О линейном инициировании зарядов взрывчатых веществ

Размещено на http://www.allbest.ru/

О ЛИНЕЙНОМ ИНИЦИИРОВАНИИ ЗАРЯДОВ ВВ

С.А. Калякин

На открытых горных породах наибольший объем применения имеют эмульсионные ВВ и ВВ простейшего состава на основе смеси аммиачной селитры с горючими компонентами различного вида. Для инициирования зарядов этих ВВ используются детонирующие шпуры (ДШ) и шашки промежуточных детонаторов (ПД) из бризантных ВВ - тротила и смеси тротил-гемоген (ТГ). В связи с высокой стоимостью ПД и ДШ для того, чтобы снизить затраты на инициирование зарядов ВВ, неоднократно делались и делаются попытки перейти на другие средства инициирования скважинных зарядов.

Анализ последних исследований и публикаций показал, что в ряде случаев можно применять в качестве средств инициирования скважинных зарядов патроны промышленных ВВ, чувствительных к капсюлю-детонатору - аммонит № 6ЖВ, детонит М, аммонал скальный № 1. Однако эти ВВ обладают невысокой водоустойчивостью и требуют патронирования в водонепроницаемые оболочки.

В последние годы нашли и широко применяются скважинные заряды ВВ в полиэтиленовых рукавах [1]. Полученные новые типы ВВ и жидких уплотняющих компонентов, которые позволяют получать водоустойчивые ВВ, обладающие высокой скоростью детонации и энергией взрыва. Учитывая это, можно перейти на инициирование скважинных зарядов, зарядами ВВ рукавах, проложенных вдоль заряда. В этом случае происходит линейное инициирование основного заряда от заряда ВВ детонирующего в рукаве. В этом случае осуществляется оптимальный режим инициирования заряда ВВ по всей длине скважины. Кроме того, повышается скорость детонации основного заряда ВВ и можно отказаться от дорогих ПД на основе тротила и гексогена.

Целью работы является исследование линейного инициирования заряда ВВ и обоснование эффективных параметров инициатора, обеспечивающего максимальный взрывной эффект скважинного заряда.

Материалы исследований. Линейное инициирование удлиненного заряда ВВ характеризуется некоторыми отличиями от точечного инициирования заряда боевиком или ПД. Эти отличия связаны с тем, что линейный инициатор имеет длину равную длине основного заряда, а скорость его детонации значительно выше, чем у ВВ основного заряда. В связи с этим, если при точечном инициировании в заряде ВВ на расстоянии 2…4d₃ (d₃ - диаметр заряда) устанавливается слабо искривленный фронт детонационной волны, движущейся со скоростью детонации ВВ Д_ВВ, то при линейном инициировании формируется криволинейный фронт детонационной волны, скорость распространения которого зависит не только от скорости детонации ВВ, но и скорости детонации ВВ линейного инициатора (рис. 1). Тогда можно установить, что при точечном инициировании заряда давление продуктов детонации в скважине определяется только плотностью ВВ - с и его скоростью детонации:

,(1)

Рис. 1. Графики изменения скорости детонации ANFO и ЭВВ по длине скважины при их точечном инициировании ПД

а при линейном не только от параметров основного заряда ВВ с и Д, но и скорости детонации ВВ линейного инициатора Д_и и угла отражения - ц ДВ от стенок скважины. Систематическое изучение процессов распространения и отражения ударных волн до настоящего времени не дало полной аналитической теории нерегулярного отражения детонационной волны от жесткой стенки. Вместе с тем в работе [2] показано, что возрастание давления Р на жесткой стенке при косом отражении ДВ с нормальной составляющей массовой скорости потока за фронтом детонационной волны и углом - ц между жесткой поверхностью и фронтом падающей ДВ. Если избыточное давление, плотность и массовая скорость на фронте падающей ДВ, определяется с помощью известных уравнений физики взрыва [3], то при отражении от жесткой стенки давление в отраженной волне можно найти из выражения:

, (2)

где n - показатель политропы продуктов детонации ВВ.

При линейном инициировании скорость детонации ВВ основного заряда зависит от скорости детонации ВВ линейного инициатора - Д_и (рис. 1):

.

