автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка способа взрывания водосодержащих взрывчатых веществ с конверсионными компонентами для расширения области их применения

На правах рукописи СЕМЕНОВ Алексей Анатольевич Р 6 ОД

2 а т? 2зол

УДК 622.235.2

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ВЗРЫВАНИЯ ВОДОСОДЕРЖАЩИХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ С КОНВЕРСИОННЫМИ КОМПОНЕНТАМИ ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Специальность 05.15.11 — «Физические процессы горного производства»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель докт. техн. наук, проф. БЕЛИН В. А.

1 Официальные оппоненты:

докт. физ.-мат. наук, проф. ШВЕДОВ К- К., канд. техн. наук ГИЛЬМАНОВ Р. А.

Ведущее предприятие — «Росконверсвзрывцентр».

Защита диссертации состоится « '/■З. 2000 года

в . часов па заседании диссертационного совета К-053.12.05 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » . . . 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

докт. техн. наук, проф. КРЮКОВ Г. М.

ит.оъ^о

Общая характеристика работы

Актуальность телаи Развитие горнодобывающих отраслей промышленности России неразрывно связано с разработкой месторождений полезных ископаемых открытым способом. Одним из наиболее энергоемких процессов добычи полезных ископаемых является взрывоподготовка горной массы, которая во многом определяет эффективность и себестоимость добычи. От качества взрывной отбойки зависят результаты работы всею технологического комплекса и полнота извлечения полезных компонента« из недр.

Важным направлением совершенствования взрывных работ на карьерах является разработка эффективных ресурсосберегающих технологий разрушения крупноблочных обводненных скальных горных пород. Основные резервы повышения эффективности взрывных работ на карьерах связаны с разработкой и применением взрывчатых вещестз (ВВ), характеристики которых максимально соответствуют параметрам разрушаемых пород и обеспечивают оптимальную степень их дробления, минимальные потери и разубоживанне руд.

Следует отметить, что существующие промышленные взрывчатые вещества заводского изготовления имеют практически одинаковые термодинамические характеристики, что не всегда позволяет выполнить указанное выше требование о соответствии термодинамических характеристик ВВ параметрам разрушаемой породы. Поэтому широкая гамма изменений свойств разрушаемых пород вызывает необходимость разработки новых типов ВВ с изменяемыми в широких пределах энергетическими и рзрысчэтыми| характеристиками. Эта актуальная проблема может быть решена'путем создания' новых взрывчатых материалов с использованием конверсионных компонентов боеприпасов.

Однако влияние вида и количества конверсионных компонентов боеприпасов, вводимых в состав водосодержащих ВВ, на их детонационные и энергетические характеристики до последнего времени практически не изучалось, что существенно осложняет составление рецептур подобных ВВ.

Полому установление закономерностей влияния вида и количества конверсионных компонентов боеприпасов, вводимых в состав водосодержащих ВВ, на их термодинамические характеристики, позволяющие установить области рационального применения для разрушения массивов горных пород и обеспечить безопасность производства л применения данных ВВ, является важной научной задачей.

Цепь работы состоит в установлении закономерностей влияния свойств конверсионных компонентов, вводимых в состав водосодержащих ВВ, на их детонационные и энергетические характеристики, позволяющих разработать рациональные параметры ведения буровзрывных работ на карьерах, повышающие эффективность и снижающие их себестоимость.

Идея работы заключается в использовании утилизируемых компонентов боеприпасов в составе водосодержащих ВВ для повышения эффективности разрушеш.горных пород данными ВВ и расширения области их применения.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их повита:

1. Впервые установлено, что использований в качестве компонента водосодержащих и эмульсионных ВВ баллиститных ракетных твердых топлив (БРТТ) приводит к увеличению скорости детонации и снижению критического диаметра зарядов, а при использовании смесевых твердых ракетных топлив (СИТ) - к увеличению теплоты взрыва и увеличению критического диаметра заряда, по сравнению с соответствующими характеристиками акватола Т-20.

2. Определено, что зависимость теплоты взрыва эмульсионных ВВ от содержания БРТТ носит параболический характер, а оптимальное содержание БРТТ в составе эмульсионных ВВ находится в пределах 35-38%, при этом обьемная концентрация энергии достигает 5350 кДж/л, скорость детонации 55005700 м/с, а коэффициент относительной работоспособности составляет 0,76.

3. Впервые установлено, что измельченные пироксилиновые пороха (ПП) и БРТТ в составе эмульсионных и нитеобразных водогодержащих ВВ обладают уровнем чувствительности к механическим л тепловым воздействиям,

соответствующим штатным ВВ, что позволяет их использовать при механизированном заряжании скважин.

4. Установлено, что величина критического диаметра заряда водосодержащих ВВ, содержащих БРТГ, обратно пропорциональна их содержанию, что позволило разработать способ в:рывного разрушения крепких скальных горных пород, заключающийся в использовании измельченных БРТТ ь скважшшых зарядах эмульсионного или гелеобразкого ВВ, в которых масса промежуточного детонатора определяется величиной критического диаметра заряда.

Обоснованность а достоверность научных положений выводов и рекомендаций подтверждаются корректным выбором методов измерений, использованием современной измерительной аппаратуры с высокой помехоустойчивостью, использованием современных методов обработки результатов экспериментов, достаточным объемом экспериментальных измерений, поаторяемостыо результатов экспериментов и сопоставимостью их с известными ранее теоретическими и экспериментальными результатами.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей влияния свойств конверсионных компонентов, вводимых в состав водосодержащих ВВ, на их детонационные и энергетические характеристики.

Практическое значение состоит в повышении эффективности и применения водосодержащих ВВ, в том числе и в сульфидосодержащих рудах, а также расширении области их применения за счет введения в их состав конверсионных компонентов.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные результаты; диссертационной работы использованы при составлении Рекомендаций по1 применению эмульсионных ВВ с элементами утилизируемых баллиститных твердых ракетных топлив для взрывания горных пород в условиях карьеров Костомукшского месторождения желе; ггых кварцитов, разрабатываемых ОАО «Карельский окатыш».

Апробация работы. Основные положения диссертации и некоторые отдельные результаты докладывались на семинарах научного симпозиума "Неделя горшка" (Москва, 1997, 1998, 1999гг.), научной конференции

з

"Пысокоэ.чергегическне конденсированные системы" в МГТУ им. Баумана (Москва, 1998 г.), научной конференция молодых специалистов и ученых в ФЦДТ "Союз" (г. Дзержинский, 1998г.), международной конференции "Взрывное дело-99" (Москва, 1999г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, включения, списка литературы из 76 наименований, включает 30 рисунков и 24 таблицы.

Автор благодарит коллектив НТЦ «Взрывобезопасность» и лично профессора Г.А.Нишпала за помощь в проведении экспериментальных исследований.

Основное содержание работы

В настоящее время одной из важнейших задач горной науки и техники является разработка высокоэффективных ресурсосберегающих, экологически чистых и безопасных технологий взрывания массивов горных пород на карьерах. В настоящее время существует ряд нерешенных проблем, обусловленных необходимостью повышения эффективности буровзрывного комплекса. Это связано с резким удорожанием взрывчатых материалов, углублением рабочих горизонтов карьеров, увеличением обводненности массивов, взрыванием в агрессивных сульфидосодержащих рудах, а также необходимостью использования на карьерах более дешевых и эффективных ВВ, характеристики которые максимально соответствуют свойствам разрушаемых пород.

В связи с этим становится целесообразным использование для взрывных работ более дешевых ВВ, содержащих высокоэнергетические утилизируемые взрывчатые материалы.

