МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ “КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ” імені ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО Марчук Андрій Леонідович УДК 622.235 УПРАВЛІННЯ ЕФЕКТИВНІСТЮ ІНІЦІЮВАННЯ СВЕРДЛОВИННИХ ЗАРЯДІВ МАСОВИХ ВИБУХІВ Спеціальність 8.050301 «Розробка родовищ та видобування корисних копалин» АВТОРЕФЕРАТ магістерської дисертації на здобуття наукового ступеня магістра Київ – 2017 Дисертацією є рукопис. Роботу виконано на кафедрі геобудівництва та гірничих технологій в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» імені І. Сікорського Міністерства освіти і науки України. Науковий керівник: д.т.н., проф., завідуючий кафедрою КравецьВікторГеоргійович,Національнийтехнічнийун іверситетУкраїни«Київськийполітехнічнийінститут імені І. Сікорського» Рецензент:д.т.н., проф.Луговий Петро Захарович,завідувач відділу будівельної механіки тонкостінних конструкційНАН України,Інститут механіки НАН України. м. Київ Захист відбудеться «22»червня 2017 р. о 14-00 годині на засіданні ДержавноїекзаменаційноїкомісіїНаціональноготехнічногоуніверситету України «Київський політехнічнийінститут ім. І.Сікорського» за адресою: м. Київ, вул. Борщагівська, 115. З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальність теми. Добування корисних копалин, що складаються з міцних гірських порід здійснюється з використанням буро-вибухових робіт. На теперішній час більш чим 80 % об’ємів гірських порід, що видобуваються, підготовлюються до виймання з використанням енергії вибуху, яка зумовлює ефективність всіх наступних технологічних процесів видобування і переробки корисної копалини. Одним з основних напрямків в області буро-вибухових робіт на гірничодобувних підприємствах України є забезпечення ефективності керування енергією вибуху за рахунок підвищення частки її використання на корисні форми роботи при руйнуванні масивів гірських порід. Істотні резерви максимальної реалізації потенційної енергії ВР закладені напрямку розробки ефективних прийомів і засобів ініціювання свердловинних зарядів ВР, що визначають у значній мірі характер детонаційного процесу в свердловинному заряді. Можливість керування механізмом передачі енергії вибуху в масив гірських порід, що руйнується і надійністю висадження подовжених зарядів, багато в чому визначаються характером детонаційних процесів, що виникають у заряді при вибуху ініціатора. Стосовно до сучасних ВР, використовуваним при дробленні порід, детонаційні процеси в системі «ініціатор – заряд» заслуговують на особливу увагу, оскільки саме вони в основному визначають характер і енергетику вибухового розкладання заряду ВР. Також від процесу ініціювання заряду ВР залежить якість перетворення енергії вибуху в роботу по руйнуванню масиву гірських порід, особливо з урахуванням міцності масиву гірських порід, що руйнуються. Однак, незважаючи на досягнуті певні успіхи, коефіцієнт використання енергії вибуху на корисну роботу все ще залишається недостатньо високим. У зв'язку із цим розробка та впровадження методів керування процесом ініціювання свердловинних зарядів ВР, що забезпечують розподіл енергії вибуху свердловинного заряду з підвищенням ефективності дроблення масиву гірських порід актуальним науковим завданням. Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами Дисертаційну роботу виконано на кафедрі геобудівництва і гірничих технологій Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» відповідно до плану наукових досліджень кафедри і складовою частиною НІР: «Наукові основи ресурсо зберігаючих технологій гірництва та геотехнічного будівництва» (№ ДР 0115U005398) в якій автор брав участь. Метою роботи розробка методів і засобів керування процесом детонації шляхом поєднання конструктивних і енергетичних характеристик ініціаторів та зарядів ВР, що ініціюються для максимальної передачі енергії вибуху при руйнуванні масивів гірських порід. Для досягнення поставленої мети визначені наступні завдання досліджень: проаналізувати науково-технічні та літературні джерела присвячені дослідженням сучасних методів підвищення ефективності процесу ініціювання зарядів ВР; установити закономірності взаємодії в детонаційному режимі зарядів бойовика та об'єкта ініціювання з урахуванням їх геометрії та енергетичних властивостей; обґрунтувати принципи та способи керування розвитком детонаційного процесу в системі “ініціатор - заряд” на стадії передачі енергії