Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология и безопасность взрывных работ. Лабораторный практикум
.pdf
№ 4510
Кафедра физических процессов горного производства игеоконтроля
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ ИВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
Университет науки итехнологий МИСИС
ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ
И.М.Шведов
Н.Г.Барнов
ТЕХНОЛОГИЯ ИБЕЗОПАСНОСТЬ
ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Лабораторный практикум
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2024
УДК 622.223:622.235
Ш34
Рецензент
д-р техн. наук, заведующий отделом «Вибрационная биомеханика»
Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН В.О. Соловьев
Шведов, Игорь Михайлович.
Ш34 Технология и безопасность взрывных работ: лаб.
практикум / И.М. Шведов, Н.Г. Барнов. – Москва : Издательский Дом НИТУ МИСИС, 2024. – 60 с.
В практикуме представлено описание комплекса лабораторных
работ, предназначенных для изучения имитационным способом
процесса взрыва с использованием электроимпульсных генераторов. Моделирование эффекта взрыва осуществляется разрядом
конденсаторов через медную проволочку, помещаемую в специально изготовленные образцы, имитирующие горные породы
с различными физико-механическими свойствами. Изучение работы взрыва осуществляется на упруго-хрупких и вязко-пластичных моделях. По результатам разрушения образцов производится
оценка эффективности проведения взрывания расчетным и графическими методами.
Для студентов, обучающихся по дисциплине «Технология и
безопасность взрывных работ» по специальности 21.05.04 «Горное дело», 21.05.05 «Физические процессы горного или нефтегазового производства». Может быть полезен инженерам и аспирантам для изучения методом моделирования процессов действия
взрыва в различных средах.
УДК 622.223:622.235
Шведов И.М.,
Барнов Н.Г., 2024
НИТУ МИСИС, 2024
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ................................................................4
1. Принцип работы электроимпульсных имитационных
устройств .....................................................................5
1.1. Краткие технические характеристики генераторов
импульсов .................................................................5
1.2. Требования к образцам и критериям подобия ..........7
1.3. Принцип работы одноканального
генератора импульсов ............................................... 10
1.4. Техника безопасности при работе
с одноканальным генератором импульсов
и имитационной взрывной камерой ............................ 14
1.5. Принцип работы пятиканального генератора
импульсов ...............................................................15
1.6. Техника безопасности при выполнении работ ........ 20
Лабораторная работа № 1. Изучение действия взрыва
в зависимости от глубины заложения и энергии заряда
взрывчатого вещества .................................................. 22
Лабораторная работа № 2. Изучение совместной
работы зарядов выброса в зависимости от расстояния
между ними ............................................................... 31
Лабораторная работа № 3. Изучение влияния удельного
расхода ВВ (энергии) на интенсивность дробления горных
пород ........................................................................ 35
Лабораторная работа № 4. Изучение методов
регулирования степени дробления горных пород
при взрывании (рассредоточение зарядов ВВ) ................. 41
Лабораторная работа № 5. Изучение эффективности
взрывных методов вторичного дробления негабаритов ..... 47
Лабораторная работа № 6. Изучение влияния работы
взрыва в зажатой среде ................................................ 51
Лабораторная работа № 7. Изучение влияния интервала
замедления при короткозамедленном взрывании
на эффективность взрывного разрушения горных пород ...54
Библиографический список .......................................... 59
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Лабораторные работы по дисциплине «Технология и безопасность взрывных работ» предназначены для закрепления
теоретического материала, полученного на лекционных и
практических занятиях, моделированием действия взрыва
в различных условиях и режимах на электроимпульсных
установках, принцип работы которых состоит в накоплении
электроэнергии на конденсаторных батареях и быстром их
разряде посредством электродуги, возникающей на конце
скрученной проволочки, включенной в цепь разряда конденсаторов, имитирующей работу взрывчатого вещества (ВВ).
Лабораторный стенд в зависимости от задачи моделирования состоит из одно- или пятиканального генератора импульсов, взрывной камеры, разрядников и разрушаемых образов из модельного или натурального материала.
Цель лабораторных работ – изучение действия взрыва на
имитационных образцах с использованием электроимпульсных установок.
4
1. ПРИНЦИП РАБОТЫ
2
.
2
CU
W =
2
2
ост
взр
.
