Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2015, № 5 (спецвып.21)
Покупка
Тематика:
Горная промышленность. Металлургия
Издательство:
Горная книга
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 40
Дополнительно
Вид издания:
Журнал
Артикул: 700868.0001.99
Доступ онлайн
405 ₽
В корзину
Приведены методики расчета плотности эмульсионного взрывчатого вещества, сенсибилизированного газовыми порами, по высоте колонок
нисходящего и восстающего скважинных зарядов. Показано, что при
применении ЭВВ в нисходящих скважинных зарядах глубиной более 30
метров, кроме сжимаемости этих ВВ под действием гидростатического
давления, необходимо также учитывать термоусадку заряда. Показано,
что длина восстающих скважинных зарядов ЭВВ в большей степени ограничена условием слияния газовых пор в верхней части заряда, что необходимо учитывать при применении данных ВВ в подземных условиях.
При этом, градиент разноплотности восходящего заряда больше чем у
нисходящего заряда.
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
ГОРНЫЙ ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ № 5 СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК 20 О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ПЛОТНОСТИ В ЗАРЯДАХ ЭМУЛЬСИОННОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА, СЕНСИБИЛИЗИРОВАННОГО ГАЗОВЫМИ ПОРАМИ
УДК Б 87 622.235 Б 87 Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.14 Брагин П.А., Горинов С.А., Маслов И.Ю., Иляхин С.В., Оверченко М.Н. О распределении плотности в зарядах эмульсионного взрыв чатого вещества, сенсибилизированного газовыми порами. Отдельные статьи: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 5 (специальный выпуск 20). — 40 с. — М.: Издательство «Горная книга» ISSN 0236-1493 Приведены методики расчета плотности эмульсионного взрывчатого вещества, сенсибилизированного газовыми порами, по высоте колонок нисходящего и восстающего скважинных зарядов. Показано, что при применении ЭВВ в нисходящих скважинных зарядах глубиной более 30 метров, кроме сжимаемости этих ВВ под действием гидростатического давления, необходимо также учитывать термоусадку заряда. Показано, что длина восстающих скважинных зарядов ЭВВ в большей степени ограничена условием слияния газовых пор в верхней части заряда, что необходимо учитывать при применении данных ВВ в подземных условиях. При этом, градиент разноплотности восходящего заряда больше чем у нисходящего заряда. УДК 622.235 © П.А. Брагин, С.А. Горинов, И.Ю. Маслов, С.В. Иляхин, М.Н. Оверченко, 2015 © Издательство «Горная книга», 2015 ISSN 0236-1493 © Дизайн книги. Издательство «Горная книга», 2015
УДК 622.235 © П.А. Брагин, С.А. Горинов, И.Ю. Маслов, С.В. Иляхин, М.Н. Оверченко, 2015 О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ПЛОТНОСТИ В ЗАРЯДАХ ЭМУЛЬСИОННОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА, СЕНСИБИЛИЗИРОВАННОГО ГАЗОВЫМИ ПОРАМИ Приведены методики расчета плотности эмульсионного взрывчатого вещества, сенсибилизированного газовыми порами, по высоте колонок нисходящего и восстающего скважинных зарядов. Показано, что при применении ЭВВ в нисходящих скважинных зарядах глубиной более 30 метров, кроме сжимаемости этих ВВ под действием гидростатического давления, необходимо также учитывать термоусадку заряда. Показано, что длина восстающих скважинных зарядов ЭВВ в большей степени ограничена условием слияния газовых пор в верхней