від детонатора до основного заряду ВР; експериментально розробити конструкцію проміжного детонатора, застосування якого дозволить підвищити ефективність процесу ініціювання свердловинного заряду ВР. Зробити аналітичні дослідження, які підтверджують ефективність даного інженерного рішення. Об'єктом дослідження є процесініціювання свердловинного заряду ВР. Предметом дослідження є конструктивні та детонаційні характеристики системи «ініціатор – заряд ВР». Методи дослідження. У даній науковій роботі використано аналіз таузагальнення науково-технічних досягнень у галузі буро-вибухових робіт при ініціюванні свердловинних зарядів ВР. Експериментальні дослідження для визначенняоптимальної формипроміжного детонатора для підвищення ефективності ініціювання заряду ВР. Наукова новизна одержаних результатівполягає у тому, що: - розвинуто уявлення про зв'язок інтенсивності детонаційного процесу з визначальними параметрами проміжного детонатора; - обґрунтовано явище інерційності передачі ініціюючого імпульсу від патрона бойовика основному зарядові; - уточнено величину співвідношення акустичних імпедансів проміжного детонатора і основного заряду у вигляді коефіцієнта переломленняв межах значення 0.5-0.7; - встановлено, що істотна відмінність акустичних імпедансів бойовика і заряду призводить до падіння швидкості детонації в заряді внаслідок високого коефіцієнта відбиття енергії вибуху бойовика і відповідно меншої частки енергії, що перейшла в основний заряд; - виходячи з геометрії активної маси патрон-бойовика, рекомендовано застосування проміжних детонаторів конічної форми, що повторюють форму активної частини циліндричного заряду, ефективність якої перевірено слідовим способом на металевих пластинах. Практичне значення одержаних результатів: - рекомендовано втрату енергії бойовика в осьовому напрямку компенсуватинаданням бойовику форми, яку складає активна частина ініціюючого заряду, у вигляді зрізаного конуса, зверненого широкою основою в сторону розвитку детонації; - визначено раціональні параметри конічного накладного заряду при використанні його в техніці руйнування негабаритних окремостей або монолітних бетонних виробів; - результати роботи є частиною методичних рекомендацій до курсу «Руйнування гірських порід». Апробація результатів дисертації.Основні наукові положення тапрактичні рекомендації обговорювались на наступних національних і науково-практичних конференціях:на ІІІ Міжнародній науково-практичній конференції «Хімічна технологія: наука, економіка та виробництво» (Шостка, 2016), 11-ій міжнародній конференції "Перспективи розвитку будівельних технологій"(м. Дніпро, 2017), IXміжнародній науково-технічній конференції «Енергетика. Екологія. Людина»: «Перспективи розвитку гірничої справи та підземного будівництва» (Київ, 2017). Публікації: за темою дисертації роботи опубліковано 3 статті узбірникахнаукових конференцій. Структура і обсяг дисертації. Магістерська робота складається з 128сторінок тексту пояснювальної записки, 23ілюстрацій, 11 таблиць, 102 джерела за переліком посилань. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ У вступі обґрунтовано актуальність досліджуваної проблеми, показанозв’язок з науковими програмами, визначено мету та задачі досліджень,сформульовано основні наукові положення та практичне значення отриманихрезультатів, спрямованих на керування ефективністюініціювання свердловинних зарядів масових вибухів. У першому розділі виконано аналіз стану досліджень сучасних методів керування ефективністю ініціювання свердловинних зарядів. Варто зазначити, що в останні роки в області вибухової справи досягнуті певні позитивні результати: обґрунтовані способи врахування властивостей руйнуються порід, розроблені нові типи вибухових речовин (ВР), конструкції зарядів і способи їх ініціювання, методи розрахунку параметрів підривних робіт, варіанти різних схем короткоуповільненого підривання (КУП) та ін.