарядов (ТРТ+тэн) по устойчивости детонации. Согласно результатам исследований выбрано ра- циональное соотношение смеси равное 80% тэна + 20% ТРТ [5] со следующими параметрами: скорость детонации D = 4900 м/с, расчетное давление на стенки зарядной полости Рс = 2,81 ГПа, теплота взрыва Q= 4910 кДж/кг, акустический импеданс ВВ ρввD= 0,46·10 7 кг/м 2 с, плотность ВВ ρвв =935 кг/м 3 . Масса смесево- го заряда во всех экспериментах составляла 200 мг, а длина его – 20-22 мм. Инициирование зарядов производили при помощи нихромового мостика с навеской азида свинца массой 10 мг. Экспериментальные исследования проводились во взрывной камере по исследованию взрывного разрушения твердых сред (ГНИГРИ, г.Кривой Рог) с использованием метода скоростной фоторегистрации процесса в режиме лупы времени на специальном стенде, который состоит из: фоторегистрирующей установки СФР-2М, импульсной лампы ИСШ-300, системы линз, фокусирую- 167 щих световой поток, пульта управления, взрывной камеры, батареи накопи- тельных конденсаторов и электронного прибора для синхронизации взрыва за- ряда ВВ в модели со вспышкой импульсной лампы. Характер формирования детонационных процессов по колонке заряда переменного сечения в модели фиксировали на фотопленку чувствительностью 400-800 ед. В пробуренных зарядных полостях моделей формировались заряды пере- менного сечения – со сферической полостью в центре заряда диаметром 0,5dшп. и (0,92-0,95)dшп., где, dшп – диаметр шпура. Устье зарядной полости герметизи- ровали забойкой из кварцевого песка диаметром фракции 0,25 мм. Длина за- бойки в шпуре находилась в пределах 6-10 диаметров заряда. По результатам киносъемки процесса разрушения моделей изготовлены ки- нограммы, которые представлены на рис. 1а и 1б. а) б) а) со сферической полостью диаметром 0,5dшп и б) – (0,92-0,95 dшп Рис. 1 – Кинограмма процесса разрушения модели взрыванием смесевого заряда (тэн +ТРТ) переменного сечения массой 200 мг. 168 Как видно из рисунков, для всех серий экспериментов, на первых кадрах ре- гистрации процесса, в интервале 0-8 мкс, после подачи инициирующего им- пульса на поверхности заряда формируется фронт детонационной волны (све- тящееся поле на кадрах кинограммы), который двигается по колонке заряда ВВ в торец шпура. Достигнув сферической полости на внутренней торцевой по- верхности в центре ее под действием газообразных продуктов формируется очень мощный газовый поток из сходящихся в фокусе (по оси заряда), в центре сферической полости, соударяющихся газовых струй (12 мкс). Этот поток со- здает мощный инициирующий импульс, переходящий в кумулятивную струю, превышающий скорость детонации смесевого заряда ВВ в 1,5-2,0 раза с высо- ким давлением в потоке более ≈ 10 3 МПа (16-22 мкс). Сформированный газо- вый поток, находящийся под большим давлением начинает расширяться и ока- зывать воздействие на стенки шпура, формируя сферическую полость, которая в дальнейшем переходит в эллиптическую (рис1а 22 мкс и 1б–12-20 мск). В ме- стах расположения кумулятивных сферических полостей, в массиве среды, концентрируется неоднородное и нестационарное поле напряжений, значитель- но превышающие предел прочности среды, что способствует разупрочнению и последующему ее разрушению. Дальнейшие кадры кинограммы показывают перемещение сформированно- го газового потока в торец шпура с последующим их воздействием на среду по всей колонке заряда. Также из кадров кинограммы видно нарастание сети тре- щин и увеличение объема зарядной полости в 2,5-3,0 раза ко времени 90 мкс. Анализ взрывов смесевого заряда ВВ переменного сечения со сферической полостью диаметром (0,92-0,95)dшп показывает, что размещение сферической полости в заряде при непосредственном контакте со стенками зарядной полости ведет к уменьшению степени ее воздействия на разрушаемую среду, то есть из- менению радиуса трещинообразования (рис.1, б, кадр 20 мкс) в направлении перпендикулярном от оси заряда в глубь разрушаемой среды и мощности фор- мируемого