Testing of confining pressure impacton explosion energy of explosive materials

• Autorzy: Drzewiecki J. , Myszkowski J. , Pytlik A. , Pytlik M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2017-0029

Warianty tytułu

PL

Badania wpływu ciśnienia okólnego na energię wybuchu materiałów wybuchowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of testing the explosion effects of two explosive charges placed in an environment with specified values of confining pressure. The aim of this study is to determine the impact of variable environmental conditions on the suitability of particular explosives for their use in the prevention of natural hazards in hard coal mining. The research results will contribute to improving the efficiency of currently adopted technologies of natural hazard prevention and aid in raising the level of occupational safety. To carry out the subject matter measurements, a special test stand was constructed which allows the value of the initial pressure inside the chamber, which constitutes its integral part, to be altered before the detonation of the charge being tested. The obtained characteristics of the pressure changes during the explosion of the analysed charge helped to identify the work (energy) which was produced during the process. The test results are a valuable source of information, opening up new possibilities for the use of explosives, the development of innovative solutions for the construction of explosive charges and their initiation.

PL

Stosowanie techniki strzelniczej w profilaktyce tąpaniowej i metanowej polega na precyzyjnym niszczeniu określonych fragmentów górotworu, w których skumulowana jest energia sprężystości eksploatacyjnie odkształconych warstw sprężystych bądź nagromadzony jest metan. O skuteczności działania tego rodzaju zabiegów profilaktycznych decydują niszczące i penetrujące działanie gazów pod wysokim ciśnieniem uzyskanych w momencie przemiany wybuchowej materiałów wybuchowych w określonych warunkach środowiska. Ocena dynamiki przemiany wybuchowej górniczych materiałów wybuchowych jest przedmiotem badań w specjalnie do tego celu skonstruowanym stanowisku badawczym, gdzie istnieje możliwość zmiany warunków ciśnienia okólnego w otoczeniu badanego materiału poprzez zadawanie ciśnień porównywalnych do rzeczywistych w warunkach in situ. Badanie polega na zdetonowaniu w komorze ładunku 10 g materiału wybuchowego (MW) przy pomocy zapalnika elektrycznego (ZE). Podczas badania mierzona jest wartość ciśnienia w komorze z częstotliwością próbkowania 1 MHz. W momencie dotarcia fali uderzeniowej do czujnika ciśnienia następuje nagłe zahamowanie jej propagacji powodujące znaczny wzrost ciśnienia, gęstości i temperatury, dające początek fali odbitej o odwrotnym kierunku (Onderka, 1998). Umożliwia to dokładną analizę rzeczywistego przyrostu ciśnienia w komorze badawczej. Badania MW na przedstawionym stanowisku badawczym rozpoczęto w połowie 2014 roku. Wyniki badań dotyczą dwóch rodzajów MW – EMULINIT PM oraz METANIT SPECJALNY E7H produkcji Nitroerg S.A. Badania prowadzono przy ciśnieniu okólnym (wstępnym) w zakresie od 0 do 20 MPa. W artykule przedstawiono przebiegi ciśnienia w funkcji czasu z poszczególnych prób, na których widoczne są fale ciśnienia ulegające wytłumieniu według krzywych wykładniczych. Analiza przebiegów ciśnienia w funkcji czasu wskazała, że czas całkowitego wytłumienia pulsacji ciśnienia w kanale hydraulicznym czujnika ciśnienia wynosi około 4 ms. Przebiegi zarejestrowanych zmian ciśnienia podczas wybuchu ładunków obu MW dla różnych wartości ciśnienia wstępnego wskazują, że okres od chwili wybuchu do momentu całkowitego spadku ciśnienia pierwszego piku, zawiera się w przedziale od 137 do 280 μs. Dla podanych przebiegów poszczególnych prób określono pracę (energię), jaka została wykonana przez ładunki MW. Otrzymane wyniki dla EMULINIT PM oraz dla METANIT SPECJALNY E7H wskazują, że istnieje rozrzut otrzymanych wartości JP. W pierwszym przypadku wartość równoważnika pracy zawiera się w przedziale JP = 0,00919÷0,00961 MPa×s, a dla drugiego materiału wynosi ona JP = 0,00743÷0,01069 MPa×s, przy czym w obu przypadkach widoczna jest tendencja wzrostu tej wielkości wraz ze wzrostem ciśnienia wstępnego (okólnego). Wynika to z faktu, że wzrost ciśnienia wstępnego powoduje zwiększenie energii sprężystej całego układu hydraulicznego. Analiza prędkości przyrostu ciśnienia dla obu MW (Rys. 9 i 10) wskazuje, że istnieje duży rozrzut poszczególnych wartości. Trudno więc określić jednoznaczną zależność pomiędzy prędkością przyrostu ciśnienia, a ciśnieniem wstępnym. Charakterystyczne jest jednak, że wartości prędkości przyrostu ciśnienia dla bardziej energetycznego materiału, jakim jest EMULINIT PM, są nieznacznie wyższe (Vp = 0,62÷1,6 MPa/μs), niż w przypadku METANITU SPECJALNEGO E7H (Vp = 0,39÷1,54 MPa/μs) czyli materiału o znacznie niższych parametrach, które go charakteryzują. Uzyskane wyniki wstępnych badań są obiecujące i są kontynuowane dla innych rodzajów materiałów wybuchowych. Przedstawione prace otwierają nowe obszary badań środków strzałowych (materiałów palnych, pędnych i wybuchowych) dla opracowania nowych rodzajów ładunków oraz ich konstrukcji, co docelowo pozwoli zwiększyć efektywność działania ładunku MW w otworze wiertniczym i poprawi skuteczność stosowania metod profilaktyki tąpaniowej i metanowej.