Большой вклад в развитие этого направления горного дела внесли ученые В.А.Белин, В.В.Галкин, А.С.Державец, Е.Ф.Жегров, Б.П.Жуков, Н.Н.Казаков, В.Х.Кантор, В.И.Комащенко, Г.М.Крюков, Б.Н.Кутузов, Б.Н.Кукиб, В.Н.Лапшин,

Б.Л.Меньшиков, Г.А.Нишпал, А.Н.Осавчук, В.И.Пепекш;, И.Я.Пстровскии, Н.Я.Репин, Ю.Г.Щукин и другие.

Анализ известных технических решений и технологий БВР показал, что для получения рациональной степени дробления горной массы необходимо использовать ВВ, скорость детонации которых соответствует скорости распространения продольных волн в массиве горных пород.

Имеющийся опыт ведения взрывных работ показывает, что существующие промышленные водосодержащие ВВ заводского изготовления имеют практически одинаковые характеристики, а отличие по скорости детонации не превышает 25 %.

Исследования, проведенные с участием автора данной работы, показали, что получение водосодержащих ВВ с заранее заданными взрывчатыми и технологическими характеристиками возможно путем введения в их состав утилизируемых компонентов боеприпасов с истекшими сроками эксплуатации. Однако следует отметить, что извлекаемые из боеприпасов взрывчатые материалы имеют различный химический состав и свойства.

Работы по оценке влияния различных видов утилизируемых компонентов, таких как: баллиститные ракетные твердые топлива (ЕРТТ), пироксилиновый порох (ПП), а также их смеси, смесевое твердое ракетное топливо (СТРТ), гексогек, тротил, на детонационные и энергетические характеристики водосодержащих ВВ проводились в НТЦ "Взрывобезопасность" ФЦДТ "Союз". Содержание утилизируемых компонентов различных видов в составе ВВВ изменялось от 10 до 50%.

Оценка влияния утилизируемых компонентов на энергетические | характеристики ВВ проводилась по экспресс-методу, разработанному в НИИЦ< "Каста", В основу методики заложена зависимость взрывной эффективности от свойств используемых взрывчатых материалов. Критериями такой оценки является определение значений: объегшой концентрации энергии, мощности промышленного ВВ, давления продуктов детонации в скважине.

При оценке детонационных свойств разработанных водосодержащих ВВ, содержащих утилизируемые компоненты, экспериментально определялись скорость детонации и критический диаметр зарядов.

В качестве эталона выбрано одно из наиболее распространенных водосодержащих ВВ акватол-Т20ГК, содержащий 20% тротила, и имеющий следующие характеристики: плотность 1,45 г/см3, скорость детонации 5,0+5,3 км/с, критический диаметр детонации 120 мм, теплоту взрыва 3700 кДж/кг, объемную концентрацию энергии 5365 кДк/дм\ объем газов 900 л/кг (1250 л/дм3).

Влияние различных видов утилизируемых компонентов на детонационные и энергетические характеристики водосодержащих ВВ, а также зависимость детонационных и энергетических характеристик водосодержащих ВВ от содержания утилизируемых компонентов представлены на рис.1-5.

Механизм влияния на детонационные характеристики добавок в виде элементов порохов и твердых ракетных топлив (П и ТРТ) представляется следующим образом. Неоспоримым фактом для любого вида смесевых ВВ является ( логостадийность детонационной реакции.

Известно, что пороховые элементы при гравиметрической плотности, в отличие от моноблочных зарядов (шашек, изделий), детонируют по так называемому баллистическому механизму, т.е. происходит "сгорание" отдельных элементов во фронте ударной волны. При этом следует отметить, что более высокая способность к горению по сравнению о классическими ВВ заложена в самой природе пороха. Интенсивное сгорание отдельных элементов пороха в зоне высоких давлений способствует термическому разложению (газификации) аммиачной селигры и тем самым не только сокращает общее время детонационной реакции, но и повышает возбудимость всей взрывчатой системы - водосодержащего ВВ.

Таким образом показано, что введение в состав водосодержащих ВВ в качестве энергетической добавки ахтивных, способных к самостоятельному взрывчатому превращению утилизируемых порохов и ТРТ, повышает способность системы к возбуждению взрывного процесса и, затем, к устойчивому протеканию детонационной реакции.

Рис.1. Влияние вида утилизируемых компонентов боеприпасов на объемную концентрацию энергии ВВВ

Рис.2. Влияние вида утилизируемых компонентов боеприпасов, вводимых в состав ВВВ, на скорость детонации

6200 г--]

I

I

Д бооо • ......

| 5£00 [ — г 1

о»

о;

а ;

Я 5600

5400

4 - в2 • о .9е«м .- :,

-0,^063^ * 7,3081/ » 5141Я

« I

1 I

I 6200

6000

Т.

10

_____? ___

С« ЧЗ.Овббх1 ■> «.'»Юх» 6128^3

20 30 40

Содержание, %

^ПГ'УвРТТТсТРГЗ

„и

5С

—I 60

Рис.3. Зависимость объемной концентрации энергии эмульсионного ВВ от содержания утилизируемых компонентов различных видов

----¡У = 5,27441п(Х>-4,0824

I, Я2 = 0.9698

а

ф

X

а> с со

5

20

у = -0,0041х2 + 0,4667х - 0,962- I = 0,9936 | :

30 40

Содержание утилизируемых БРТТ,%

[♦ ЭСВВ вгелеобр.вв]

Рис.4. Зависимость давления в скважине от содержания БР'ГТ

Содержание,% ¡4 ПП ■ гранипор 4 БРТТ j

Рис.5. Зависимость скорости детонации эмульсионного ВВ от содержания утилизируемых компонентов боеприпасов

Для сравнительной оценки эффективности применения разработанных ВВВ, содержащих измельченные утилизируемые БРТТ, была проведена серия экспериментов по определению работоспособности BDB по воронке выбрсса.

Эксперименты проводились в песчаном бассейне, масса зарядов составляла 3,0 кг, диаметр 105 мм, длина 300-350 мм, инициирование заряда осуществлялось в нижней его части. Для заряда эталонного BBÍ граммонита| 79/21 была определена оптимальная глубина заложения, соответствующая воронке нормального выброса, на которой проводились все дальнейшие эксперименты. Во всех испытаниях учитывалась влажность песка.

Зависимость относительной работоспособности ВВВ от содержания утилизируемых БРТТ представлена на рис. 6.

1,1

;У = О.ООСЗх2 -0,0187х+ 1,17|

|у = О.ОООЗх2 - о.оеовх + 1.88, I К' =0,9976 1

30 40

Содержание БРТТ, %

(♦ ЭСБВ в Гелеобр.ВВ |

50

Рис.6. Зависимость относительной работоспособности ВВВ от содержания утилизируемых БРТТ

В результате проведенных исследований установлено, что теплота взрыва водосодержащих эмульсионных и гелеобразных ВВ, содержащих С'ГРТ максимальна, но детонационные характеристики данных составов ниже, чем у водосодержащих ВВ, содержащих БРТТ, которые по своим энергетическим характеристикам аналогичны акватолам, однако скорость детонащш, мощность и давление, создаваемое при взрыве в скважине, на 10-15% выше.

Определено, что оптимальное содержание БРТТ в составе эмульсионных и гелеобразных ВВ находился в пределах 35-38%, при этом объемная концентрация энергии достигает 5350 кДж/л, скорость детонации 5500-5700 м/с, критический диаметр 60-70 . мы, а коэффициент относительной работоспособности составляет 0,76.

Проведенными расчетами и экспериментальными исследованиями показано, что нзмешя содержание вводпмых в состав водосодержащих ВВ

ю

утилизируемых компонентов различных видов, можно создавать ПН, обладающие эксплуатационными и технологическими характеристикам!:, отвечающими конкретным условиям проведения взрывных рабог.

