Розробка наукових основ ефективного управління вибуховим імпульсом при руйнуванні гірських порід на кар’єрах - Автореферат

Крім того, технологічні процеси дезінтеграції скельних порід нерозривно повязані з утворенням значної кількості пилу, що не тільки знижує коефіцієнт корисної дії вибуху на дроблення порід, але й значною мірою збільшує негативну дію вибуху на навколишнє середовище. Аналіз існуючих методів інтенсифікації дроблення порід і зниження обємів токсичних пилогазових викидів під час масових вибухів у карєрах підтвердив, що на цей час ще існує значна кількість невирішених задач як в теоретичному, так і в прикладному плані. Розробка нових і вдосконалення існуючих способів керування вибуховим імпульсом, основаних на конструкційних і технологічних параметрах свердловинних зарядів ВР, спрямованих на підвищення ефективності дроблення гірських порід при одночасному зниженні обємів токсичних викидів, повинно базуватися на результатах фундаментальних теоретичних і експериментальних досліджень механізму вибухового руйнування гірських порід і нейтралізації при цьому токсичних газів. Для досягнення поставленої мети в дисертації сформульовані і вирішенні наступні основні задачі досліджень: - визначити взаємозвязок між конструкціями свердловинних зарядів ВР, інтенсивністю дроблення гірських порід та обємом і складом токсичних газів, що утворюються під час вибуху; експериментально дослідити вплив величини потенціалу електростатичного поля на умови утворення низькотемпературної (низькойонізованої) плазми, обєми утворених токсичних газоподібних речовин і розробити схеми конструкцій зарядів ВР, що забезпечують більш повну взаємодію плазм із метою поліпшення якості дроблення гірських порід;Досліджені взаємозвязки фізико-механічних і хіміко-термодинамічних параметрів вибухового перетворення ВР, що дозволило встановити можливі шляхи утворення токсичних речовин у продуктах детонації та обґрунтувати способи їх нейтралізації вже на початковій стадії вибуху. Пропонується розглядати процеси, що відбуваються, з позицій квантової хімії та фізико-хімічної термодинаміки через дебаївський радіус (ДР) екранування, який характеризує стан плазми через відстань від заряду, на якому його поле стає зневажливо малим: , (3) де k - стала Больцмана; Т - температура детонації (5000 К); ?0 - електрична стала (8,85·10-12 Ф/м); n - концентрація електронів у ВР; е - заряд електрона (заряди частинок прирівнюються до заряду електрона 1,6·10-19 Кл). На підставі виконаних розрахунків, аналізу й оцінки хіміко-термодинамічних параметрів вибухового перетворення АС показано, що присутність у продуктах детонації АС оксидів азоту обумовлена величиною ентропії як фізико-хімічної термодинамічної характеристики всієї системи, що описує також величину поверхневих ефектів при вибухових перетвореннях ВР, оскільки в процесі вибуху відбуваються зміни поверхні взаємодії та відповідного фазового стану. Ця робота пропорційна прирощенню поверхні з урахуванням типу ВР через відповідний коефіцієнт пропорційності: , (6) де k - коефіцієнт пропорційності, що залежить від енергетичної здатності ВР до вибухового перетворення; ?GХП - енергія Гібса (енергія хімічного перетворення ВР); ?S - прирощення поверхні ВР під час вибухового перетворення; S - загальна площа поверхні ВР у заряді; MBB - маса ВР, яка піддається перетворенню. (9) де D - швидкість детонації; k - стала, яка має середнє значення приблизно 0,5; v - швидкість руху фронту плазми; ао - ширина зони реакції ВР; ki - стала швидкості хімічної реакції детонаційного розкладання даного виду ВР; SNA - ентропія перехідного комплексу в елементарних хімічних реакціях; Сі - концентрація ВР у газоподібному стані; mi - маса ВР; ратм - атмосферний тиск у момент проведення вибуху в карєрі; Т - температура детонації; ?S - зміна ентропії в процесі вибухового перетворення ВР (завершеність вторинних хімічних реакцій); ?Е - зміна енергії у вибуховому перетворенні (зміна енергії Гибса); ? - міра активності ВР при додаванні будь-якого іншого компоненту (нейтралізатора); dn - кількість молей додаткового компоненту (нейтрализатора); ?V - обєм утворених газоподібних продуктів детонації.Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі вперше встановлених закономірностей ефективного управління вибуховим імпульсом і взаємозвязків між інтенсивністю дроблення гірських порід і обємами газоподібних викидів залежно від фізико-хімічних і хіміко-термодинамічних характеристик детонації вибухових речовин вирішена актуальна науково-технічна проблема підвищення ефективності дроблення гірських порід і зниження обємів токсичних викидів шляхом розробки нових і вдосконалення існуючих свердловинних зарядів, що дозволяє суттєво підвищити ефективність та безпеку робіт при руйнуванні гірських порід на карєрах. Запропонований новий підхід до вивчення вибухових процесів у зарядній порожнині як єдності фізико-механічних і хіміко-термодинамічних параметрів нерівноважних систем в умовах миттєвої зміни фазового стану ВР, що дозволило встановити взаємозвязок між параметрами імпульсу тиску при руйнуванні гірських порід, обємом і складом токсичних викидів.