Pilotażowe pomiary prędkości detonacji materiałów wybuchowych w warunkach kopalń KGHM

Transkrypt

1 145 CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 4 (77) 2015, s Pilotażowe pomiary prędkości detonacji materiałów wybuchowych w warunkach kopalń KGHM Bogusław Cenian 1), Piotr Mertuszka 2), Witold Pytel 2) 1) KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Polkowice-Sieroszowice 2) KGHM CUPRUM sp. z o.o Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław p.mertuszka@cuprum.wroc.pl Streszczenie Jednym z podstawowych parametrów opisujących właściwości materiałów wybuchowych jest prędkość detonacji. Wartości prędkości detonacji, podawane przez producentów materiałów wybuchowych, określane są laboratoryjnie, co nie ma bezpośredniego przełożenia na zachowanie się MW w warunkach dołowych. Mając na uwadze, że prędkość detonacji jest jednym z głównych czynników wpływających na uzyskanie efektywnego zabioru, konieczne jest przeprowadzanie pomiarów pozwalających na jej określenie w warunkach dołowych. Istotnym czynnikiem z punktu widzenia efektywności prowadzonych robot strzałowych jest także zmienność jakości dostarczanych przez producentów materiałów wybuchowych, która istotnie wpływa na skuteczność stosowanych materiałów wybuchowych, w tym emulsyjnych, luzem przygotowywanych w przodku. Mając do dyspozycji narzędzie, pozwalające na przeprowadzanie pomiaru prędkości detonacji in situ, możliwe jest, bez zakłócania procesów produkcyjnych, przeprowadzanie jej okresowych pomiarów, które wymuszą na producentach dostarczanie materiałów o gwarantowanych parametrach termodynamicznych, co w efekcie przełoży się na poprawę efektywności robót strzałowych. W artykule przedstawiono czynniki, mające wpływ na prędkość detonacji, a także wyniki pilotażowych pomiarów prędkości detonacji materiałów wybuchowych z wykorzystaniem aparatury MicroTrap TM kanadyjskiej firmy MREL, przeprowadzonych na terenie kopalni Polkowice-Sieroszowice. Słowa kluczowe: technika strzałowa, materiały wybuchowe, prędkość detonacji Pilot measurements of velocity of detonation of explosives in KGHM s mines conditions Abstract One of the basic parameters describing the properties of explosives is velocity of detonation. The values of velocity of detonation given by the manufacturers of explosives are determined under laboratory conditions, which does not have a direct impact on the behavior of explosives in underground mining conditions. Having in mind, that the velocity of detonation is one of the main factor influencing the effective burden, underground measurements of velocity of detonation are highly recommended. An important factor, from the point of view of efficiency of blasting works, is also the variability of quality of explosives supplied by manufacturers, which significantly affects the effectiveness of bulk emulsion explosives (prepared underground). Having a tool, which allows for in-situ measurements of velocity of detonation, periodical underground measurements, without hindering of mining process, can be carried out. It will force manufacturers to provide products with guaran-