Однак відомі наукові, технічні та технологічні розробки зазначених авторів в ряді випадків, особливо при веденні вибухових робіт в масивах різної міцності з одночасним використанням ВР місцевого приготування, не забезпечують ефективного ініціювання заряду ВР, що призводить до зниження продуктивності видобування гірських порід. Сучасний асортимент ВР в даний час задовольняє практично будь-які вимоги гірничодобувних підприємств. Однак ефективність застосування будьякої ВР реалізується, в першу чергу, через конструкцію заряду і включає сукупність геометричних і технологічних параметрів, представлених формою заряду і зарядної камери, параметрами ініціатора і співвідношенням активної і пасивної частин заряду. При цьому конструкція заряду ВР повинна забезпечувати максимальне використання його енергії на дроблення породи та мінімальний шкідливий вплив на об'єкти і навколишнє середовище. Аналіз відомих способів ініціювання показує, що можна розробити класифікацію методів управління детонаційними перетворенням ВР свердловинних зарядів, поклавши в її основу напрямок руху ДХ по заряду і напрямок розльоту ПВ в залежності від умов ініціювання. У другому розділірозглянуто особливості збудження та підтримання детонаційного процесу в подовженому заряді. Об’єктивним критерієм нормальної детонації свердловинного заряду є її стаціонарна швидкість D. З нею функціонально пов’язані майже всі термодинамічні параметри вибуху, що визначають його руйнівну дію на породний масив, зокрема теплоту вибуху, детонаційний тиск і середній тиск у свердловині, масову швидкість продуктів вибуху, їх температуру тощо. Критичний діаметр детонації не є константою, а змінюється в широких межах залежно від фізичного стану ВР. Для крупнодисперсної, зволоженої та ущільненої ВР він більший, ніж для тонкодисперсної та сухої за оптимальної густини. Для малочутливих ВР виключно важливим з позицій повноцінного та надійного ініціювання свердловинного заряду є правильне обґрунтування параметрів мінімального проміжного детонатора. Основним його параметром вважають детонаційний тиск ПД , (1) де п - показник політропи продуктів детонування ПД. Як видно, він сильно залежить від швидкості детонації ПД. Для досягнення високих значень Рд використовують, як правило, потужні індивідуальні ВР чи їхні суміші у пресованому чи литому стані. Іншим параметром ініціювального імпульсу є його тривалість, яка, у свою чергу, зростає при збільшенні маси ПД. Характерні схематичні профілі швидкості детонації (графіки зміни Dз відстанню lвід проміжного детонатора вздовж заряду) наведено на рис. 1. Високошвидкісна детонація (крива 1) свідчить про хорошу збалансованість характеристик ПД і ВР між собою. Цей режим ініціювання детонації є бажаним. Криві4, 5 відповідають затухаючому режиму вибухового перетворення заряду на довжині l3. У ньому не збалансовані між собою властивості ВР заряду та ПД. Такий режим не має бути реалізованим на практиці. У реальному свердловинному заряді вигляд кривих D(l)може бути набагато складнішим залежно від свердловинних умов і фізичного стану заряду. Виняткову увагу необхідно приділити цьому процесу масового вибуху у зв'язку із широким застосуванням у практиці підривної справи низькочутливих найпростіших вибухових сумішей типу АС-ДТ, водовмісних вибухових сумішей, воднево-гелієвих ВР, емульсійних ВР та ін. Ефективність застосування таких ВР визначається повнотою вибухового розкладання всього заряду. Рис. 1. Схеми перехідних процесів від детонаційних параметрів проміжного детонатора у циліндричному заряді ( - швидкість детонації проміжного детонатора); 1 – високошвидкісний стабільний режим детонації, 2,3 – низькошвидкісні стабільні режими детонації, 4,5 – затухаючі режими детонації. У балансі енергії вибухового розкладання істотний обсяг втрат енергії вибуху приділяється хімічним і тепловим факторам, а саме - розльоту вибухової речовини з периферії заряду, неповноті його хімічного розкладання, тобто протікання хімічних реакцій у неоптимальному режимі, і, як наслідок, неідеальності термодинамічних процесів. Відповідно до відомої схеми детонації лінійного заряду в районі бойовика залежно від його детонаційних характеристик існує зона з несталим режимом детонації - зі зниженою або підвищеною швидкістю переміщення детонаційного фронту. Область зазначеної нестабільності згідно даним [78] може змінюватися в межах 2...7 радіусів подовженого заряду (рис. 2). За межами цієї зони швидкість детонації теоретично повинна стабілізуватися й підтримуватися за рахунок присутності зони хімічної реакції. Однак, як витікає з експериментальних даних [2] навіть при використанні потужнішої ВР бойовика на зазначеній ділянці заряду може спостерігатись на початковому етапі різке падіння величини значно нижче штатної та наступне її періодичне зростання до ВР. Пояснити це явище можна інерційністю процесу передачі детонації від бойовика до заряду ВР. Відомо, що при вибуху циліндричного заряду (шашки тротилу