Підвищення ефективності дії вибухів циліндричних зарядів вибухових речовин з багатоточковим ініціюванням - Автореферат

Дисертаційна робота виконувалася відповідно до напряму досліджень, які проводилися на кафедрі "Технічна механіка" Кременчуцького державного політехнічного університету, та є складовою частиною держбюджетних НДР, що виконувалися згідно постанови Міністерства освіти і науки України "Розробка способів підвищення ефективності вибухового і механічного дроблення гірських порід при виробництві щебеня" (2Д/99 - ТМ, № ДР 0199U004066), "Дослідження впливу газодинамічних процесів при детонації на механізм вибухового тріщиноутворення" (5Д/02 - ТМ, № ДР 0102U000742), в яких автор брав участь як виконавець. Метою роботи є підвищення ефективності дії вибуху циліндричних зарядів ВР при руйнуванні гірських порід з одночасним зниженням викиду шкідливих газів у атмосферу карєру, яке досягається за рахунок удосконалення конструкцій циліндричних зарядів ВР. Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі передбачене вирішення наступних задач: - теоретично оцінити вплив кількості та просторового розташування ініціаторів, а також порожнин у циліндричному заряді на розподіл напруг у середовищі при вибуху; експериментально оцінити ефективність дії циліндричних зарядів зі спеціальною забивкою для вибухового руйнування гірських порід; Зміщення бойовиків (ініціаторів) циліндричного заряду відносно вісі свердловини посилює ефект багаторазового навантаження середовища і підвищує на 6-8% ефективність вибухового руйнування гірських порід.У першому розділі розглянуті та узагальнені результати досліджень, а також досвід застосування різних конструкцій і способів ініціації циліндричних зарядів ВР при відкритій розробці корисних копалин у вітчизняній і зарубіжній практиці ведення вибухових робіт, зроблено критичний аналіз їхньої ефективності при руйнуванні гірських порід. При цьому на карєрах використовуються найчастіше суцільні циліндричні заряди з традиційною ініціацією, а до вибору матеріалу забивки підходять тільки з точки зору забезпечення щільності замикання продуктів вибуху в свердловині. При теоретичному аналізі розглядали три основні розрахункові схеми оцінки полів зміщення і напруг залежно від розташування ініціаторів (рис.1): - у початковий момент відбувається детонація всього заряду (всіх моделюючих сфер) (рис. Виконані по трьом схемам розрахунки засвідчили, що при розташуванні ініціаторів із зміщенням відносно вісі заряду дозволяє надати навантаженому середовищу періодичний рух (рис. Так, на відстані вісьове розташування ініціаторів збільшує загальний імпульс на 10%, при асиметричному розташуванні ініціаторів це збільшення складає 21% (порівняно з миттєвою детонацією); на відстані ці показники рівні 21% і 24%; на відстані - 10% і 12%; на відстані - 5% і 7% ( - радіус заряду, м).У дисертаційній роботі викладено нове рішення актуальної науково-технічної задачі підвищення ефективності вибухового руйнування гірських порід вибухом і зниження кількості шкідливих газів, що викидаються в атмосферу при масових вибухах, засноване на посиленні ефекту багатократного навантаження гірської породи за рахунок асиметричної багатоточкової ініціації циліндричних зарядів зі спеціальною забивкою, що має нейтралізуючу здатність. Як свідчить аналіз теоретичних і експериментальних досліджень вітчизняних та закордонних авторів, а також узагальнення практики виробництва вибухових робіт, сучасні методи підвищення ефективності дії вибухів циліндричних зарядів при руйнуванні скельних порід не в достатній мірі враховують процеси, що відбуваються з ВР в свердловинному циліндричному заряді на стадії їх вибухового перетворення, а також ролі матеріалу забивки на ефективність вибуху і зниження кількості шкідливих газів, що викидаються в атмосферу карєру. Тому розробка раціональних конструкцій свердловинних зарядів і методів їх ініціації, складів матеріалу забивки, які дозволяють підвищити ефективність руйнування гірських порід з одночасним зниженням газових викидів в атмосферу являють велику наукову і практичну цінність. В результаті теоретичних і експериментальних досліджень встановлено, що при асиметричній багатоточковій ініціації циліндричного заряду характер розподілу зміщень і напруг в руйнованому середовищі характеризується істотною нерівномірністю.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі викладено нове рішення актуальної науково-технічної задачі підвищення ефективності вибухового руйнування гірських порід вибухом і зниження кількості шкідливих газів, що викидаються в атмосферу при масових вибухах, засноване на посиленні ефекту багатократного навантаження гірської породи за рахунок асиметричної багатоточкової ініціації циліндричних зарядів зі спеціальною забивкою, що має нейтралізуючу здатність.