газового потока разделенной сферической полостью между актив- ной и неактивной частью цилиндрического заряда ВВ без их постоянного кон- такта между собой. Иной эффект зафиксирован в предыдущей серии экспери- ментов, в котором сферическая полость располагалась без нарушения контакта активной и неактивной части заряда, что способствовало стабильному протека- нию процесса детонации с последующим его усилением в направлении к тор- цевой части шпура. Таким образом, выполненными исследованиями установлено, что при ис- пользовании в зарядах ВВ переменного сечения сферических полостей диамет- ром равным 0,5dшп обеспечивается устойчивость детонации и изменение меха- низма воздействия на разрушаемую среду формированием в центре ее мощного газового потока кумулятивного действия снижающий вероятность возникнове- ния канального эффекта. Эти результаты дают возможность обосновать пара- метры конструкций шпуровых зарядов, позволяющие повысит эффективность отбойки горных пород за счет снижения удельного расхода ВВ, увеличения КИШ, КПД взрыва и безопасности ведения взрывных работ. 169 2. Исследование влияния формы свободной поверхности заряда ВВ и контак- та «ВВ–разрушаемая среда» на режимы формирования детонационной волны в зарядах промышленных ВВ различных конструкций. Исследованиями, выпол- ненными в ИГТМ НАН Украины установлено, что при изменении поверхности контакта ВВ с разрушаемой средой и наличие различной формы свободной по- верхности контакта ВВ изменяется и характер волнового поля в нем. Так если между ВВ и разрушаемым материалом имеется свободная поверхность, либо специально созданная форма контакта ВВ, то условия выхода фронта детонаци- онной волны и взрывных газов на разрушаемую среду будут зависеть от гранич- ных условий между ВВ и средой. Для оценки влияния формы свободной поверхности ВВ и контакта ее с раз- рушаемой средой на волновое поле, возникающее в твердой среде, нами прове- дена серия экспериментальных исследований на моделях из органического стек- ла и цилиндрических зарядах различных конструкций, помещаемые в прозрач- ную полиэтиленовую или стеклянную оболочку. В исследованиях использовали порошкообразное ВВ – тэн и аммонит №6ЖВ, гранулированное ВВ – тротил, граммонит 79/21. Регистрация взрывных процессов осуществлялась сверхско- ростной фоторегистрирующей установкой СФР-2М и ВФУ-1М. Эксперименты проводились в промышленных условиях на полигоне карьера Еленовского ком- бината строительных материалов (ЕКСМ г. Енакиево Донецкой области). На подготовленной плоской модели из органического стекла размером 150х200х40 мм закрепляли стеклянный цилиндр диаметром 5 мм, в который размещали порошкообразный тэн массой 500 мг и плотностью 1,3 кг/м 3 . Между моделью и зарядом создавали зазор шириной 1,0 мм. Для качественной съемки процесса использовали дополнительный источник света, установленный на го- ризонтальной площадке с обратной стороны от лицевой поверхности модели. Инициирование осуществляли детонатором с устья от торца колонки заряда, а съемку вели с противоположной стороны по линии вдоль диаметра торца заряда в режиме фоторегистратора. По фоторегистрограммам определялась скорость разлета продуктов взрыва (ПВ) с замером тангенса угла наклона развертки ее свечения, фиксировалась форма и направление распространения фронта детона- ционной волны. На рис. 2 а представлена типичная фоторегистрограмма взрыва заряда тэна в модели оргстекла с зазором в разрушаемой среде, а на рис. 2б фор- ма и развитие процесса детонации в порошкообразном тэне. Так как ударная адиабата плексигласа известна: удудD υ71,2 , то скорость детонации ВВ Dвв и υуд скорость ударной волны можем определить по фоторегистрограммам. Давление на фронте детонационной волны Р, массо- вая скорость υд и показатель политропы n рассчитываются по известным соот- ношениям [6]: 170 а) б) а) – с зазором в плексигласе; б) – форма и развитие процесса детонации; Рис.2 – Фоторегистрограмма взрыва заряда порошкообразного