PL225950B1 - Urzadzenie do pomiaru parametrow wybuchu ladunku materialu wybuchowego i sposob pomiaru parametrow wybuchu ladunku materialu wybuchowego z ocena jego zdolnosci do wybuchu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru parametrów wybuchu ładunku materiału wybuchowego i sposób pomiaru parametrów wybuchu ładunku materiału wybuchowego z oceną jego zdolności do wybuchu.

Obecnie produkowane standardowe materiały wybuchowe przeznaczone są do stosowania w temperaturach w granicach do 50-60°C i w środowisku, w którym ciśnienie nie przekracza 1 atm. Warunki, w jakich coraz częściej materiały wybuchowe są wykorzystywane w podziemnym górnictwie węgla kamiennego, z uwagi na stały wzrost głębokości eksploatacji i związany z tym wzrost stopnia geotermicznego, niejednokrotnie przekraczają podane wartości. Dotyczy to zwłaszcza górnictwa otworowego, gdzie głębokości prowadzonych robót wiertniczych dochodzą do kilku kilometrów. Na takich głębokościach ładunki materiałów wybuchowych poddane są niekorzystnym czynnikom takim jak wysokie ciśnienie i temperatura, które zmieniają prędkość ich spalania. Ma to szczególnie negatywny wpływ, gdy ładunki te poddane są wymienionym czynnikom przez dłuższy okres czasu.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL 197 974 sposób i aparat do pomiaru energetycznych charakterystyk materiałów wybuchowych. Sposób polega na odstrzeliwaniu ładunków materiałów wybuchowych w wodzie, przy ciśnieniu atmosferycznym. Czasowe i natężeniowe charakterystyki pulsacji pęcherza gazowych produktów wybuchu mierzy się czujnikami ciśnienia, a jego objętość oznacza się za pomocą określenia sumarycznego przemieszczenia się poziomu wody w poziomowskazach. Inicjowanie naboju materiału wybuchowego przeprowadza się z udziałem zapalnika lub spłonki, najkorzystniej metodą elektroeksplozyjną. Masa naboju wynosi korzystnie 10 do 100 g. Aparat natomiast charakteryzuje się tym, że składa się ze zbiornika o objętości od 1 m do 10 m wypełnionego wodą lub inną nieściśliwą cieczą. W zbiorniku umieszcza się centralnie nabój materiału wybuchowego, a na jego korpusie od 2 do 4 piezoelektrycznych czujników do pomiaru ciśnienia, od 1 do 10 poziomowskazów znajdujących się w różnych miejscach korpusu, zaopatrzonych w elektryczne czujniki poziomu wody. Zbiornik ma także kratownicę tłumiącą falowanie w nim wody.

Urządzenie do pomiaru parametrów wybuchu ładunku materiału wybuchowego zawierające komorę na ciecz z miernikiem ciśnienia cieczy i układ hydrauliczny tłoczenia cieczy do komory, według wynalazku, ma zespół grzałek w komorze szczelnie zamkniętej pokrywą z przelotowo osadzonym w niej trzpieniem do mocowania w tej komorze zapalnika lub ładunku materiału wybuchowego z zapalnikiem. Komora połączona jest z zaworem odpowietrzającym i miernikiem ciśnienia cieczy, który jest drugostronnie połączony z zewnętrznym rejestratorem zmian ciśnienia cieczy w komorze, zaś w dnie komora ma otwór bezpieczeństwa zaślepiony płytką. Na zewnątrz komora może mieć tensometry połączone z rejestratorem. Sposób natomiast pomiaru parametrów wybuchu materiału wybuchowego z oceną jego zdolności do wybuchu polegający na wybuchu zapalnika wraz z ładunkiem materiału wybuchowego umieszczonego, możliwie centralnie, w komorze z cieczą, korzystnie metodą elektroeksplozyjną oraz mierzeniu temperatury i ciśnienia w czasie tego wybuchu, według wynalazku polega na tym, że doprowadza się, w zamkniętej komorze z cieczą, do wybuchu zapalnika materiału wybuchowego, a później do wybuchu ładunku materiału wybuchowego z zapalnikiem. Można również doprowadzić do wybuchu zapalnika i wybuchu ładunku materiału wybuchowego z zapalnikiem równolegle w osobnych, zamkniętych komorach. Wybuch lub wybuchy prowadzi się po wcześniejszym przygotowaniu do tego zadania komory lub komór polegającym na umieszczeniu w zamkniętej komorze lub zamkniętych komorach, zapalnika lub ładunku materiału wybuchowego z zapalnikiem. Umieszczenie to może być dokonane przed lub po wypełnieniu komory cieczą, albo jednocześnie z wypełnieniem komory lub komór cieczą. Po wypełnieniu komory lub komór cieczą korzystnie prowadzi się jej lub ich odpowietrzenie. Następnie ciecz podgrzewa się podnosząc jej temperaturę i zwiększając jej ciśnienie, przy kontroli tych parametrów, aż do osiągnięcia założonej, przewidywanej temperatury i ciśnienia, panujących w kopalni na głębokości przewidzianej do stosowania badanego materiału wybuchowego. W kolejnym etapie doprowadza się do wybuchu osobno zapalnika materiału wybuchowego i ładunku materiału wybuchowego z zapalnikiem. W czasie tego wybuchu rejestruje się, także w postaci wykresów, przebieg zmian ciśnienia osobno dla detonacji zapalnika i osobno dla wyb uchu ładunku materiału wybuchowego z zapalnikiem. Po zarejestrowaniu tych wyników porównuje się je ze sobą i jeżeli maksymalne ciśnienie zarejestrowane podczas wybuchu ładunku materiału wyb uchowego z zapalnikiem jest wyższe od maksymalnego ciśnienia zarejestrowanego podczas wybuchu samego zapalnika w tych samych warunkach, uznaje się, że badany materiał wybuchowy nadaje się do stosowania w temperaturze i ciśnieniu panującym na danej głębokości kopalni.