Основні наукові висновки і практичні рекомендації зводяться до наступного.

1. Як свідчить аналіз теоретичних і експериментальних досліджень вітчизняних та закордонних авторів, а також узагальнення практики виробництва вибухових робіт, сучасні методи підвищення ефективності дії вибухів циліндричних зарядів при руйнуванні скельних порід не в достатній мірі враховують процеси, що відбуваються з ВР в свердловинному циліндричному заряді на стадії їх вибухового перетворення, а також ролі матеріалу забивки на ефективність вибуху і зниження кількості шкідливих газів, що викидаються в атмосферу карєру.

Тому розробка раціональних конструкцій свердловинних зарядів і методів їх ініціації, складів матеріалу забивки, які дозволяють підвищити ефективність руйнування гірських порід з одночасним зниженням газових викидів в атмосферу являють велику наукову і практичну цінність.

2. В результаті теоретичних і експериментальних досліджень встановлено, що при асиметричній багатоточковій ініціації циліндричного заряду характер розподілу зміщень і напруг в руйнованому середовищі характеризується істотною нерівномірністю. Доведено, що зміщення ініціаторів щодо вертикальної вісі заряду дозволяє посилити ефект багатократного навантаження руйнованого середовища. Наявність асиметрично розташованих порожнин в циліндричному заряді підвищує динамічну нерівномірність навантаження середовища уздовж вісі свердловини.

3. Установлено, що при асиметричному розташуванні бойовиків загальний імпульс напруг на відстані 5 , порівняно з миттєвою детонацією заряду зростає на 21%, а порівняно з багатоточковою осьовою ініціацією - на 10%, на відстані 10 ці показники відповідно рівні - 24% і 21%, на відстані 15 ці показники відповідно рівні - 12% і 10%.

4. Уперше отримана залежність для розрахунку параметрів циліндричного заряду з різноспрямованою багатоточковою ініціацією, при яких досягається максимальне навантаження середовища в ділянці сполучення стіни свердловини та її дна.

5. Уперше експериментально встановлений взаємозвязок впливу співвідношення діаметра свердловини і діаметра бойовика на інтенсивність вибухового руйнування середовища. Виявлено, що мінімальний діаметр середнього шматка зруйнованої гірської маси досягається при співвідношенні діаметра ініціатора і заряду 1:5, а відстань між бойовиками уздовж вісі свердловини повинна визначатися залежністю (3.2).

6. Доведена можливість підвищення ефективності масових вибухів з одночасним зниженням викиду шкідливих газів у атмосферу карєру за рахунок вибору матеріалу забивки з газонейтралізуючої композиції на основі солей важких металів (патент України на винахід № 30326 А від 15.11.2000р.), до складу якої входять відходи промислових підприємств (оксиди заліза, зєднання марганцю).

7. Застосування нейтралізуючої композиції на основі відходів промислових підприємств у вигляді складової частини заряду свердловини ВР дозволяє не тільки знизити викиди шкідливих газів, але і утилізувати відходи промислових підприємств. Виконані розрахунки засвідчили, що по Кременчуцькому регіону очікувана величина річного збитку, якого можна запобігти, складає 2,67 млн. грн.

1. Щетинин В.Т. Моделирование спирального линейного заряда // Проблемы создания новых машин и технологий. Сборник трудов региональной научно-технической конференции в г. Кременчуге 23-24 января 1996 г. - Кременчуг: КГПИ. - 1996. - С. 34-35.