С целью оценки уровня безопасности использования утилизируемых компонентов в качестве сенсибилизирующей добавки для водосодсржащих ВВ была провезена серия испытаний по оценке чувствительности к различным механическим и тепловым воздействиям, устойчивости горения и склонности к переходу горения в детонацию в соответствии с установленными стандартами на методы испытаний ГОСТ 4545-88, ГОСТРВ 50874-96, ГОСТРВ 50875-96, ГОСТ РВ 50882-96, ГОСТ РВ 51007-96.

Результаты проведенного комплекса испытаний свидетельствуют, что все пороховые элементы, использованные в качестве сенсибилизирующих добавок в водосодержащих ВВ, обладают уровнем чувствительности к механическим и тепловым воздействиям, сравнимым с уровнем чувствительности используемых промышленных ВВ, и могут быть рекомендованы для введения в состав ВВВ с точки зрения обеспечении безопасности.

Однако определение уровня чувствительности по стандартным методам испытаний дает сравнительную оценку чувствительности ВМ, т.е. дает качественную картину. В связи с этим были проведены дополнительные исследования наиболее чувствительного к воспламенению ВМ - сухой крошки пироксилинового пороха в условиях длительного трения, моделирующего нагрузки, возникающие при смешении, дозировке и других технологических операциях, возникающих при производстве, транспортировке и применении ВВ.

Суть данного метода заключается в том, что навеску испытуемого образца массой 2,0 г помещали в специальную сборку и путем вращения одной из пар трения имитировали длительные нагрузки на конкретный ВМ. Перемещение подвижной пары трения осуществляли путем вращения шпинделя сверлильного станка, на столе которого закрепляли неподвижную часть модельного устройства.

В результате проведенных экспериментов было установлено, что воспламенения даже сухой крошки пироксилинового пороха в достаточно

жестких, условий (давление прижатия пар трения 9-10 кгс/см2 и скорость относительного перемещения 5 м/мин, длительность трения составляла 60 минут)-эксперимента не происходит.

Учитывая, что другие виды утилизируемых порохов и ТРТ менее чувствительны к воспламенению, и флегматизацию пороховых элементов, находящихся в составе водосодер-.каших ВВ, возможно допустить данные ВВВ к механизированному заряжанию.

Для оценки эффективности применения разработанных ВВВ с конверсионными компонентами для взрывной отбойки различных типов горных пород применен комплексный критерий эффективности, разработанный в МГГУ. Комплексный критерий эффективности (Е) связывает как свойства самого конверсионного ВВ, так и свойства разрушаемых пород и позволяет с достаточной точностью прогнозировать способность конверсионного ВВ к эффективному дроблению и перемещению разрушаемых горных пород.

К числу характеристик, учитывающих сопротивляемость горных пород действию взрыва, относятся:

S - параметр, учитывающий сопротивляемость пород действию взрыва; величина S определяется по формуле:

S - (A/f'25 Къ

где А - акустический показатель трещииоватости массива;

f - коэффициент крепости породы по шкале М.М. Протодьяконова; •АТд-показатель относительной вязкости

где X - относительный показатель вязкости пород (Х.=3+7). В общем виде критерий эффективности ВВ имеет вид:

где ф((2) - параметр, учитывающий энергонасыщенность ¡311; \{/(У) - параметр, учитывающий удельное газообразование;

>+1 1б„лА) риР);'

где 0//- теплота взрыва эталонного и испытуемого ВВ; рзт, ри - плотность заряжания эталонного и испытуемого ВВ;

£>;/ - скорости детонации эталонного и испытуемого ВВ; Руг, Рц - давление продуктов детонации в зарядной полости при взрыве эталонного и испытуемого ВВ;

Из приведенной формулы следует, что если Е < 1, то нспьплемое конверсионное ВВ более эффективно, чем эталонное промышленное ВВ.

В результате проведенных исследований были определены зависимости эффективности применения эмульсионных и гелеобразных ВВ с различным содержанием утилизируемых баллиститных ТРТ от коэффициента крепости и степени трещиноватостн горных пород. В качестве эталонного ВВ принято наиболее распространенное водосодержащее ВВ - акватол Т-20ГК.

Зависимость комплексного критерия эффективности от показателя сопротивляемости пород действию взрыва представлена на рис. 7.

Следует отметить, что для сильнотрещиноватых пород коэффициент крепости меньше влияет на эффективность взрывного разрушения, чем для пород IV-V категории трещиноватости.

Автором проведен расчет эффективности применения разработанных водосодержащчх ВВ применительно к взрыванию пород Костомукшскот о месторождения железистых кварцитов.

Значения комплексного критерия эффективности для эмульсионных ВВ, содержащих 37% утилизируемых БРТТ, применительно к породам, разрабатываемым ОАО «Карельский окатыш», приведены в таблице.

3

Рис. 7. Зависимость комплексного показателя эффективности от сопротивляемости пород действию взрыва

Зависимость комплексного критерия эффективности применения

эмульсионного В В, содержащего 37% утилизируемых БРТТ

Наименование пород Коэф. креп. { Аккуст. показат. трещино-ватости, А Коэф. вязкости Кх Показат. сопро-тшзляем. разруш. Б Эффективность Е

Амфибол-магнетитовые кварциты 18,3 0,55 0,873 1,55 0,90

Магнетитовые кварциты 15,4 0,54 0.875 1,49 0,89

Плагиопорфиры. филнтовидиые сланцы 14,1 0,32 0,877 1,29 0,88

Кварц-биотитовые сланцы 8,4 0,30 0,883 1,14 0,87

Таким образом, в результате проведенных исследований показано, что разработанные эмульсионные ВВ с оптимальным содержанием конверсионных компонентов, равным 36-38%, при использовании для разрушения горных пород III-IV категории трешиноватости с коэффициентом крепости по шкале ММ.Протодьяконова, 1=8-18, по эффективности на 10-13% превосходят применяемые в настоящее время акватолы Т-20ГК. Применение подобных ВВ с конверсионными компонентами для разрушения крепких крупноблочных массивов пород позволит на 10-13% расширить сетку скважин, что существенно снизит объем проводимых буровых работ, а также, за счет снижения критического диаметра детонации до 60-70 мм, позволит применить скважины диаметром 80-105мм, используя высокопроизводительные буровые станки.

Одним из главнейших недостатков применения горячельющихся ВВВ является опасность использования их для отбойки сульфидсодержащих руд, особенно с повышенным содержанием пирита, т.к. известны случаи самопроизвольных взрывов зарядов в скважинах, заряженных ВВ на основе аммиачной селитры при добыче сульфидных руд.

Причиной этих взрывов является химическое взаимодействие аммиачной селитры с мелкодисперсной буровой мелочью, содержащей сульфиды. Особенно опасен в этом отношении пирит. Известно общее правило: скорость химической реакции при повышении температуры реагирующих веществ на 10°С возрастает в 2+J раза. Поэтому для повышения безопасности работ зарядку скважин, в которых могут быть сульфиды, необходимо производить при минимально возможной температуре. Однако для большинства ВВВ температура заряжания не может быть ниже 85-90°С, т.к. начинается кристаллизация раствора аммиачной селитры. Применение эмульсионных и гелеобразных ВВ, содержащих в качестве энергетического компонента измельченные утилизируемые пороха и ТРТ, позволит производить заряжание скважин при температуре 20-30°С, что снижает возможность возникновения химических реакций с сульфидосодержащими рудами и повышает безопасность проведения взрывных работ.

Замена горячельющихся ВВ на эмульсионные или гелеобразные ВВ приведет к исключению потерь тротила в промежуточных детонаторах за счет

его плаилеиия, что позволит применять промежуточные детонаторы меньшей массы.

По данным ИХФ АН СССР величины предельных инициирующих зарядов я относятся между собой, как кубы критических диаметров. Однако данная зависимость верна только для зарядов ВВ, имеющих одинаковую плотность. На практике в горнодобывающей промышленности используются ВВ имеющие плотность от 0,8 до 1,55 г/см3. Введение в известную зависимость поправочного коэффициента к, учитывающего разницу в плотностях эталонного и исследуемого зарядов, позволяет определять минимальную массу промежуточного для любого ВВВ с известным критическим диаметром детонации.