2 146 teed thermodynamic parameters, which in turn will result into improvement of efficiency of blasting works. The article presents the factors affecting the velocity of detonation and results of pilot measurements of velocity of detonation of explosives with the use of Micro- Trap recorder manufactured by Canadian MREL company, carried out in Polkowice- Sieroszowice mine. Key words: blasting technique, explosives, velocity of detonation Wprowadzenie Podstawowym sposobem urabiania złoża rudy miedzi w KGHM Polska Miedź S.A. pozostaje nadal, mimo udanych prób urabiania mechanicznego, technika strzałowa opierająca się na działaniu materiału wybuchowego (MW) na ośrodek skalny. W największym stopniu działanie wybuchu na ten ośrodek zależy od parametrów fizykomechanicznych masywu skalnego oraz przynajmniej w równym stopniu od detonacyjnych charakterystyk używanych materiałów wybuchowych. Jednym z podstawowych parametrów służących do opisu tych charakterystyk, mającym znaczenie zarówno teoretyczne, jak i praktyczne, jest prędkość detonacji ładunku materiału wybuchowego (ang. velocity of detonation VOD). Parametr ten opisuje prędkość, z jaką w ładunku MW przemieszcza się fala detonacyjna. Dla typowych MW używanych w przemyśle wydobywczym prędkość ta zawiera się w zakresie od 1600 m/s do nawet 7600 m/s dla MW stosowanych w pobudzaczach (detonatorach) i lontach detonujących. Wartości prędkości detonacji dla wybranych materiałów wybuchowych stosowanych na terenie kopalń KGHM Polska Miedź S.A. wynoszą: dla MW nitroglicerynowych nabojowanych od 3500 m/s (Ergodyn 22E) do 4500 m/s (Ergodyn 35E), dla MW emulsyjnych nabojowanych 4000 m/s (Emulinit 2), dla MW emulsyjnych luzem od 3200 m/s (Emulgit RP-T2) do 4300 m/s (Emulinit 7L), dla lontów detonujących 6900 m/s (Nitrocord), dla pobudzaczy 5500 m/s (Rioprime 25). Spośród czynników, wpływających na prędkość detonacji ładunków materiałów wybuchowych, których szczegółowy opis znaleźć można w dostępnej literaturze [1, 4-6], wymienić należy: rodzaj i skład chemiczny MW (od którego zależy proces jego chemicznej przemiany), parametry fizyczne MW (np. wielkość kryształów bądź cząstek substancji w MW), średnicę ładunku, gęstość MW, rodzaj i wytrzymałość otoczki ładunków MW. Prędkość detonacji jest jednym z czynników wpływających na efektywność robót strzałowych. Dobór odpowiedniego materiału wybuchowego, w zależności od rodzaju urabianej skały, zależy w dużej mierze od prędkości detonacji.

3 Metody pomiaru prędkość detonacji Doceniając fakt zasadniczego znaczenia prędkości detonacji w technice strzałowej, już od końca XIX wieku zaczęto interesować się metodami jej pomiaru. Pierwsze udane próby oznaczenia prędkości detonacji przeprowadzili w 1885 r. Marcellin Berthelot i Paul Vieille, używając do tego czułego chronografu oraz 200 m ścieżki z materiału wybuchowego. Długość ścieżki pomiarowej związana była z niską dokładnością ówczesnych chronografów. Następnym, tym razem powszechnie przyjętym sposobem, była metoda Dautriche'a, niewymagająca i aparatury pomiarowej, polegająca na porównaniu znanej prędkości detonacji lontu detonującego z prędkością detonacji badanego ładunku MW. Z uwagi na szybki rozwój systemów pomiarowych, do określania prędkości detonacji stosuje się obecnie dwie grupy metod: metody optyczne, w których wykorzystuje się różne rodzaje kamer do szybkich zdjęć, oraz metody elektryczne, w których wykorzystuje się różne typy czujników połączonych z licznikiem elektronicznym lub oscyloskopem. W metodach optycznych wykorzystuje się obraz emisji światła związany z detonacją MW, który jest rejestrowany na przesuwającym się w kamerze filmie, pozostawiając poprzecznie świecący się ślad (obraz smugowy). Najpowszechniej stosuje się kamery z obracającym się bębnem, kamery z obracającym się zwierciadłem lub pryzmatem oraz kamery elektroniczne. Metody elektryczne możemy podzielić na metody czujników oraz metody ciągłe. Przy metodach ciągłych mierzy się czas przejścia fali detonacyjnej pomiędzy czujnikami umieszczonymi w znanej odległości od siebie. Czas określany jest za pomocą liczników elektronicznych lub oscyloskopów. Częstotliwość stosowanych liczników waha się zwykle w granicach MHz, co pozwala na rejestrację z rozdzielczością ns. Ze względu na zasadę działania użyte w tej metodzie czujniki można podzielić na jonizacyjne i elektrokontaktowe (zwarciowe). W czujnikach jonizacyjnych wykorzystuje się fakt przewodzenia prądu elektrycznego przez zjonizowane produkty detonacji w czole fali detonacyjnej. Przejście fali detonacyjnej przez czujnik zamyka obwód elektryczny, przez co dochodzi do rozładowania kondensatora, co z kolei włącza lub wyłącza licznik elektroniczny. W drugim typie sond pomiarowych (zwarciowych) zamknięcie lub przerwanie obwodu elektrycznego spowodowane jest mechanicznym działaniem ciśnienia fali detonacyjnej. Przykładem takiego czujnika (sondy) mogą być dwa splecione ze sobą druty miedziane z izolacją, która niszczona jest w momencie przejścia przez nie fali detonacyjnej. Dokładność pomiaru zależy przede wszystkim od dokładności pomiaru odległości pomiędzy czujnikami (im większa odległość, tym błąd jest mniej znaczący). Błąd pomiaru prędkości fali detonacyjnej za pomocą metody czujników i licznika nie przekracza 1%. Sondy (czujniki) typu jonizacyjnego lub zwarciowego mogą być wykorzystane również do ciągłego pomiaru prędkości detonacji. W tej metodzie w sposób ciągły rejestruje się zmianę oporności sondy pomiarowej umieszczonej wzdłuż ładunku MW. Zmiana oporu sondy spowodowana jest zwieraniem czujnika przez rozchodzącą się falę detonacyjną.

