книги / Технология и безопасность взрывных работ

Полная работа взрыва будет равна сумме работ, затраченных на выброс поршня 2 и отклонение мортиры 1 на определенный угол.

3. Метод баллистического маятника (рис. 3.20). Основой маятника является груз, подвешенный на жестких тягах l к неподвижной опоре. При воздействии на маятник продуктов взрыва ВВ он получает некоторый импульс силы и отклоняется на соответствующий угол φ. При этом центр тяжести маятника поднимается на высоту h. Работа взрыва затрачивается на подъем центра тяжести маятника.

При испытаниях обычно определяют массу заряда исследуемого ВВ, который дает отклонение маятника, равное отклонению при взрыве стандартного ВВ (тротил) массой 200 г. При этом определяется тротиловый эквивалент исследуемого взрывчатого вещества.

Рис. 3.20. Схема баллистического маятника

Достоинством данного метода является возможность испытывать заряды большой массы (200–500 г), что важно для оценки ВВ, неполностью детонирующихотКДвсвинцовой бомбеТрауцля.

Главный недостаток всех испытаний на работоспособность – малые величины зарядов ВВ и их диаметров, не достигающих критических. Поэтому все испытания носят только качественный характер и должны быть обязательно дополнены полигонными и промышленными испытаниями при диаметрах зарядов ВВ больших, чем критические значения.

101

3.8.2. Бризантность ВВ

Бризантность ВВ – форма работы взрыва, характеризующаяся высокой степенью измельчения породы на контакте с зарядом и в непосредственной близости от него (пропорциональна резкости удара).

Взависимости от вида взрывных работ (ВР) бризантное действие может быть полезным или бесполезным:

• при дроблении негабаритных кусков горной породы накладным зарядом основной полезной формой взрыва является именно дробящее действие;

• при взрывной отбойке горных пород шпуровыми, скважинными или камерными зарядами бризантное действие взрыва, проявляющееся в переизмельчении и нагреве горной массы в непосредственной близости от заряда, является бесполезным.

Наиболее распространенным способом определения бризантностиВВявляетсяпробанаобжатиесвинцовых– способГесса.

Поводится экспериментально на свинцовом цилиндре (рис. 3.21) высотой 60 мм и диаметром 40 мм. На него помещается стальной диск диаметр 41 мм и высотой 10 мм. На диск помещается заряд ВВ массой 50 г в бумажной гильзе диаметром заряда 40 мм.

При испытаниях мощных ВВ типа гексогена, ТЭН применяются заряды массой 25 г и диаметром 20 мм.

Врезультате взрыва верхняя часть свинцового цилиндра расплющивается и приобретает грибовидную форму, а высота его уменьшается. По величине усадки оценивают бризантность

Б(мм) испытуемого взрывчатого вещества ВВ:

Б = Но – Нп,

где Но – высота свинцового столбика до испытаний, Но = 60 мм; Нп – средняя высота столбика после испытаний, мм.

Бризантность некоторых широко применяемых промышленных ВВ (при навеске 25 г):

102

•аммонит 6ЖВ – 14 мм;

•тротил – 16,5 мм;

•нитроглицерин – 20 мм;

•гексоген – 24 мм (при навеске 50 г столбик разрушается).

Рис. 3.21. Схема к определению бризантности ВВ по методу Гесса: 1 – огнепроводный шнур; 2 – капсюль детонатор; 3 – заряд ВВ (50 г); 4 – бумажная оболочка патрона; 5 – стальная пластина стальная плита; 6 – свинцовый столбик; 7 – металлическая плита

Недостатки метода Гесса:

1)бризантность измеряется в условных единицах (мм), а не

вабсолютных;

2)из-за неустойчивой детонации в открытых зарядах такого размера затруднено испытание грубодисперсных и гранулированных ВВ;

3)учитывается только импульс головной части заряда, прилегающей непосредственно к стальной пластине, т.е. неполный импульс взрыва;

4)результаты, полученные при испытании зарядов в стандартных условиях, в стальных кольцах и при уменьшении массы (для мощных ВВ) несопоставимы между собой.

Из-за указанных недостатков получаемые при испытаниях

результаты служат только как контрольные для каждого типа ВВ.

103

3.8.3. Чувствительность ВВ

Чувствительность ВВ – способность ВВ к возникновению в них под влиянием внешних воздействий химической реакции, завершающейся горением или детонацией.

Чувствительность ВВ – один из основных факторов, определяющих возможность их технического использования.

Наиболее распространенными и стандартизированными являются следующие виды чувствительности ВВ:

к удару,

к трению,

к нагреву (температура вспышки),

к воздействию пламени,

к воздействию искры,

к прострелу пулей (осколком),

к детонации (восприимчивость к детонации).