22
CU
CU
W = −
ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫХ ИМИТАЦИОННЫХ
УСТРОЙСТВ
1.1. Краткие технические характеристики
генераторов импульсов
Устройства содержат одно- или пятиканальный генератор импульсов, взрывную камеру, разрядники и модельные
разрушаемые образцы. Одноканальный генератор имеет
одну емкость и один разрядный ключ. Все устройства в целях безопасного применения имеют систему блокировки.
Принцип работы устройств следующий: конденсаторы
заряжаются через выпрямитель тока до напряжения, контролируемого вольтметром. Энергия W, Дж, запасенная конденсаторами емкостью C, Ф, при зарядном напряжении U,
В, подсчитывается по формуле
Регулируя время заряда конденсаторов, можно изменять
напряжение заряда конденсаторов, тем самым регулировать
запасенную в них энергию.
После разряда конденсаторов через медную проволочку
(имитация действия взрыва) на них остается остаточное напряжение U
тром. Энергия W
ствия взрыва, определяется по формуле
, B, которое также контролируется вольтме-
ост
, Дж, выделяемая при имитации дей-
взр
денсаторы, составляет 260 В. Значение емкости конденсатора
в одноканальном генераторе – 9000 мкФ. В пятиканальном
Максимальное напряжение, до которого заряжаются кон-
5
генераторе значение емкости в каждом из пяти каналов –
( ) ( )
2
2
66
взр
9000 10 260 9000 10 50
.
0,
293
2
0
2
7
Дж
г аммонита 6ЖВ
W
−−
⋅⋅ ⋅
= =
≈
−
≈
( ) ( )
2
2
66
взр
.
3000 10 260 3000 10 50
97,65
22
Дж
W
−−
⋅⋅ ⋅
= −=
общ
5 97,65 .488,25
Дж
W =⋅=
3000 мкФ. Остаточное напряжение после имитации действия
взрыва составляет 50 В. Выделенную энергию при разряде
конденсатора в одноканальном генераторе можно рассчитать
следующим образом:
Выделенная энергия при разряде конденсатора одного канала в пятиканальном генераторе составляет
Возможно управление выделяемой энергией в сторону её
уменьшения понижением напряжения заряда конденсаторов.
Общая максимальная энергия W
, которая может быть
общ
получена при имитации взрыва, в пятиканальном генераторе составляет
Основные технические характеристики имитационных
устройств приведены ниже.
Напряжение питания, переменное, В ........................... 220
Потребляемая мощность, Вт ......................................... 50
Время заряда конденсаторов
до максимального значения, мин ....................................3
Максимальная энергия одного импульса:
для одноканального генератора, Дж .......................... 293
для пятиканального генератора (одного канала), Дж ..... 97
Диапазон задержки между импульсами
в пятиканальном генераторе, мс ........................... 10
6
–3
3
÷10
Масса генератора:
одноканального, кг .....................................................8
пятиканального, кг ................................................... 15
Имитационные устройства применяют для моделирования параметров и демонстрации взрыва при проведении лабораторных работ в курсе читаемых дисциплин по технологии
и безопасности взрывных работ, а также в экспериментальных работах в научно-исследовательских организациях.
1.2. Требования кобразцам икритериям подобия
В большинстве случаев моделирование реальных процессов в лаборатории невозможно, поэтому прибегают к моделированию только тех свойств объекта, от которых зависит
конечный результат. В этом случае важным является соблюдение критериев подобия модельных материалов и самих
процессов, воздействующих на модель.
Так, при моделировании взрывного нагружения при изучении дробления важно, чтобы скорость нагружения на модели соответствовала скорости нагружения в натуре, а при
изучении скорости нагружения в натуре скорость движения сейсмических волн будет полностью зависеть от физикомеханических свойств породного массива и его трещиноватости.
В предлагаемых лабораторных работах точечный взрыв
моделируется электроразрядом, поэтому исследования, где
параметры взрыва определяются диаметром заряда и его длиной, проводить нельзя. Но можно представить удлиненный
заряд как некоторое количество точечных, и тогда указанный недостаток снимается.
Особенно важен правильный выбор подобия модельного
материала. Для моделирования любого (упруго-хрупкого,
пластического и т.п.) натурного материала необходимо знать
его поведение при различных способах нагружения. Так, для
статических исследований достаточно, чтобы статические
диаграммы растяжения-сжатия были у образцов натурного
7
и модельного были подобны, т.е. при простом изменении масштаба они совпадали, это же касается определенных соотношений значений объемного веса, модулей упругости и динамических параметров.