PL 225 950 B1

Wynalazek zapewnia właściwy dobór ładunków materiałów wybuchowych do zastosowania w każdych warunkach dołowych uwzględniających panujące w nich ciśnienie i temperaturę, zwłaszcza w trudnych warunkach na dużych głębokościach. Taki dobór rzutuje nie tylko na bezpieczeństwo pracy z uwagi na uniknięcie niewybuchów, które mogą później nieoczekiwanie wybuchać, ale również w istotny sposób wpływa na niższe koszty eksploatacji, ze względu na bezawaryjne prowadzenie w ybuchów ładunków materiałów wybuchowych i tym samym uniknięcie kosztownych przerw w pracy.

Przedmiot wynalazków jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w ujęciu schematycznym, fig. 2 przedstawia wykres przebiegu ciśnienia w czasie wybuchu ładunku materiału wybuchowego z zapalnikiem, a fig. 3 przedstawia wykres przebiegu ciśnienia w czasie wybuchu samego zapalnika.

Przykład 1

Urządzenie do pomiaru parametrów wybuchu ładunku materiału wybuchowego ma komorę 1 z zespołem grzałek 2, zamkniętą szczelnie pokrywą 3 z przelotowo osadzonym w niej trzpieniem 4 do centralnego umieszczania w niej ładunku a materiału wybuchowego z zapalnikiem b lub samego zapalnika b połączonego z zapalarką c. Komora 1 wyposażona jest w zawór 5 odpowietrzający, a w dnie posiada otwór bezpieczeństwa zaślepiony stalową płytką 6. Ponadto, komora 1 jest wyposażona w czujnik 7 temperatury cieczy, miernik 8 ciśnienia cieczy, tensometry 9 oraz zawór 10 szybkoupustowy. Miernik 8 ciśnienia i tensometry 9 są połączone z odrębnymi rejestratorami stanowiącymi komputery. Tensometry 9 są umieszczone na zewnętrznej ściance komory 1. Komora 1 jest zasilana układem hydraulicznym zawierającym połączone przewodami: zbiornik 11 cieczy, pompę 12 hydrauliczną, manometr 13 i zawór 14 odcinający.

Przykład 2

Sposób realizuje się przy założeniu przewidywanych warunków panujących w kopalni węgla kamiennego na danej głębokości, które dla głębokości 2000 m wynoszą około: temperatura 70°C i ciśnienie 200 bar. W pierwszym etapie sposób ten polega na centralnym umieszczeniu w komorze 1, na trzpieniu 4, samego zapalnika b materiału wybuchowego połączonego z zapalarką c i wypełnieniu cieczą komory 1. Ciecz tłoczy się ze zbiornika 11, za pomocą pompy 12 hydraulicznej. Ciśnienie tej cieczy jest kontrolowane na manometrze 13, natomiast wzrost jej ciśnienia w komorze 1 jest kontrolowany miernikiem 8, zaś wzrost temperatury cieczy w komorze 1 jest kontrolowany czujnikiem 7 temperatury. Dodatkowo, ciśnienie cieczy w komorze 1 może być porównywane ze wskazaniami tensometrów 9. Po wypełnieniu komory 1 cieczą, przy dalszym jej tłoczeniu do tej komory 1, zaczyna się jej odpowietrzanie, które trwa do czasu wypływu cieczy zaworem 5 odpowietrzającym. Wówczas zamyka się zawór 5 odpowietrzający i uruchamia się podgrzewanie cieczy zespołem grzałek 2, aż do osiągnięcia zakładanej temperatury 70°C. Po uzyskaniu tej temperatury podnosi się ciśnienie cieczy w komorze 1, za pomocą pompy 12 hydraulicznej do przewidywanej wysokości to jest do 200 bar. Zmiany ciśnienia pokazywane miernikiem 8 ciśnienia cieczy i zmiany naprężeń ścianek komory 1 odpowiadające ciśnieniu cieczy w tej komorze 1 mierzone tensometrami 9 pokazywane są, lecz nie rejestrowane, w podłączonych do nich komputerach.

