CC BY
228
Определение фактической скорости детонации и работоспособности новых эмульсионных ВВ с целью выбора рациональной плотности заряжания при взрывоподготовке железных руд.
В настоящее время, в Российской Федерации получили большое распространение эмульсионные промышленные ВВ изготовляемые на местах применения. Однако, практически повсеместно отсутствует приборная база для контроля качества этих ВВ. Плохое качество взрывов с применением ЭВВ зачастую связывают с плохим качеством самого ЭВВ. Но это справедливо лишь отчасти, т.к. для многих новых ЭВВ разработчиками не определены оптимальные параметры их применения: диаметр заряда, плотность заряжания, допустимая высота колонки заряда, необходимый промежуточный детонатор и проч.
Скорость детонации (Б) является важнейшей характеристикой для всех ВВ. По величине Б судят о полноте детонации ВВ и о механизме протекания детонации. Максимальная скорость детонации ВВ, соответствующая полному выделению энергии ВВ (Омах ), называется идеальной скоростью детонации (Б|). По величине обычно сравнивают ВВ между собой. Считается, что чем больше Б|, тем мощнее ВВ, тем больше его работоспособность.
Величина Б легко измеряется в эксперименте, но обычно в открытых зарядах. Определяют зависимость Б от диаметра заряда ё, которую экстраполируют на ё = да и получают Б|. Если же известен критический диаметр детонации ё = ёсг, то определяют и минимальную критическую скорость детонации Бсг [1]. Существует достаточное количество методов определения величины Б , подробно описанных в научно-технической литературе [2,3]. Однако, часто необходимо измерить величину Б непосредственно в скважине по всей длине колонки заряда (при поиске оптимальной плотности заряжания, для определения инициирующей способности промежуточного детонатора, наличия переходных режимов или малой скорости детонации и др.), когда метод ионизационных датчиков и оптические методы не пригодны. Для этой цели был разработан реостатный метод [4,5].
Измерение скорости детонации реостатным методом основано на принципе работы реостата: изменение сопротивления
измерительной цепи осуществляется движущимся вдоль реостатного датчика фронтом детонационной волны. Обычно, реостатный датчик представляет собой медный стержень с намотанной на него спиралью из тонкого провода в лаковой изоляции с высоким удельным сопротивлением (нихром, константан и др.). Как правило, датчик устанавливается по оси заряда, чтобы избежать влияния краевых эффектов. При прохождении детонационной волны по заряду происходит непрерывное последовательное замыкание проводников (центрального стержня и намотанной на него спирали), по которым пропускается постоянный ток. Параметры измерительной цепи подбираются таким образом, чтобы изменение сопротивления датчика определялась только скоростью распространения взрывного процесса (какие-либо переходные процессы в измерительной цепи сводят к минимуму). Основное достоинство метода - непрерывность измерения скорости распространения взрывного процесса, в том числе и в неустановившихся режимах. К недостаткам можно отнести сложность используемой аппаратуры и невозможность получения качественной записи для веществ с грубодисперсной структурой. Основная техническая трудность в реализации реостатного метода -обеспечение протекания через датчик тока постоянной величины, не зависимо от изменения сопротивления датчика. В силу указанных причин, реостатный метод измерения скорости детонации в том варианте, который предложен в [4,5], в последние 2-3 десятилетия широко не применялся.
Однако проблема непрерывного измерения скорости детонации скважинных зарядов не теряла своей актуальности. Появлялись и появляются новые промышленные взрывчатые вещества, внедрение которых в производство требует проведения обширных испытаний в лабораторных, полигонных и промышленных условиях. А с совершенствованием горного оборудования и увеличения объема добычи полезных ископаемых возросла глубина скважин для взрывной отбойки. В настоящее время, на крупных открытых разработках глубина скважин составляет, в среднем, 20 - 25 м. Это, в свою очередь, выдвигает к промышленным взрывчатым веществам дополнительные требования по обеспечению надежности детонации в столь протяженных зарядах (при диаметре скважин 250мм и глубине 25м - длина заряда составляет до 80 калибров). Совершенствовался и реостатный метод. Но за рубежом. В ряде стран он стал стандартным (Канада, Франция, Испания, США и др.). Канадская фирма «1пБ1ап1е1» в настоящее время производит оборудование, обеспечивающее современный вариант реостатного метода.
Краткое описание метода (канадский вариант).
Комплект оборудования состоит из двух частей: датчик для измерения скорости (в дальнейшем именуется «проводник-датчик» или просто «датчик») и блок регистрирующей аппаратуры “1пв1ап1е1” (“УОБММе”).