тэна. Давление на фронте детонационной волны: уд уд удР D (1) Массовая скорость, вв вв 1 1 2 уд д уд уд D D , (2) Показатель политропы 1 д D n (3) где – ρвв и ρуд – плотность ВВ и ударной волны ; υд и υуд – массовая скорость и скорость ударной волны; Dвв и Dуд – скорость детонации ВВ и скорость дето- нации в ударной волне; n – показатель политропы. Расчетные значения давления детонации, вычисленные по формуле 1 2 0 n D Dn хорошо согласуются с экспериментальными. Результаты расчетных и экспериментальных данных приведены в табл. 1. Таблица 1 – Расчетные и экспериментальные данные детонационных характеристик для тэна Плотность ВВ, ρ, кг/м 3 Скорость детонации, D, км/с Скорость ударной волны, υуд, км/с Показатель политропы n Давление на фронте детонационной вол- ны (расчет.),Ррас, ГПа Давление на фронте детона- ционной волны (экспер..), Рэксп, ГПа 950 5,55 0,5 0,5 18,0 16,5 Анализ представленных фоторегистрограмм показал, что волновые процессы на поверхности твердой среды и при ее разрушении формируются раньше, чем фронт детонации подойдет к поверхности ВВ. Фронт детонации имеет значи- 171 тельную кривизну, а ударная волна, возникающая на границе промежуточных сред – «зазор-разрушаемая среда» на 12 мкс опережает приход детонации на границе «ВВ-зазор». Вероятно имеет место процесс связанный с формированием на поверхности контакта с разрушаемой средой высокотемпературных плазм. Ранее выполненными исследованиями установлено [6], что свободная по- верхность ВВ является генератором плазмы, которая опережает фронт детона- ционной волны. Следовательно, роль плазм в разрушении пород крупнодис- персными промышленными ВВ очень велика, поскольку плазмы первыми кон- тактируют с разрушаемой поверхностью твердой среды и влияют на форму взрывного импульса в химических процессах, происходящих в продуктах взры- ва. Поэтому очень важно было оценить роль поверхности при контакте ВВ с промежуточной средой на пространственные изменения фронта детонационной волны и внешней плазмы. Для решения поставленных задач были проведены несколько серий экспери- ментальных взрывов зарядов ВВ постоянного и переменного сечения с исполь- зованием сухого гранулированного тротила (ТНТ). Исследуемые заряды ВВ формировали в прозрачных цилиндрических обо- лочках – стеклянных или полиэтиленовых трубах диаметром 150 мм и длиной 1,5 м. В зарядах сплошной конструкции тротилом заполняли всю колонку ци- линдра, а в зарядах с промежуточной средой в противоположном торце разме- щали буровой штыб диаметром фракции 2-4 мм. При формировании заряда ВВ переменного сечения на расстоянии 1,0- 1,1 м от торца устанавливали сфериче- скую вставку диаметром 0,5dзад., где dзар – диаметр заряда. Подготовленные за- ряды размещали на горизонтальной площадке в поле зрения прибора ВФУ-1М, позволяющая фиксировать процессы, происходящие вдоль диаметра поверхно- сти заряда, а инициатор – в противоположном конце заряда. Исследованиями предусмотрено варьирование формы торца заряда: плоский торец, плоскость торца ВВ которого, перпендикулярна съемки; плоская, но с углом наклона 15 и 80 0 по направлению к торцевой поверхности; плоская с торцевым размещением промежуточной среды, сферической полости и типа ВВ – граммонит 79/21, ТНТ, аммонит №6ЖВ . Типичные фоторегистрограммы экспериментальных взрывов по изучению фронта детонационной волны от взрыва заряда, например, сухого тротила, в за- висимости от формы и угла наклона торца заряда приведены на рис.3, а, б, в. При среднем показателе политропы для промышленных ВВ равном 1 форму- ла для расчета давления в детонационной волне имеет вид 1 2 0 n D Р , (4) тогда при показателе политропы n=3 имеем 172 А) б) в) а) поверхность торца заряда ВВ перпендикулярна направлению съемки; б) поверх- ность торца заряда ВВ наклонена к направлению съемки под углом 15 0 ; в) – 80 0 соответственно Рис. 3 – Фоторегистрограмма выхода детонации на поверхность заряда сухого тротила 4 2 0DР (5) Расчетные и замеренные значения давления