й *

Ар.Э

, где

9.

- минимальная масса промежуточного детонатора для эталонного ВВ; с]и - минимальная масса промежуточного детонатора для исследуемого ВВ; с/кр] - критический диаметр детонации эталонного ВВ; с{ю1и - критический диаметр детонации исследуемого ВВ; к~-р/ри - коэффициент, учитывающий разницу в плотностях эталонного и исследуемого ВВ.

Зависимость массы промежуточного детонатора от критического диаметра заряда водосодержащих ВВ, имеющих плотность 1,45-1,50 г/см', представлена на рис.8.

Масса промежуточного детонатора, 061 дечивающего надежное инициирование ЭСВВ, содержащего 36-38% утилизируемых БРТТ, рассчитанная по приведенной формуле, составляет 137 г, что в 2,9 раза меньше массы промежуточного детонатора, необходимого для инициирования акватола Т-20ГК. Эксперименты, проведенные на зарядах эмульсионного ВВ с содержанием утилизируемых БРТТ равным 37%, подтвердили надежность инициирования указанных зарядов при помощи промежуточного детонатора массой 140-150 г.

критический диаметр, мм

Рис.8. Зависимость массы промежуточного детонатора от критического диаметра заряда водосодержащего В В

Учитывая, что для обеспечения запаса надежности инициирования на практике масса промежуточных детонаторов в 2 - 2,5 раза превышает массу минимально необходимого заряда, масса промежуточного детонатора для предлагаемого эмульсионного ВВ составит 275 - 345 г, т.е. в качестве промежуточного детонатора с 2-3-х кратным запасом надежности возможно применить одну шашку прессованного тротила массой 400 г.

Результаты расчетов себестоимости производства взрывных работ на карьерах АО «Карельский окатыш» при применении различных типов ВВ показали, что при производстве взрывных работ с применением предлагаемою эмульсионного ВВ, содержащего 37% элементов утилизируемых БРТТ, затраты на отбойку одной тонны горной массы составляют 1,03 руб/т, т.е. могут быть снижены на 20,3% по сравнению с базовым вариантом (акватол Т-20ГК).

Таким образом экономический эффект от внедрения предлагаемого эмульсионного ВВ с элементами утилизируемых БРТТ при отбойке одного кубометра горной массы составит 0,74 руб/ м3.

Заключение

В результате проведенных в диссертационной работе исследований решена важная научная задача, заключающаяся в установлении закономерностей влияния вида и количества конверсионных компонентов боеприпасов, вводимых ь состав водосодержащих ВВ, на их термодинамические характеристики, позволяющие установить области рационального применения для разрушения массивов горных пород, а также разработать рациональные параметры ведения буровзрывных работ на карьерах, повышающие эффективность и снижающие их себестоимость. ..

По результатам проведенных исследований сформулированы следующие научные выводы:

1. Впервые установлено, что использование в качестве компонента водосодержащих и эмульсионных ВВ батлиститных ракетных твердых топлив (БРТТ) приводит к увеличению скорости детонации и снижению критического диаметра зарядов, а при использовании смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ) - к увеличению теплоты взрыва и увеличению критического диаметра заряда, по сравнению с соответствующими характеристиками акватола Т-20.

2. Определено, что зависимость теплоты взрыва эмульсионных ВВ от содержания БРТТ носит параболический характер, а оптимальное содержание БРТТ в составе эмульсионных ВВ находится в пределах 35-38%, при этом объемная концентрация энергии достигает 5350 к Jn, скорость детонации 5500-5700 м/с, а коэффициент относительной работоспособности составляет 0,76.

3. Установлено, что величина критического диаметра зарядов водэсодержащих ВВ, содержащих БРТГ, обратно пропорциональна их содержанию и изменяется в пределах 50-85 мм, что позволяет применять данные ВВ при буровзрывных работах с использованием скважин малого диаметра.

4. Проведенными расчетами и экспериментальными исследованиями показано, что изменяя содержание вводимых в состав водосолержаншх ВП утилизируемых компонентов различных видов, можно создавать HD, обладающие эксплуатационными и технологическими характеристиками, отвечающими конкретным условиям проведения взрывных работ.

5. Впервые установлено, что измельченные пироксилиновые пороха (ПП) и БРТТ в составе эмульсионных и гелеобразных водссодержащич В В обладают уровнем чувствительности к механическим и тепловым воздействиям, соответствующим штатным ВВ, что позволяет их иснользог.ать при механизированном заряжании скважин.

6. Разработана методика лабораторных испытаний, моделирующая возможные механические воздействия на ВВ в процессе механизированного заряжания скважин.

7. Установлено, что по эффективности разработанные эмульсионные ВВ с конверсионными компонентами при разрушении массивов горных пород III-IV категорий трещиповатости с коэффициентом крепости от 8 до 18 по шкале проф. М.М.Протодьяконова на 10-13% превосходят штатные акватолы-Т20ГК.

8. Разработан- способ взрывного разрушения крепких скальных горных пород, заключающийся в использовании измельченных БРТГ в скважинных зарядах эмульсионного или гелеобразного ВВ, в которых масса промежуточного детонатора определяется величиной критического диаметра заряда.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Милехин Ю.М., Нншпал Г.А., Семеном A.A., Кутузов П.Н., Келнн В.А. Создание промышленных ВВ с заданными характеристиками, содержащих в составе энергоемкие элементы от утилизируемых боеприпасов -В сб.: Материалы международной конференции »Взрывное дело - 99». - М:11зд. МГГУ,199<>.

2. Нншпал Г.А., Семенов A.A., Кутузов E.H., Белнн В.Л., Мсркулон В.А. Разработка водосодержаших промышленных ВВ с

исполыоианием компонентов утилизирусмых боеприпасов. - В сб.: Материачы конференции "Разработка взрывчатых компонентов и материалов". г.Дзержинск, 1999.

3. Белин В.А., Нншпал Г.А., Семенов A.A. Методика сравнительной оценки работоспособности водосодержащих ВВ с конверсионными компонентами - В сб.: Взрывное дело, №92/49-М:ГУДП "Полиграф", 1999.

4. Семенов A.A. Результаты сравнительной оценки работоспособности водосодержащих ВВ с конверсионными компонентами по коронке ьыброса. - В сб.: Взрывное дело, №92/49. - М: ГУДП "Полиграф", 1999.

5. Нншпал Г.А., Осавчук А.II., Гусаковская Э.Г., Михеев П.Н., Семенов A.A. Выбор критериев безопасности при допуске промышленных ВВ к постоянному применению. -В.сб.: Взрывное дело, Jft91/48. -M:Apro2000, 1998.

6. Нншпал Г.А., Осавчук А.Н., Гуеаковская Э.Г., Михеев П.Н., Семенов A.A. Выбор критериев безопасности при допуске утилизируемых взрывчатых материалов к применению в народном хозяйстве. - В.сб.: Тезисы конференции «Газодинамические импульсные устройства». - М:Изд. МГТУ им. Баумана, 1998.

Подписано в печать 01.03.2000. Формат 60x90/16 Объем 1,25 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ № 9В7 Типография МГГУ. Ленинский пр., д.6

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Отличительные особенности порохов и твердых ракетных топлив.

1.2 опыт применения промышленных ВВ с использованием. утилизируемых компонентов боеприпасов.

1.3 Особенности рецептур водосодержащих ВВ и предъявляемые к ним требования.

1.4 Цели, задачи и методы исследований.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА ДЕТОНАЦИОННЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОСОДЕРЖАЩИХ ВВ ВВОДИМЫХ В ИХ СОСТАВ УТИЛИЗИРУЕМЫХ КОМПОНЕНТОВ БОЕПРИПАСОВ.