Проводник-датчик представляет собой собственно одножильный кабель с внешним диаметром 3 мм. Центральная жила - проволока из материала с большим удельным сопротивлением ( в нашем случае - константан) диаметром 0,2-0,3 мм. Она окружена полимерным покрытием (внутренняя изоляция), которое, в свою очередь, -оплеткой из тонкой стальной проволоки. От внешних воздействий (в основном, влаги) стальная оплетка защищена тонкой полимерной пленкой (внешняя изоляция). Проводник-датчик также поставляется «1пБ1ап1е1» в катушках по 300 м. Сопротивление «проводника-датчика» 8,435 Ом х м.
Перед опытом, от катушки отрезается кусок соответствующей длины (на практике - 1,2 длины заряда, но длиной не более 300м -ограничение по техническим характеристикам прибора), с одного конца оплетка и жила замыкаются накоротко и датчик на пригрузе опускается в скважину на всю ее длину (либо вставляется в оболочку заряда, если опыты проводятся на открытой поверхности). С другого конца оплетка и жила присоединяются к коаксиальному кабелю типа «РК-50» или «РК-75», а последний - к измерительному блоку «1пБ1ап1е1». После подрыва заряда детонационная волна проходит вдоль «проводника-датчика» и замыкает оплетку на жилу (по видимому, продуктами детонации в зоне химической реакции -обладающими высокой электропроводностью [6]). Длина датчика уменьшается, уменьшается и его сопротивление. Блок “1пБ1ап1е1” 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. Продолжительность записи устанавливается предварительно, с дискретностью 10-4 секунды, ручной настройкой (исходя из длины испытуемого заряда и ожидаемой скорости детонации) но по техническим характеристикам прибора не может превышать 2 секунды. Блок “1пБ1ап1е1” записывает каждое событие (взрыв одного заряда) в виде цифрового файла-таблицы «время-величина сопротивления» с возможностью последующей расшифровки на персональном компьютере (ПК) и распечатки полученных результатов в виде диаграммы «длина заряда - время», с автоматическим вычислением тангенса угла наклона полученной линии (а также различных участков этой линии), т.е. скорости детонации Б. Программное
обеспечение, устанавливаемое на ПК, входит в комплект поставки и позволяет работать в операционных системах МБ БОБ и ’^пёо,№8. Согласно паспортным данным комплекта “1пБ1ап1е1” точность определения Б составляет 3% и лимитируется качеством изготовления датчика. Отметим, что с точки зрения конструкции датчика канадский метод отличается от реостатного [4, 5]. Поэтому, будем называть его методом «НИСД» - методом непрерывного измерения скорости детонации.
Оборудование позволяет проводить замеры скоростей детонации одновременно в двух и более скважинах, взрываемых поочередно. В этом случае, схема установки датчика следующая:
Пример осциллограммы записи результатов (для ВВ гранулита Игданита, в скважине диаметром 250мм) представлен на рис.2 : Экспериментальная часть.
С применением метода «НИСД» и аппаратуры «1пБ1ап1е1» было проведено три серии экспериментов.
В первой серии определялась скорость детонации шашек-детонаторов ТГФ-850Э и Т-1000Л. Эти шашки предназначены для использования в качестве промежуточных детонаторов для инициирования скважинных зарядов промышленных ВВ (эмульсионных ВВ, гранулотола, граммонитов, и проч).
Шашка ТГФ-850Э представляет собой литую цилиндрическую шашку из смеси тротила с флегматизированным гексогеном (в пропорции 60:40) с осевым отверстием диаметром 15 мм под 4 нитки ДШ или запассовки волновода неэлектрических систем инициирования. Высота шашки 115 мм, диаметр 79 мм, масса - 850 грамм. Шашка имеет выемку диаметром 8 мм под капсюль-детонатор (КД, ЭД или неэлектрических систем инициирования). Шашка Т-1000Л представляет собой цилиндрическую шашку из литого тротила с осевым отверстием диаметром 10 мм. Высота шашки 185 мм, диаметр - 68 мм, вес - 1000 г. Шашка также имеет выемку под капсюль-детонатор (КД, ЭД или неэлектрических систем инициирования) диаметром 8 мм.
В проведенных опытах, по 10 шашек-детонаторов каждого типа помещались в цилиндрическую картонную оболочку, между стенкой которой и шашками на всю длину заряда протягивался проводник-датчик. Во избежание канального эффекта, осевое отверстие в шашках и боковые зазоры между шашкой и стенкой картонной оболочки заполнялись песком. Длина заряда из шашек Т-1000Л составила 1,85 м или 27 калибров, а заряда из шашек ТГФ-850Э -1,15 м или примерно 14,5 калибра. При такой длине всегда устанавливается стационарная детонация. Подрыв зарядов осуществлялся неэлектрической системой «Нонель» и-475.