Чувствительность к удару – характеристика ВВ, опреде-

ляющая вероятность возникновения взрыва при внешнем воздействии ударного характера. Чувствительность к удару определяют на специальных устройствах (копрах), позволяющих получать воспроизводимые результаты. Наиболее расспространѐнными числовыми показателями являются:

1)минимальное значение высоты падения груза на прибор, снаряженный ВВ, при котором со 100-процентной вероятностью происходит взрыв в стандартных условиях;

2)процент взрывов при определенном числе испытаний

спадением груза стандартной массы с определенной высоты на прибор, снаряженный ВВ.

Чувствительность некоторых промышленных ВВ к удару для груза 2 кг по первому методу составляет:

гремучая ртуть – 2 см;нитроглицерин – 4 см;тротил – 100 см.

Чувствительность к удару бризантных ВВ и порохов по второму методу определяют процентом взрывов при падении на закрепленное ВВ груза массой 10 кг с высоты 25 см (табл. 3.4).

104

Чувствительность инициирующих взрывчатых веществ характеризуется верхним и нижним пределом чувствительности (табл. 3.5). Необходимость определения этих двух характеристик объясняется тем, что инициирующие ВВ должны, с одной стороны, безотказно возбуждать взрывы, а с другой – обеспечивать безопасность работ.

Нижним пределом чувствительности называется максимальная высота падения груза, при которой из нескольких испытаний не получают ни одного взрыва.

Верхним пределом чувствительности называется минимальная высота падения груза, при которой получают 100 % взрывов.

Чувствительность к трению – характеристика ВВ, опре-

деляющая вероятность возникновения взрыва при внешнем воздействии фрикционного характера.

Метод состоит в истирании определенного количества ВВ между неподвижной и вращающейся (пуансон) поверхностями. В стандартизованной методике берется навеска ВВ массой 0,03 г,

105

скорость вращения пуансона 500–520 мин−1. На пуансон создается измеряемая нагрузка. Наблюдение проводят в течение 3 с. В зависимости от появления признаков взрыва увеличивают или уменьшают нагрузку, определяя ее минимальное значение, при котором происходит взрыв (табл. 3.6).

Таблица 3.6 Чувствительность некоторых промышленных ВВ к трению

Чувствительность ВВ к тепловым воздействиям харак-

теризуется температурой вспышки.

Температурой вспышки называется наименьшая температура, до которой должно быть нагрето ВВ, чтобы вызвать в нем распространяющуюся химическую реакцию, протекающую с такой скоростью, что она сопровождается появлением пламени, а иногда и звуковым эффектом. При достижении температуры вспышки теплоприход превышает теплоотдачу, а это приводит к быстрому повышению температуры, увеличению скорости реакции и воспламенению вещества (табл. 3.7).

106

Для определения воспламеняемости навеску ВВ помещают в пробирку, в которую вводят огнепроводный шнур. Шнур поджигают сверху и наблюдают за поведением ВВ при действии на него пламени. При этом инициирующие ВВ могут детонировать, а бризантные ВВ – воспламениться.

3.9. Промышленные взрывчатые вещества

Взрывные работы в горном деле – это важнейший способ разрушения горных пород, являющийся главным технологическим процессом при строительстве шахт, добыче полезных ископаемых и проведении горных выработок.

Целью создания промышленных ВВ является разработка взрывчатых веществ для массового использования в различных отраслях производства, при этом они должны отвечать следующим требованиям [22, 23]:

1)достаточно безопасные в изготовлении и обращении;

2)эффективные в применении;

3)технически и экономически доступные в изготовлении;

4)обладать достаточной физической и химической стойкостью при хранении и транспортировании.

Различают:

индивидуальные (однокомпонентные) ВВ – химические соединения (нитроглицерин, тротил, ТЕН, гексоген), которые содержат в своем составе все элементы, необходимые для нормального протекания химической реакции взрыва;

смесевые ВВ – состоящие из нескольких химических компонентов, каждыйизкоторыхвыполняетопределенныезадачи.

В состав смесевых ВВ вводятся специальные добавки, отвечающие требованиям промышленных ВВ:

1. Окислители – вещества, содержащие избыточный кислород, расходуемый при взрыве на окисление горючих элемен-

тов (аммиачная NH4NO3, калиевая KNO3, натриевая NaNO3 селитры, хлораты и перхлораты калия и др.).

107

2.Горючие добавки – твердые или жидкие вещества, бога-

тые углеродом и водородом (измельченный уголь, древесная мука, соляровое или минеральные масла, пудры и порошки легко окисляющихся и выделяющих при этом большое количество тепла металлов – алюминий, магний и др.).

3.Сенсибилизаторы – вещества, вводимые в состав ВВ для повышения его чувствительности к начальному импульсу и передачи детонаций. Это мощные ВВ (тротил, гексоген, нитроглицерин), чувствительные к инициатору, которые в смеси с малочувствительными или невзрывчатыми веществами (древесная, хлопковая мука и др.) обеспечивает нормальную чувствительность такого смесевого ВВ к инициированию его капсюлемдетонатором, электродетонатором или детонирующим шнуром.