на фронте детонационной волны для различных типов ВВ приведены в табл. 2. Таблица 2 – Расчетные и экспериментальные показатели детонационных характеристик промышленных ВВ Тип ВВ Плотность ВВ, ρ, кг/м 3 Скорость дето- нации, D, км/с Давление на фронте детона- ционной волны (расчет.),Ррас, ГПа Давление на фронте детона- ционной волны (экспер.), Рэксп, ГПа ТНТ 800 5,01 5,3 3,8 Граммонит 79/21 850 3,6 2,9 2,1 Аммонит №6ЖВ 1200 4,2 4,6 3,2 Анализ экспериментальных взрывов показывает, что в зарядах ВВ, у которых торцевая поверхность наклонена к направлению съемки, зафиксировано опере- жение свечения более удаленного участка ВВ на 5-10·10 -6 с. Фоторазвертка напоминает форму иглы. При больших углах наклона форма свечения (рис. 3в), сопровождающего вы- ход детонации на поверхность заряда, не повторяет форму поверхности ВВ при малых углах наклона (рис. 3а). При этом форма свечения близка к форме по- верхности ВВ. Для изучения особенностей формы и геометрических параметров формиро- вания фронта детонационной волны в цилиндрическом заряде при встрече ее с 173 промежуточной средой – буровой штыб и сферическая поверхность была вы- полнена серия экспериментальных исследований, фоторегистрограмма которых приведена на рис. 4а, 4б. а) б) а) буровой штыб; б) сферическая поверхность Рис.4 – Фоторегистрограмма встречи детонационных волн в заряде сухого тротила с промежуточной средой Из рис. 4а видно, что область встречи детонационной волны с промежуточ- ной средой фронт ее имеет несколько не традиционную конфигурацию. Так, на расстоянии 2-5 см от плоскости встречи детонационной волны с промежуточной средой ее свечение уменьшается и происходит разделение фронта на два потока. Очевидно этот эффект сопровождается внутренней плазмой, сформированной впереди фронта детонационной волны. Плазмы, опережающие фронт детонаци- онной волны при встрече с промежуточной средой приводят к некоторому за- медлению процесса с последующим разбрасыванием фронта на несколько плазм и проявлению неполноты детонации ВВ. Это приводит к снижению или отсут- ствию свечения, а следовательно и ухудшению разрушающего действия взрыва при встрече с промежуточной средой. Совсем иная картина просматривается при встрече детонационной волны со сферической полостью (рис.4б). После контак- та с поверхностью полости сформированный плазменный поток, опережая дето- национную волну, с возросшей скоростью перемещается по колонке заряда в торцевую ее частью. В области контакта ВВ и сферической полости с поверхно- стью разрушаемой среды активизируются плазменные процессы. Причем в зави- симости от формы фронта и контакта ВВ с промежуточной средой – сфериче- ской полостью зафиксированы плазменные процессы, играющем важную роль в разрушающем действии детонационной волны, но и на устойчивость детонаци- онного процесса (канальный эффект). Таким образом, нами установлено, что при взрыве реальных скважинных за- рядов сухих гранулированных и порошкообразных ВВ зафиксировано формиро- вание впереди детонационной волны плазменных процессов. Сформированные в зарядах сплошной конструкции импульсы с высоким пиковым давлением и ма- лой длительности не обеспечивают эффективность разрушения, чем взрывные импульсы такой же величины с меньшим пиковым давлением, но большей дли- тельностью. Снижение пикового давления может быть реализовано при выходе 174 плазм на контакт с промежуточной средой – сферической вставкой, имеющую воздушную полость, в зарядах переменного сечения. Наличие в воздушной по- лости большого числа мельчайших пузырьков воздуха при высокой температу- ре, давлении и ионизации частиц воздуха в области плазм достаточно для обес- печения адиабатического сжатия пузырьков воздуха, их микровзрывание, раз- мещенных между ВВ и разрушаемой средой. Следовательно, размещение сфе- рических полостей с воздухом в зарядах ВВ позволит преобразовать форму взрывного импульса, снижая величину пикового давления и увеличивая его дей- ствие. Результаты выполненных исследований по изучению детонационных процессов в зарядах переменного сечения позволили обосновать механизм дей- ствия взрыва этих зарядов на разрушаемую среду, приоритет которых защищен патентами Украины [3,4]. 