або ін. ВР) у процесі проходження по бойовику детонаційної хвилі, ініційованої вибухом електродетонатора, відбувається бічний розліт продуктів детонації по нормалі до поверхні бойовика й відповідно втрати енергії. Вплив цих втрат на загальний ініціюючий імпульс може бути досить відчутним. У зв'язку із цим введено поняття активної маси заряду, якій відповідає його активна довжина. D, м/с 4600 4400 4200 4000 3800 3600 10 20 30 40 50 60 70 L, мм Рис. 2. Швидкість УХВ в функції довжини і діаметра ініціатора для різних типів ініціюючих ВР [2]: 1, 2 – ТНТ; 3, 4 – гексоген; 5, 6 – гексоген +А1; 1, 3, 5 – діаметр 30 мм; 2, 4, 6 – діаметр 40 мм. З огляду на складність аналізу механізму роботи бойовика в масі заряду ВР, варто оцінити роль активної частини ініціатора експериментально, застосовуючи спрощену схему ініціювання - заряд ініціатора стикається торцем з основним зарядом. Така схема дозволяє більш чітко виділити не тільки основні закономірності роботи бойовика, але й надає можливість оцінити його ефективність у зв'язку з типом і параметрами ініціатора. На процес формування ініціюючого імпульсу впливають геометричні параметри ініціатора, а саме, його діаметр і загальна маса. Із цієї загальної маси лише певна, обмежена частина бойовика бере участь в формуванні ініціюючого імпульсу. Енергія активної частини бойовика визначалася зі співвідношення: QA m Qv lA h , де m - маса бойовика, кг; l A - активна довжина бойовика, м; h - висота бойовика, м; (2) Qv - питома енергія вибуху ВР, кДж/кг. У залежності (2) вираз m lA h представляє собою активну масу бойовика m A . Виходячи з даних рис. 2, можна зробити висновок про помітнерозкидання даних залежно від типу ВР бойовика і його маси або розмірів. Судячи з характеру розвитку залежностей D(L) , при кожному типі ВР досягається граничне значення D в основному при довжині заряду ініціатора Lпр = 30...50…70 мм. Діаметр бойовика несуттєво впливає на значення Lпр . Із цього можна зробити висновок, що величина Lпр мало залежить від розглянутих геометричних і енергетичних параметрів бойовика, у той же час Dmax визначається в першу чергу його енергією або типом ВР. У третьому розділі визначено вплив форми детонатора на його ініціювальну здатність, проведено експерименти по визначенню ефективності ініціювання детонаторами різної форми. Для забезпечення максимальної ефективності вибуху необхідно створити умови повної реалізації енергетичних можливостей при роботі розширення підривної порожнини [84]. Потужність застосовуваних проміжних детонаторів вище потужності ініційованого свердловинного заряду, тобто ініціювання свердловинних зарядів відбувається в режимі перестиснутої детонації. Розглядаючи сучасні наукові праці по впливу конструкції проміжних детонаторів на здатність ініціювання свердловинних зарядів було звернуто увагу на працю Закусило Р.В.[99], де він розглядає та досліджує процес ініціювальної здатності проміжних детонаторів конічної форми з безпечною рецептурою вибухової речовини, що виготовляється на місці проведення вибухових робіт. Були проведені дослідження щодо впливу конструкції ПД на їх ініціювальну здатність свердловинних зарядів. Розглянуто усічені конічні конструкції ПД з кутом конусності від 15о до 45о зпереходом в циліндричну форму в усіченій частині.Схема конічного заряду представлена на рис. 3. З дослідів, виконаних автором, було виявлено, що у конусному заряді при ініціюванні з широкої торцевої частини детонаційна хвиля поширюється перпендикулярно до бічних твірних конуса, тобто її напрямок практично перпендикулярний куту бічної поверхні конуса ПД. Це створює підвищений тиск між бічною поверхнею конусного заряду ПД і стінкою свердловини, що підривається зарядом. Автор вважає, що силові лінії детонаційної хвилі, звужуючись від кута конуса ПД, охоплюють весь стовпчик ініційованого заряду, обмеженого стінкою свердловини. Це дозволяє сконцентрувати імпульс детонаційної хвилі проміжного детонатора по всьому перетину свердловинного заряду уздовж його осі. 1 2 3 4 Рис.3.