Po osiągnięciu tych parametrów wyłączono pompę 12 hydrauliczną i grzałki 2 w komorze 1, włączono komputerową rejestrację zmian ciśnienia pokazywanego przez miernik 8 ciśnienia i zmian naprężeń ścianek komory 1 pokazywanych przez tensometry 9, a następnie zapalarką c spowodowano wybuch zapalnika b. Zmiany ciśnienia cieczy przebiegające w czasie wybuchu w okresie milisekund zarejestrował komputer połączony z miernikiem 8 ciśnienia i komputer połączony z tensom etrami 9. Zmiany te przedstawione są w postaci wykresów. Rejestracja zmian ciśnienia kończy się z chwilą spadku ciśnienia spowodowanego przebiciem stalowej płytki 6 na skutek wybuchu zapalnika b.

W drugim etapie, który może być realizowany po zakończeniu pierwszego etapu dla zapalnika b lub prowadzony równolegle z pierwszym etapem, ale w odrębnej komorze 1, prowadzi się badanie parametrów wybuchu ładunku a materiału wybuchowego z zapalnikiem b. Do badania użyto materiał wybuchowy EMULINI PM powtarzając wszystkie czynności przewidziane dla zapalnika b. Tak więc, w komorze 1 umieszczono na trzpieniu 4 ładunek a materiału wybuchowego o masie 10 g, połączony poprzez zapalnik b z zapalarką c, po czym wypełniono komorę 1 cieczą. Ciecz tłoczono ze zbiornika 11 pompą 12 poprzez zawór 14 odcinający. Ciśnienie tej cieczy kontrolowano manometrem 13, zaś wzrost jej ciśnienia w komorze 1 kontrolowano miernikiem 8 ciśnienia, natomiast wzrost temperatury cieczy w komorze 1 kontrolowano czujnikiem 7 temperatury. Dodatkowo, ciśnienie cieczy w komorze 1 mierzone miernikiem 8 ciśnienia może być porównywane ze wskazaniami tensometrów 9. Po wypełnieniu komory 1 cieczą w związku z dalszym jej tłoczeniem, następuje etap odpowietrzania komory 1,

PL 225 950 B1 aż do czasu pojawienia się wypływu cieczy z zaworu 5 odpowietrzającego. Z tą chwilą pompę 12 hydrauliczną wyłączono, a zawór 5 odpowietrzający został zamknięty i uruchomiono podgrzewanie cieczy zespołem grzałek 2, które zakończyło się po osiągnięciu temperatury cieczy w wysokości 70°C. Wówczas ponownie uruchomiono tłoczenie cieczy pompą 12 hydrauliczną zwiększając jej ciśnienie w komorze 1, aż do osiągnięcia zakładanego ciśnienia 200 bar. W trakcie podnoszenia tego ciśnienia, jego zmiany mierzone były miernikiem 8 ciśnienia cieczy oraz mierzone były tensometrami 9 zmiany naprężeń ścianek komory 1 odpowiadające ciśnieniu cieczy w tej komorze 1. Wyniki tych pomiarów pokazywały podłączone do nich komputery. Po osiągnięciu tych parametrów zainicjowano zapalarką c wybuch zapalnika b wraz z ładunkiem a materiału wybuchowego. Zmiany ciśnienia cieczy przebiegające w okresie milisekund były rejestrowane w komputerze połączonym z miernikiem 8 ciśnienia i w komputerze połączonym z tensometrami 9. Zmiany te przedstawione zostały w komputerach w postaci wykresów. Rejestracja zakończyła się z chwilą spadku ciśnienia spowodowanego przebiciem stalowej płytki 6 na skutek wybuchu ładunku materiału wybuchowego.

Podgrzewanie i zwiększanie ciśnienia cieczy zarówno w pierwszym jak i w drugim etapie może być prowadzone równocześnie.