3. Исследование скорости детонации в зарядах различных конструкций с использованием ионизационных датчиков. Скорость детонации является важнейшим параметром взрыва, определяющим его мощность, бризантное дей- ствие и давление, оказываемое на стенки зарядной камеры. Учитывая, что освоение глубоких горизонтов по добыче и переработке по- лезных ископаемых связано с усложнением горно-геологических условий – об- водненность, повышение крепости пород, напряженность горного массива вы- двинуло требования к совершенствованию способов отбойки горных пород и применению высоэффективных взрывчатых составов в конструкциях зарядов. Поэтому, для рекомендаций к промышленному использованию разработанных в ИГТМ НАН Украины новых конструкций зарядов кумулятивного действия были проведены в полигонных условиях сравнительные экспериментальные исследо- вания по устойчивости детонации в зарядах ВВ сплошной конструкции и пере- менного сечения. Для проведения двух серий экспериментов по замеру скорости детонации в удлиненных цилиндрических зарядах были подготовлены цилиндрические по- лости диаметром 16 мм и длиной 210-230 мм. Для формирования колонки удли- ненного цилиндрического заряда в качестве ВВ использовали смесь тэн + твер- дое ракетное топливо (ТРТ) при их рациональном соотношении – 80% тэна + 20% ТРТ [5]. Масса одновременно взрываемого смесевого заряда составляла 16- 20 г. Инициировали заряды боевиком, состоящего из цилиндрического патрона диаметром 3-4 мм, начиненный чистым тэном массой 100мг и инициатора – ни- хромового мостика с навеской азида свинца массой 10 мг. Подача инициирую- щего импульса к инициатору осуществлялось взрывным прибором ВПК-1 [7], разработанным в ИГТМ НАН Украины совместно с ГВУЗ «Национальный гор- ный университет». В современных исследованиях промышленных ВВ и конструкций зарядов, в которых они размещены, наибольшее распространение для измерения скорости детонации получили ионизационные датчики. Достоинствами таких датчиков являются простота конструкции, стабиль- ность срабатывания и надежность работы в агрессивной среде водонаполненной смеси. Однако при испытании водосодержащих и водонаполненных ВВ требует- ся дополнительная их герметизация. 175 На рис.5 приведена конструкция датчиков для испытания зарядов взрывча- тых веществ c большим удельным электрическим сопротивлением. 1 – центральный электрод; 2 – прорезь; 3 – медный стержень; 4 – спиральные витки из медного провода; 5 – разъем. Рис. 5 – Датчик для испытаний зарядов сухих неэлектропроводных ВВ. В основу датчика для создания цельного крепежного основания – пластины использован фольгированный текстолит шириной 10 мм и длиной 230мм с раз- мещением на ней центрального электрода 1. В пластине по длине базы измере- ния L выполняют прорези 2 длиной до 5 мм и глубиной 3-4 мм в количестве трех. Рядом с прорезью 2 на расстоянии 5 мм по центру пластины формируют отверстие диаметром 1 мм, в которое устанавливают стержень 3 из медного проводника марки ПЭВ-2 диаметром 0,75 мм, обратный конец которого распа- ивают с центральным электродом 1. На закрепленном отводе – стержне 3 цен- трального электрода 1 наматывают в виде спирали витки 4 из эмалированного медного провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,4 мм. Проводники 4 изгибая, укла- дывают в прорези 2, а затем прокладывают вдоль пластины и скрепляют клей- кой лентой. Выводы проводников 4 от каждого ионизационного датчика и цен- трального электрода 1 распаивают на соответствующих контактах разъема 5. На цилиндрическую поверхность подготовленного для испытаний заряда крепят систему ионизационных датчиков путем прокалывания поверхностью датчика оболочки заряда и закрепление ее клейкой лентой. Схема и внешний вид заряда с датчиками для замера скорости