4 Podstawy teoretyczne Zgodnie z praktyką górniczą oraz dostępnymi opracowaniami, np. [3], można przyjąć, że od zastosowanego materiału wybuchowego zależy wielkość i prędkość narastania ciśnienia gazów postrzałowych w otworze strzałowym. Maksymalne ciśnienie gazów w otworze wynosi [3]: gdzie: ρ gęstość materiału wybuchowego, D prędkość detonacji, u prędkość masowa gazów postrzałowych (u = p = ρ D u (1) (), gdzie: k współczynnik przemiany politropowej, dla większości MW przyjmuje się wartość 3). Uwzględniając, że średnie ciśnienie detonacji jest około połowę mniejsze od maksymalnego, otrzymamy: p ś = ρ (2) Do przeprowadzenia oceny przydatności danego MW do wykonywania robót strzałowych można wykorzystać porównanie gęstości akustycznych MW i urabianej skały. Dla MW gęstość akustyczną określa wyrażenie: natomiast dla ośrodka skalnego: gdzie: u prędkość akustycznej fali podłużnej, ρ gęstość ośrodka skalnego. A = ρ D (3) A = ρ u (4) Empirycznie wyznaczono, że iloraz A A powinien mieścić się w granicach 0,8-1,2 [3], co obrazowo można ująć w twierdzenie, że w skałach o mniejszej gęstości akustycznej należy stosować słabsze materiały wybuchowe, natomiast w skałach o wyższej gęstości akustycznej silniejsze MW. Jest to prosty sposób sprawdzenia, czy zastosowano właściwy MW. Warunkiem tego jest wykonanie pomiaru prędkości detonacji bezpośrednio w otworze strzałowym, z uwzględnieniem większości czynników, mających wpływ na prędkość detonacji, jak np.:

5 149 średnicy otworu (z uwagi na zużywanie się koronek czy raczków, lub też istnienie naturalnych pustek, bądź szczelin w górotworze, średnica odwierconych otworów może się różnić od projektowanej), gęstości ładunku MW (co ma kolosalne znaczenie zwłaszcza podczas stosowanie MW emulsyjnych luzem, gdzie pojawia się problem znacznych zmian gęstości MW), stopnia niejednorodności MW (np. przy nierównomiernym wymieszaniu matrycy MW z uczulaczem przy MW emulsyjnych luzem), stopnia zanieczyszczenia MW (np. zwiercinami), zawilgocenia, temperatury pierwotnej skał. Rzeczywista prędkość detonacji różni się znacznie od prędkości podawanej przez producenta (obliczonej lub pomierzonej w warunkach laboratoryjnych), co ma istotne znaczenie przy stosowaniu MW emulsyjnych luzem. Czynnikiem wpływającym na prędkość detonacji, który najczęściej ulega fluktuacji podczas wykonywania robót strzałowych w kopalni, jest skład materiału wybuchowego. Mając do dyspozycji narzędzie pozwalające na przeprowadzenie pomiaru prędkości detonacji in situ, możliwe jest, bez zakłócania procesów produkcyjnych, przeprowadzanie jej okresowych pomiarów, które wymuszą na producentach dostarczanie materiałów o gwarantowanych parametrach termodynamicznych. Otrzymanie wyniku negatywnego, czyli prędkości detonacji MW spoza zakresu deklarowanego przez producenta będzie sygnałem do natychmiastowego wycofania danego modułu do wytwarzania MW i jego ponownej kalibracji oraz zbadania jakości komponentów do produkcji MW emulsyjnego luzem. Taka procedura powinna przełożyć się na poprawę efektywności robót strzałowych. Porównując prędkość rzeczywistą, czyli pomierzoną bezpośrednio w otworze i maksymalną, można określić, jaka część MW przereagowała w czole fali detonacyjnej (fali uderzeniowej i związanej z nią strefy reakcji w MW), a jaka część wpłynęła tylko na ilość gazów postrzałowych. Przykładowe wyniki otrzymane z eksperymentów dołowych przedstawiono w dalszej części pracy. 3. System rejestracji prędkości detonacji MicroTrap Rejestrator MicroTrap TM VOD/Data Recorder jest 1-kanałowym, przenośnym urządzeniem do pomiarów prędkości detonacji materiałów wybuchowych. Rejestrator umożliwia zapis danych pomiarowych z niespotykaną dotąd rozdzielczością. Możliwe jest rejestrowanie prędkości detonacji materiałów wybuchowych, jak również po zastosowaniu odpowiednich sond pomiarowych, rejestrowanie krótkotrwałych zdarzeń, takich jak drgania powstałe w wyniku detonacji MW, ciśnienia wybuchów, fale podmuchu itp. Rejestrator został przetestowany w warunkach ekstremalnie wysokich temperatur, pyłu i trudnych warunkach towarzyszących zjawiskom wybuchu w różnych miejscach na całym świecie. Załączony pakiet oprogramowania pozwala użytkownikowi analizować przebiegi zarejestrowanej prędkości detonacji MW i przeprowadzać konwersję zarejestrowanych sygnałów napięcia prądu stałego na określoną wartość wielkości fizycznej mierzonej danym sensorem. Oprogramowanie służy do ustawiania parametrów rejestracji oraz do wyświetlania, analizowania, drukowania czy eksportowania danych uzyskanych w czasie pomiarów.

6 150 Głównymi cechami rejestratora MicroTrap są: pojedynczy kanał do pomiaru prędkości detonacji umożliwia rejestrowanie do 2 MHz danych (2 miliony punktów pomiarowych na sekundę); prędkość ta zapewnia rozdzielczość punktów pomiarowych na poziomie 0,5 μs; możliwość rejestracji prędkości detonacji i czasów opóźnień z wykorzystaniem sondy pomiarowej o długości do 900 m, co umożliwia przeprowadzenie pomiaru w kliku otworach strzałowych jednocześnie; zainstalowana pamięć wewnętrzna pozwala na przechowywanie danych pomiarowych nawet z 4 milionów punktów, co umożliwia rejestrowanie stosunkowo długich okresów (2 sekundy) przy rejestracji z częstotliwością 2 MHz; pamięć może zostać rozszerzona do 8 milionów punktów pomiarowych; wysoka, 14-bitowa rozdzielczość oznacza, że nawet w przypadku zastosowania bardzo długiego, 900-metrowego odcinka przewodu pomiarowego, 18 punktów pomiarowych będzie rejestrowanych na odcinku 1 metra, a zastosowanie krótszych odcinków przewodu pomiarowego zapewni zagęszczenie punktów pomiarowych na odcinku każdego metra; duża, nieulotna pamięć pozwala na przechowywanie do 16 zdarzeń, zanim zostaną one eksportowane na komputer; eksport danych do komputera odbywa się z użyciem dołączonego kabla USB; rejestrator może być w prosty i niedrogi sposób rozbudowany do prowadzenia pomiarów ciągłych na dodatkowych czterech kanałach napięcia prądu stałego przy częstotliwości rejestracji wynoszącej 1 MHz. Rejestrator MicroTrap jest urządzeniem bezpiecznym i łatwym w obsłudze. W trakcie pracy, rejestrator generuje niskie napięcie (mniej niż 5 V prądu stałego) i niezwykle mały prąd (mniej niż 50 ma) do sond umieszczonych w materiale wybuchowym. Ten niski sygnał wzbudzenia zapewnia, że rejestrator nie doprowadzi do przedwczesnej inicjacji materiału wybuchowego i/lub zapalników. Zgodnie z 2 pkt 4 rozporządzenia Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z 1 kwietnia 2003 r. w sprawie przechowywania i używania środków strzałowych i sprzętu strzałowego (DzU nr 72, poz. 665), obowiązującego na podstawie art. 224 ustawy z 9 czerwca 2011 r. Prawo geologiczne i górnicze (DzU z 2015 r., poz. 196), sprzęt strzałowy stanowią przyrządy, przybory oraz urządzenia służące do bezpiecznego: przewożenia, przenoszenia i przechowywania środków strzałowych, sporządzania, wprowadzania materiałów wybuchowych, wprowadzania ładunków materiału wybuchowego, konstruowania i sprawdzania obwodów strzałowych, a także urządzenia służące do odpalania ładunków materiałów wybuchowych. Biorąc pod uwagę literalne brzmienie powyższego przepisu, parametry techniczne aparatury oraz jej przeznaczenie, opierając się na stanowisku dyrektora Okręgowego Urzędu Górniczego we Wrocławiu, urządzenie to nie kwalifikuje się do zaliczenia do sprzętu strzałowego, zatem nie wymaga dopuszczenia w trybie rozporządzenia Rady Ministrów z 30 kwietnia 2004 r. w sprawie dopuszczania wyrobów do stosowania w zakładach górniczych. System rejestracji MicroTrap (rys. 1) składa się z rejestratora z wbudowaną pamięcią, na której zapisywane są i przechowywane dane pomiarowe, przewodu pomiarowego lub sondy pomiarowej dla badań prób ładunków materiałów wybuchowych mniejszych niż 1 m oraz kabla transmisyjnego.