На практике указанные выше требования, как правило,
выполнить не представляется возможным из-за ограниченной возможности регулирования прочностных свойств искусственных модельных материалов. Тем не менее в ряде случаев использование искусственных модельных материалов
может довольно точно отражать физическую картину процесса. При изучении зависимости качества дробления хрупкой
породы от количества ВВ не обязательно моделировать диаграммы растяжения-сжатия, упрочнения и т.п., а достаточно
выдержать отношения разрушающего напряжения сжатия
к разрушающему напряжению растяжения s
сж/sрас
.
Поэтому в лабораторных испытаниях применяются с упруго-хрупкие и пластические модельные материалы с такими
изменяемыми параметрами, как сцепление, внутреннее трение, соотношение s
сж/sрас
.
Для изготовления упруго-хрупких модельных образцов
используют песчано-гипсовые смеси в определенной пропорции. Для таких моделей объемная плотность составляет порядка 1200 кг/м
, а соотношение sсж/s
≈ 2÷3 8÷12, что не-
рас
3
достаточно для моделирования горных пород, у которых эти
соотношения значительно больше (например, для гранитов
s
сж/sрас
≈ 8÷12). Регулирование этих соотношений достига-
ется добавлением в смеси различных наполнителей в виде
свинцовой дроби (утяжелителя) или пластмассовых шариков (для облегчения). В результате этих действий прочность
материала на растяжение резко падает.
Если для исследований процессов взрывного разрушения
величина объемной плотности образцов не имеет существенного значения, то используют гипсовую смесь без наполнителей, что позволяет изучать процессы дробления, образования
воронок выброса с различными показателями и другие особенности, относящиеся к хрупкому разрушению.
8
На рис. 1.1 показан фрагмент взрыва модельного образца
с упруго-хрупкими свойствами.
Рис. 1.1. Взрыв модельного образца на основе гипсово-
песчаной смеси
Для изготовления модельных образцов с пластическими
свойствами используют смесь пластилина (или замазки на
его основе), речного песка и индустриального масла средней
вязкости (например, солидола). Процедура приготовления
образцов следующая: в расплавленный пластилин добавляют индустриальное масло, состав тщательно перемешивают
и в него небольшими порциями засыпают речной песок при
постоянном перемешивании. После этого из получаемой смеси формируют необходимую модель. Различные соотношения компонентов позволяют в широких пределах изменять
такие параметры, как угол внутреннего трения и сцепление.
Для качественного анализа работы взрыва применяют
обычный пластилин без каких-либо добавок.
Для согласования хода эксперимента в лабораторных условиях с натурными в забое необходимо правильно подобрать
замедление для образца выбранного масштаба.
9
Время замедления t, мс, можно рассчитать по формуле
,
р
t AW=
2
2
м
4,W
ta
v
= −
где А – эмпирический коэффициент, зависящий от крепости
и взрываемости пород, мс/м, например для весьма креп-
ких пород (граниты, диабазы и т.п. с f > 14) A = 3 мс/м;
для мягких пород (мергель, мел, глинистые сланцы с f ≤ 4)
А = 6 мс/м;
W
– фактическое или модельное расстояние между шпу-
p
рами, м.
На практике требуемый интервал замедления, с, с учетом
интерференции волн напряжения рекомендуется определять
по формуле проф. Г.И. Покровского:
где a – расстояние между зарядами, м;
W – линия наименьшего сопротивления, м;
– скорость распространения волн напряжения в масси-
v
м
ве, м/с.
1.3. Принцип работы одноканального
генератораимпульсов
Одноканальный генератор импульсов предназначен для
создания разрядного импульса в медном проводнике, подключенном к клеммам генератора, обозначенным как «БОЕВАЯ
ЛИНИЯ». Одноканальный генератор имеет одну емкость и
один разрядный ключ. Устройство в целях безопасности применения имеет систему блокировки.
Принцип работы следующий: блок конденсаторов общей
емкостью 9000 мкФ заряжаются через выпрямитель тока до напряжения, контролируемого вольтметром «U-конденсаторов».
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]