детонации представлен на рис. 6 а, 6б. 176 а) Направление фронта детонации б) а) внешний вид заряда с ионизационными датчиками; б) схема заряда с ионизационны- ми датчиками: 1 – заряд ВВ; 2 – сферическая полость; 3 – патрон-боевик с капсюлем- детонатором; Д1, Д2, Д3 – ионизационные датчики. Рис. 6 – Схема и внешний вид заряда ВВ с ионизационными датчиками для замера скорости детонации. В экспериментах скорость детонации в исследуемых конструкциях зарядов определяли на двух участках по длине заряда (рис. 6). Длина участка базы за- мера была постоянной и составляла 60 мм. Для регистрации электрических сигналов ионизационного датчика исполь- зуют специализированные регистраторы временных интервалов. Применяемые до настоящего времени регистраторы для фиксации моментов прихода импуль- сов от ионизационного датчика не обеспечивают точность замеров из-за следу- ющих основных недостатков: узкий диапазон рабочих температур (+5...+40 C), громоздкость, необходимость использования мощного аккумулятора, снижаю- щие оперативность его применения, проблематичность использования прибора при низких и высоких температурах. Учитывая приведенные недостатки такого регистратора и исходя из необхо- димости иметь для испытания ВВ компактный, легкий, точный, с широким температурным диапазоном работы и автономным питанием в отделе механики взрыва горных пород ИГТМ НАН Украины разработан новый прибор – изме- ритель временных интервалов – ИВИ-1. Измеритель временных интервалов ИВИ-1 предназначен для измерения последовательных временных интервалов 177 при исследованиях детонационных характеристик зарядов взрывчатых веществ и средств взрывания. Внешний вид измерителя временных интервалов с датчи- ками приведен на рис.7. Рис.7 – Измеритель временных интервалов ИВИ-1 и выносной кабелем с датчиками. Принцип действия прибора основан на измерении длительности временных интервалов между моментами последовательного замыкания ионизационных датчиков, расположенных на определенных базах в направлении движения фронта детонации. Время распространения фронта детонации (рис.6) от одного ионизационно- го датчика к другому связано с базой измерения L зависимостью L v , где v – скорость распространения фронта детонационной волны на участке L. Подготовленные к экспериментам заряды с датчиками подключают к изме- рителю и производят тестирование прибора включением электропитания. При появлении напряжения на выходе стабилизатора начинает работать кварцевый автогенератор, генерирующий импульсы с частотой 1 МГц. Указанные импуль- сы подаются на входы двоичных счетчиков 1,2,3 и делитель частоты. После инициирования заряда сформированный фронт детонационной волны ионизационными продуктами взрыва замыкает сначала пусковой датчик, а затем последовательно следующие за ним остальные ионизационные датчики, что способствует на входном устройстве последовательному генерированию корот- ких импульсов, нормированных по амплитуде и длительности, с интервалами, равными интервалам между моментами замыкания датчиков. Для считывания результатов измерения кнопкой, на торцевой панели при- бора включается формирователь адреса базы измерения. При каждом одно- кратном нажатии кнопки изменяется на единицу номер базы измерения в левом крайнем разряде индикатора. Одновременно данные с соответствующего счет- чика через мультиплексор и дешифратор передаются на индикатор в виде дли- тельности интервала в микросекундах в двух правых разрядах индикатора. 