7 151 Rys. 1. System rejestracji MicroTrap: rejestrator (z lewej), przewód pomiarowy (z prawej) oraz sonda pomiarowa (na dole) [2] System MicroTrap może być wykorzystywany do przeprowadzania dwóch typów pomiarów: 1) Badania próbek materiałów wybuchowych, w tym: badania jakości dostarczanych przez producentów materiałów wybuchowych w odniesieniu do parametrów określonych przez producentów; ciągły pomiar prędkości detonacji materiałów wybuchowych o dowolnej średnicy w warunkach zarówno ograniczonych, jak i nieograniczonych; określanie średnicy krytycznej i gęstości krytycznej materiału wybuchowego; określanie zdolności przenoszenia detonacji materiału wybuchowego; pomiary dokładności czasu opóźnienia zapalników; ciągły pomiar prędkości detonacji spłonki i pobudzacza; określanie minimalnej wielkości pobudzacza dla różnych materiałów wybuchowych poprzez pomiar prędkości rozbiegu; 2) Badania materiałów wybuchowych w otworach strzałowych: ciągły pomiar prędkości detonacji materiałów wybuchowych w otworach strzałowych o różnej średnicy, zawodnionych i suchych oraz w każdych rodzajach utworów skalnych; ciągły pomiar prędkości detonacji materiałów wybuchowych w kilku otworach strzałowych jednocześnie w ramach jednej serii strzelań; określenie, czy doszło do pełnej detonacji, częściowej, czy nastąpił błąd i kolumna materiału wybuchowego nie zdetonowała, określenie, w której części kolumny MW doszło do przerwania detonacji; sprawdzanie rzeczywistych prędkości detonacji materiałów wybuchowych na miejscu prowadzenia robót strzałowych w odniesieniu do danych dostarczanych przez producentów;