2.1 Разработка методики определения детонационных и энергетических характеристик водосодержащих ВВ с использованием утилизируемых компонентов боеприпасов.

2.2 Исследование влияния вида утилизируемых компонентов на теплоту взрыва водосодержащих ВВ.

2.3 Исследование влияния вида утилизируемых компонентов надетонационные характеристики водосодержащих ВВ.

2.4 Влияние вида утилизируемых компонентов, вводимых в состав водосодержащих ВВ на их мощность и давление, создаваемое в скважине.

2.5 исследование влияния содержания утилизируемых компонентов на теплоту взрыва водосодержащих ВВ.

2.6 Исследование влияния содержания утилизируемых компонентов на детонационные характеристики водосодержащих

2.7 Влияние содержания утилизируемых компонентов, вводимых в состав. водосодержащих ВВ на их мощность и давление, создаваемое в скважине.

2.8 сравнительная оценка работоспособности водосодержащих ВВ с различным содержанием утилизируемых компонентов.

2.9 Выводы.

3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАННЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ВЗРЫВЧАТЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОСОДЕРЖАЩИХ ВВ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УТИЛИЗИРУЕМЫХ КОМПОНЕНТОВ, ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ.

3.1 исследование детонационных характеристик водосодержащих вв, содержащих элементы утилизируемых порохов и твердых ракетных топлив, при отрицательных температурах.

3.2 Разработка способов обеспечения заданных эксплуатационных и взрывчатых характеристик водосодержащих ВВ с компонентами утилизируемых боеприпасов в широком температурном диапазоне.

3.3 Выводы.

4. ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА, ТРАНСПОРТИРОВКИ, ХРАНЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВВ.

4.1 Выбор критериев безопасности при допуске ВВ к применению.

4.2 Оценка уровня безопасности использования утилизируемых компонентов в составе водосодержащих ВВ.

4.3 моделирование реальных воздействий на взрывчатые вещества в процессе заряжания скважин.

Развитие горнодобывающих отраслей промышленности России неразрывно связано с разработкой месторождений полезных ископаемых открытым способом. Одним из наиболее энергоемких процессов добычи полезных ископаемых является взрывоподготовка горной массы, которая во многом определяет эффективность и себестоимость добычи. От качества взрывной отбойки зависят результаты работы всего технологического комплекса и полнота извлечения полезных компонентов из недр.

Важным направлением совершенствования взрывных работ на карьерах является разработка эффективных ресурсосберегающих технологий разрушения крупноблочных обводненных скальных горных пород. Основные резервы повышения эффективности взрывных работ на карьерах связаны с разработкой и применением взрывчатых веществ (ВВ), характеристики которых максимально соответствуют параметрам разрушаемых пород и обеспечивают оптимальную степень их дробления, минимальные потери и разубоживание руд.

В настоящее время отбойка крепких руд в горной промышленности и строительстве производится с применением промышленных ВВ, которые по своим энергетическим параметрам могут уступать баллиститным и смесевым составам, используемыми в оборонной промышленности. Поэтому конверсия оборонной промышленности открывает широкие возможности в использовании утилизируемых составов из демонтируемого вооружения в мирных целях.

Следует отметить, что существующие промышленные взрывчатые вещества заводского изготовления имеют практически одинаковые термодинамические характеристики, что не всегда позволяет выполнить указанное выше требование о соответствии термодинамических характеристик ВВ параметрам разрушаемой породы. Поэтому широкая гамма изменений свойств разрушаемых пород вызывает необходимость разработки новых типов ВВ с изменяемыми в широких пределах энергетическими и взрывчатыми характеристиками. Эта актуальная проблема может быть решена путем создания новых взрывчатых материалов с использованием конверсионных компонентов боеприпасов.

Однако влияние вида и количества конверсионных компонентов боеприпасов, вводимых в состав водосодержащих ВВ, на их детонационные и энергетические характеристики до последнего времени практически не изучалось, что существенно осложняет составление рецептур подобных ВВ.

Поэтому установление закономерностей влияния вида и количества конверсионных компонентов боеприпасов, вводимых в состав водосодержащих ВВ, на их термодинамические характеристики, позволяющие установить области рационального применения для разрушения массивов горных пород и обеспечить безопасность производства и применения данных ВВ, является важной научной задачей.

Большой вклад в развитие этого направления горного дела внесли ученые В.А.Белин, В.В.Галкин, А.С.Державец, Е.Ф.Жегров, Б.П.Жуков, Н.Н.Казаков, В.Х.Кантор, В.И.Комащенко, Г.М.Крюков, Б.Н.Кутузов, Б.Н.Кукиб, В.Н.Лапшин, Б.А.Меньшиков, Г.А.Нишпал, А.Н.Осавчук, В.И.Пепекин, ИЛ.Петровский, Н.Я.Репин, Ю.Г.Щукин и другие.

При решении вопросов утилизации боеприпасов особое место занимают задачи переработки порохов и твердых ракетных топлив (П и ТРТ), которые до настоящего времени большей частью уничтожаются сжиганием, что экономически нецелесообразно и, в ряде случаев, небезопасно для окружающей среды [1,2].

П и ТРТ создавались с целью обеспечения устойчивого горения в различных режимах, однако при инициировании достаточно мощным ударным импульсом они способны устойчиво детонировать. В настоящее время существует ряд ТРТ, которые по своему энергетическому уровню значительно превосходят штатные промышленные ВВ.

Анализ различных вариантов утилизации порохов и твердых ракетных топлив показывает, что одним из наиболее рациональных способов является их непосредственное использование в качестве промышленных ВВ или переработка в промышленные ВВ [1,3,4,5,6,7]. При этом процесс их изготовления должен максимально базироваться на существующей на заводах технологической базе по производству порохов и топлив. Вновь создаваемые промышленные взрывчатые вещества на основе утилизируемых компонентов по своей эффективности, технологической и экологической безопасности должны быть не хуже аналогичных стандартных ВВ, используемых в горнодобывающей промышленности.

Однако пороха и твердые ракетные топлива, получаемые при расснаря-жении боеприпасов, как правило, не могут быть использованы непосредственно в качестве промышленных ВВ ввиду высокой чувствительности к воспламенению, экологически неблагоприятного состава продуктов взрыва, а в ряде случаев и повышенной токсичности[8,9].

Этим определяется актуальность изучения возможности применения утилизируемых составов в качестве энергетических добавок в составе водосодер-жащих ВВ на основе аммиачной селитры.

Настоящая диссертационная работа посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям водосодержащих ВВ с использованием утилизируемых компонентов боеприпасов, позволяющим установить области их рационального применения для разрушения массивов горных пород и обеспечению безопасности производства и применения ВВ с использованием конверсионных компонентов.

Цель работы состоит в установлении закономерностей влияния свойств конверсионных компонентов, вводимых в состав водосодержащих ВВ, на их детонационные и энергетические характеристики, позволяющих разработать рациональные параметры ведения буровзрывных работ на карьерах, повышающие эффективность и снижающие их себестоимость.

Идея работы заключается в использовании утилизируемых компонентов боеприпасов в составе водосодержащих ВВ для повышения эффективности разрушения горных пород данными ВВ и расширения области их применения.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

1. Впервые установлено, что использование в качестве компонента водосодержащих и эмульсионных ВВ баллиститных ракетных твердых топлив

БРТТ) приводит к увеличению скорости детонации и снижению критического диаметра зарядов, а при использовании смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ) - к увеличению теплоты взрыва и увеличению критического диаметра заряда, по сравнению с соответствующими характеристиками акватола Т-20.

2. Определено, что зависимость теплоты взрыва эмульсионных ВВ от содержания БРТТ носит параболический характер, а оптимальное содержание БРТТ в составе эмульсионных ВВ находится в пределах 35-38%, при этом объемная концентрация энергии достигает 5350 кДж/л, скорость детонации 55005700 м/с, а коэффициент относительной работоспособности составляет 0,76.

