О линейном инициировании зарядов взрывчатых веществ

О ЛИНЕЙНОМ ИНИЦИИРОВАНИИ ЗАРЯДОВ ВВ

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 ДВВ, 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:

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:

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 = 0,343, 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.

• 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.