книги / Технология и безопасность взрывных работ

Наиболее эффективно применение огневого бурения в комплексе с шарошечным способом бурения: скважину бурят шарошечным станком, нижнюю часть расширяют огневым способом.

Для термического бурения при оценке термобуримости используется показатель термобуримости Птб и температура разрушения Тр. Все породы разделены на три класса по термобуримости:

I класс – хорошо термобуримые: Птб Тр = 250…400 С (граниты, безрудные кварциты);

II класс – термобуримые: Птб = 0,06…0,095; Тр = 400…450 С

(железистыекварциты, песчаник);

III класс – труднотермобуримые, Птб < 0,05; Тр = 500…600 С (магнетитовые руды, руды цветных металлов, мрамор).

С увеличением трещиноватости массива эффективность огневого бурения резко снижается даже при хорошо термобуримых породах в результате свободного теплового расширения отдельных структурных блоков породы.

2.3. Современные тенденции развития средств бурения шпуров и скважин

При подземной разработке бурение шпуров и скважин диаметром 30–150 мм глубиной до 50 м характеризуется следующими особенностями:

1)большое разнообразие выпускаемых моделей буровых машин и инструментов для разнообразных горно-геологических условий шахт и рудников;

2)переход на бурение буровыми каретками и станками,

укоторых все вспомогательные операции механизированы или

автоматизированы, с лазерной разметкой шпуров на забое и корректировкой схемы их расположения с использованием бортовой ЭВМ;

3)при работе в опасных условиях выпускаются каретки

сдистанционным управлением;

52

4)переход на пневматические ударные буровые машины, работающие на повышенном (до 2–3 МПа) давлении воздуха,

игидравлические, работающие на давлении 20–30 Мпа;

5)выпускаются портативные алмазные заточные станки для перезаточки штыревых долот в шахтах и на рудниках.

На открытых горных работах бурение шпуров и скважин диаметром 100–500 мм характеризуется следующими особенностями:

6)большое разнообразие легких портативных буровых кареток, в основном на гусеничном ходу, для бурения скважин 40–150 мм различной глубины под углом от 0° до 90° к вертикали;

7)на небольших карьерах (годовой производительностью до 500 тыс. т), на крупных карьерах при вспомогательных работах и для выполнения контурного взрывания используются машины ударного действия с погружными пневмоударниками, пневматические и гидравлические, работающие на повышенном давлении воздуха и жидкости;

8)на крупных карьерах используются в основном шарошечные буровые станки для бурения скважин диаметром 311–550 мм и глубиной до 60 м, на уступах высотой 10–15 м бурение производится одной штангой без наращивания става;

9)в буровом оборудовании используются высокие энергии единичных ударов, высокие осевые усилия на шарошечные долота (1,5–2,0 т на см диаметра долота) при невысоких частотах вращения (1–1,5 об/с);

10)для ударных способов бурения широко используются штыревые долота и высококачественные круглые или трубчатые штанги;

11)для шарошечных станков используются штыревые долота с шламозащитным и смазочным устройствами для увеличения работоспособности подшипников в опорах шарошек.

53

3.ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЗРЫВА

ИВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Взрывчатыми веществами (ВВ) называются химические соединения или механические смеси, которые под воздействием внешнего импульса (нагревание, удар, искры огня) способны переходить с высокой скоростью в другие химические соединения (взрываться).

В зависимости от химического состава и внешних условий взрывчатые вещества могут превращаться в продукты реакции в режимах медленного горения, быстрого (взрывного) горения или детонации.

Взрыв промышленных ВВ протекает в форме детонации.

3.1. Исторические сведения

оразвитии взрывного дела

В682 г. китайский алхимик Сун Сымяо описал способ изготовления эффективной горящей смеси, состоящей из селитры, серы и опилок. Указанный состав был использован в производстве пороховых ракет для фейерверков. Дымный черный порох – первое ВВ, созданное человечеством.

Вкитайском трактате «Основы военного дела» (1040 г.) приведены три рецепта пороха. Это не детонирующее химическое ВВ, а быстро горящая механическая смесь горючих и кислородосодержащих веществ.