3. Впервые установлено, что измельченные пироксилиновые пороха (ПП) и БРТТ в составе эмульсионных и гелеобразных водосодержащих ВВ обладают уровнем чувствительности к механическим и тепловым воздействиям, соответствующим штатным ВВ, что позволяет их использовать при механизированном заряжании скважин.

4. Установлено, что величина критического диаметра заряда водосодержащих ВВ, содержащих БРТТ, обратно пропорциональна их содержанию, что позволило разработать способ взрывного разрушения крепких скальных горных пород, заключающийся в использовании измельченных БРТТ в скважинных зарядах эмульсионного или гелеобразного ВВ, в которых масса промежуточного детонатора определяется величиной критического диаметра заряда.

Обоснованность и достоверность научных положений выводов и рекомендаций подтверждаются корректным выбором методов измерений, использованием современной измерительной аппаратуры с высокой помехоустойчивостью, использованием современных методов обработки результатов экспериментов, достаточным объемом экспериментальных измерений, повторяемостью результатов экспериментов и сопоставимостью их с известными ранее теоретическими и экспериментальными результатами.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей влияния свойств конверсионных компонентов, вводимых в состав водосодержащих ВВ, на их детонационные и энергетические характеристики.

Практическое значение состоит в повышении эффективности и применения водосодержащих ВВ, в том числе и в сульфидосодержащих рудах, а также расширении области их применения за счет введения в их состав конверсионных компонентов.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные результаты диссертационной работы использованы при составлении Рекомендаций по применению эмульсионных ВВ с элементами утилизируемых баллиститных твердых ракетных топлив для взрывания горных пород в условиях карьеров Костомукш-ского месторождения железистых кварцитов, разрабатываемых ОАО «Карельский окатыш».

Апробация работы. Основные положения диссертации и некоторые отдельные результаты докладывались на семинарах научного симпозиума "Неделя горняка" (Москва, 1997, 1998, 1999гг.), научной конференции "Высокоэнергетические конденсированные системы" в МГТУ им. Баумана (Москва, 1998 г.), научной конференции молодых специалистов и ученых в ФЦДТ "Союз" (г. Дзержинский, 1998г.), международной конференции "Взрывное дело-99" (Москва, 1999г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 76 наименований, включает 30 рисунков и 26 таблицы.

2.9 Выводы

1. Впервые установлено, что при использовании в качестве компонента водосо-держащих и эмульсионных ВВ баллиститных ракетных твердых топлив (БРТТ) приводит к увеличению скорости детонации и снижению критического диаметра зарядов, а при использовании смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ) - к увеличению теплоты взрыва и увеличению критического диаметра заряда, по сравнению с соответствующими характеристиками акватола Т-20.

2. Определено, что зависимость теплоты взрыва эмульсионных ВВ от содержания БРТТ носит параболический характер, а оптимальное содержание БРТТ в составе эмульсионных ВВ находится в пределах 35-38%, при этом объемная концентрация энергии достигает 5350 кДж/л, скорость детонации 5500-5700 м/с, а коэффициент относительной работоспособности составляет 0,76.

3. Установлено, что величина критического диаметра зарядов водосодержащих ВВ, содержащих БРТТ, обратно пропорциональна их содержанию и изменяется в пределах 50-85 мм, что позволяет применять данные ВВ при буровзрывных работах с использованием скважин малого диаметра.

4. Проведенными расчетами и экспериментальными исследованиями показано, что изменяя содержание вводимых в состав водосодержащих ВВ утилизируемых компонентов различных видов, можно создавать ВВ, обладающие эксплуатационными и технологическими характеристиками, отвечающими конкретным условиям проведения взрывных работ.

3. Обеспечение заданных эксплуатационных и взрывчатых характеристик водосодержащих ВВ, с использованием утилизируемых компонентов, при отрицательных температурах.

3.1 Исследование детонационных характеристик водосодержащих ВВ, содержащих элементы утилизируемых порохов и твердых ракетных топлив, при отрицательных температурах.

Учитывая природные и климатические условия России, для обеспечения безопасности проведения взрывных работ необходимо, чтобы промышленные ВВ сохраняли свои свойства в широком температурном диапазоне, в частности, сохраняли работоспособность и не повышали опасность обращения с ними при отрицательных температурах. Так гелеобразное ВВ типа "сларри", содержащее 20% элементов утилизируемых СТРТ в виде кубиков 5x5x5 мм или чипсов гидрорезки изделия из СТРТ, разработанное в ФЦДТ "Союз" совместно с американо ской фирмой United Technologies Corporation, при плотности 1,2 г/см устойчиво детонирует со скоростью до 4200 м/с при диаметре заряда 100 мм[51,52]. Однако, в ходе испытаний выяснилось, что данный состав является детонационноспо-собным в диапазоне температур 0^-+30°С. Таким образом, было показано, что данная рецептура ВВ не позволяет применять его в российских климатических условиях, т.к. в процессе транспортировки или хранения при отрицательных температурах оно теряет свои взрывчатые свойства.

В связи с необходимостью обеспечения требуемых эксплуатационных и технологических характеристик зарядов данного гелеобразного ВВ с элементами утилизируемых порохов и твердых ракетных топлив при отрицательных температурах были проведены исследования возможности расширения температурного диапазона применения промышленных ВВ подобного типа.

Ранее в диссертационной работе подробно рассмотрены возможные механизмы протекания детонационной реакции в зарядах промышленных ВВ. Кратко остановимся на некоторых из них, свойственных для водосодержащих ВВ.

Как отмечается в работах Андреева К.К., Беляева А.Ф., местные разо-гревы могут образовываться разными путями [49,50]. Если ВВ механически неоднородно, частицы или слои его приходят в движение с разной скоростью и между ними возникает трение. Кроме того, при механической неоднородности ВВ неравномерен и нагрев, вызываемый ударной волной. Неравномерность же разогрева благоприятствует возникновению реакции в участках, где температура выше. Сжатие и адиабатический разогрев пузырьков воздуха или иного газа при прохождении ударной волны является одной из основных причин появления очагов разогрева для жидких ВВ [50,53,54,55]. При этом роль газовых пузырьков объясняют тем, что вследствие большого коэффициента сжимаемости газов при сжатии их достигается гораздо более высокая температура, чем в конденсированной фазе.

Физико-механическая структура заряда ВВ определяет не только возможность распространения, но также и легкость возникновения детонации. Одним из вероятных факторов, определяющих это влияние, являются размеры пузырьков газа, разогрев которых вследствие адиабатического сжатия приводит к образованию очагов детонационной реакции.

Так Андреев К.К. и Беляев А.Ф. в своей работе [49] показали, что существуют оптимальные размеры пузырьков. При больших пузырьках достигается более высокая температура, но удельная поверхность, на которой возникает горение, мала. Если пузырьки малы, то их разогрев меньше из-за большего тепло-отвода в конденсированную фазу.

Детонационная реакция в исследуемом ВВ гелеобразного типа протекает по так называемому "пузырьковому" механизму. Пузырьки газа образуются в процессе смешения компонентов ВВ за счет введения газогенерирующих добавок. При снижении температуры окружающей среды размеры пузырьков уменьшаются и в какой-то период времени становятся меньше оптимального, что приводит к затуханию детонационного процесса в заряде данного ВВ.

Для обеспечения стабильных детонационных характеристик зарядов гелеобразного ВВ с элементами утилизируемых П и ТРТ было предложено отказаться от введения в их состав газогенерирующих добавок. Таким образом был изменен механизм протекания детонационной реакции в заряде ВВ и, кроме того, плотность ВВ повысилась до 1,45-1,55 г/см3, что привело к увеличению объемной концентрации энергии взрыва.