Конічний проміжний детонатор в свердловині[99]: 1 - свердловинний заряд; 2 - хвилевід; 3 - капсуль-детонатор; 4 - конічний ПД. При збільшенні кута конусності верхній діаметр проміжного детонатора (бойовика) наближається до діаметра ініційованої вибухової речовини свердловинного заряду, що має сприяти рівномірному ініціюванню всього діаметра заряду. Автор вважає, що силові лінії детонаційної хвилі, фокусуючись уздовж осі ПД і пристінкового заряду, охоплюють всю його площу і подібно силовим лініям кумулятивного заряду створюють підвищений тиск. Таким чином, автор дійшов висновку, що вся енергія ініціюючої вибухової речовини переходить в робочу ВР і не виходить за межі його об’єму. Таке гіпотетичне заключення потребує більш детального розгляду. Оскільки процес ініціювання автором розглянутий недостатньо, увага більше приділяється складові вибухової речовини ПД, а не формі самого заряду ПД. На нашу думку, доцільно дослідити і порівняти ефективність бойовиків різної форми – традиційного циліндричного та конічного прямого та оберненого. Тобто доцільно провести більш широке дослідження питання використання ПД конічної форми. На цю думку наводять вище наведені міркування щодо раніше доведеного явища зростання ініціюючої здатності бойовика в осьовому напрямку з наближенням діаметра бойовика до діаметра циліндричного свердловинного заряду. Отже, з цього можна зробити висно вок, що значну роль у передачі енергії бойовика в подовжений заряд відіграє площа контакту торця бойовика з зарядом у його поперечному перетині. Порівняємо дію циліндричного бойовика (рис.4, а) з дією двох конструктивно подібних бойовиків у формі зрізаного конуса, але встановлених в заряд принципово відмінним способом, а саме – в перевернутому вигляді широкою основою вгору (рис.4, б), як це запропоновано цитованим автором, і навпаки, прямим способом, тобто широкою основою в напрямку розвитку детонації вздовж осі свердловинного заряду (рис.4, в). В оберненому варіанті площа торцевого контакту нижньої площини конічного бойовика є мінімальною, отже, порівняно з циліндричним бойовиком (рис.4, а) при однаковій з ним загальній масі величина так званої «активної маси», що фактично спрямовує енергію вибуху бойовика вздовж осі заряду, буде незначною і лише частково буде доповнюватись енергією продуктів детонації, генерованою з бічної похилої поверхні конуса і відбитою від стінок зарядної порожнини, як схематично зображено на рис. 4, б. Навіть якщо від бічної поверхні конуса додається енергія відбитої ударної хвилі в напрямку 5 вздовж осі ініційованого заряду, через геометрію цього процесу вона буде прикладена пізніше порівняно з центральною (звуженою) частиною проміжного детонатора, тобто порушиться лінійність фронту детонації, тобто одночасність ініціювання основного заряду по площині його поперечного перетину. Як слідує з попереднього розділу, детонаційний процес може розвиватись в подовженому заряді в залежності від потужності і детонаційних характеристик бойовика за двома режимами – низькошвидкісним та високошвидкісним. Це явище має значення не лише в сенсі повноти детонаційного розкладу заряду промислової ВР, а й в сенсі запобігання відомому явищу десенсибілізації, що спостерігається при підриванні подовженими зарядами газонасичених емульсійних речовин, здатних ущільнюватись чи розущільнюватись під дією зовнішніх динамічних навантажень (ударних хвиль, хвиль напружень та сейсмічних коливань). Відповідно зміна густини ЕВР в заряді обумовлює зміну детонаційного режиму розкладу, який з низькошвидкісного може перейти у високошвидкісний. Останній режим більш бажаний, оскільки запобігає впливу ефекту, подібного «канальному», коли ударна хвиля, що генерується і рухається в стінці зарядної свердловини від бойовика, відстає від детонаційної хвилі в самому заряді , тому не впливає на фізичний стан детоную чого заряду. Фактично для більш повного використання енергії бойовика для ініціювання основного заряду найбільш прийнятна конічна форма із орієнтацією більшої основи в сторону напрямку розвитку детонації вздовж осі заряду. Якщо за «робочу» площину ініціатора у формі усіченого конуса взяти меншу його основу у варіанті оберненого конуса, то відповідно на цій меншій площині побудується конус його активної маси (рис. 4, б). Об’єм цього конуса буде найменшим порівняно з циліндричною формою бойовика (рис. 4 а) та з прямим усіченим конусом (рис. 4, в). В останньому варіанті активна маса ПБ за величиною наближається до всієї маси ПБ. Відносна величина активної маси в такому бойовику залежить від співвідношення геометричних параметрів-висоти і діаметра. а бв Рис.4. Співвідношення параметрів активної маси проміжних бойовиків різної конструкції: а - циліндричного, б – оберненого зрізаного конусу, в – прямого зрізаного конусу. 