CC BY
17
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЗАВИСИМОСТЬ МАКСИМАЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА ОТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
ПРИ ПНЕВМОЗАРЯЖАНИИ
Ачеева Элина Асламбековна
К. т. н., Северо-кавказский горно-металлургический институт СКГМИ (ГТУ), доцент кафедры физики, г. Владикавказ.
Гетоева Елена Юрьевна
К. т. н., Северо-кавказский горно-металлургический институт СКГМИ (ГТУ), ст. преп. кафедры ТРМ, г. Владикавказ.
АННОТАЦИЯ
Широкое применение пневматического способа заряжания и транспортирования гранулированных взрывчатых веществ (ВВ) при ведении горных работ указывает на необходимость исследований недостатков, сопутствующих этому методу: а именно возникновение электризации в зарядном шланге. Электрический потенциал и заряд являются основными параметрами энергии, выделяющейся при разряде, количество теплоты которого идет на разогрев ВВ. В итоге, зная минимальные температуры воспламенения аэровзвесей, можно контролировать величину электрического заряда, превышение которого ведет к незапланированному взрыву.
ABSTRACT
The wideuse of pneumatic method of loading and portage ofgranular explosives (ВВ) at the conduct of mountain works specifies on the necessity of researches of defects concomitant to this method: namely an origin of electrizationis in a charge hose. Electric potential and charge are the basic parameters of the energy di^inguished at a digit, the amount of warmth of thatgoes to the warming-up of VV In the total, knowing the minimum temperatures of selfignition of a erodredges, it is possible to control the size ofelectric charge exceeding of that conduces to the unplanned explosion.
Ключевые слова: температура, воспламенение, электрический заряд, взрывчатое вещество, энергия, зарядный шланг.
Keywords: temperature, self-ignition, electric charge, explosive, energy, charge hose.
Механизм передачи тепла от искрового источника энергии к частицам аэровзвеси, движущейся по пневмомаги-страли, очень сложен нестационар-ностью турбулентного движения потока. Невозможно строго теоретически описать процесс теплопередачи от источника к частице. Для рассмотрения передачи тепла от источника к частицам и от частиц к частице можно использовать механизм теплопередачи в идеальном газе. Опираясь на фундаментальные законы физики, теоретически определен максимальный электрический заряд, превышение которого ведет к воспламенению потока ВВ.
1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗОГРЕВА АЭРОВЗВЕСИ ВВ
Рассмотрим случай адиабатического нагрева, т.е. теплообмен между цилиндром аэровзвеси ВВ и окружающей средой отсутствует. В такой интер-претации решение вопроса разогрева аэровзвеси ВВ представляет собой функ-цию Грина второй краевой задачи для уравнения теплопроводности [2, с. 93].
дТ +1 дТ + ж050 (г - г )д0 (г - г0) = 1ЗТ Зг2 г Зг X a Зт
-I = 0
1 r=R dr
T
т=0
0
где Т - температура;
г - текущая координата;
т - текущее время;
X - коэффициент теплопроводности;
а - коэффициент температуропроводности;
W0 - мощность внутреннего источника тепла;
¿0 (r - r0 ) ¿0 (t - Ч )
- 5-функция Дирака, описывающая изменение внутренних источников тепла во времени и пространстве.
Вводя обобщенные координаты - критерии Фурье, безразмерную температуру, безразмерную пространственную координату, критерий Померанцева имеем:
д 2в 1 дв
+1 дв+PA К - К, ¿0 (r - r)
dr r dr
дв
дК
(4)
(1)
(2) (3)
Решение уравнения проведено при использовании методов приближенного решения краевых задач для дифференциальных уравнений разностными методами [1, с 94]. Суть этих методов заключается в следующем: область непрерывного изменения аргументов заменяется дискретным множеством точек (узлов), называемых сеткой. Вместо функции непрерывного аргумента рассматриваются функции дискретного аргумента, определяемые в узлах сетки и
называемые сеточными функциями. Производные, входя- В таблице 1 даны расчетные температуры воспламене-щие в дифференциальные уравнения и граничные условия ния аэровзвесей гранулированных ВВ, их компонентов. аппроксимируются разностными отношениями.
Таблица 1
Расчетные температуры воспламенения аэровзвесей гранулированных ВВ и их компонентов.
Тип аэровзвеси Концен-трация кг /м3 Дисперс-ность, мм Удельный вес НМЫ0-1 М0-3, Вт/м^К Температура воспламенения, К
Алюминий 0,032 0,07 2700 0,072 923
ВВ типа АС-ДТ 120 0,20 980 110 1160
Граммонит 79/21Б 120 0,20 990 37 910
Граммонал А-8 120 0,20 985 46 970
ДТЛ - - - - 403
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА ПО ИЗВЕСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ВВ
Если энергия, выделяющаяся в разрядном промежутке, превзойдет величину минимальной энергии воспламенения аэровзвеси транспортируемого ВВ, произойдет воспламенение с возможной последующей детонацией [3, с. 270]. Зная минимальную температуру воспламенения аэровзвеси, можно определить критическое значение электрического заряда, являющегося основным параметром, от которого зависит энергия электростатического поля внутри зарядного шланга. Применяя закон сохранения энергии к потоку аэровзвеси и, учитывая начальные условия, можно рассчитать граничное значение заряда, превышение которого ведет к воспламенению ВВ. Количество теплоты, получаемое потоком аэровзвеси от энергии искрового электрического разряда:
Q = Сш(Т - Т0 ) (5)
Литература:
1. Белин В.А. Процесс формирования пылевидных частиц при взрывном разрушении горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2002. №5. С. 93.
2. Белин В.А., Кутузов Б.Н., Ачеева Э.А. Снижение интенсивности и вероятности воспламенения взрывчатых
Энергия электростатического поля в зарядном шланге:
W = qф/2 (6)
По закону сохранения и превращения энергии: вся выделившаяся в разряде энергия переходит в количество теплоты, идущее на нагревание потока, в эквивалентных пропорциях: Wшax = Q или Ст(Тв - Т0 ) = qшaxф/2, выразим заряд
qmax = 2Сш(Т -Т0)/ф, (7)
где - С - удельная теплоемкость среды (Дж/кг К), Тв и Т0 - минимальная температура воспламенения и начальная температура потока соответственно (К), ф - потенциал электростатического поля (В). В таблице 2. даны расчетные значения максимального заряда и соответствующая ему максимальная энергия электрического поля для некоторых типов взрывчатых веществ.
аэровзвесей при пневмозаряжании, //Устойчивое развитие горных территорий, 2014. №5. С. 266-272.
3. Шелехов П.Ю., Ачеева Э.А. Механизированное заряжание взрывных полостей гранулированными взрывчатыми веществами в горных условиях Северного Кавказа. //Устойчивое развитие горных территорий, 2011. №3(9). С. 91-94.
Таблица 2. Расчетные значения параметров электростатического поля.
№ п/п Тип ВВ Относительная влаж-ность (%) Объемный вес (Н/м3 ) Потенциал эл. поля ф, (кВ) Заряд qmax, (Кл) 10-7 Энергия эл. поля (макс) ^ (Дж) 10-4
3. А-8 1,3 98,5 2,1 22,8 14,8
5. АС-4 0,2 96 0,9 13,15 4,8
6. Грам-монит 79/21Б 0,3 99 1,6 43,17 53,5
7. Игданит 0,2 88 0,8 17,7 8,75
