CC BY
52
УДК 622.2
Д. А. Хадиева, Р. М. Вахидов, В. Я. Базотов
ИНИЦИИРОВАНИЕ АММИАЧНО-СЕЛИТРЕННЫХ СОСТАВОВ РАДИОВОЛНОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
Ключевые слова: радиоволновое излучение, аммиачная селитра, аммиачно-селитренный состав.
Исследованы влияния радиоволн частотой 2,45 ГГц и мощностью в интервале от 1200 Вт до 3000 Вт на аммиачную селитру и составы на ее основе. Обнаружено, что при облучении аммиачной селитры и составов на ее основе радиоволнами, наблюдается их разложение. Проведены эксперименты по изучению возможности применения данного явления в дроблении пород.
Keywords: radio-frequency radiation, ammonium nitrate, ammonium nitrate composition.
Influences of radio-waves by frequency of 2,45 GHz and capacity in the range from 1200 Vt to 3000 Vt on ammoniac nitrate and compositions on its basis are investigated. It was revealed that at an irradiation of ammoniac saltpeter and compositions on its basis radio-waves, are observed their decomposition. Experiments are made on studying of possibility of application of the given phenomenon in crushing of breeds.
Введение
Наша страна обладает значительными запасами большинства полезных ископаемых, к которым относятся горные породы, используемые в естественном состоянии, как, например, граниты, диабазы, базальты, мраморы и т.д., или ископаемые, используемые в производстве строительных материалов, как, например, мергели, глины и т.д.
Производство каменных материалов, а также неорганических строительных материалов начинается с добычи горной породы, которая носит название нерудного полезного ископаемого.
На качество камня сильно влияет способ, которым он добывается. Существует три основных способа добывать камень. Самый дорогой, способ добывать натуральный камень — метод камнереза — сегодня наиболее популярен. Добыча камня таким методом позволяет полностью избежать микротрещин и даёт возможность наиболее рационально разрабатывать месторождение.
Второй способ добычи натурального камня
— это метод откалывания при помощи воздушной подушки. В данном способе, также как и в первом, не образуются микротрещины. В породе проделывают отверстие, в него закладывается резервуар, который накачивается воздухом под высоким давлением. Этот способ позволяет избежать появления микротрещин в структуре камня и является более экономичным в плане расходования месторождения, а также позволяет более точно прогнозировать места разлома породы, чем при практически неконтролируемом взрыве.
Третий, самый кустарный и наиболее распространённый в России способ — добыча при помощи взрыва. В горной породе методом бурения проделывается глубокое отверстие, куда закладывают заряд и подрывают. Среди отколовшихся кусков породы отбираются самые большие глыбы, которые потом распиливаются на плиты. Плюсы такого способа добычи камня заключаются в том, что он крайне дешёв. Но минусы
перевешивают этот плюс. Во-первых, страдает качество добытой породы: во время взрыва в структуре камня возникают микротрещины, которые влияют на прочность материала. Во-вторых, такой способ разработки месторождения крайне нерационален, так как при взрыве порода крошится: большие глыбы, пригодные для распилки, составляют не более 70%, а остальные 30% идут в отходы [1].
Буро-взрывные работы применяют для отделения твердых и плотных пород от горного массива и для дробления негабаритных кусков. Этот вид разработки полезного ископаемого осуществляется путем бурения в разрабатываемой породе шпуров или скважин, заложения в пробуренные скважины взрывчатых веществ и, наконец, взрыва [2].
После взрыва часть кусков взорванной горной породы может превосходить размеры кондиционных фракций. Эти куски дробят взрывным или механическим способом. Взорванная горная порода грузится на транспортные средства экскаваторами.
В зависимости от вида каменных изделий, которые предполагают получить, отделенную от массива горную массу крупных (негабаритных) размеров подвергают переработке. Развалку крупных глыб породы осуществляют взрывным способом или с помощью клиньев. Однако для получения из горной породы плит и блоков больших размеров взрывной способ не применяют, так как в породе могут образовываться трещины. Отдельные блоки выпиливают или выламывают из массива камнерезными и врубовыми машинами, а также специальным инструментом. Для дальнейшей разделки и обработки полученный каменный материал транспортируют на специально предназначенные для этой цели площадки или к месту погрузки на транспортные средства.
Перемещение пород в отвалы и доставка полезного ископаемого на заводы для переработки
осуществляется различными видами транспорта -автомобильным, конвейерным, железнодорожным и др. [3].
Экспериментальная часть
На сегодняшний день существует множество способов ведения взрывных работ при добыче полезных ископаемых, прокладки дорог, сносе строительных конструкций, с применением взрывчатых материалов и средств инициирования. Средства инициирования, применяемые в различных сферах деятельности имеют ряд существенных недостатков: высокая чувствительность к различным внешним воздействиям и связанные с этим жесткие требования по технике безопасности при производстве, хранении и эксплуатации;
токсичность как исходных компонентов, так и продуктов взрывчатого превращения [4]. К способам, с применением средств инициирования,
предъявляются особые требования безопасности труда, что усложняет сам процесс и повышает себестоимость метода и конечного продукта. Существуют еще и такие недостатки, которые влияют на качество конечного продукта (сильное измельчение породы, наличие трещин). В связи с этим, был разработан новый способ ведения взрывных работ, который мог бы уменьшить эти недостатки, а при соблюдении определенных параметров и исключить их.