1 – свердловинний заряд, 2 – проміжний детонатор (бойовик), 3 – капсуль – детонатор, 4 - активна маса проміжного детонатора, 5 - напрямок ініціювання свердловинного заряду, 6 – бічна поверхня конуса, 7 – відбита ударна хвиля, 8 – переломлена в породу ударна хвиля, яка діє по осі обернутого конуса. Звичайно, не слід розраховувати, що вся енергія прямого конічного ПБ витратиться на формування детонаційної хвилі в осьовому напрямку. Виходячи з фізики розвитку процесу детонації, певна частина енергії такого ПБ витратиться на бічні ефекти. Але в цілому можна розраховувати, що в разі спрямування детонаційного процесу від капсуля, розташованого на вузькій частині усіченого конуса, в сторону широкої основи зросте частина активної маси і порівняно з циліндром, і порівняно з оберненим конусом. Слід звернути увагу на те, що при застосуванні варіанту оберненого конічного ПБ взагалі виключається можливість забезпечення умови рівності площини контакту активної маси з перетином подовженого заряду (рис. 4,в). Проаналізуємо графічні зображення порівнюваних циліндричного і конічного бойовиків. На рис. 5, а, зображено циліндричний проміжний бойовик «ідеального» розміру, тобто його активна маса має форму конуса, що своєю основою контактує з свердловинним зарядом по всій площині його поперечного перетину (ідеальний варіант). Заміняючи циліндричний ПБ на прямий конічний з ініціюванням його від капсуля у верхній звуженій його частині, ми фактично зберігаємо умову «ідеальності» контакту бойовика з промисловим зарядом, при цьому загальна маса бойовика зменшується. а б Рис. 5. Схема співставлення проміжних детонаторів за «активною» масою. а - свердловинний заряд з «ідеальним» циліндричним бойовиком; б – заряд з конічним бойовиком. 1 – свердловина; 2 – свердловинний заряд; 3 – капсуль–детонатор; 4 – проміжний бойовик; 5 – напрямок детонації свердловинного заряду. Для підтвердження наведених графічних порівнянь варіантів ініціатора виконано кілька серій експериментів, в яких вивчалась бризантна дія заряду гексогену, з якого виготовлялись ПБ різної форми - циліндричні і усічені конічні. Для виключення впливу можливих фізичних чинників, пов’язаних з енергетикою бойовика, особливо при використанні селітри як основи детонувального складу, в дослідах задіяно одну з найбільш потужних промислових речовин – гексоген, здатний до стійкого ініціювання від КД або ЕД. Кожен з зарядів встановлювався на сталевій пластині товщиною 8 мм та розмірами 200х200 мм. Рис. 6. Зображення досліджуваних бойовиків різної форми: 1 – циліндричний; 2 – зрізаний конус; 3 – обернений зрізаний конус. Вихідні дані експериментальних вибухів наведено в табл. 1, а результати цих вибухів зображено на рис. 7. Рис. 7.Результати експериментальних вибухів бойовиків різної форми (гексоген): 1 –циліндричний; 2 – обрізаний конус; 3 – обернений обрізаний конус. Таблиця 1 Результатидеформації пластин № Компоненти ВР Форма бойовика Гексоген 1 100 Циліндр 241,5 1,82 439,6 100 Усічений конус 110,5 1,82 201,4 2 100 3 Маса Щільн Обєм, Прогин пластини200 діаметр, ість,γ, х 200 х 8, мм. ВР, гр. г/см3 V, см3 мм (рис. 7) Перевернутий 110,5 усіченийконус 100 верх 35 низ 100 1,82 Розрив пластинипо діаметру заряду Розрив пластинибільший діаметра заряду 201,4 верх 100 Розрив пластинипо діаметру заряду низ 35 Аналогічно такі ж заряди виготовлялись з низькошвидкісної суміші аміачної селітри та нітрометану. Результати їх вибуху показані на рис. 8 та наведені в табл. 2 Рис. 8. Результати вибуху бойовиківна основі (АС+НМ): 1 –циліндричний; 2усічений конус; 3 – обернений усічений конус. Таблиця 2 Результатидеформації пластин № Компоненти ВР, % 1 Форма бойовика Маса Щільн Обєм, Діаметр Глибина прогибу ість,γ, пластини,мм/відно ВР, г г/см3 V, см3 контакту сна глибина АС НМ 85 15 Циліндр 400 0,9 439,6 100 85 15 Прямий конус 180 0,89 201,4 верх 35 мм 2 низ 100 85 3 15 Обернутий конус 180 0,89 201,4 82/4,05/ 61/4,54/ верх 100 низ 35 27/2,01/ Як слідує з даних досліджень, механічний ефект вибуху в торцевій частині ПБ, який має бути співвісним з свердловинним зарядом, найбільший для прямого усіченого конічного заряду незалежно від його параметрів бризантності – і для високобризантної речовини, і для низькошвидкісної суміші АС+НМ. Звертає на себе увагу факт, що при використанні високобризантної ВР (гексогену) в усіх варіантах механічний ефект виражається в отриманні правильного округлого отвору, який за діаметром у варіантах циліндра та обернутого усіченого конуса співпадає з