В 1132 г. Чень Гуй изобретает огнестрельное оружие с бамбуковым стволом – пищаль. Порох начинают широко применять для поражения живой силы противника. С Востока он переходит в Византию, где арабы первыми стали его использовать при обороне крепостей.

В XIII в. порох попадает в страны Европы. В 1331 г. немцы при защите города Чевидале от итальянцев применяют пушки и пищали. В 1346 г. в битве при Кресси англичане против французов применяют пушки.

54

ВРоссии огнестрельное оружие впервые было использовано в 1383 г. при защите Московского Кремля от войска хана Тохтамыша [13].

В1552 г. войска царя всея Руси Ивана Грозного применили черный порох для подрыва крепостных стен Казанского Кремля при помощи минных подкопов.

Первое применение ВВ в горном деле относится к 1627 г., когда черный порох использовался для взрывания пород при проведении штольни в Словакии на руднике Банска-Штявница. Вслед за этим черный порох стали применять в горнодобывающей промышленности Англии, России и т.д.

Бурное развитие промышленности во второй половине ХIX в. привело к созданию новых ВВ.

В1832 г. французский химик Анри Браконно обнаружил, что при обработке крахмала и древесных волокон азотной кислотой образуется нестойкий горючий и взрывоопасный мате-

риал – пироксилин С24Н29О9(ОNО2)11.

В1847 г. итальянский химик Асканио Собреро синтезировал

нитроглицерин С3Н5(ОNО3)3 – сложный эфир глицерина и азотной кислоты, являющийся сильным взрывчатым веществом, чрезвычайночувствительнымктепловымимеханическимвоздействиям.

В1853 г. в России выдающийся русский ученый-химик Николай Николаевич Зинин впервые изготовил динамит – смесь нитроглицерина с поглотителем. Он разработал самый прогрессивный метод синтеза нитроглицерина из глицерина с использованиемконцентрированнойазотнойкислотыинизкойтемпературы.

Вдальнейшем шведский химик и изобретатель Альфред Нобель, ученик Н.Н. Зинина, усовершенствовал его состав, используя

вкачестве поглотителя нитроглицерина кизельгур (руда, состоящая из осадочной горной породы диатомит). В 1867 г. он покупает патент норвежских инженеров И. Ольсона и И. Норбина, создавших взрывчатые смеси нитрата аммония с горючими веществами, заменяет в динамитах нитраты калия на аммиачную селитру и в 1867 г. получаетпатентнаизготовлениекизельгур-динамита.

55

В1889 г. английские химики Фредерик Абель и Джеймс Дьюар модифицировали баллистит в новый состав – нитроглицериновый бездымный порох кордит. После испытания кордит принят в Англии как для индивидуального стрелкового оружия, так и для пушек.

В1891 г. Толленс и Виган впервые получили ТЕН

((CH2ONO2)4C; тетранитропентаэртитрит). Одно из самых мощных и бризантных ВВ, используется для снаряжения капсюлейдетонаторов и детонирующего шнура.

В1892 г. великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907 гг.) получил

пироколлодийный (бездымный)

порох – смесь нитроцеллюлозы

инитроглицерина, хорошо рас-

творяющегося в смеси спирта и эфира. Высокую оценку пороху дал адмирал С.О. Макаров, главный инспектор артиллерии морскогофлота.

В 1899 г. Ганс Геннинг

Дмитрий Иванович Менделеев впервые синтезирован гексоген

(циклотриметилентринитрамин) (CH2)3N3(NO2)3 – мощное вторичное (бризантное) ВВ. Применяется для изготовления детонаторов, детонационных шнуров, снаряжениябоеприпасовидлявзрывныхработвпромышленности.

Одновременно проводились исследования по созданию новых высокочувствительных инициирующих ВВ.

В 1799 г. английский химик Эдвард Говард открыл гремучую ртуть Hg(CNO)2 (ртутная соль гремучей кислоты). Легко

57

В1808 г. французким химиком Мишелем Шеврелем впер-

вые получен тенерес (ТНРС) (C6H(NO2)3O2Pb, тринитрорезорциат свинца). Обладает хорошей чувствительностью к искре

ипламени. Стал использоваться в капсюлях-детонаторах с 1913 г. наряду с азидом свинца.