8 152 określanie minimalnej wielkości pobudzacza dla różnych materiałów wybuchowych poprzez pomiar prędkości rozbiegu w miejscu prowadzenia robót strzałowych; pomiary dokładności czasu opóźnień zapalników w miejscu prowadzenia robót strzałowych; pomiary wpływu wody, zwiercin, kawałków skał itp., znajdujących się w kolumnie materiału wybuchowego; wyznaczenie długości kolumny materiału wybuchowego do określenia wpływu przybitki, obecności zwiercin, napływu wody do otworu strzałowego itp. na zdolność do detonowania MW; określenie optymalnej długości oraz rodzaju przybitki. Rozpoczęciem cyklu pomiaru rzeczywistej prędkości detonacji MW jest umieszczenie przewodu sondy w ładunku MW, znajdującym się np. w otworze strzałowym. Przewód pomiarowy należy przymocować do naboju udarowego poprzez owinięcie sondy wraz z nabojem udarowym taśmą izolacyjną i umieścić na dnie otworu strzałowego, a następnie załadować otwór materiałem wybuchowym (rys. 2). Sondę można wprowadzać do jednego otworu lub szeregu otworów leżących obok siebie. Po załadowaniu otworu/ów, przewód pomiarowy (sondę) należy połączyć (zewrzeć) z kablem koncentrycznym (ekran z ekranem, przewód z przewodem), który następnie należy podłączyć do rejestratora. Po sprawdzeniu prawidłowości połączenia, aparaturę umieszcza się w bezpiecznym miejscu i włącza w stan czuwania. Rys. 2. Mocowanie przewodu pomiarowego do pobudzacza (z lewej) oraz ładowanie otworu z sondą materiałem wybuchowym (z prawej) W przypadku badania próbek materiałów wybuchowych poza otworem strzałowym, których długość nie przekracza 1 m, stosuje się sondę pomiarową (rys. 3), którą podłącza się do kabla transmisyjnego. Sonda pomiarowa może posłużyć także do badania prędkości detonacji lontu detonującego. Po wprowadzeniu aparatury w stan czuwania, pomiar prędkości detonacji wykonany zostanie samoczynnie w momencie, gdy zostanie spełniony warunek wewnętrznego wzbudzenia, tj. w czasie, gdy odpowiednia długość sondy lub przewody pomiarowego zostanie zniszczona przez detonację MW.

9 153 Rys. 3. Badanie próbki MW emulsyjnego nabojowanego (z lewej) oraz MW emulsyjnego luzem umieszczonego w rurze kanalizacyjnej (z prawej) 4. Pilotażowe pomiary prędkości detonacji Po uzyskaniu opinii dyrektora Okręgowego Urzędu Górniczego we Wrocławiu w sprawie dopuszczenia do stosowania w zakładach górniczych aparatury rejestrującej prędkość detonacji MicroTrap, w lipcu 2015 r. w wybranych wyrobiskach oddziału G-51 kopalni Polkowice-Sieroszowice przeprowadzono kilkanaście prób badań z wykorzystaniem przedmiotowej aparatury. W przypadku pomiarów prędkości detonacji MW w otworach strzałowych, przewód pomiarowy został przymocowany do naboju udarowego i załadowany razem z innymi otworami materiałem wybuchowym, przy założeniu, że zostanie on odpalony w serii otworów o zerowym stopniu opóźnienia. Rejestrator został umieszczony w odległości około 100 m od przodka oraz zabezpieczony od skutków przemieszczania się odłamków skalnych. Po wpięciu przodka do linii strzałowej rejestrator został uzbrojony w stan czuwania. Po zakończeniu strzelania i przewietrzeniu wyrobiska z gazów postrzałowych rejestrator oraz kabel transmisyjny zostały zdemontowane. W przypadku badań prób MW poza otworem strzałowym, prace prowadzone były w wyłączonym z ruchu zbiorniku retencyjnym urobku, co zapewniało zabezpieczenie miejsca prowadzenia prac przed pojawieniem się załogi oraz umożliwiało szybkie przewietrzenie miejsca pomiarów. Próbki układane były na spągu zbiornika. Rejestrator znajdował się w odległości około 100 m od miejsca prowadzenia robót, a miejsce odpalania znajdowało się w prądzie świeżego powietrza, około 200 m od miejsca pozostawienia uzbrojonych prób. Ładunki nabojowane, jak i emulsyjne luzem pobudzane były zapalnikiem elektrycznym. Próbki materiału emulsyjnego luzem wykonano, napełniając nim rury kanalizacyjne z polipropylenu o średnicy 50 mm, długości 500 mm i grubości ścianki 1,8 mm. Przykładowe wykresy prędkości detonacji przedstawia rys. 4 (materiału wybuchowy emulsyjny Emulinit 7L badanie w przodku) oraz rys. 5 (Emulinit 7L badanie w rurze kanalizacyjnej). Przygotowanie próbki lontu detonującego polegało na przyklejeniu 100 mm odcinka lontu taśmą izolacyjną do sondy pomiarowej. Dla lontu detonującego NITROCORD 10 wykres prędkości detonacji przedstawia rys. 6.