діаметром площини контакту, а у варіанті прямого усіченого конуса помітно перевищує діаметр контакту (при цьому металева пластина практично зруйнована). Останнє свідчить про суттєве відносне зростання енергії ПБ, спрямованої в осьовому напрямку. Однак це явище потребує більш детального теоретичного та експериментального вивчення. Зрозуміло, що кінцеві висновки щодо добору маси конічного бойовика мають опиратись на величину потрібної енергії для ініціювання промислового заряду, а вона, в свою чергу, залежить від енергетичних характеристик ВР, з якої виготовлено бойовик. Отже, якщо заміняти звичайні ПБ – тротилові шашки на ПБ місцевого приготування, слід обчислити величину енергії від його вибуху, яка має перевищувати мінімально потрібну енергію для забезпечення стабільного ініціювання свердловинного заряду і для досягнення «робочого» рівня швидкості детонації. У четвертому розділі розглянуто охорона праці та безпека життєдіяльності при проведенні підривних робіт. Наведено вимоги до веденнявибуховихробіт. Розглянуті умови збереження вибухових матеріалів та запропоновано методи поводження матеріалів під час підривних робіт, вимоги до персоналу при проведенні вибухових робіт. ЗАГАЛЬНІВИСНОВКИ В магістерській дисертації вирішено важливе наукове і практичне завдання розробки методу керування процесом ініціювання свердловинних зарядів ВР, що забезпечує розподіл енергії вибуху свердловинного заряду з підвищенням ефективності дроблення масиву гірських порід, яке єактуальним в гірничій справі на масових вибухах і при вирішенні прикладних питань будівельної справи. Основні наукові та практичні результати магістерської роботи полягають в наступному: проаналізовано основні наукові результати, присвячені дослідженню і розробці методів керування ефективністю ініціювання свердловинних зарядів масових вибухів. обґрунтовано явище інерційності передачі ініціюючого імпульсу від патрона бойовика основному зарядові; при проектуванні параметрів точкового ініціатора необхідно звертати увагу на його геометричні параметри висоту й діаметр, які визначають величину активної частини маси ініціатора та згідно з експериментальними даними, прагнуть до певних граничних значень. Цей висновок ставиться, зокрема, до довжини ініціатора, достатня величина якої в межах досліджених діаметрів (30-40мм) становить 60-70мм незалежно від типу ВР. При рівних масах варто звернути увагу на вибір діаметра бойовика, оскільки його збільшення помітно поліпшує динаміку передачі ініціюючого імпульсу в середовище, що ініціюється; уточнено величину співвідношення акустичних імпедансів проміжного детонатора і основного заряду у вигляді коефіцієнта переломлення в межах значення 0.5-0.7; встановлено, що істотна відмінність акустичних імпедансів бойовика і заряду призводить до падіння швидкості детонації в заряді внаслідок високого коефіцієнта відбиття енергії вибуху бойовика і в ідповідно меншої частки енергії, що перейшла в основний заряд; виходячи з геометрії активної маси патрон-бойовика, рекомендовано застосування проміжних детонаторів конічної форми, що повторюють форму активної частини циліндричного заряду, ефективність якої перевірено слідовим методом на металевих пластинах. рекомендовано втрату енергії бойовика в осьовому напрямку компенсуватинаданням бойовику форми, яку складає активна частина ініціюючого заряду, у вигляді зрізаного конуса, зверненого широкою основою в сторону розвитку детонації; визначено раціональні параметри конічного накладного заряду при використанні його в техніці руйнування негабаритних окремостей або монолітних бетонних виробів; результати роботи є частиною методичних рекомендацій до курсу «Руйнування гірських порід». СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ НАУКОВИХ ПРАЦЬ 1. Марчук А.Л. Особливості підтримання детонаційного процесу в подовженому заряді// А.Л. Марчук, В.Г. Кравець/ Матеріали IX міжнародної науково-технічної конференції «Енергетика. Екологія. Людина» (конференція молодих вчених - аспірантів та магістрантів). Секція «Перспективи розвитку гірничої справи та підземного будівництва». Зб. наук.праць. Вип. 8. – К.: Підприємство УВОІ «Допомога УСІ». – 2017. – С. 343–348. 2. Марчук А.Л. Управління механічним ефектом вибуху зарядів контактної дії // А.Л. Марчук, А. Шукюров, В.