части заряда, что необходимо учитывать при применении данных ВВ в подземных условиях. При этом, градиент разноплотности восходящего заряда больше чем у нисходящего заряда. Ключевые слова: эмульсионное взрывчатое вещество (ЭВВ), сенсибилизированное газовыми порами, гранулы аммиачной селитры, гранулы вспененного полистирола, коэффициент объемного расширения, модификации кристаллической структуры аммиачной селитры, длина восстающего скважинного заряда, плотность ЭВВ, слияние смежных газовых пор, Эмулит, Эмулан, Эмульпор. Широкое распространение при добыче полезных ископаемых смесей газосенсибилизированных эмульсионных ВВ с гранулированной аммиачной селитрой или с игданитом (эмуланов), а также смесей указанных ВВ с гранулами вспененного полистирола (эмульпоров) требует разработки методики расчета плотности данных ВВ по длине вертикальных (нисходящих и восходящих) скважинных зарядов и массы этих зарядов. 1. Задача о распределении плотности в нисходящем скважинном заряде эмульсионного взрывчатого вещества, сенсибилизированного газовыми порами. В [1] для эмульсионных ВВ представлены номограммы для определения плотности ВВ по длине заряда и массы заряда в зависимости от длины скважины. При составлении номограмм
скважинный заряд ВВ моделировался стопой слоев. При этом плотность ВВ внутри слоя неизменна, а отличается плотность ВВ в разных слоях. В работе [2] приведено аналитическое решение рассматриваемой задачи для эмульсионных ВВ, учитывающее непрерывное изменение плотности данных ВВ по колонке заряда. Указанные решения сделаны в изотермическом приближении и не учитывают: — изменения плотности непосредственно матричной эмульсии вследствие разницы температур при контрольном измерении плотности ВВ и температурой, которую имеют данные ВВ в момент взрыва (как правило, это температура горных пород, окружающих взрывную скважину); — наличие в эмульсии гранул аммиачной селитры или гра- нул вспененного полистирола. Учет данных параметров необходим как на стадии проектирования, так и на стадии практического применения ЭВВ (Эмуланов, Эмулитов и Эмульпоров). Рассмотрим смесь газосенсибилизированной эмульсии (массовая доля в составе ВВ равна α) и гранул твердого вещества (массовая доля в составе ВВ равна 1- α). Согласно [1], массой газа, содержащегося в составе ЭВВ, можно пренебречь по сравнению с массой самого вещества матричной эмульсии (этот вывод следует также из анализа уравнений, приведенных в [2]). Поэтому величина α практически будет равна массовой доле матричной эмульсии в составе рассматриваемой взрывчатой смеси. Обозначим через Т∗ , sT температуры ВВ при контрольном измерении и в момент взрыва, соответственно. Начальное внешнее давление на верхнюю поверхность скважинного заряда ВВ обозначим через Р∗ . Допустим, что ВВ массой М имеет при давлении Р∗ и тем пературе Т∗ объем o V . Тогда, имеем o эм гр пор V V V V ∗ = + + , (1.1) где эм V , гр V , пор V ∗ — объем матричной эмульсии, гранул и газо вых пор в объеме o V , соответственно.
Конструкция нисходящего скважинного заряда ЭВВ и эпюры распределения плотности ЭВВ по высоте колонки нисходящего заряда ЭВВ (для Эмульпора и Эмулана) Обозначим через эм ∗ ρ , гр ∗ ρ , о вв ρ — плотности матричной эмульсии, гранул твердого вещества и ВВ при давлении Р∗ и температуре Т∗ , соответственно. При пренебрежении массой газа, имеем о вв o эм эм гр гр М V V V ∗ ∗ = = + ρ ρ ρ . (1.2) Учитывая, что эм V эм М ∗ = α ρ и ( ) гр 1 V гр М ∗ − = α ρ , на основа нии (1.1), (1.2) имеем следующие равенства: о эм вв o эм V V ∗ = αρ ρ , ( ) 1 о гр вв o гр V V ∗ − = α ρ ρ , ( ) 1 1 о о пор вв вв o эм гр V V ∗ ∗ ∗ − = − − α ρ αρ ρ ρ . (1.3) При изменении внешних условий, при которых находится рассматриваемая масса ВВ с ( Р∗ ,Т∗ ) на ( , Р Т ) изменится объ
