Понятие о взрыве и взрывчатых веществах

Введение

 

Взрывные работы являются важными и особо ответственными при проведении горных выработок.

Эффективность взрывных работ зависит: от физико-механических свойств горных пород, числа и глубины шпуров, расположения их в забое, количества и качества взрывчатого вещества (ВВ) и средств взрывания и других факторов.

Поэтому выбор  сорта взрывчатых веществ, средств  взрывания и параметров буровзрывных работ (число, глубина, диаметр и  расположение шпуров в забое, величина и конструкция зарядов, материал забойки, способ и порядок взрывания) должен производиться с тщательным учетом всех конкретных условий на месте производства работ. 

1. Понятие о взрыве и взрывчатых веществах

 

Взрыв – чрезвычайно  быстрое изменение состояния  вещества, сопровождающееся таким же быстрым превращение его потенциальной энергии в механическую работу, направленную на разрушение окружающей среды. Работа взрыва основана на стремлении газов, образовавшихся в момент взрыва, к расширению. Внешним признаком взрыва является звуковой эффект и разрушение. Коэффициент полезного действия взрыва обычно не превышает 5 – 7%.

Воронка взрыва. Если взорвать заряд ВВ, на некоторой  глубине в однородной плотной  среде, то действие взрыва при условии  равномерного сопротивления среды, окружающей заряд, будет проявляться во все стороны с одинаковой силой; взрывная волна при этом будет распространяться концентрическими слоями в виде сфер, в которых действие взрыва проявляется по-разному.

В зависимости  от характера проявления действия взрыва на окружающую среду условно выделяются четыре сферы действия взрыва заряда ВВ (рис. 1): сжатия или измельчения, выброса; трещиноватости и сотрясения.

Рис. 1. Сферы  действия взрыва взрывчатого вещества

Взрывы могут  быть физического или химического  характера. При физическом характере взрыва происходит изменение агрегатного состояния вещества (например, взрыв парового котла); при химическом взрыве качественно изменяется вещество (например, твердые, пластические или жидкие взрывчатые вещества при взрыве преобразуются в газы).

 В практике горного дела используют главным образом химические взрывы.

Химическим  взрывом называется крайне быстрое  самораспространяющееся химическое превращение  некоторых веществ и смесей с  выделением тепла и образованием газообразных продуктов, производящих работу вследствие резкого повышения давления в месте их образования.

Взрывчатые  вещества (ВВ) – вещества, способные  под влиянием некоторого воздействия (начального импульса) к крайне быстрому (мгновенному) химическому превращению  в другие, более устойчивые, с образование газообразных продуктов и выделением тепла, что вызывает развитие чрезвычайно высокого давления в месте расположения ВВ.

2. Промышленные взрывчатые вещества, их классификации

Все взрывчатые вещества, применяемые для взрывных работ, по характеру состава разделяются на механические смеси и химические соединения.

К взрывчатым механическим смесям относятся ВВ, в состав которых  входят химически не связанные между  собой взрывчатые и невзрывчатые составные части. Все современные  промышленные ВВ представляют собой механические смеси.

К взрывчатым химическим соединениям относятся ВВ, составные  части которых химически связаны  между собой. По характеру действия ВВ делятся на ментальные (фугасные) и дробящие (бризантные).

Взрывчатое  разложение фугасных ВВ проходит обычно в форме взрывчатого горения, сопровождающегося постепенным нарастание давления образующихся газов, вследствие чего окружающая заряд среда разрывается на крупные блоки (куски) и отбрасывается на значительные расстояния.

В группу дробящих ВВ входят вещества, взрывчатое превращение которых происходит в форме детонации с постоянной сверхзвуковой скоростью, порядка нескольких тысяч метров в секунду. Для этой группы ВВ характерно мгновенное развитие давления газов, вследствие чего окружающая заряд среда дробится на более мелкие куски, но без значительного разброса.

По условию применения ВВ подразделяют на предохранительные и непредохранительные.

Предохранительными  аммонитами называются аммиачноселитренные  ВВ, в состав которых входят пламегасители (вещества, предотвращающие взрыв газовых и пылевоздушных смесей), предназначенные для работ в горных выработках, опасных в отношении взрыва газа и пыли.

В качестве пламегасителей обычно применяются различные соли, в том числе хлористый калий  и хлористый натрий. Аммониты, содержащие хлористый калий, увлажняются и слеживаются меньше, чем аммониты, содержащие хлористый натрий. Наличие пламегасителей в аммонитах понижает взрывной эффект и ухудшает детонационную способность. Для повышения предохранительных свойств ВВ и сохранения их детонационной способности предохранительные ВВ выпускают в специальных (предохранительных) оболочках. Оболочка состоит из пламегасителя с добавкой цементирующих  и вяжущих веществ (взрывчатых или невзрывчатых).

Предохранительные ВВ подразделяются дополнительно на ВВ, допущенные для работы по углю  породе и допущенные для работы только по породе, а непредохранительные – на допущенные для всех работ, кроме шахт, опасных по газу ли пыли, и допущенные только для открытых работ.

По  составу промышленные ВВ делятся на: аммиачноселитренные, нитроглицериновые, нитросоединения, оксиликвиты, пороха.

Промышленные  ВВ должны обладать пониженной чувствительностью к внешним воздействиям, быть безопасными в обращении, при транспортировании и хранении, иметь относительно невысокую стоимость. Они не должны оказывать вредного влияния на организм человека как при их изготовлении, так и в процессе применения. Вместе с тем промышленные ВВ должны обладать достаточной мощностью, безотказно детонировать от современных средств инициирования (СИ) или промежуточных детонаторов соответствующей мощности, обеспечивать устойчивую детонацию по всей массе ВВ, сохранять свои свойства в течение всего периода гарантийного срока хранения и иметь достаточную стойкость при длительном нахождении в зарядной камере.