Обработка результатов проводилась на месте, с использованием переносного компьютера типа «ноутбук».
Получены следующие результаты.
Скорость детонации шашек Т-1000Л равна Б=6843 м/с (осциллограмма приведена на рис.3), а шашек ТГФ-850Э - Б= 7706 м/с (осциллограмма приведена на рис.4). По данным [7], скорость детонации литого тротила в диаметре заряда ё = 60мм при плотности 1,6 г/см равна 6850 м/с, а литой смеси тротил/гексоген 50/50 при плотности 1,68 г/см равна 7650 м/с. Таким образом, в этой серии опытов получены вполне разумные данные, подтверждающие работоспособность аппаратуры «ІпБІапІеІ» и ее высокую разрешающую способность.
Во второй серии опытов испытывались заряды гранулотола в матерчатом рукаве диаметром 50 мм и длиной 10 м. Три заряда взрывались в сухом состоянии. Еще три - в воде, при этом один заряд погружали в воду (со стороны инициатора) на 0,5 длины заряда, второй - на 0,8 длины, а третий погружали в воду на всю длину. В один сухой заряд помещали проводник-датчик на всю его длину; датчик также помещали в заряд, который полностью погружали в воду. Плотность сухого гранулотола в матерчатом рукаве составляла 0,9 г/см ; размер гранул - 2-4 мм. Заряды подрывали шашками Т-1000Л, которые инициировались капсюлем-детонатором «Нонель» и-475. После подрыва проводили визуальный контроль полноты детонации (по отсутствию на месте подрыва остатков ВВ).
Получены следующие результаты. Все три рукава, заполненные гранулотолом в сухом состоянии не сдетонировали, за исключением небольшой части заряда, примыкающего к промежуточному детонатору. Рукава, заполненные гранулотолом и помещенные в воду, сдетонировали в той части, которая находилась в воде. Сухие части зарядов не взорвались. Измеренная скорость детонации водонаполненного гранулотола в рукаве диаметром 50 мм составила 5794 м/с, причем скорость постоянна по всей длине заряда - о чем свидетельствует осциллограмма, представленная на рис.6. Это значение находится в хорошем согласии со значением Б = 5600 м/с, которое сообщается в [8] (различие 3%), и не противоречит данным, которые приведены в [9]. Там же указано, что критический диаметр детонации сухого гранулотола равен 60 - 80 мм, чем можно объяснить отсутствие детонации в трех зарядах сухого гранулотола в рукаве диаметром 50 мм. Однако есть и противоположные данные (см., например, [3], таблица 3.7). Очевидно, нужно конкретизировать размер частиц ВВ.
Как видим, во всех сериях во всех опытах получены нормальные записи процесса детонации, что свидетельствует о надежной работе аппаратуры и метода «НИСД» при измерении скорости детонации достаточно длинных зарядов ВВ.
После проверки работоспособности метода «НИСД», были проведены обширные полигонные испытания эмулитов разных марок (ВЭТ-300, ВЭТ-500, ВЭТ-700), при различных плотностях, в открытых зарядах. А также испытания гранэмита марки И-30. Испытания имели собой цель определить скорость детонации ЭВВ в зарядах различного диаметра, при различной плотности ЭВВ - что необходимо для установления оптимальной плотности заряжания -которой будет соответствовать максимальная скорости детонации.
Подготовка и проведение испытаний:
В качестве оболочки для испытуемых ЭВВ применяли гильзы из картона, которые были изготовлены навивкой листового картона толщиной 1 мм на цилиндрический деревянный шаблон в три оборота. После навивки, гильза снаружи фиксировалась лентой «скотч», шаблон вынимался и к внутренней поверхности гильзы по образующей приклеивался проводник-датчик. Далее один торец гильзы заполнялся монтажной пеной «Макрофлекс», которая после затвердевания служила дном оболочки. Затем в оболочку заливалось испытуемое ЭВВ и после завершения газообразования (примерно 30 мин) в верхнюю часть заряда устанавливался инициирующий узел и производился подрыв.
В качестве промежуточного детонатора, во всех случаях, использовался патронированный аммонит 6ЖВ (по 2 патрона 032мм, массой 200г каждый).