ем, занимаемый ВВ ( o V V → ) и, соответственно плотность ВВ ( о вв ρ вв → ρ ). Практика показывает, что наиболее часто встречаются следующие диапазоны значений температур — для Т∗ — 293 323 о о К Т К ∗ ≤ ≤ , а для Т - 280 293 о о К Т К ≤ ≤ . Таким образом, как правило, Т∗ >Т . В случае Эмуланов, гранулы твердого вещества в эмульсии – это гранулы аммиачной селитры. Если Т∗ > 305,3о К , то при сни жении температуры ВВ ниже . крист Т = 305,3о К будет наблюдать ся дополнительное скачкообразное изменение объема гранул, связанное с изменением кристаллической структуры аммиачной селитры (плотность аммиачной селитры скачкообразно возрастает на 0,04 г/см 3 [3]). В случае Эмульпоров явлений, связанных с фазовыми переходами второго рода, не наблюдается. Введем обозначения: эм β , — коэффициент объемного расширения матричной эмульсии; Т Т Т∗ Δ = − - разница температур. В рамках введенных обозначений имеем ( ) ( ) 1 1 эм эм гр пор P T V V T V V P T ∗ ∗ ∗ = + Δ + + + β ϑ , (1.4) где последнее слагаемое правой части уравнения написано на основании обобщенного закона Менделеева для газов и характеризует изменение объема газовых пор в эмульсии в связи с изменением внешних условий. Величина ϑ равна: — для Эмульпоров — .п п Т = Δ ϑ β ( .п п β – коэффициент объемного расширения полистирола); — для Эмуланов – при Т∗ <305,3о К – ас Т = Δ ϑ β ( ас β — коэффициент объемного расширения аммиачной селитры при β -ромбической модификации кристаллической структуры, которая наблюдается при температурах 256,2 305,3 о о К Т К ≤ ≤ ); при Т∗ >305,3о К и Т <305,3о К — ( ) ( ) 305,3 305,3 ас ас Т Т ∗ ∗ = − + − + ϑ β β δ ,
где ас ∗ β -коэффициент объемного расширения аммиачной селитры при α -ромбической модификации кристаллической структуры, которая наблюдается при температурах 305,3 357,2 о о К Т К ≤ ≤ ; δ — приращение объема гранул аммиачной селитры при переходе температуры через . крист Т =305,3о К долях единиц; при Т >305,3о К — ас Т ∗ = Δ ϑ β . На основании (1.2)-(1.4) получаем ( ) ( ) 1 1 1 1 1 1 вв эм о эм гр вв эм гр Р Т Т Р Т ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ = ⎛ ⎞ − − + Δ + + + − − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ρ α α α α β ϑ ρ ρ ρ ρ ρ . (1.5) Введем обозначения ( ) ( ) 1 1 1 эм эм гр a Т ∗ ∗ − = + Δ + + α α β ϑ ρ ρ ; 1 1 о вв эм гр T b T ∗ ∗ ∗ ⎛ ⎞ − = − − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ α α ρ ρ ρ . (1.6) Тогда, учитывая, что h вв 0 g dh Р Р∗ = + ∫ ρ , где h - текущая глу бина скважинного заряда; g – ускорение свободного падения; Р – давление в ВВ на глубине h , на основания (1.5) получаем следующее уравнение: 1 0 вв h вв P а b P g dh − ∗ ∗ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ = + ⎜ ⎟ + ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∫ ρ ρ . (1.7) Из (1.7) находим ( ) 0 0 h h вв вв вв вв a b P ga dh P g dh ∗ ∗ + + = + ∫ ∫ ρ ρ ρ ρ . (1.8) Дифференцируя (1.8) по h , получаем ( ) ( ) 0 1 d dh вв вв вв h вв вв g a a b P ga dh − = + + ∫ ρ ρ ρ ρ . (1.9)