178 Таким образом, при взрывании заряда ВВ в направлении движения фронта детонации измеритель временных интервалов фиксирует моменты замыкания датчиков и определяет интервалы времени между ними. По длительности интервала времени i вычисляются результаты измерения скорости детонации на каждой базе по формуле i i i L v , где vi – средняя скорость детонации на базе Li . Число баз измерения – 2. Результаты замеров скорости детонации для двух исследуемых зарядов све- дены в табл. 3. Таблица 3 – Экспериментальные данные замеров скорости детонации в зарядах ВВ различных конструкций Конструкция заряда Номер базы из- мерения База из- мере- ния, см Измерен- ный интервал, мкс Скорость детонации ВВ, м/с Средняя скорость детонации, м/с Удлиненный цилиндриче- ский заряд сплошной конструкции 1 6 12,4 4838 4970 2 6 11,9 5042 Удлиненный цилиндриче- ский заряд переменного сечения 1 6 12,5 4762 6435 2 6 7,4 8108 Анализ таблицы показывает, что при совершенно идентичных условиях про- ведения эксперимента: диаметр заряда, масса ВВ, плотность и состав смесевого ВВ, длина колонки заряда не оказывает существенного влияния на скорость де- тонации по всей колонке заряда при соприкосновении фронта с первой базой измерения для двух конструкций зарядов. Существенного изменения параметров детонации для заряда сплошной конструкции при прохождении второй базы из- мерения также не зафиксировано. Только произошел небольшой разгон ее и вы- ход на устойчивый режим для этого смесевого ВВ (5042 м/с). Характер развития детонации в заряде переменного сечения изменился при встрече фронта со сфе- рической полостью. Произошло фокусирование плазменных потоков (газовых струй), что способствовало формированию мощного инициирующего импульса позволивший увеличить скорость детонации 1,5-1,8 раза. При прохождении фронта второй базы измерения значения скорости детонации достигла 8108 м/с. Следовательно, использование предложенной конструкции заряда при разруше- нии крепких напряженных пород позволит повысить эффективность взрывных работ, стабильность детонации по колонке заряда и снизить вероятность возник- новения «канального эффекта». Выводы. 1. Предложенные методики экспериментальных исследований де- тонационных процессов в зарядах ВВ различных конструкций позволяют с до- статочной точностью изучить процесс распространения детонации по колонке удлиненных зарядов. 2. Установлено, что в зарядах ВВ переменного сечения при использовании 179 сферических полостей диаметром равным 0,5dшп обеспечивается устойчивость детонации и изменение механизма воздействия на разрушаемую среду за счет формирования в центре ее мощного газового потока кумулятивного действия снижающий вероятность возникновения канального эффекта. 3. Экспериментально установлено, что снижение пикового давления на мас- сив достигается выходом плазм на контакт с промежуточной средой – сфериче- ской вставкой, имеющую воздушную полость, в зарядах переменного сечения. Наличие в воздушной полости большого числа мельчайших пузырьков воздуха при высокой температуре, давлении и ионизации частиц воздуха в области плазм ведет к адиабатическому сжатию пузырьков воздуха, их микровзрыванию, размещенных в полости между ВВ и разрушаемой средой. Размещение сфериче- ских полостей с воздухом в зарядах ВВ позволит преобразовать форму взрывно- го импульса, снизив величину пикового давления при нагружении на разрушае- мый массив и увеличив эффективность его действия при разрушении горных пород. 4. Для обеспечения надежности и стабильности детонации, а также эффек- тивности разрушения горных пород необходимо в скважинных зарядах распола- гать сферические полости в местах залегания пород крупноблочного строения и высокой крепости. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.Ефремов, Э.И. Способы взрывной отбойки горных пород удлиненными зарядами переменного сечения / Э.И. Ефремов, В.А. Никифорова, К.С. Ищенко //Науково- виробничий збірник Кременчуцького державного політехнічного університету «Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва».– Випуск № 1/2008 (1).– С.7-11. 2.Ефремов, Э.И. Влияние конструкции заряда и уровня обводненности горных пород на интенсивность их дробления / Э.И. Ефремов, В.А. Никифорова, Е.В. Николенко //Науково- виробничий збірник Кременчуцького державного політехнічного університету «Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого вироб- ництва».– Випуск № 1/2008 (2).– С.7-13. 3.Пат. 79805 Україна, МПК 7 F42D 3/04.