Дослідження механізму дії та обґрунтування раціональних параметрів зарядів вибухової речовини з газоутворюючими компонентами - Автореферат

При цьому важливим є одержання висадженої маси зі заданим гранулометричним складом, оскільки характер розподілу уламків по фракціях визначає ефективність подальшої механічної переробки, забезпечує зниження вартості кінцевого продукту. Це пояснюється недостатнім знанням механізму їхньої дії на масив, що руйнується, відсутністю науково обґрунтованих методів розрахунку параметрів конструктивних елементів цих зарядів, що забезпечують підвищення виходу кондиційних фракцій. Мета і задачі досліджень полягають в обгрунтуванні раціональних параметрів зарядів з газоутворюючими недетонуючими енергоактивними речовинами, що дозволяють підвищити вихід кондиційних фракцій руйнованих порід. Встановити залежності зміни розмірів уламків, що утворюються у ближній зоні дії вибуху, від швидкості хімічної реакції вибухової речовини і швидкості збільшення тиску у зарядній порожнині. В області експериментальних досліджень застосовувалися методи: оцінки ефективності вибуху за розміром середнього шматка уламків моделі і аналізу їх гранулометричного складу, дослідження напружено-деформованого стану середовища за допомогою перетворення механічного сигналу на електричний конденсаторним датчиком і реєстрації останнього запамтовуючим осцилографом С 8-13, визначення кількості і довжини нерозкритих тріщин за рахунок використання оптично прозорих матеріалів для виготовлення руйнованих моделей, швидкісного фотографування швидкоплинних процесів.У першому розділі виконано аналіз сучасного стану теоретичних і експериментальних досліджень та практичного досвіду механізму дії вибуху комбінованих з недетонуючими газоутворюючими речовинами зарядів ВР на крихкі гірські породи. Аналіз цих робіт показує, що комбіновані з газоутворюючими недетонуючими речовинами заряди ВР дозволяють регулювати співвідношення між руйнуванням, яке утворюється за рахунок хвильової і квазистатичної дії вибуху. У звязку з цим виникає задача детального вивчення поводження матеріалу при імпульсних навантаженнях, особливостей його деформування і руйнування у залежності від швидкості зростання вибухового тиску, визначення числа тріщин, що утворюються в матеріалі в місці його контакту з ВР і компонентом, що не детонує, а також характеру розвитку цих тріщин. Для дослідження впливу цього фактора джерело збурювання представлене функцією тиску продуктів детонації від часу, вигляд якої обрано з урахуванням тривалості хімічної реакції детонації й існування надлишкового тиску в зарядній порожнині: де - тиск у точці Чепмена-Жуге, Па; t R-тривалість хімічної реакції детонації, с; TW-тривалість існування надлишкового тиску в зарядній порожнині, с. У третьому розділі наведені експериментальні результати вивчення форми хвилі збурювання, викликаного імпульсним джерелом; впливу швидкості зростання тиску в локальній ділянці зарядної порожнини на кількість тріщин, що утворюються в середовищі, яке примикає до цієї ділянки; раціональних конструкцій комбінованих із ГНЕР зарядів ВР, що дозволяють одержати зменшення діаметра середнього шматка з одночасним зменшенням пилоподібних фракцій.У дисертації викладене нове рішення актуальної науково-технічної задачі обґрунтування раціональних параметрів зарядів ВР із газоутворюючими речовинами шляхом урахування швидкості зростання тиску в зарядній порожнині, варіації межі міцності руйнованих порід і розвантаження напружень на краях тріщин, що розвиваються, а також характеру генерованої хвилі, яке дозволяє визначити конструкцію зарядів, що забезпечують найбільший вихід кондиційних фракцій в умовах розробки скельних порід відкритим способом. Уперше для обгрунтування моделювання тиску у зарядній порожнині експоненційним поліномом, до степеня якого входить тривалість реакції детонації, використане подання загального детонаційного тиску у вигляді суми механічної та теплової складових. Уперше одержані закономірності зміни розмірів уламків породи, що отримуються з ближньої зони дії вибуху, від швидкості збільшення тиску в зарядній порожнині та варіації межі міцності на розтягання руйнованого крихкого матеріалу. Уперше виявлено, що зона посилення напружень, яка утворюється за рахунок інтерференції імпульсів, що генеруються ділянками ВР, які примикають до одного й того ж недетонуючого проміжку, розщеплюється на кілька підзон, між якими розташовані зони послаблення напружень. Кількість підзон визначається кількістю локальних екстремумів напруження у хвилях збурення і часом затриманого підривання ділянок ВР.

. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертації викладене нове рішення актуальної науково-технічної задачі обґрунтування раціональних параметрів зарядів ВР із газоутворюючими речовинами шляхом урахування швидкості зростання тиску в зарядній порожнині, варіації межі міцності руйнованих порід і розвантаження напружень на краях тріщин, що розвиваються, а також характеру генерованої хвилі, яке дозволяє визначити конструкцію зарядів, що забезпечують найбільший вихід кондиційних фракцій в умовах розробки скельних порід відкритим способом.

Основні наукові висновки і практичні рекомендації, що отримані в дисертації, базуються на результатах теоретичних і експериментальних досліджень і зводяться до наступного.

