- •Министерство образования и науки Украины
- •Разрушение горных пород взрывом
- •Содержание
- •Предисловие
- •Раздел I Взрывчатые вещества и средства их инициирования
- •Глава 1
- •1.1. История создания и применения взрывчатых веществ
- •1.3. История развития теории взрыва
- •Глава 2
- •2.1. Понятие о взрыве и взрывчатом веществе
- •2.2. Взрывные реакции. Кислородный баланс
- •2.3. Ядовитые газы взрыва
- •2.5. Детонация вв
- •2.6. Кумуляция
- •2.7. Характеристики (показатели) взрыва
- •Глава 3 Взрывчатые химические соединения
- •3.1. Инициирующие взрывчатые вещества
- •3.2. Нитросоединения
- •3.3. Нитроэфиры
- •3.4. Селитры
- •Глава 4 Промышленные взрывчатые вещества
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Основные компоненты взрывчатых механических смесей
- •4.4. Основы теории предохранительных взрывчатых веществ
- •4.5. Принципы построения предохранительных вв
- •4.6. Определение предохранительных свойств вв
- •4.7. Свойства и рецептура промышленных вв
- •Глава 5
- •5.1. Огневое взрывание
- •5.2. Электрическое взрывание
- •5.3. Электроогневое взрывание
- •5.4. Бескапсюльное взрывание
- •5.5. Неэлектрическая схема инициирования Нонель
- •Раздел II Взрывные работы
- •Глава 6 Действие взрыва заряда вв в горной породе
- •6.1. Классификация зарядов вв
- •6.2. Внутреннее действие взрыва заряда в горной породе
- •6.3. Наружное действие взрыва заряда в горной породе
- •6.4. Сейсмическое действие взрыва заряда на окружающую среду
- •6.5. Баланс энергии вв при взрыве
- •Глава 7
- •7.1. Основные параметры шпурового метода
- •7.2. Коэффициент использования шпуров
- •7.3. Классификация шпуров по назначению
- •7.4. Требования, предъявляемые к буровзрывным работам при проведении горных выработок
- •7.5. Паспорт буровзрывных работ
- •Глава 8*
- •8.1. Расчет заряда для одиночного шпура
- •8.2. Расчет параметров взрывных работ для забоев с одной открытой поверхностью
- •8.3. Расчет параметров взрывных работ для забоев
- •8.4. Расчет параметров взрывных работ для забоя лавы
- •8.5. Расчет параметров взрывных работ для забоев бутовых штреков
- •8.6. Основные правила составления схемы расположения шпуров
- •8.7. Особенности расчета паспортов бвр при проходке вертикальных шахтных стволов
- •Глава 9
- •9.1. Взрывные врубы с наклонными шпурами
- •9.2. Прямые врубы
- •9.3. Комбинированные врубы
- •Глава 10 Короткозамедленное взрывание
- •10.1. Физическая сущность
- •10.2. Параметры для шахт, опасных по газу или пыли
- •Глава 11
- •11.1. Организация и режим производства
- •11.2. Технология производства
- •Глава 12* Специальные виды взрывных работ
- •12.1. Контурное взрывание
- •12.2. Пластовое и внепластовое торпедирование
- •Глава 13
- •13.2. Орошение и осланцевание отложившейся угольной пыли
- •13.3. Предохранительная среда
- •Глава 14 Взрывные технологии при открытых горных работах
- •14.2. Расчет зарядов и ведение взрывных работ методом скважинных зарядов
- •14.3. Производство взрывных работ шпуровым методом и накладными зарядами
- •14.4. Степень дробления горных пород взрывом, способы ее определения и регулирования
- •Раздел III организация производства взрывных работ
- •Глава 15 Хранение взрывчатых материалов
- •15.1. Классификация складов вм
- •15.2. Базисные склады вм
- •15.3. Расходные склады вм
- •Глава 16
- •16.1. Персонал для взрывных работ
- •16.2. Учёт и выдача вм. Документация участка взрывных работ
- •16.3. Подготовка вм к взрывным работам. Маркировка вм
- •16.4. Уничтожение взрывчатых веществ и средств инициирования
- •Глава 17 Транспортирование взрывчатых материалов
- •17.1. Перевозка вм автомобильным транспортом
- •17.2. Спуск вм в шахту
- •17.3. Доставка вм по горным выработкам
- •17.4. Доставка вм к местам работы
- •Глава 18
- •18.2. Особенности организации производства взрывных работ на земной поверхности
- •Глава 19
- •19.1. Затраты на заработную плату
- •19.2. Затраты на материалы
- •19.3. Затраты, связанные с эксплуатацией буровой техники
- •19.4. Стоимость работ буровзрывного комплекса
- •Глава 20
- •20.1. Инструктивно-информационное обеспечение
- •20.2. Функции взрывника (мастера-взрывника) и его помощников
- •20.3. Меры ответственности должностных лиц и персонала взрывных работ
4.4. Основы теории предохранительных взрывчатых веществ
Непосредственными причинами, вызывающими воспламенение метановоздушной смеси при взрывных работах, могут быть воздушная ударная волна, раскалённые или горящие твёрдые частицы и высокотемпературные газообразные продукты взрыва. Две последние наиболее вероятные.