В1891 г. немецким химиком Теодо-

ром Курциусом синтезирован азид свинца ((Pb(N3)2, соль азотистоводородной кислоты). Имеет высокую чувствительность, применяется как инициирующее ВВвкапсюлях-детонаторах.

Опыты по инициированию зарядов ВВ также начались в XIX в.

В 1812 г. в России член-корреспон-

дент Петербургской академии наук, изо- бретатель-электротехник Павел Львович Павел Львович Шиллинг

Шиллинг(1786–1837 гг.) впервыеуспешно применил электрический воспламенитель длявзрыванияпороховыхзарядов(мин).

В1842 г. немецкий и русский фи- зик-изобретатель Борис Семенович Якоби (1801–1874 гг.) разработал первую электрическую взрывнуюмашинку.

В1831 г. английский инженер и изобретатель Уильям Бикфорд запатен-

товал безопасный огнепроводный шнур

(ОШ) для передачи огневого импульса

на капсюль-детонатор. В дальнейшем ОШ получил широкую известность как Борис Семенович Якоби

бикфордов шнур.

В 1865 г. капитан (позднее генерал-майор) русской армии Дмитрий Иванович Андриевский (1875–1951 гг.) изобрел пер-

вый пороховой капсюль-детонатор.

58

В1868 г. А. Нобель запатентовал новый капсюльдетонатор усовершенствованной конструкции в виде медной гильзы с начинкой из гремучей ртути (запал Нобеля), который служит для создания начального импульса с целью детонации промышленных ВВ.

В1879 г. французский инженер Мэссен предложил в качестве средства инициирования заряда ВВ детонирующий шнур (ДШ) – в нем использовался пироксилин, которым наполнялась свинцовая (позднее оловянная) трубка.

С разработкой новых ВВ возникла необходимость в новых методах расчета взрывов.

Расчетные методы в XVIII–XIX вв. использовались в основном в минно-подрывном деле.

Много нового в теорию взрывного дела внес выдающийся теоретик и практик минноподрывного дела русский военный инженер генерал-лейтенант Михаил Матвеевич Боресков (1829–1898 гг.). Его знаменитая формула по расчету заряда выброса не утратила своего значения до нашего времени.

Большой вклад в теорию и практику взрывных работ внесли советские ученые: Н.И. Семенов, Я.Б. Зельдович, Н.В. Мельников, С.Я. Коломиец, А.Ф. Суханов, Г.П. Демидюк, Н.М. Покровский, А.Н. Ханукаев и др.

Последние разработки в области действия взрыва на разрушаемую среду и управления этим процессом принадлежат академику М.А. Садовскому и доктору физико-математических наук В.Н. Родионову.

59

3.2. Понятие о взрыве и взрывчатом веществе. Основные свойства взрывчатых веществ

Взрывчатые вещества (ВВ) – химические соединения или механические смеси, которые под воздействием внешнего импульса (нагрев, удар, искры огня) способны взрываться, т.е. чрезвычайно быстро превращаться в другие соединения с выделением тепла и газообразных продуктов, способных производить разрушение и перемещение окружающей среды [16, 17].

При взрыве основным типом реакции является реакция

окисления.

Общие свойства ВВ:

1.ВВ должны содержать горючее (С и/или Н2) и окислитель (О2).

2.ВВ может гореть при отсутствии оболочек, стенок и дру-

гих препятствий оттоку газов. Препятствия приводят к переходу горения во взрыв.

3.Для инициации горения необходима высокая температура (огонь, электронагревание) без механического воздействия на

ВВ(удары, трение).

4.ВВ может гореть при отсутствии кислорода – в вакууме, под водой, при тушении пеной, песком, накрывании тканью.

5.ВВ взрывается от механического воздействия – удар, вибрация, царапание, сжатие, трение, близкийвзрывдругогоВВ.

6.ВВ взрывается от нагрева при наличии оболочки, стенок и других препятствий оттоку газов.

7.На фронте детонации под воздействием высокой температуры вследствие резкого сжатия инициируется реакция окис-

ления горючего с мгновенным выделением тепловой энергии, приводящим к резкому увеличению температуры (до 4000 оС) и давления (до 6–10 ГПа).

8.За фронтом детонации температура и давление газообразных продуктов детонации уменьшаются вследствие их расширения.

60