Однако, в ходе исследований выяснилось, что заряды гелеобразного ВВ, содержащего 20% элементов утилизируемых СТРТ диаметром 100 мм при плотности 1,5 г/см3 не детонируют при температуре -15°С. Увеличение содержания элементов СТТ до 32% также не обеспечивает устойчивого протекания детонационной реакции в заряде ВВ диаметром 100 мм при отрицательных температурах. Результаты проведенных испытаний зарядов гелеобразных ВВ с элементами утилизируемых СТРТ различной плотности в диапазоне температур -15+18°С представлены в таблице 3.1.1.

Заключение

В результате проведенных в диссертационной работе исследований решена важная научная задача, заключающаяся в установлении закономерностей влияния вида и количества конверсионных компонентов боеприпасов, вводимых в состав водосодержащих ВВ, на их термодинамические характеристики, позволяющие установить области рационального применения для разрушения массивов горных пород, а также разработать рациональные параметры ведения буровзрывных работ на карьерах, повышающие эффективность и снижающие их себестоимость.

По результатам проведенных исследований сформулированы следующие научные выводы:

Впервые установлено, что использование в качестве компонента водосодержащих и эмульсионных ВВ баллиститных ракетных твердых топлив (БРТТ) приводит к увеличению скорости детонации и снижению критического диаметра зарядов, а при использовании смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ) - к увеличению теплоты взрыва и увеличению критического диаметра заряда, по сравнению с соответствующими характеристиками акватола Т-20.

Определено, что зависимость теплоты взрыва эмульсионных ВВ от содержания БРТТ носит параболический характер, а оптимальное содержание БРТТ в составе эмульсионных ВВ находится в пределах 35-38%, при этом объемная концентрация энергии достигает 5350 кДж/л, скорость детонации 5500-5700 м/с, а коэффициент относительной работоспособности составляет 0,76.

Установлено, что величина критического диаметра зарядов водосодержащих ВВ, содержащих БРТТ, обратно пропорциональна их содержанию и изменяется в пределах 50-85 мм, что позволяет применять данные ВВ при буровзрывных работах с использованием скважин малого диаметра.

Проведенными расчетами и экспериментальными исследованиями показано, что изменяя содержание вводимых в состав водосодержащих ВВ утилизируемых компонентов различных видов, можно создавать ВВ, обладающие эксплуатационными и технологическими характеристиками, отвечающими конкретным условиям проведения взрывных работ.

Установлены закономерности влияния отрицательных температур на детонационные характеристики водосодержащих ВВ, содержащих утилизируемые компоненты.

Разработан способ обеспечения заданных эксплуатационных характеристик водосодержащих ВВ в широком температурном диапазоне.

Впервые установлено, что измельченные пироксилиновые пороха (ПП) и БРТТ в составе эмульсионных и гелеобразных водосодержащих ВВ обладают уровнем чувствительности к механическим и тепловым воздействиям, соответствующим штатным ВВ, что позволяет их использовать при механизированном заряжании скважин.

Разработана методика лабораторных испытаний, моделирующая возможные механические воздействия на ВВ в процессе механизированного заряжания скважин.

Установлено, что по эффективности разработанные эмульсионные ВВ с конверсионными компонентами при разрушении массивов горных пород 1П-1У категорий трещиноватости с коэффициентом крепости от 8 до 18 по шкале проф. М.М.Протодьяконова на 10-13% превосходят штатные акватолы-Т20ГК.

Разработан способ взрывного разрушения крепких скальных горных пород, заключающийся в использовании измельченных БРТТ в скважинных зарядах эмульсионного или гелеобразного ВВ, в которых масса промежуточного детонатора определяется величиной критического диаметра заряда.На основе выполненных в диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований разработаны «Рекомендации по применению эмульсионных ВВ с элементами утилизируемых баллиститных твердых ракетных топлив для взрывания горных пород в условиях карьеров Костомукшского месторождения железистых кварцитов, разрабатываемых ОАО «Карельский окатыш»». Экономический эффект от внедрения составит 0,74 руб/м3 взорванной горой массы.

1. Жегров Е.Ф., Телепченков В.Е., Берковская Е.В., Мордвинова Н.А. Утилизация артиллерийских порохов и ракетных баллиститных топлив для получения промышленных взрывчатых веществ. - Конверсия №8,1997, с.26-28.

2. Смирнов Л.А., Тиньков О.В. Утилизация снятых с вооружения боеприпасов и твердотопливных ракет. М.:ЦНИИНТИКПК, 1996.

3. Белин В.А. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -М.:МГГУ, 1996.

4. Галкин В.В., Балоян Б.М., Фалько В.В. Новые водоустойчивые ВВ на основе баллиститных твердых топлив и порохов. Горный журнал №8, 1993, с.37-41.

5. Галкин В.В. Лапшин В.Н. Еременко А.Г. Исследование возможности применения нитроглицериновых порохов различных марок в качестве промышленных ВВ в народном хозяйстве. НТО ЦПЭС треста Союзвзрывпром и ЛНПО «Союз», 1975.

6. Щукин Ю.Г., Кутузов Б.Н., Мацеевич Б.В., Татищев Ю.А. Промышленные взрывчатые вещества на основе утилизируемых боеприпасов. М.: Недра, 1998.

7. Смирнов Л.А., Силин B.C. Конверсия ч. 1. Пороха, смесевые твердые топлива, пиротехнические изделия и взрывчатые вещества для мирных целей. -М. :ЦНИИНТИКПК, 1993.

8. Губин С.А., Корсунский Б.Л., Пепекин В.И Проблемы утилизации боеприпасов в России. РАНИХФ препринт: М.,1994, с. 1-24.

9. Белин В.А. Технические и экологические аспекты применения ВВ из утилизируемых боеприпасов на горных предприятиях. в кн.Взрывное дело №91/48 -М.:Арго-2000, с. 173-178.

10. Ю.Нишпал Г.А., Лапшин В.Н., Ионов A.B. Особенности восприимчивости к детонации БРТТ при использовании их в качестве взрывчатых веществ. -НТО ЛНПО «Союз», г.Дзержинский, 1989.

11. П.Андреев К.К., Овсищер М.Р. К вопросу о детонационной способности поро-хов. в сб. Пороха и ВВ № 1, 1959, с. 15-21.

12. Жегров Е.Ф. Пороха баллиститные. в кн. Краткий энциклопедический словарь Энергетические конденсированные системы. М.: Янус-К,1999, с.407-414.

13. Нишпал Г.А., Лапшин В.Н., Кривошеев H.A. Эксплуатационная безопасность промышленных ВВ на баллиститной основе. ВСМ №15-15 (423-424), 1995г., с.22-26.

14. Б.Н.Кутутзов, Г.А.Нишпал Технология и безопасность изготовления и применения ВВ на горных предприятиях. М: изд.МГГУ, 1999г.

15. Милехин Ю.М., Жегров Е.Ф. Конверсия в производстве порохов и ракетных твердых топлив в России. Конверия №8, 1997, с. 10-15.

16. Смирнов Л.А., Тиньков О.В. Конверсия часть 5. Конверсионные промышленные взрывчатые вещества —М.: МГУИЭ, 1998.

17. Марченко A.B., Леонтьева Л.М., Гаврилова Л.А. Ракетные твердые топлива смесевые. в кн. Краткий энциклопедический словарь Энергетические конденсированные системы. М.: Янус-К,1999, с.483-486.

18. Исследование возможности применения шашек из баллиститных порохов в качестве моноблочных зарядов при взрывных работах. НТО ЛНПО «Союз» и ПНО «Якуталмаз», г.Дзержинский, 1989.

19. Разработка поточно-механизированной технологии строительства мелиоративных каналов взрывным способом с использованием списанных баллиститных порохов. НТО ВНИИГиМ и ЛНПО «Союз», М.,1987.