2. Щетинин В.Т., Славко Г.В. Моделирование напряжений в упругой среде при взрыве криволинейного заряда // Украинская конференция “Моделирование и исследование устойчивости систем”. Тезисы докладов конференции. 20-24 мая, 1996 г. - Киев - С.128.

3. Славко Г.В., Щетинин В.Т. Исследование напряжений, создаваемых цилиндрическим зарядом с точечной детонацией // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды. Вып. 2., Ч.II. - Кременчуг: КГПИ/ - 1997. - С. 55-61.

4. Щетинин В.Т. Влияние способа инициирования удлиненного заряда ВВ на параметры напряженно-деформированного состояния грунта // Механика грунтов и фундаментостроение. Сборник трудов ІІІ Украинской научно-технической конференции по механике грунтов и фундаментостроение. - Одеса, 1997. т.1. - С. 131-132.

5. Воробьев В.В., Щетинин В.Т. Влияние пространственного расположения инициаторов в шпуре на эффективность взрывного разрушения // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды. - Кременчук: КГПИ - 1997. Вып. 2., Ч.3. - С. 52-55.

6. Щетинин В.Т. Анализ возможностей снижения выбросов токсичных веществ в атмосферу при взрыве // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды. - Р.4. - Кременчуг: КГПИ - 1998. Вып. 1. - С. 317-319.

7. Воробьев В.В., Яценко А.М., Щетинин В.Т. К вопросу о выборе рационального состава газоподавляющей добавки к ВВ // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды. - Р.4. - Кременчуг: КГПИ - 1998. Вып. 1. - С. 320-322.

8. Воробйов В.В., Щетинін В.Т. Про раціональне розташування бойовиків при багатоточковому ініціюванні // Відомості Академії гірничіх наук України.-1999. -№1. - С. 65-66.

9. Воробьев В.В., Щетинин В.Т. Повышение эффективности взрывного разрушения крупноблочных массивов // Машиностроение и техносфера на рубеже ХХІ века. Сборник трудов международной научно-технической конференции в г. Севастополе 13-18 сентября 1999 г. - Донецк: ДОНГТУ - 1999. - С. 153-155.

10. Щетинин В.Т. К вопросу о рациональном расположении боевиков при многоточечном инициировании // Проблемы создания новых машин и технологий. Сборник научных трудов КГПУ. - Кременчуг: КГПИ - 1999. Вып. 2/1999(7) - С. 414-416.

11. Воробйова Л.Д., Щетинін В.Т. Вплив складу пилогазоподавляючих добавок до вибухових речовин на вихід токсичних газів під час вибуху // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды КГПУ. - Кременчуг: КГПИ - 2000. Вып. 1/2000(8). - С. 606-608.

12. Щетинін В.Т. До питання про вибір матеріалу для набійки свердловинних зарядів // Вісник НТУ Украіни КПІ. Серія. Гірництво. Збірник наукових праць. - К.: НТУУ КПІ ЗАТ Техновибух - 2000. - С. 68-71.

13. Воробйов В.В., Щетинин В.Т. Промышленные исследования эффективности многоточечного инициирования скважинных зарядов // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды КГПУ. - Кременчуг: КГПИ - 2000. Вып. 2/2000(9). - С. 504-506.

14. Воробйова Л.Д., Помазан М.В., Щетинин В.Т. Промышленные исследования влияния нейтрализующей добавки в заряде ВВ на изменение концентрации вредных газов в атмосфере карьера // Вісник КДПУ. Наукові праці КДПУ. - Кременчук: КДПУ - 2002 - Вип. 2(13). - С. 31-32.

15. Пат. 30326 А Україна, 6 С 06В 23/02. Порошкова композиція для нейтралізації отруйних газів при вибуху / Щетинін В.Т., Воробйов В.В., Яценко О.М. - №98021025; Заявлено 26.02 1998; Опубл. 15.11.2000, Бюл. №6 - II. -2 с.