Управління детонаційним процесом в подовжених зарядах при руйнуванні породних масивів

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

 

Демещук Вадим Леонідович

 

УДК 622.232: 622.23.01

 

 

Спеціальність 05.15.03 – Відкрита розробка родовищ корисних копалин

 

 

Київ – 2008

 

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному науково - дослідному інституті промислової безпеки та охорони праці України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Кравець Віктор Георгійович, Національний технічний університетУкраїни “Київський політехнічний інститут” (НТУУ “КПІ”), завідувач кафедри.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, ст. наук. співр. Бойко Віктор Вікторович, завідувач лабораторією Інституту гідромеханіки НАН України.

Захист відбудеться 25.09.2008р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.22 при Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут ”) за адресою: 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37, к.22, ауд. 510,б.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37.

 

 

Актуальність теми. Одним з основних напрямків в галузі підривних робіт на гірничовидобувних підприємствах України є дотримання безпеки й ефективності керування енергією вибуху за рахунок підвищення частки її використання на корисні форми роботи при руйнуванні масивів гірських порід. З огляду на сучасну тенденцію до переходу на розробку безтротилових вибухових речовин (ВР), у т.ч. з використанням конверсійних боєприпасів, вимоги до ефективності й безпеки підривних робіт значно підвищуються. Аналогічні вимоги пред'являються й до розробки засобів ініціювання, здатних максимально реалізувати потенційну енергію заряду ВР. Можливість керування ефективністю використання енергії вибуху промислових свердловинних зарядів скінченних розмірів і механізмом передачі енергії вибуху в руйнований масив гірських порід у першу чергу визначаються характером зародження і розвитку детонаційних процесів в зарядній камері при вибуху ініціатора. Стосовно сучасних найпростіших сумішевих ВР система «ініціатор - лінійний заряд» потребує особливої уваги, оскільки вона має забезпечувати ефективність перетворення енергії вибуху в роботу деформування масиву гірських порід, особливо при їх складній структурі.

У зв'язку з цим розробка й впровадження науково обґрунтованих методів керування процесами ініціювання і детонації зарядів сумішевих ВР, що забезпечують підвищення ефективності подрібнення масивів гірських порід, є актуальним науковим завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація пов'язана із планами НДР Національного НДІ промислової безпеки та охорони праці, результати досліджень по ній отримані при виконанні наукових тем: «Розробка безпечної й ефективної технології підривних робіт свердловинними зарядами вибухових речовин у полімерних гнучких оболонках» (№ ДР 0102U000696) і «Дослідження й розробка прогресивних і безпечних технологій підривних робіт з використанням вибухових речовин місцевого приготування в умовах залізорудних кар'єрів Кривбасу» (№ ДР 0102U006895), у яких автор брав участь в якості виконавця.

Мета й завдання досліджень. Метою роботи є обґрунтування ефективності керування процесом детонації подовжених зарядів сумішевих ВР для створення умов максимальної передачі енергії вибуху в руйнований масив гірських порід складної структури.

Для досягнення поставленої мети визначені такі завдання досліджень:

встановити закономірності взаємодії в детонаційному режимі зарядів бойовика і об’єкта ініціювання з урахуванням їх геометрії, співвідношення енергетичних і акустичних властивостей;

обґрунтувати принципи і способи управління розвитком детонаційного процесу в системі “ініціатор - заряд” на різних стадіях його розвитку;

розробити раціональні методи керування детонацією подовжених зарядів вибухових сумішей для подрібнення гірських масивів складної структури.

Об'єктом дослідження є керовані процеси ініціювання подовжених зарядів сумішевих ВР при руйнуванні шаруватих масивів гірських порід.

Предметом дослідження є конструктивні й детонаційні характеристики системи «ініціатор – подовжений заряд ВР - порода».

Методи дослідження. Рішення поставлених у роботі завдань здійснено шляхом аналізу й узагальнення досягнень теорії й практики підривних робіт, сучасних положень про критерії ефективності вибухового розкладання подовженого заряду, аналітичних і експериментальних досліджень процесу започаткування детонації в подовженому заряді з використанням теорії подібності й розмірностей, а також застосування методів математичної статистики при обробці аналітичних і експериментальних даних і техніко-економічного аналізу отриманих результатів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше:

встановлено залежність зміни параметрів зони розгону детонації на контакті ініціатора з зарядом ВР від їх акустичних імпедансів, при яких мінімальні втрати енергії ініціатора у відбитій хвилі встонавлюються при співвідношенні імпедансів ініціатора і заряду ВР в межах 2,2…2,5;

обгрунтовано аналітичні залежності енергетичних характеристик процесу детонації подовженого заряду ВР спіральним ініціатором від кута орієнтування фронту детонації заряду ВР до стінки зарядної камери при умові відсутності “захльостування” детонаційних хвиль від наступних витків спіралі; 

доведено ефективність введення в склад сумішевих ВР інертних твердих часток кубоподібної чи прямокутної форм як підсилювачів "гарячих точок", що сприяють зростанню швидкості детонації заряду до 34,7 %;

в умовах руйнування різноміцнісних шаруватих масивів гірських порід встановлено аналітичну залежність для визначення відстані між зарядами з урахуванням найбільш міцного шару відносно корінних порід, азимута його простирання і кута падіння, висоти уступу і радіуса зони подрібнення.

Практичне значення одержаних результатів полягає в обґрунтуванні методів керування