Сенсибилизатором могут быть и невзрывчатые добавки

(например, соляровое масло.). В малых количествах до 6 % со-

ляровое масло в смеси с аммиачной селитрой выполняет роль сенсибилизатора, а в больших – делает взрывчатую смесь нечувствительной к инициированию.

4.Стабилизаторы – вещества, которые вводят в состав

ВВдля повышения их химической и физической стойкости

(древесная, жмыховая, торфяная муки и др.).

5.Флегматизаторы – легкоплавкие вещества, имеющие высокую теплоемкость и высокую температуры вспышки, которые обволакивают частицы чувствительного ВВ и не вступают

с ним в реакцию (вазелин, парафин, различные масла, тальк и др.). Введение флегматизаторов снижает чувствительность ВВ к механическим воздействиям и обеспечивает безопасные условия его применения.

6. Пламегасители – вещества, которые вводят в состав предохранительных ВВ для снижения температуры взрыва, благодаря чему уменьшается вероятность воспламенения метановоздушных и пылевоздушных смесей в шахтах, опасных по газу или пыли (хлористый натрий, хлористый калий, хлористый аммоний и др.).

108

Пламегасители, не участвуя в реакции при взрыве, поглощают часть тепла на свое нагревание и испарение, за счет чего снижается температура газов, образующихся при взрыве. Кроме того, пламегасители играют роль отрицательных катализаторов (ингибиторов), которые задерживают реакцию воспламенения метана горячими газами взрыва.

3.9.1. Свойства и рецептура промышленных взрывчатых веществ

Промышленные ВВ (однокомпонентные и смесевые) с точки зрения использования обладают как положительными (+) так

иотрицательными (–) технологическими свойствами:

+Сыпучесть – способность ВВ свободно высыпаться из калиброванных отверстий, полностью заполнять определенные замкнутые объемы (скважины, камеры). Хорошую сыпучесть имеют гранулированные ВВ.

+Водоустойчивость – способность ВВ противостоять проникновению воды в массу заряда, растворению компонентов

иустойчиво детонировать в окружении воды.

+Химическая стойкость – способность ВВ сохранять неизменными свои химические свойства при длительном хранении

итранспортировке.

–Расслаивание – свойство смесевых ВВ самопроизвольно или при заряжении разделятся на основные компоненты, особенно когда компоненты имеют разную плотность. Так, в игданитах при их длительном нахождении в скважине происходит стекание солярового масла вниз скважины, что приводит к затуханию детонации.

–Гигроскопичность – способность ВВ поглощать влагу из воздуха. Этим свойством обладает аммиачная селитра.

–Пыление – способность сыпучих ВВ при операциях с ними измельчатся и выделять в атмосферу мелкодисперсные частицы. Данный параметр имеет важное значение при механизированном заряжении скважин и шпуров.

109

–Слеживаемость – способность ВВ терять сыпучесть при хранении и превращаться в прочную камнеобразную массу. Наиболее склонен к слеживаемости порошкообразный аммонит 6ЖВ, особенно при изменении влажности и температуры окружающей среды.

–Электризация – способность движущихся частиц ВВ, взвешенных в воздушном потоке, накапливать заряды статического электричества. Это может привести к взрывоподобным вспышкам. С увеличением содержания в составе ВВ мелких гранул (мельче 1 мм) и порошкообразных фракций степень электризации увеличивается, особенноприпневмотранспортировке.

3.9.2. Взрывчатые химические соединения

Взрывчатые компоненты промышленных ВВ представляют собой в основном нитросоединения, содержащие нитрогруппу – NO2 (нитросоединения ароматического ряда – тротил, динитро-

нафталин, нитрометан), -О-NO2 (нитраты спиртов – нитроглицерин, нитрогликоль, ТЭН), -N-NO2 (нитрамины– гексоген, октоген).

Тротил (тринитротолуол) C6H2(NO2)3CH3 – малочувствительное химически и термически стойкое соединение, представляющее порошок белого цвета, желтеющий на свету. Практически нерастворим в воде, токсичен, хорошо детонирует в воде. Температура вспышки 310 °С без взрыва. Переход горения в детонацию наблюдается только при горении в замкнутом пространстве или в очень больших количествах. Вследствие большого отрицательного кислородного баланса (–74 %) тротил при взрыве выделяется мало газообразных продуктов и значительное количество твердых продуктов (сажа). Работоспособность тротила – 285 см3, бризантность мелкокристаллического тротила при плотности 1 г/см3 равна 16,5 мм, при увеличении плотности до 1,4 г/см3 она возрастает до 24–27 мм. Применяется как сенсибилизатор в аммиачно-селитренных ВВ, для изготовления промежуточных детонаторов и как самостоятельное ВВ (гранулотол).

110