Słowa kluczowe

EN

explosives; test stand; research methodology; explosion energy

PL

materiały wybuchowe; stanowisko badawcze; metodologia badawcza; energia wybuchu

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 62, no. 2
• Strony: 385--396
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., fot., tab., wykr.

Twórcy

autor

Drzewiecki J.

• Department of Rockburst and Rock Mechanics, Central Mining Institute (Katowice, Poland)

autor

Myszkowski J.

• Department of Rockburst and Rock Mechanics, Central Mining Institute (Katowice, Poland)

autor

Pytlik A.

• Department of Mechanical Devices Testing, Central Mining Institute (Katowice, Poland)

autor

Pytlik M.

• Blasting Safety Department, Central Mining Institute (Katowice, Poland)

Bibliografia

• [1] Drzewiecki J., Myszkowski J., 2015. Test stand for determining ability of explosives to detonate in high pressure and temperature environment. Journal of Sustainable Mining, Vol. 14 (2015), No. 4, Katowice, p. 188-194.
• [2] Dygdała R., Śmigielski G., Lewandowski D., Kaczorowski M., 2007. Badanie parametrów fali uderzeniowej powstającej przy wytwarzaniu aerozolu wodnego metodą wybuchową. Problemy Techniki Uzbrojenia 2007 R. 36, z. 104. Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia. Zielonka, p. 71-78.
• [3] Goc S., Bonarek J., Siemianowski J., 1999. Górnik strzałowy. Śląskie Wydawnictwo Techniczne, Katowice.
• [4] Held M., 2006. New diagnostic techniques in blast wave. Proc. Int. Conf. New Trends in Research of Energetic Materials, Pardubice.
• [5] Hobler M., 1982. Projektowanie i wykonywanie robót strzelniczych w górnictwie podziemnym. Wydawnictwo Śląsk, Katowice.
• [6] Hoek E., Brown E.T., 1980. Underground excavations in rock. The Institution of Mining and Metallurgy. London.
• [7] http://www.nitroerg.pl/
• [8] Kabiesz J. (ed.), 2014. Raport roczny (2013) o stanie podstawowych zagrożeń naturalnych i technicznych w górnictwie węgla kamiennego (Annual Report of (2013) on the state of fundamental natural and technical hazards in hard coal mining]. Główny Instytut Górnictwa, Katowice.
• [9] Kaczorowski M., Borkowski J., Dygdała R., Śmigielski G., 2009. Wpływ otoczki wodnej na prędkość detonacji wybranych materiałów wybuchowych. Problemy Techniki Uzbrojenia 2009 R. 38, z. 111. Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia. Zielonka, p. 105-111.
• [10] Krause E., Smoliński A., 2013. Analysis and assessment of parameters shaping methane hazard in longwall areas. Journal of Sustainable Mining, Vol. 12 (2013), No. 1, p. 13-19, Katowice.
• [11] Maranda A., Gołąbek B., Kasperski J., 2008. Materiały wybuchowe emulsyjne. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa.
• [12] Maranda A., Paszula J., Cieślicka K., Wilk Z., 2010. Badanie wpływu pyłu aluminiowego na zdolność do wykonania pracy saletroli. Bezpieczeństwo robót strzałowych w górnictwie. Prace naukowe GIG. Zespół Wydawnictw i Usług Poligraficznych Głównego Instytutu Górnictwa, Katowice, p. 99-107.
• [13] Myszkowski J., 1996. Ukierunkowane szczelinowanie skał techniką strzelniczą. Prace Naukowe GIG, Seria Konferencje, No. 16, Katowice, p. 57-66.
• [14] Norma PN-EN-13763-23:2004 - Materiały wybuchowe do użytku cywilnego - Zapalniki i przekaźniki - Część 23: Oznaczenie prędkości fali uderzeniowej w rurce detonującej.
• [15] Onderka Z., 1998. Powietrzna fala uderzeniowa i rozrzut odłamków skalnych przy strzelaniu. Technika strzelnicza w górnictwie - Problemy urabiania skał. Wydawnictwo Instytutu GSMiE PAN, Kraków. p. 365-378.
• [16] Paszula J., Maranda A., Gołąbek B., Kasperski J., 2004. Zdolność do wykonania pracy górniczych materiałów wybuchowych w teście wybuchu podwodnego [The ability todo workof mining explosivesunderwaterexplosiontest]. Górnictwo i Geoinżynieria, Rok 28 Zeszyt 3/1, 385-396.
• [17] Standard PN-EN-13763-23:2004 - Explosives for civil uses - Detonators and relays - Part 23: Determination of the shock-wave velocity of shock tube.
• [18] Trzciński W.A., Cudziło S., 2001. Zastosowania testu cylindrycznego do wyznaczania energetycznych charakterystyk górniczych materiałów wybuchowych [The application of the cylinder test to determine the energy characteristics of industrial explosives]. Archives of Mining Sciences, 46, (3), 291-307.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)