Данный способ заключается в применении радиоволнового излучения для инициирования разложения или горения состава. Предлагаемый способ ведения взрывных работ осуществляется следующим образом: в шпур закладывают
тонкостенную металлическую трубу, выполняющую роль волновода, в нее засыпают аммиачную селитру и дизельное топливо в стихеометрическом соотношении, трубу герметизируют полимер-песчаной забойкой. После отверждения забойки, в торец металлической трубы направляют радиоволновое излучение. При этом воспламеняются верхние слои заряда, так как в результате высокой степени поглощения аммиачной селитры СВЧ -излучения, оно проникает на глубину заряда порядка 5 см. в случае недостаточности давления газов для поддержания произвольного горения инициирование последующих слоев также происходит за счет радиоволнового излучения. При достижении давления газов, превышающем прочность породы, происходит ее раскалывание. При падении давления вследствие выброса газов через трещину, разложение продолжается вплоть до прекращения работы магнетрона.
Данный способ аналогичен способу разрушения воздушной подушкой, но давление создается за счет горения состава. Регулируя массу и диаметр заряда можно существенно снизить вероятность детонационного превращения аммиачной селитры. Кроме того, вероятность детонации зависит от прочности породы и прочности сцепления забойки с волноводом. При разрушении
малопрочных пород, таких как мрамор, вероятность детонации близка к нулю, так как порода разрушится раньше, чем будет достигнуто критическое давление детонации.
Модельные исследования проводились на бетонных блоках размерами 600х600х600. В центре блока был просверлен шпур. В шпур была помещена металлическая труба высотой, совпадающей с
глубиной шпура, и толщиной стенки 0,1 мм. Диаметр металлической трубы d определялся расчетным путем, по формуле
С1 > Л/1,71,
Л = с^,
где V - частота излучения, X — длина волны, с — скорость света [5].
Затем в трубу засыпалась смесь аммиачной селитры и дизельного топлива. Поверх смеси засыпался сухой кварцевый песок высотой 20мм, вводилась забойка высотой 300мм. Забойка представляет собой состав из кварцевого песка или стеклобоя 85 % мас. и эпоксидной или
фенолформальдегидной смолы 15% мас. После отверждения забойки (через 15 часов) в торец металлической трубы направлялся радиоволновое излучение частотой 2,45 ГГц и мощностью 1200 Вт. Зная частоту излучения, определялся диаметр металлической трубы
Л=30109 /2,450 109 =12,24, при этом С >12,24/1,71=71,6мм.
Исходя из расчетов, были взяты металлические трубы диаметром более 71,6 мм, а конкретно 86 мм.
В процессе облучения происходило образование 2-3 магистральных трещин, в результате которых блоки раскалывались на небольшое количество крупных кусков размером 300-600 мм. Время разрушения бетонных блоков составило 105125 с.
Увеличение мощности радиоволнового излучения до 3000 Вт, при сохранении остальных параметров неизменными, приводило к сокращению времени разрушения и образованию более мелких фрагментов, т.е. время разрушения составило 30-50 с, размеры фрагментов - 100-300мм [6]. Это связано с характером горения/разложения состава. При более низкой мощности излучения горение состава носило послойный характер, а при более высокой мощности
— конвективный.
Данный способ ведения взрывных работ может быть использован для разрушения твердых скальных пород при прокладке дорог, для разрушения бетона при сносе сооружений в городских условиях, при дроблении крупных фрагментов для удобства транспортировки и дальнейшей обработки. При режиме послойного горения состава можно значительно уменьшить крошение и образование трещин в породе. Существенным преимуществом данного способа является то, что состав можно изготовить на месте, он не будет инициироваться без направления на него радиоволнового излучения.
Литература
1. Гальперин А.М. Геомеханика открытых горных работ / А.М. Гальперин — М.:МГГУ, 2003. -474 с.
2. 2. Чирков А. С. Добыча и переработка строительных горных пород / А.С. Чирков — М.:МГГУ,2009. - 623 с.
3. Способы добычи натурального камня (http://www.oknapnz.ru/sposobyi-dobyichi-naturalnogo-kamnya.html)
4. 4. Вахидов Р.М. Безопасный газогенерирующий состав для электродетонатора без инициирующих ВВ / Р.М. Вахидов, А.С. Куражов, Д.А. Хадиева, Т.Н. Исхаков //
Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, №18. -С.308-310.
5. Хиппель А.Р. Диэлектрики и волны / А.Р. Хиппель, под
ред. Н.Г. Дроздова—М.: Иностранная литература,
1960.— 119 с.
6. Заявка на пат. 2011149408 Российская Федерация, МПК8 Е 42 Б 1/00 . Способ ведения взрывных работ /Вахидов Р.М., Хадиева Д.А. Куражов А.С., Исхаков Т.Н., Базотов В.Я.; заявитель и патентообладатель Казанский национально-исследовательский университет.
- № 2000131736/09; заявл. 05.12.11. - 4 с.
© Д. А. Хадиева - асп. каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, [email protected]; Р. М. Вахидов — канд .техн. наук, доц. той же кафедры КНИТУ, [email protected]; В. Я. Базотов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, [email protected].