В таблице приводятся результаты испытаний :
Примечание:
• “пористая” - эмулит, в составе сухой фазы которого
использована пористая селитра
(по ТУ113-03-635-96 или ТУ113-03-00203789-16-93).
• “гладкая” - эмулит, в составе сухой фазы которого использована селитра по ГОСТ 2-85.
На рис.4 представлены графические зависимости скорости детонации эмулитов «ВЭТ» разных марок от диаметров зарядов и плотностей ЭВВ:
Дополнительно измерялась скорость детонации заряда Д=160мм гранэмита И-30 в составе сухой фазы которого отсутствовало дизтопливо (ЭВВ представляло собой смесь эмульсии Порэмита 1 ИМ-Н и гранулированной аммиачной селитры). ГГД вводилось в количестве 0,6%масс. При плотности заряда 1,335г/см3, скорость детонации составила : 3602 м/с.
Из рис.4 следует, что идеальная скорость детонации (О,) в исследованных зарядах достигнута не была.
Но можно сказать, что скорость детонации эмулита ВЭТ-700 в диаметре заряда 240 мм не менее 5100 м/с. Это вполне разумная величина, поскольку расчет идеальной скорости детонации эмулита ВЭТ-700 по методу Авакяна Г.А. [10] при плотности 1,1 г/ см величину ~ 5600 м/сек.
Установлено, что оптимальная плотность заряжания для эмулита ВЭТ-700 составляет величину 1,26 г/см . Однако следует учитывать, что газогенерированное ЭВВ является сжимаемым веществом и измеренная плотность на поверхности (в лаборатории) будет существенно ниже плотности на дне скважины - т.к. ЭВВ будет сжиматься под действием давления столба заряда ЭВВ. В случае, если этот эффект не учитывать, можно получить некачественную проработку подошвы уступа, а в худшем случае и отказы.
На основании расчетов и экспериментов была установлена оптимальная плотность для эмулита ВЭТ-700: 1,12-1,15г/см на поверхности будет соответствовать 1,26 г/см на дне 12-15м скважины. Реализация результатов исследований в практике производства взрывных работ с применением эмулита ВЭТ-700 на ОАО «Ковдорский ГОК» позволила методически грамотно применять ЭВВ, существенно повысить качество взрывоподготовки горной массы, снизить удельный расход ЭВВ.
Выводы.
1. Аппаратура «1пБ1ап1е1» позволяет проводить оперативный контроль качества изготовляемых на местах ВВ по критерию «скорость детонации».
2. Система может быть использована в производственных условиях для определения скорости детонации скважинных зарядов с целью установления оптимальной плотности заряжания -соответствующей максимальной скорости детонации.
3. Результаты опытов по определению скорости детонации различных взрывчатых веществ показали надежность работы метода «НИСД», реализуемого канадской системой непрерывного измерения скорости детонации “1пБ1ап1е1”.
4. Наглядность получаемых результатов позволяет свести к минимуму количество параллельных опытов, так как получаемая картина позволяет однозначно трактовать устойчивость или не устойчивость детонационного процесса в испытуемом заряде.
5. Скорость монтажа измерительной цепи, её простота, длительность непрерывной работы измерительного блока «1пБ1ап1е1» позволили проводить до 16 подрывов зарядов за 4 часа (емкость памяти измерительного блока при времени записи
каждого события до 0,050 сек. составляет более 40 событий), при температуре окружающей среды до минус 250С.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лавров В.В., Афанасенков А.Н., Шведов К.К., Кукиб Б.Н. Метод определения критического диаметра и скорости детонации промышленных ВВ. Горный журнал, 1998, №3, С.38-39.
2. Андреев К.К., Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ. М.: Оборонгиз, 1960.
3. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра, 1988.
4. Гальперин Л.Н., Шведов К.К. Метод и установка для исследования переходных детонационных процессов. Ж. физ. Химии,1963.т.37,№5, С. 1182-1186.
5. Галаджий Ф.М., Зенин В.Н., Вайнштейн Б.И. Совершенствование способов измерения скорости детонации // Взрывное дело, № 52/9. М.: Госгортехиздат, 1963, С. 108-114.
6. Бриш А.А., Тарасов М.С., Цукерман В.А. Электропроводность продуктов взрыва конденсированных взрывчатых веществ. ЖЭТФ, Т.37. вып.6, С. 1543-1550.
7. Дремин А.Н.,Савров С.Д., Трофимов В.С., Шведов К.К. Детонационные волны в конденсированных средах.- М.: Наука, 1970.
