Tytuł artykułu
Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
Zastosowanie testu cylindrycznego do wyznaczania energeycznych charakterystyk górniczych materiałów wybuchowych
Języki publikacji
Abstrakty
The work attempts to apply results produced by the so-called "cylinder test" for the estimation of some energy characteristics of industrial explosives. Representative explosives as used in commercial mining containing ammonium nitrate, trinitrotoluene and aluminium powder formed the subject of the research. For each explosive, a cylinder test was conducted and its results were then used to determine the detonation energy and the acceleration capability of the products of detonation. It was also shown that the cylinder test results enable the expansion work of the gaseous detonation products to be calculated.
Praca ekspansji produktów detonacji jest jednym z podstawowych parametrów materiałów wybuchowych i charakteryzuje ona efektywność zamiany uwalnianej energii chemicznej na pracę mechaniczną, czyli jest miarą zdolności materiału wybuchowego do wykonania pracy. Energia odpowiadająca teoretycznej maksymalnej pracy ekspansji, nazywana energią detonacji, powinna być zbliżona do ciepła detonacji. Z kolei zdolność miotająca produktów detonacji charakteryzuje ilość energii chemicznej zamienianej na energią kinetyczną miotanych ciał. Można ją opisać za pomocą tzw. energii Gurncya lub prędkości Gurncya. Obserwacja procesu napędzania metalowej rurki przez produkty detonacji ładunku materiału wybuchowego umieszczonego wewnątrz niej może dostarczyć informacji umożliwiających wyznaczenie tych charakterystyk. Próba taka nazywana jest testem cylindrycznym. Napędzanie metalowej otoczki może być śledzone za pomocą metod pomiaru szybkozmien-nych procesów, takich jak: fotografia smugowa, interferometria laserowa czy impulsowa fotografia rentgenowska. W pracy podjęto próbę wykorzystania wyników testu cylindrycznego do oszacowania energetycznych charakterystyk górniczych materiałów wybuchowych. Przedmiotem badań były mieszaniny saletry amonowej z trotylem lub proszkiem glinowym (tabl. 1). Proces napędzania miedzianej rurki produktami detonacji rejestrowano techniką rentgenografii impulsowej (rys. 1). Układ do testu cylindrycznego składał się z miedzianej rurki elaborowancj badanymi mieszaninami wybuchowymi o zbliżonej gęstości. Zastosowane w układzie czujniki zwarciowe umożliwiały pomiar prędkości detonacji (rys. 2). Zdjęcie rentgenowskie rozpęczancj rurki (rys. 3) poddawano obróbce komputerowej i otrzymywano zależność położenia zewnętrznej ścianki rurki od współrzędnej osiowej (rys. 4 ). Zależność ta i zmierzona prędkość detonacji były wynikami testu cylindrycznego. Na podstawie uzyskanych wyników określono w pierwszej kolejności zdolność miotającą produktów detonacji badanych materiałów. Parametr ten wyrażono za pomocą energii Gurncya (1), która jest sumą energii kinetycznej miotanego ciała i podążających za nim produktów detonacji. Prędkość rurki miedzianej określano na podstawie jej profilu wykorzystując własną, oryginalną metodę. Obliczoną energię Gurncya przedstawiono w funkcji względnej objętości produktów detonacji (rys. 5). Dzięki temu możliwe było badanie zmiany energii Gurncya w trakcie rozpęczania rurki. Wykazano również, że wartość energii Gurncya określona dla 9-krotncgo wzrostu objętości rurki jest zbliżona do wielkości energii zamienianej na pracę ekspansji produktów detonacji w górotworze. Może być zatem wykorzystana do oszacowania efektywnej pracy wykonanej przez produkty detonacji materiału wybuchowego umieszczonego w skale. Wyznaczone zależności prędkości rurki od jej objętości wykorzystano również do oszacowania energii detonacji badanego materiału wybuchowego. Energię detonacji (7) zdefiniowano jako pracę wykonaną przez produkty detonacji w trakcie ich izentropowego rozprężania od objętości w fali detonacyjnej (punkt Chapmana-Jougucta) do objętości nieskończonej. Do jej określenia