W trzecim etapie, na podstawie otrzymanych wykresów, porównano uzyskane wyniki ciśnień cieczy, z którego to porównania wynika, że maksymalne ciśnienie przy wybuchu zapalnika b wraz z ładunkiem a materiału wybuchowego jest wyższe od maksymalnego ciśnienia uzyskanego przy wybuchu zapalnika b w tych samych warunkach.

Uzyskanie takich zależności, to jest maksymalnego ciśnienia wybuchu zapalnika b wraz z ładunkiem a materiału wybuchowego wyższego od maksymalnego ciśnienia uzyskanego podczas wybuchu zapalnika b dla przyjętych warunków, świadczy o zdolności badanego materiału do wybuchu i pozwala stwierdzić, że nadaje się on do pracy w badanych warunkach to jest dla głębokości 2000 m, temperatury 70°C i ciśnienia 200 bar.

Dotychczas producenci materiałów wybuchowych podają, do jakich wartości temperatur jest przeznaczony dany materiał wybuchowy, przy czym skuteczność jego działania podawana jest maksymalnie dla temperatury do 60°C. Brak jest natomiast informacji na temat ciśnień otoczenia, w jakich materiały te mogą być stosowane. Wynalazek istotnie przyczynia się więc do właściwego doboru m ateriałów wybuchowych dla danych warunków dołowych.

Claims (3)

1. Urządzenie do pomiaru parametrów wybuchu ładunku materiału wybuchowego (fig. 1) zawierające komorę na ciecz z miernikiem ciśnienia cieczy i układ hydrauliczny tłoczenia cieczy do komory, znamienne tym, że komora (1) ma zespół grzałek (2) i jest szczelnie zamknięta pokrywą (3) z przelotowo osadzonym w niej trzpieniem (4) do mocowania w komorze (1) zapalnika (b) lub ładunku (a) materiału wybuchowego z zapalnikiem (b) oraz jest połączona z zaworem (5) odpowietrzającym i miernikiem (8) ciśnienia cieczy drugostronnie połączonym z zewnętrznym rejestratorem zmian ciśnienia cieczy w komorze (1) zaś w dnie komora (1) ma otwór bezpieczeństwa zaślepiony płytką (6).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że komora (1) ma tensometry (9) połączone z rejestratorem.

3. Sposób pomiaru parametrów wybuchu ładunku materiału wybuchowego z oceną jego zdolności do wybuchu polegający na wybuchu zapalnika wraz ładunkiem materiału wybuchowego umies zczonego, możliwie centralnie, w komorze z cieczą, korzystnie metodą elektroeksplozyjną oraz mierzeniu temperatury i ciśnienia w czasie tego wybuchu, znamienny tym, że prowadzi się, w zamkniętej komorze (1) z cieczą, wybuch zapalnika (b) materiału wybuchowego, a później ładunku (a) materiału wybuchowego z zapalnikiem (b) lub prowadzi się wybuch zapalnika (b) i ładunku (a) materiału wybuchowego z zapalnikiem (b) w osobnych, zamkniętych komorach (1), po wcześniejszym przygotowaniu komory (1) lub komór (1) do wybuchu, polegającym na umieszczeniu w zamkniętej komorze (1) lub zamkniętych komorach (1), zapalnika (b) lub ładunku (a) materiału wybuchowego z zapalnikiem (b), przed lub po wypełnieniu komory (1) lub komór (1 cieczą, albo jednocześnie z wypełnianiem komory (1 lub komór (1) cieczą, korzystnie odpowietrzeniu komory (1) lub komór (1) podgrzaniu cieczy i podnoszeniu jej ciśnienia, aż do osiągnięcia założonej, przewidywanej temperatury i ciśnienia panujących w kopalni na głębokości przewidzianej dla badanego ładunku (a) materiału wybuchowego, przy kontroli wzrostu tych parametrów, doprowadzeniu do wybuchu osobno zapalnika (b) i ładunku (a) materiału

PL 225 950 B1 wybuchowego z zapalnikiem (b), zarejestrowaniu, także w postaci wykresów, przebiegu zmian ciśnienia w czasie wybuchu osobno dla wybuchu zapalnika (b) i dla wybuchu ładunku (a) materiału wybuchowego z zapalnikiem (b), porównaniu otrzymanych wyników i ustaleniu na tej podstawie, że ładunek (a) materiału wybuchowego posiada zdolność do wybuchu dla założonych warunków dołowych kopalni, jeżeli maksymalne ciśnienie zarejestrowanego wybuchu ładunku (a) materiału wybuchowego z zapalnikiem (b) jest wyższe od maksymalnego ciśnienia zarejestrowanego wybuchu samego zapalnika (b)