При взрыве в забое зарядов в призабойную атмосферу приходит прежде всего ударная волна, вызывающая сжатие воздушной среды и повышение температуры. Затем газообразные продукты взрыва, имеющие высокую температуру, расширяются, сжимают близлежащие слои атмосферы и повышают их температуру. Кроме того, смешиваясь с рудничной атмосферой, они увеличивают её температуру путём прямого теплообмена.
Газами взрыва иногда выбрасываются раскалённые частицы угля, бумажная оболочка патронов и горящие частицы самого ВВ, не успевшие прореагировать в шпуре при взрыве. Всё это вместе с нагретыми газообразными продуктами взрыва – наиболее вероятный источник воспламенения метановоздушной смеси. Воспламенение её может также произойти от вторичного пламени, образующегося при смешении с воздухом газов взрыва, содержащих оксид углерода. Таким образом, при взрыве зарядов возникают сложные комбинации возбудителей взрыва метано- и пылевоздушной смесей. Это затрудняет теоретическое объяснение совокупности действия всех показателей взрыва.
Существующие гипотезы учитывают только некоторые главные факторы, влияние которых наиболее заметно. Но и при этом их учет позволяет делать меньше ошибок при подборе предохранительных ВВ и условий взрывания. Первой из них по времени является термическая гипотеза Малляра и Ле-Шателье. Она учитывает только влияние температуры газов взрыва и длительность их соприкосновения с метановоздушной смесью. Французские исследователи впервые установили, что воспламенение происходит с задержкой, названной временем (периодом) индукции. Снижение температуры источника воспламенения и введение во взрывчатую смесь инертных добавок увеличивает время индукции (табл. 4.3).
Таблица 4.3. Влияние температуры среды на время индукции
Инертные добавки |
Период индукции, с при температуре, К источника воспламенения | ||
923 |
1023 |
1073 | |
Смесь без добавок |
10 |
1,8 |
0,5 |
Хлористый натрий |
- |
3,2 |
0,6 |
Хлористый калий |
- |
- |
5,6 |
Диоксид азота, содержащийся в продуктах взрыва, является положительным катализатором. Он сокращает период индукции воспламенения и уменьшает температуру воспламенения МВС на 423...523 К.
Из этой теории следует, что воспламенение не произойдёт при любой температуре, если время контакта источника воспламенения с взрывчатой смесью будет меньше времени индукции (например, прострел раскалённой пулей взрывчатой МВС не приводит к её воспламенению). Поэтому в случае применения ВВ с небольшой температурой взрыва и достаточной скоростью детонации метановоздушная смесь, вследствие замедления её воспламенения и быстрого охлаждения газов взрыва в свободном пространстве забоя, может не взорваться. На основании этого Малляр и Ле-Шателье предложили применять в шахтах, опасных по газу, взрывчатые вещества с температурой взрыва не более 1900°С при взрывании по породе и не более 1500°С – при взрывании по углю.
Термическая гипотеза Малляра и Ле-Шателье позднее была развита Одибером, который доказал, что при взрыве имеет место следующая схема воспламенения метановоздушной смеси. Продукты взрыва, входя в призабойный участок, смешиваются с метаном и воздухом и повышают их температуру. Таким образом получается смесь, имеющая усреднённую температуру, зависящую от теплоты продуктов взрыва. Согласно этой гипотезе основной параметр, определяющий вероятность воспламенения – удельная теплота взрыва: чем она меньше, тем безопаснее ВВ.
Опытным путём Одибер установил, что к группе предохранительных можно относить ВВ: с нулевым кислородным балансом, теплота взрыва которых, приходящаяся на 1 кмоль газообразных продуктов взрыва, будет менее 899000 кДж; с положительным кислородным балансом, теплота взрыва которых, приходящаяся на 1 кмоль газообразных продуктов взрыва, удовлетворит
q<,
где nк – число киломолей свободного кислорода в продуктах взрыва;
n –общее число киломолей продуктов взрыва.
Данная формула учитывает взаимодействие кислорода с углём.
Отечественными исследователями установлено, что третий энергетический параметр, определяющий предохранительные свойства ВВ, – скорость детонации (тепловая мощность взрыва): чем она меньше, тем безопаснее промышленное ВВ.
Академиком Н.Н. Семёновым и его последователями было доказано, что в угольных шахтах возможен цепной механизм воспламенения взрывоопасных смесей, т. е. без повышения начальной температуры реагирующей среды (так называемое “холодное” воспламенение). В соответствии с этой гипотезой, реакция горения носит характер разветвляющейся цепи. Промежуточными продуктами цепной реакции окисления являются не целые молекулы, а свободные радикалы и атомы, называемые “активными центрами” (ОН, Н, О, НО2, Н2О2и др.). Критерий уровня предохранительности ВВ при цепном механизме воспламенения – наличие в продуктах взрыва отрицательных катализаторов (ингибиторов). Их действие сводится к разрушению “активных центров” (в основном на поверхности частиц) вплоть до полного прекращения реакции окисления метана, т. е. к обрыву цепи.