wykorzystano związek między energią detonacji i energią kinetyczną miotanej rurki dla objętości produktów detonacji dążącej do nieskończoności (8). W celu wyznaczenia wartości energii kinetycznej, kwadrat prędkości rurki przedstawiono w funkcji odwrotności objętości produktów detonacji (rys. 6). Analizując otrzymane wyniki dla badanych materiałów wybuchowych (tabl. 2) stwierdzono, że mieszaniny trotylu i saletry amonowej z glinem charakteryzują się wyższymi wartościami energii Gumcya niż mieszaniny bez glinu. Zastąpienie 10% trotylu proszkiem glinowym obniża co prawda 0 około 200 m/s prędkość detonacji (tabl. 1), ale jednocześnie podwyższa zdolność miotającą produktów detonacji oraz energię detonacji o około 10%. Zmiana stopnia rozdrobnienia proszku glinowego nic wpływa znacząco ani na parametry detonacyjne, ani na charakterystyki energetyczne badanych materiałów. Natomiast zastosowanie subtelniej rozdrobnionego trotylu do sporządzania mieszanin jest ze wszech miar wskazane, jako że podwyższa to zdecydowanie zarówno prędkość 1 ciśnienie detonacji, jak i zdolność miotającą oraz energię detonacji. Wyniki testu cylindrycznego oraz rezultaty modelowania numerycznego umożliwiły wyznaczenie adiabaty Poissona (10) oraz izentropy JWL (Joncs, Wilkins, Lec - (12)) dla produktów detonacji badanych mieszanin wybuchowych (tabl. 3 i 4). Dla przykładowej mieszaniny trotylu i saletry amonowej porównano izentropę Poissona z izentropą JWL, przedstawiając je w postaci wykresów zależności ciśnienia od objętości produktów detonacji (rys. 8). Stwierdzono, że odpowiadające tym izentropom krzywe rozbiegają się zdecydowanie już przy trzykrotnym wzroście objętości produktów detonacji. Oznacza to, że postać równania izentropy produktów może mieć istotne znaczenie przy oszacowywaniu pracy ekspansji. Wyznaczone równania stanu wykorzystano do określenia zależności teoretycznej pracy ekspansji (9) od stopnia rozprężenia produktów detonacji (rys. 7 i 9). Oszacowano pracę ekspansji dla 10, 15 i 20-krotnego wzrostu objętości produktów i wykorzystano ją do oceny efektywnej zdolności do wykonania pracy odpowiednio w skałach o dużej, średniej i małej zwięzłości. Z analizy rezultatów otrzymanych dla przypadku, gdy właściwości fizyczne produktów detonacji badanych materiałów wybuchowych opisywano równaniem stanu JWL wynika, że do momentu spękania skał o dużej zwięzłości praca wykonana przez produkty detonacji wynosi od 58 do 60% całkowitej energii detonacji, zaś w przypadku skał o małej zwięzłości od 63 do 65% tej energii (rys. 9). Rezultaty te dobrze korelują z danymi literaturowymi, z których wynika, że w przybliżeniu tylko 50-70% energii detonacji wykorzystywana jest do niszczenia skał. Przy założeniu, że izentropa JWL stosunkowo dokładnie przybliża rzeczywiste właściwości produktów detonacji wykazano, że opisując rozprężające się produkty adiabatą Poissona popełnia się błąd rzędu 10% przy szacowaniu ich efektywnej pracy ekspansji w górotworze (dla V/VQ ok. 10-20 na rys. 7 i 9). Zdecydowanie większy błąd popełnia się natomiast przy szacowaniu pracy produktów rozprężających się do dużych objętości, na przykład w wodzie lub powietrzu (aż do 30% dla v/v0 = 500 - rys. 7 i 9), Wyniki pracy wskazują, że test cylindryczny może być z powodzeniem zastosowany do ilościowej oceny energetycznych charakterystyk górniczych materiałów wybuchowych. Rezultaty rentgeno-graficznej rejestracji procesu napędzania rurek miedzianych umożliwiają w stosunkowo prosty sposób oszacowanie zdolności miotających i energii detonacji materiału wybuchowego. Połączone z wynikami modelowania numerycznego pozwalają natomiast wyznaczyć równanie stanu produktów detonacji i oszacować efektywną prace, ekspansji gazowych produktów detonacji.
Wydawca
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
291--307
Opis fizyczny
Twórcy
Bibliografia
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BPL9-0005-0013
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.