У науковому відношенні

1. Уперше для обгрунтування моделювання тиску у зарядній порожнині експоненційним поліномом, до степеня якого входить тривалість реакції детонації, використане подання загального детонаційного тиску у вигляді суми механічної та теплової складових. Це дозволило обгрунтувати і розвязати задачу про напружено-деформований стан масиву з урахуванням тривалості хімічної реакції детонації.

2. Уперше одержані закономірності зміни розмірів уламків породи, що отримуються з ближньої зони дії вибуху, від швидкості збільшення тиску в зарядній порожнині та варіації межі міцності на розтягання руйнованого крихкого матеріалу.

3. Уперше виявлено, що зона посилення напружень, яка утворюється за рахунок інтерференції імпульсів, що генеруються ділянками ВР, які примикають до одного й того ж недетонуючого проміжку, розщеплюється на кілька підзон, між якими розташовані зони послаблення напружень. Це збільшує градієнт напружень, визначає напрямок і форму розвитку тріщин. Кількість підзон визначається кількістю локальних екстремумів напруження у хвилях збурення і часом затриманого підривання ділянок ВР. Вперше отримана залежність межі часу затримання, за якої ще відбувається інтерференція хвиль, від довжини недетонуючого проміжку у вигляді .

4. Уперше виявлено, що процентний вміст ГНЕР, при якоми досягається мінімальний діаметр середнього шматка, не залежить від коефіцієнта подовження заряду.

5. Уперше експериментально виявлена залежність між коефіцієнтом подовження заряду і відносними довжинами ділянок з газогенеруючою речовиною, за яких досягається максимізація одержання кондиційних фракцій: .

6. Визначено, що при розробці гранітних порід з використанням свердловин глибиною до 15 м, загальна вага ГНЕР повинна складати (25-30)% від ваги початкового заряду і не залежить від коефіцієнта подовження. Урахування цього і довжини одного проміжку дозволяє обчислити кількість останніх: .

У практичному відношенні

1. Розроблена і впроваджена у виробництво конструкція свердловинного заряду, що дозволяє керувати розподілом енергії вибуху за рахунок інтерференційної взаємодії хвиль напруг, генерованих ділянками ВР, що примикають до одного й того ж недетонуючого проміжку, і зниження швидкості зростання тиску в окремих ділянках свердловинного заряду (у місцях розміщення ГНЕР).

2. Розроблений і пройшов дослідно-промислову перевірку спосіб підвищення надійності передачі детонації через недетонуючу дільницю, що дозволяє регулювати величину внутришньосвердловинного затримання.

3. Розроблений спосіб зменшення виходу негабаритних фракцій без зменшення переподрібнених, який включає використання ГНЕР у допоміжних укорочених зарядах ВР, що доводить можливість використання цих речовин в умовах розробки рудних корисних копалин.

4. Обгрунтована і розроблена методика розрахунку раціональних розмірів конструктивних елементів свердловинних зарядів ВР із газоутворюючими недетонуючими енергоактивними компонентами, у разі використання яких забезпечується зменшення відносного виходу переподрібненних і негабаритних фракцій відповідно на 31-46 %, і 11-22 %, та абсолютного розміру середнього шматка на 1,5-2,5 % за умов відкритої розробки гранітних порід з метою виробництва щебеню.

В.М. Комир, В.В. Воробьев, С.А. Литовченко. Повышение эффективности взрывных работ: Экспресс-информ./ЦНИИЭИУГОЛЬ, ЦБНТИ Минуглепрома СССР, 1990-14с.

Воробьев В.В., Литовченко С.А. Влияние проникновения продуктов детонации в трещины на эффективность взрывного разрушения нескальных горных пород. // Физика и процессы разрушения горных пород: Сб.науч. тр. - Киев: Наук.думка, 1987. - с. 89-93.

Комир В. М., Литовченко С. А. Расчет напряженного состояния массива в ближней зоне действия взрыва. //Науковий вісник НГА України № 5, 1999. - С. 80-83.

Литовченко С.А. Расчет длины недетонирующих промежутков в скважинном заряде ВВ // Проблемы создания новых машин и технологий. Науч. тр. КГПИ - Кременчуг - 1999. Вып. 2/1999 (7) - С. 432 - 434.

Литовченко С.А., Воробьев В.В., Долударев В.Н., Литовченко А.С. Изучение формы волнового возмущения, генерируемого импульсным источником. // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету - Кременчук - 2001. Вып. 2/2001 (11) - С. 375 - 377.

Литовченко С.А. Влияние длины пороховых промежутков в заряде взрывчатого вещества на эффективность взрыва. // Материалы научно-технической конференции "Проблемы создания новых машин и технологий". Науч. тр. КГПИ. Вып.1. - Кременчуг: Деловая литература - 1998. - С. 221-223.

Литовченко С.А. Опыт применения зарядов с пороховыми компонентами при разработке гранитных массивов. // Материалы научно-технической конференции "Проблемы создания новых машин и технологий". Науч. тр. КГПИ. Вып.1.- Кременчуг: ЧП Щербатых. - 1999. - С. 459-460.

Литовченко С.А. Влияние времени реакции детонации на процессы трещинообразования в стенке зарядной полости. // Материалы международной научно-технической конференции "Проблемы создания новых машин и технологий". Науч. тр. КГПИ. Вып. 1. - Кременчуг: ЧП Щербатых. - 2000. - С. 505 - 510.