Очевидно, что угол ц, определяющий наклон ДВ при ее инициировании в заряде ВВ равен углу, с которым происходит отражение волны от стенки скважины, тогда:

. (3)

При условии, если Д_и > Д_ВВ, то окажется, что давление на стенки скважины при линейном инициировании заряда ВВ будет значительно больше, чем при точечном инициировании: Р_от > Р₁. Соответственно возрастает разрушающее действие скважинного заряда при линейном инициировании ВВ. Если принять объем разрушения пород скважинным зарядом при точечном инициировании - V₂, то окажется, что их соотношение будет равно:

.(4)

Подставив в уравнение (4) уравнения (1) и (3) окончательно получим:

.(5)

По уравнению (5) для значений Д_и = 6000 м/с, ц = 15⁰, Д_ВВ = 5150 и n = 2,1 получим, что V₂ > V₁, в 1,7 раза. Достаточно существенное увеличение разрушающего действия взрыва заряда ВВ. Поэтому необходимо исследовать и определить параметры линейного инициировании зарядов ВВ.

Будем характеризовать инициирующую способность линейного инициатора (ЛИ) с помощью его импульса взрыва - J_и как известно равного:

,(6)

где m_и - масса ВВ линейного инициатора.

Импульс взрыва основного заряда ВВ, инициируемого ЛИ равен:

J_ВВ = М_ВВ • Д_ВВ,(7)

где М_ВВ - масса ВВ основного заряда.

На практике достаточность инициирующего импульса инициатора определяют через его массу. Находят массу инициатора, при взрыве которой в основном заряде устанавливается процесс устойчивой детонации ВВ. Тогда:

.(8)

Предположим, что К_и - коэффициент, определяющий инициирующую способность инициатора определяется так же и импульсами взрыва обеих ВВ с учетом их скорости детонации:

.(9)

Однако скорость детонации ВВ зависит от диаметра заряда и плотности ВВ, тогда:

.(10)

Для линейного инициатора вполне очевидно, что , следовательно:

Или

,

то есть

, мм.(11)

Таким образом, получено уравнение (11), которое позволяет определить параметры линейного инициирования, если известны величины для основного заряда d_ВВ, с_ВВ, Д_ВВ, линейного инициатора с_ВВ, Д_ВВ и коэффициент К_и. Данный коэффициент можно определить только экспериментально. Для этого используя работу [4] были установлены коэффициенты К_и при инициировании скважинных зарядов игданита (ВВ типа ANFO) и эмульсионного ВВ типа нитронит Э-70, ПД изготовленных из аммонита № 6ЖВ и насыпного или прессованного тротила, различной массы. По данным этой работы было установлено, что для зарядов массой 260…320 кг игданита устойчивая детонация скважинного заряда (Д_ср = 4100 м/с) достигается при К_и = 0,0187, а для ЭВВ, сенсибилизированного микросферами и газонаполнением К_и = 0,00343, при этом средняя скорость детонации заряда Д_ср = 4700 м/с (рис. 2). Таким образом, по уравнению (11) можно определить параметры ЛИ, если известны параметры детонации ВВ для ЛИ и основные параметры скважинного заряда ВВ. Например, ВВ линейного инициатора имеет с = 1,3 г/см³ и скорость детонации Д_и = 6000 м/с, а основной заряд игданита при заряжании в скважину d_скв = 228 мм, имеет с_ВВ = 0,95 г/см³ и скорость детонации Д_ВВ = 4100 м/с,

Промежуточный детонатор в скважинном заряде

Линейный инициатор

Рис. 2. Распространение детонации скважинном заряде при инициировании промежуточном детонаторе и линейном инициаторе

мм.

Таким образом, диаметр ЛИ d_и = 22 мм, а . При таких параметрах линейного инициирования заряда действие взрыва увеличивается в 1,7 раза.

ВЫВОДЫ

1. Установили, что при линейном инициировании скважинных зарядов увеличивается действие взрывной стенки скважины и возрастает эффективность разрушения пород примерно в 1,7 раза.

2. Установили параметры линейного инициатора для надежного инициирования скважинных зарядов из простейших (типа ANFO) и эмульсионных ВВ.

Дальнейшие работы необходимо проводить в направлении разработки безопасных и дешевых ВВ для ЛИ.

инициатор детонатор горный взрыв

ЛИТЕРАТУРА

1. Прокопенко В.С. Разрушение горных пород скважинными зарядами взрывчатых веществ в рукавах / В.С. Прокопенко. - Киев: НТУУ «КПИ», 2010. - 205 с.

2. Кобылкин И.Ф. Ударные и детонационные волны. Методы и исследования / Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В., Соловьев В.С., Сысоев Н.Н. - М.: Физматлит, 2004. - 375 с.

3. Орленко Л.П. Физика взрыва и удара / Л.П. Орленко. - М.: Физматлит, 2008. - 303 с.

4. Добрынин И.А. Обоснование параметров промежуточных детонаторов в скважинных зарядах для повышения эффективности дробления горных пород: автореферат дисс. на соиск. научн. степени канд. техн. наук: спец. 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород и горная теплофизика» / И.А. Добрынин. - М., 2010. - 20 с.

Размещено на Allbest.ru