8. Друкованый М.Ф., Оберемок О.Н. О влиянии воды на детонацию водоустойчивых гранулированных ВВ // Взрывное дело, №74/31. М.: Недра, 1974, С. 17-27.
9. Перечень рекомендуемых промышленных взрывчатых материалов, приборов взрывания и контроля. М.: Недра, 1987, табл.1.3.
10. Авакян Г. А. Расчет энергетических и взрывчатых характеристик ВВ. М.: ВИА им. Ф.Э. Дзержинского, 1964.
11.Физика взрыва /под ред. К.П. Станюковича. М.: Наука.,1975.
Маслов Илья Юрьевич, Пупков Владимир Васильевич
ООО “Промтехвзрыв”, 10707S г. Москва, а/я 121, E-mail: [email protected]
Кампель Феликс Борисович, Славский Борис Васильевич, Тогунов Михаил Борисович
ОАО «Ковдорский горнообогатительный комбинат»
Дубских Александр Валентинович, Котяшов Владимир Станиславович, Лебедев Сергей Михайлович
ОАО «Качканарский горнообогатительный комбинат «Ванадий»
624356, Свердловская обл., г.Качканар, ул.Свердлова, д.2, E-mail: [email protected]
Рисунок 1. Схема установки проводника-датчика комплекта «ІпБІапІеІ» в две последовательно взрываемые скважины.
1 - датчик; 2- конец датчика в первой взрываемой скважине замкнут накоротко; 3 - коаксиальный кабель; 4 - блок-разъем; 5 - измерительный блок «УОБМаІе».
Рисунок 2. Осциллограмма записи скорости детонации гранулита Игданита в двух последовательно взрываемых скважинах диаметром 250мм.
Рисунок 3. Пример автоматической расшифровки осциллограммы записи скорости детонации скважинного заряда гранулита Игданита длиной 8м в первой из двух последовательно взрываемых скважинах диаметром 250мм по рис.2.
Рисунок 4. Зависимости скорости детонации эмулитов «ВЭТ» разных марок от диаметров зарядов и плотностей ЭВВ.
Скорость детонации, м/с
Плотность заряда, г/см3
Рисунок 5. Зависимость скорости детонации эмулита ВЭТ-700 от плотности заряда на различных диаметрах.
Фото 1. Внешний вид комплекта аппаратуры «1пБ1ап1е1». Масса прибора со встроенными аккумуляторами 2кг.
Фото 2. Опытный заряд для измерения скорости детонации. Слева -к проводнику датчику подсоединена измерительная магистраль.
Фото 3. Массовый взрыв.
Фото 4. Массовый взрыв.
Фото 5. Отрезная щель, взорванная с применением ЭВВ на достигнутом эффекте низкоскоростного инициирования. Скважины заряжены на полное сечение
С ВОДНАЯ ТАБЛИЦА результатов замеров скоростей детонации эмулитов «ВЭТ» в картонных гильзах разного диаметра, при разной плотности ЭВВ.
Тип ВВ Тип селитры и конечная плотность ЭВВ г/см3 Экспериментальные скорости детонации [м/с] на диаметрах [мм] зарядов:
40 50 60 75 90 120 160 200 240
Эмулит “ВЭТ-700” гладкая, 1,05 Отказ 3500 3700 3800 4000 4200 4300 4400 4400
пористая 1,12 Отказ 3300 3800 4200 4600 4800 5000 5100
гладкая 1,26 Отказ Отказ 3800 5100 5300
Эмулит “ВЭТ-500” пористая 1,29 Отказ 3600 3800 4500 4600 4900
Эмулит “ВЭТ-300” пористая, 1,15 Отказ 2500 3300 3600 3800
СВОДНАЯ ТАБЛИЦА результатов замеров скоростей детонации гранэмита И-30 в картонных гильзах разного диаметра, при разной плотности ЭВВ.
№ п/п Диаметр заряда Скорость детонации гранэмита И-30 (м/с), при плотности :
1,38 г/см3 (добавка ГГД 0,3%масс.) 1,335 г/см3 (добавка ГГД 0,6%масс.)
1. 160 мм 3988 4965
2. 120 мм 3085 4816
3. 90 мм 2354 4027
4. 75 мм Отказ Отказ
* - логарифмическая аппроксимация вида: Р = A*Ln(d.зар)+B
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
МАСЛОВ_2
G:\№ работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB5_03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.dotm Таблица 6
user
05.05.2003 10:40:00
3
05.05.2003 10:46:00 Гитис Л.Х.
7 мин.
08.11.2008 1:14:00 11
3 158 (прибл.)
18 001 (прибл.)