20. Лабораторно-стендовые испытания изделий, крошки, таблетки составов НМФ, РСИ,РНДСИ,РСТ. НТО ЛНПО «Союз», г.Дзержинский, 1987.

21. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. М.:МГИ, 1992.

22. Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. М.:Недра, 1980.

23. Emulite. Sweden, Gyttorp, Nitro-Nobel, 1995

24. Викторов С.Д., Казаков Н.Н. Приготовление и использование простейших и эмульсионных взрывчатых смесей. в сб. Взрывное дело №91/48 -М. :Арго2000, с. 154-160.

25. Барон В.Л., Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. -М. .-Недра, 1989.

26. Афанасенко А.Н., Галкин В.В. Экспресс-метод расчета параметров детонации промышленных ВВ. Горный журнал №11, 1992, с.30-33.

27. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., РомановА.И. Промышленные взрывчатые вещества.-М.:Недра, 1988.

28. Методы испытаний низкочувствительных взрывчатых веществ. ОИХФ АН СССР.: г.Черноголовка, 1991.

29. Лангефорс У., Кильстрем Б. Современная техника отбойки горных пород. -М.:Недра,1968.

30. Галкин В.В., Щеткин A.B. О правомерности оценки эффективности алюмо-содержащих ВВ по теплоте взрыва. в сб.: Монтажные и специальные работы в строительстве №7, ЦБНТИ ММСС, М., 1988.

31. Щеткин A.B., Ефремовцев А.Н., Сивенков В.И. Экспериментальная проверка критерия эффективности промышленных ВВ. в сб.: Проблемы физических процессов в горном деле. - М.:МГИ,1988.

32. Горст А.Г. Пороха и ВВ М.:Оборонгиз,1957.

33. Светлов Б.Я., Яременко Н.Е. Теория и свойства промышленных взрывчатых веществ. М.: Недра, 1966.

34. Васильков Ю.М., Рихтер Е.Б. в сб. Взрывное дело №74/31, М., Недра, 1973.

35. Баум Ф.А. в сб. Взрывное дело №59/16, М.:Недра,1963.

36. Покровский Г.И. Действие удара и взрыва в деформируемых средах. -М.:Промстройиздат, 1957.

37. Докучаев М.М., Родионов Н.В., Романов А.И. Взрыв на выброс. -М.: изд.АН СССР, 1963.

38. Камалян Р.З. Действие взрывыа в грунтах и горных породах. Киев:Наукова думка, 1982.

39. Вайнштейн Б.И., Кузнецов В.М., Шацукевич A.M. Относительная эффективность взрывчатых веществ при взрывах в грунтах. ФГВ том 20 №5, 1984, с.104-107.

40. Кузнецов В.М., Шацукевич A.M., Романов А.Р. О взрыве на выброс в песке. -ФГВ том 15 №2,1979, с.146-152.

41. Романов А.Н. Особенности действия крупных подземных взрывов. -М.:Недра,1980.

42. Арутюнов O.A., Дыскин В.Г., Камалян Р.З. О форме воронки выброса. ФГВ том 22 №3, 1986, с.128-131.

43. Арутюнов O.A., Григорян С.С., Камалян Р.З. О влиянии влажности грунтов на параметры воронки выброса. ФГВ том 21 №2,1985, с. 139-141.

44. Белин В.А., Нишпал Г.А., Семенов A.A. Методика сравнительной оценки работоспособности водосодержащих ВВ с конверсионными компонентами В сб. Взрывное дело, №92/49 - М:ГУДП «Полиграф», 1999

45. Семенов A.A. Результаты сравнительной оценки работоспособности водосодержащих ВВ с конверсионными компонентами по воронке выброса. В сб. Взрывное дело, №92/49 - М:ГУДП «Полиграф», 1999

46. Данчев П.С. в сб. Взрывное дело №45/2. М.: Недра, 1960.

47. Андреев К.К., Беляев К.Ф. Теория ВВ. Оборонгиз, 1960.

48. Беляев К.Ф. Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем. -М.:Недра, 1968.

49. Проект утилизации твердотопливных двигателей в России. Pratt&Whitney (A United Technologies Company), 1996.

50. Взрывчатое вещество. Патент на изобретение N 2123991

51. Боуден Ф., Иоффе А. Возбуждение и развитие взрыва в твердых и жидких веществах. -М.:Ин.литература, 1955.

52. Дубовик A.B., Боболев В.К. О пузырьковом механизме инициирования взрыва в слое жидкости. ФГВ том 7 №2, 1971, с.245-253.

53. Дубовик A.B., Денисаев A.A., Боболев В.К. Механическая чувствительность пастообразных взрывчатых материалов ч.2. Заряды с газовыми включениями. -ФГВ том 15 №4, 1979, с. 102-107.

54. Нишпал Г.А., Осавчук А.Н., Гусаковская Э.Г., Михеев П.Н., Семенов A.A. Выбор критериев безопасности при допуске промышленных ВВ к постоянному применению. в.сб. Взрывное дело №91/48 - М.: Арго2000, с.136-146.

55. Холево H.A. Чувствительность взрывчатых веществ к удару. -М.,Машиностроение, 1974.

56. Нишпал Г.А., Осавчук А.Н., Шамрина H.A., Гаврилина Г.П. О концепции обеспечения технологической и транспортной безопасности взрывчатых материалов. Безопасность труда в промышленности №3, 1991.

57. Осавчук А.Н., Нишпал Г.А., Милехин Ю.М. Особенности разработки деклараций безопасности для предприятий производящих, хранящих и использующих взрывчатые материалы. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях №2, 1996.

58. Рекомендации по перевозке опасных грузов. Испытания и критерии. ST/SG/AC. 10/11 ООН, Нью-Йорк и Женева, 1987.

59. Нишпал Г.А., Базарова В.Г., Гусаковская Э.Г. Сравнительный анализ информативности методов испытаний при оценке чувствительности к механическим воздействиям. -ВСМ №15-16, 1995.

60. Андриенко A.A., Степанов В.Н. Экспериментальные исследования по определению безопасных условий хранения, транспортирования и применения изделий из спецматериалов. Казань, 1989.

61. Оценка эксплуатационной безопасности скважинных сейсмических зарядов ДЗС. НТО ЛНПО «Союз» г.Дзержинский, 1989.

62. Пак З.П., Нишпал Г.А. Исследование условий безопасности при транспортировке штатных ВВ. НТО ЛНПО «Союз», 1990.

63. Нишпал Г.А., Рудаковский Г.В., Малинин С.Е. О переходных процессах при горении больших масс ВВ. Химическая физика т. 12 №5, 1993.

64. Рекомендации по перевозке опасных грузов. Руководство по испытаниям и критериям. ST/SG/AC.10/ll/Rev.2. ООН, Нью-Йорк и Женева, 1995.135

65. ГОСТ РВ 50874-96 Метод определения чувствительности при ударном сдвиге. -М. ¡Госстандарт России, 1996.

66. ГОСТ 4545-88 Метод определения чувствительности к удару. -М. ¡Госстандарт СССР, 1988.

67. ГОСТ РВ 50875-96 Метод определения склонности перехода горения во взрыв. М. ¡Госстандарт России, 1996.

68. ГОСТ РВ 50882-96 Метод индикации детонации. М. ¡Госстандарт России, 1996.

69. ГОСТ РВ 51007-96 Метод определения скорости нарастания давления при горении полуфабрикатов в замкнутом объеме. М.¡Госстандарт России, 1996.

70. Типовой проект ведения взрывных работ на карьере ОАО «Карельский окатыш».- г.Костомукша, 1998.

71. Беляев А.Ф. Влияние физических факторов на возможность детонации амми-ачно-селитренных ВВ. В сб. «Вопросы теории ВВ»,кн.1, вып.1, изд-во АН СССР, 1947.