Спосіб формування свердловинного заряду вибухової речовини / Булат А.Ф., Іщенко К.С., Осінній В.Я; заявник і власник патенту Інститут геотехнічної механіки ім.. М.С. Поля- кова НАН України – № а 2005 01166; замовл.09.02.05; надрук. 25.07.07., Бюл. №11. 4.Пат.№ 86138 Україна, МПК 9 Е 21 F 15/00, Е 21 D 21/00.Спосіб формування свердловинного заряду ку- мулятивної дії для вибухового руйнування гірських порід /Булат А.Ф., Іщенко К.С., Джос В.П., Осінній В.Я., Коновал В.М., Іщенко О.К.; заявник і власник патенту Інститут геотехнічної механіки ім.. М.С. Полякова НАН України – № а 2007 08501; замовл. 24.07.07; надр.25.03.09., Бюл.№6. 5. Ефремов Э.И Оценка эффективности действия смесевых зарядов ВВ с энергоактивными добавками/ Э.И. Ефремов, В.М. Комир, В.А. Никифорова// Высокоэнергетическая обработка материалов. – Днепропетровск: НГАУ. – 1999. – № 8. – С.77-80. 6.Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах /М.А. Кук. – М.: Недра,1980. – 453 с. 7. Пат. №59776 Україна, МПК F 42 D 3/04 (2006.01). Вибуховий прилад конденсаторний (ВПК-1)/ К. С. Іщенко, О. К. Іщенко; заявник і власник патенту Національний гірничий університет. – № 201014552; заявл. 06.12. 10; надр. 25.05. 11. – Бюл. № 10. 180 УДК:662.411.322 Канд. техн. наук О.В. Бурчак (ІГТМ НАН України) СТРУКТУРНІ ТРАСФОРМАЦІЇ ВУГІЛЬНОЇ РЕЧОВИНИ В ПРОЦЕСІ ГАЗОГЕНЕРАЦІЇ Показаны механизмы структурных трансформаций угольного вещества, связаные с гене- рацией метана и газодинамическими явлениями. Преобразования энергетически обоснованы, активированы механохимическими реакциями и проходят в угольном веществе по радикаль- но-цепному механизму. Процессы релаксации накопленного энергетического потенциала определяют направление и кинетику структурных превращений вещества. STRUCTURAL TRANSFORMATIONS OF COAL MATTER IN THE PROCESS GENERATIONS OF GAS The mechanisms of structural transformations of coal matter are shown, connected with the gen- eration of methane and gas dynamics phenomenon. Transformations power are grounded and acti- vated by the mechano-chemical reactions and passed in the coal matter on a radical-chain mecha- nism. The processes of relaxation of the accumulated power potential determine direction and kinet- ics of structural transformations of matter. Метан вугільних родовищ залишається для України водночас і великою проблемою і великою надією. Багаторічні зусилля багатьох дослідників суттєво розширили наші уявлення про вугілля та вугільні гази, але не дали повноцінно- го рішення цієї важливої енергетичної, економічної, екологічної, соціальної проблеми. Від так треба змінювати підхід до об’єкту досліджень. Як що буде відомо як утворюються вугільні гази постане можливість впливати на процеси в газонасиченому вугільному масиві. Ця робота базується на припущенні, що ме- тан генетично пов'язаний з органічною речовиною вугілля. При такому підході проблема, значною мірою, зводиться до вивчення механізмів та умов при яких тверда вугільна речовина генерує флюїди. Метою досліджень є визначення механізмів за якими відбуваються структу- рні перетворення у вугільній речовині пов’язані з поточною генерацією метану та газодинамічними явищами. Аналіз проблеми. Метаморфізм вугілля загальновизнаний факт. Перетво- рення впевнено фіксуються при зміні термодинамічних умов в масиві. Тобто углефікація це закономірна реакція молекулярної структури речовини на зміну зовнішніх умов. Особливості углефікаційних перетворень впевнено простежу- ються по окремих вугільних пластах (рис.1). Пласт l4 відпрацьовується чи відп- рацьовувався у багатьох геолого-промислових районах Донбасу і представлений усіма марками кам’яного вугілля та антрацитами. Умови накопичення фітомаси були практично однакові на всій площі, отже, органічна речовина в первинному стані була дуже близькою по елементному і хімічному складу, зараз ця ж речо- вина знаходиться на різних стадіях углефікації.

Исследование детонационных процессов в удлиненных зарядах вв переменного сечения

Репозитарії

Схожі ресурси