Из (1.8) также имеем ( ) ( ) ( ) 0 1 1 h вв вв вв P a b dh g a ∗ + − = − ∫ ρ ρ ρ . (1.10) На основании (1.9), (1.10) получаем следующее дифференциальное уравнение для определения зависимости плотности ВВ от текущей глубины скважинного заряда ( ) 2 2 1 вв вв вв Pb d dh ga a ∗ − = − ρ ρ ρ . (1.11) В результате интегрирования (1.11) получаем зависимость плотности ВВ от глубины в виде неявной функции, подобной полученной в работе [2], а именно: 1 1 1 1 ln 1 1 о вв вв о о вв вв вв вв Pb a h g a a a − ∗ − ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ − = + − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ − − − ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ρ ρ ρ ρ ρ ρ . (1.12) Контрольное измерение плотности ВВ оо вв ρ дает нам значение плотности при температуре Т∗ и атмосферном давлении а Р , которое в общем случае не совпадает с Р∗. Уравнение (1.5) по зволяет определить о вв ρ через оо вв ρ и эм ∗ ρ , гр ∗ ρ . Принимая в (1.5) при определении о вв ρ 0 Т Δ = , получаем 1 1 1 1 о вв а оо эм гр вв эм гр Р Р ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ = ⎛ ⎞ − − + + − − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ρ α α α α ρ ρ ρ ρ ρ . (1.13) Система уравнений (1.6), (1.12) и (1.13) решает задачу определения плотности Эмуланов и Эмульпоров по текущей глубине скважинного заряда. Решение возможно только численными методами. Масса заряда в скважине . скваж М равна 2 . . 0 4 L скваж скваж вв М D dh = ∫ π ρ , (1.14) где . скваж D – диаметр заряда. . скваж М определяется также путем численного интегрирования (1.14).
На рис. 1–4 представлены результаты расчетов изменения плотности по длине скважинных зарядов для обводненных и необводненных скважин, а также расчет массы данных зарядов в зависимости от длины. При выполнении расчетов для построения указанных графиков принималось, что плотность матричной эмульсии и кристаллическая плотность аммиачной селитры при нормальных условиях равны 1,33г/см 3 (эмульсия на монорастворе аммиачной селитры) и 1,725 г/см 3 , соответственно. Другие параметры принимались равными: 0,024 ≅ δ ; 0,002 эм ≈ β 1/град; 0,001 ас ≈ β 1/град; 0,001 ас ∗ ≈ β 1/град; . 0,0002 п п ≈ β 1/град; . скваж D = 200 мм; Т∗ =303о К ; 283о Т К = . Пористость гранул аммиачной селитры принимали равной 0,15, что позволяло считать плотность ее гранул при нормальных условиях равной 1,466 г/см 3 . Рассматривались взрывчатые составы при оо вв ρ 1,0 ≅ г/см 3 . При расчетах полагалось: для обводненных скважин Р∗= 0,17МПа (7-метровый столб воды над верхним сечением скважинного заряда), а для сухих скважин Р∗= а Р =0,1МПа. Пористость Эмульпора, обусловленная воздухом, подхваченным при смешении эмульсии с гранулами вспененного полистирола, считалась равной 0,05. Анализ рис.1–4 показывает, что плотность Эмульпоров в отличии от плотности Эмулитов и Эмуланов незначительно изменяется с глубиной заряда. При глубине заряда 40 метров эмульсионное ВВ (Эмулит) как в обводненной, так и в сухой скважине Рис. 1. Изменение плотности ВВ в сухой скважине по длине заряда
Рис. 2. Изменение плотности ВВ в обводненной скважине по длине заряда Рис. 3. Зависимость массы скважинного заряда от длины (сухая скважина) Рис. 4. Зависимость массы скважинного заряда от длины (обводненная скважина) приобретает плотность близкую к критической (1,28 г/см 3 [1]), выше которой надежная детонация затруднена. Меньшая сжимаемость Эмульпоров обеспечивает также меньший расход ВВ
Доступ онлайн
405 ₽
В корзину