10 154 Rys. 4. Wykres prędkości detonacji materiału wybuchowego emulsyjnego Emulinit 7L w otworze strzałowym Rys. 5. Wykres prędkości detonacji materiału wybuchowego emulsyjnego Emulinit 7L w rurze kanalizacyjnej poza otworem strzałowym

11 155 Rys. 6. Wykres prędkości detonacji lontu detonującego NITROCORD 10 Wykonanie pomiaru w trzech otworach strzałowych podczas tego samego strzelania pozwoliło nie tylko zmierzyć VOD, ale również oznaczyć czasy opóźnień zapalników w poszczególnych otworach, co zostało przedstawione na rys. 7. Rys. 7. Oznaczenie czasów opóźnień zapalników przodku

12 156 Podsumowanie i wnioski Przeprowadzone w trakcie trzech dni pomiary pozwoliły na zapoznanie się z aparaturą pomiarową, jak również na dopracowanie techniki pomiarów. Otrzymane wyniki w większości przypadków potwierdziły zbieżność prędkości detonacji pomierzonej w rzeczywistych warunkach z wartościami deklarowanymi przez producentów. Odnosząc się do opisu teoretycznego podanego w punkcie 2, można stwierdzić, że podczas strzelania, którego przebieg przedstawia rys. 4, stosunek prędkości pomierzonej (4253 m/s) do prędkości maksymalnej (4300 m/s) osiąga bardzo wysoką wartość 98,9%. Świadczy to o tym, że praktycznie cały materiał wybuchowy przereagował w czole fali detonacyjnej co jest bardzo dobrym rezultatem. Przedstawiona analiza wskazuje, że istnieje duży potencjał w zastosowaniu nowatorskich technik pomiarowych z użyciem aparatury MicroTrap. Podkreślić należy bezkolizyjność wykonywania pomiarów z normalnym cyklem technologicznym w kopalni oraz możliwość ich przeprowadzenia w warunkach rzeczywistych bezpośrednio w przodku. Na uwagę zasługują przede wszystkim następujące możliwości wykorzystania urządzenia potwierdzone w trakcie pomiarów: kontrolne pomiary prędkości detonacji MW w otworach strzałowych, a dla MW emulsyjnych luzem ładowanych mechanicznie prawidłowość kalibracji urządzenia mieszalniczo załadowczego; kontrolne pomiary czasu opóźnień zapalników; oraz możliwe do przeprowadzenia: kontrola prawidłowości wypełnienia otworów strzałowych, zwłaszcza w dennym odcinku otworu (miejsce umieszczenia zapalnika czy ładunku udarowego); wzajemny wpływ detonacji sąsiadujących ze sobą otworów strzałowych na siebie sprawdzenie, czy otwory są we właściwej odległości jeden od drugiego (ma to zasadnicze znaczenie zwłaszcza podczas urabiania piaskowca); pomiar VOD w otworach o różnych średnicach pozwoli na dobranie optymalnej dla danych warunków średnicy koronki wiertniczej; możliwość zweryfikowania stosowanych metod inicjacji MW oraz wybranie optymalnego sposobu pobudzenia. Doświadczenia zdobyte w czasie prowadzenia pilotażowych pomiarów prędkości detonacji MW z wykorzystaniem urządzenia MicroTrap pozwolą na kompleksowe sprawdzenie stosowanej technologii strzelania i wprowadzenie ewentualnych poprawek, co powinno skutkować poprawą uzyskiwanych parametrów technicznych oraz ekonomicznych. Bibliografia [1] Batko P., Pyra J., 2010, Pomiar prędkości detonacji MW w otworze strzałowym z zastosowaniem aparatury MicroTrap, Górnictwo i Geoinżynieria, rok 34, Zeszyt 4. [2] Instrukcja obsługi systemu rejestracji MicroTrap. [3] Korzeniowski J., Onderka Z., 2006, Roboty strzelnicze w górnictwie odkrywkowym, Wydawnictwa i Szkolenia Górnicze Burnat & Korzeniowski, Wrocław. [4] Morawa R., Onderka Z., 2013, Górnicze środki strzałowe i sprzęt strzałowy, Wyd. Agencja Wydawniczo-Poligraficzna ART-TEKST, Kraków.

13 157 [5] Smoleński D., 1981, Detonacja materiałów wybuchowych, Wyd. Ministerstwa Obrony Narodowej, Warszawa. [6] Włodarczyk E., 2012, Podstawy fizyki wybuchu, Wyd. Wojskowej Akademii Technicznej, Warszawa.

14 158