А. Поплавський / Перспективи розвитку будівельних технологій: матеріали 11-ї міжнародної науковопрактичної конференції молодих учених, аспірантів і студентів, квітень 2017 р. [присвячена 80-ти річчю пам'яті Івана Степановича Новосильцева] / Національний гірничий університет. – м. Дніпро: ДНГУ, 2017. – С. 39–43. 3. Марчук А.Л. Комбінований метод формування вертикальних геотехнічних споруд в ґрунтовому масиві // А.Л. Ган, Л.В. Шайдецька, А.Л. Марчук / Хімічна технологія: наука, економіка та виробництво: матеріали ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції, м. Шостка, 23-25 листопада 2016 року. – Суми : Сумський державний університет, 2016. – С. 44–45. АНОТАЦІЯ Марчук А.Л.Керування ефективністю ініціювання свердловинних зарядів масових вибухів. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня магістра за спеціальністю 8.05030101 – Розробка родовищ та видобування корисних копалин. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2017. Магістерська дисертаціяприсвячена розробці методу керування процесом ініціювання свердловинних зарядів ВР для забезпеченняефективного використання енергії вибуху свердловинного заряду з підвищенням ефективності дроблення масиву гірських порід. В роботі проаналізовано основні наукові результати, присвячені дослідженню і розробці методів керування ефективністю ініціювання свердловинних зарядів масових вибухів; вивчено зв'язок інтенсивності детонаційного процесу з визначальними параметрами проміжного детонатора; обґрунтовано явище інерційності передачі ініціюючого імпульсу від патрона бойовика основному зарядові. Встановлено, що при значній відмінності акустичних імпедансів бойовика і заряду можливе падіння швидкості детонації в заряді внаслідок високого коефіцієнта відбиття енергії вибуху бойовика і відповідно меншої частки енергії, що перейшла в основний заряд; виходячи з геометрії активної маси патрона-бойовика рекомендовано застосування проміжних детонаторів конічної форми, що повторюють форму активної частини циліндричного заряду, ефективність якої перевірено слідовим методом на металевих пластинах. Рекомендовано втрату енергії бойовика в осьовому напрямку компенсуватинаданням бойовику форми, яку складає активна частина ініціюючого заряду, у вигляді зрізаного конуса, зверненого широкою основою в сторону розвитку детонації;визначено раціональні параметри конічного накладного заряду при використанні його в техніці руйнування негабаритних окремостей або монолітних бетонних виробів;результати роботи є частиною методичних рекомендацій до курсу «Руйнування гірських порід». Ключові слова: свердловинний заряд, ініціювання, детонація, ударна хвиля, детонаційна хвиля, швидкість детонації, проміжний детонатор, бойовик, акустичний імпеданс, конічний заряд, активна маса. ABSTRACT Marchuk A.L. Performance management hole charge sinitiating massive explosions. - Manuscript. Thesis for a master's degree in specialty 8.05030101 - development of deposits and mining.- National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute named after Igor Sikorsky", Kiev, 2017. Master'sthesisisdevotedtodevelopingprocesscontrolmethodinitiatingdownholee xplosivechargetoensureefficientuseofenergyblastholechargeswithincreasedefficiencyc rushingrockmass. Thepaperanalyzesthemainresultsoftheresearchdevotedtoresearchanddevelopmentofme thodsofperformancemanagementholechargesinitiatingmassiveexplosions; studiedtherelationshipintensitydetonationprocessparametersdefiningtheintermediatede tonator; reasonablyphenomenoninitiatingtransmissioninertiamomentumfrommilitantscartridge maincharge. Foundthattheconsiderabledifferencesofacousticimpedancesfighterandchargema yfallinthevelocityofdetonationchargeduetothehighreflectanceenergyexplosionfightera ndtherefore a smallerproportionofenergythatmovedintothemaincharge; basedonthegeometryoftheactivemasspatronblockbusterrecommendedtheuseintermediatedetonatorconicalshape, thesameshapeoftheactivepartofthecylindricalbattery, whichtestedtheeffectivenessoftracemethodonmetalplates. Recommendedenergylossmilitantsaxiallyoffsetprovisionblockbusterform, whichistheactivepartoftheinitiatingchargeintheformof a truncatedconefacingtowards a broadbaseofdetonation; Rationalparametersplatedconeofchargewhenusedinthetechniqueofthedestructionofove rsizedseparatelyormonolithicconcreteproducts; theworkispartoftheguidelinesforthecourse'Destruction ofrock. " Keywords: hole charges, initiation, detonation, shock waves, detonation wave, detonation velocity, intermediate detonator, militants, acoustic impedance, conical charge, active mass.