 

 

 

2.1.  Аммиачноселитренные взрывчатые вещества

 

Аммиачно-селитренные  В В представляют собой механические смеси аммиачной селитры с  другими взрывчатыми и невзрывчатыми  веществами. Большинство аммиачно-селитренных  ВВ, применяющихся в горном деле, носит название аммонитов с прибавлением номера или индекса, отличающего один состав смеси от другого. Меньшая часть смесей носит другие названия (аммонал, динафталит), указывающие до некоторой степени на компоненты, входящие в их состав.

Аммониты отличаются сравнительно невысокой стоимостью и большой безопасностью в  обращении. Они мало чувствительны  к огню, трению и удару (чувствительность к удару около 100 см). Скорость детонации, как и бризантность, аммонитов  зависит не только от состава, но и от способа изготовления и колеблется в пределах 2400—5100 м/сек. Объем газообразных продуктов взрыва 600 –1000 дм/кг, теплота взрыва 600–1300 ккал/кг, температура взрыва 1400–2650° С.

Свойства аммонитов  определяются главным образом свойствами аммиачной селитры, которой в аммонитах более 50%.

Аммониты весьма гигроскопичны  и легко увлажняются. При взрывании  аммонитов повышенной влажности  в продуктах взрыва появляется много  ядовитых газов (окиси углерода, окислов  азота), происходят неполные взрывы и отказы. Для аммонитов, применяемых на открытых разработках, Правилами безопасности допускается влажность не более 1,5%, а на подземных – не более 0,5%. Влажность аммонитов при выпуске их с завода не должна превышать соответственно 0,5 и 0,2%.

Для уменьшения гигроскопичности некоторые сорта аммонитов изготовляют, на основе водоустойчивой селитры, обработанной гид- рофробными веществами. Таким аммонитам присваивают индекс В (водоустойчивый), ЖВ, KB (другая буква индекса указывает на название гидрофробного вещества).

Вторым недостатком  аммонитов, также зависящим от свойств  аммиачной селитры, является их склонность к слеживанию и спеканию. Патроны слежавшегося или спекшегося аммонита тверды на ощупь, при взрывании дают неполные взрывы и отказы. Твердые патроны перед употреблением надо разминать руками, доводя аммонит до порошкообразного состояния.

Аммониты, содержащие некоторое  количество сосновой коры, мха или  древесной муки (например, аммонит  № 7 ЖВ), меньше подвергаются слеживанию. Эти вещества, находясь между зернами аммиачной селитры, препятствуют росту кристаллов ее и играют роль разрыхлителей. Вместе с тем они участвуют в реакции взрыва и увеличивают энергию взрыва.

Тротил (как и другие нитропроизводные ароматического ряда) вводят в состав аммонитов для увеличения энергии взрыва и повышения чувствительности к начальному импульсу.

В предохранительные  аммониты, кроме того, добавляют  хлористый калий или хлористый натрий.

На открытых работах  широко применяются смеси аммиачной  селитры с невзрывчатыми горючими добавками – динамоны. К ним относятся гранулиты АС и С и игданит. Первые представляют собой смесь гранулированной аммиачной селитры с минеральным маслом, опудренную алюминием (гранулит АС) или сажей (гранулит С). Гранулиты изготовляют на заводах. Игданит – смесь аммиачной селитры (96%) с соляровым маслом (4%), приготавливаемая непосредственно на рабочем месте перед заряжанием скважин.

Аммониты для открытых работ выпускаются в порошкообразном  или гранулированном виде, упакованные  в крафтцеллюлозные мешки по 40 кг. Аммониты для подземных работ выпускаются в порошкообразном или прессованном виде только патронированные (рис.2). Плотность патронирования порошкообразных аммонитов 1– 1,15 кг/дм3, диаметр патронов 32, 36 и 45 мм. По особому заказу могут выпускаться патроны других диаметров. Масса патронов стандартных диаметров от 100 до 300 г.

Патроны прессованного  аммонита имеют диаметр не менее 35–36 мм, масса 200±10 г, составлены из двух или трех шашек. При прессовании плотность шашки со стороны пуансона получается большей, чем со стороны поддона. Менее плотная часть шашки легче воспринимает детонацию, а более плотная часть шашки создает больший детонационный импульс. Шашки в патроне укладываются так, что более плотная часть первой шашки примыкает к менее плотной части второй. В менее плотном конце первой шашки имеется гнездо для помещения детонатора. Детонаторное гнездо имеется в каждом патроне, и его местоположение указано стрелкой на оболочке.

В шпур патроны помещают так, чтобы детонаторные гнезда были обращены наружу, во избежание соприкосновения двух более плотных концов. Патроны разминать нельзя. Плотность прессования аммонитов от 1,25 до 1,50 кг/дмй. Благодаря повышенной плотности концентрация энергии на единицу объема заряда в прессованном аммоните большая, чем в порошкообразном.

Рис. 2. Патроны аммонитов

 

2.2.  Нитросоединения

 

Нитросоединения в отличие от механических смесей представляют собой химические взрывчатые вещества, образующиеся в  результате взаимодействия органических или неорганических соединений с азотной кислотой в присутствии серной или уксусной кислоты. Некоторые ВВ этой группы применяются в качестве добавок к аммонитам (тротил, гексоген), другие в детонирующих шнурах или в качестве инициирующего ВВ в капсюлях-детонаторах. В качестве рабочих ВВ, как правило, не применяются.

Тротил (тол, тринитротолуол) С6Н2(NO2)3 * СН3 – представляет из себя порошок или пластинчатые чешуйки желтого цвета. Кроме того, тротил может выпускаться в прессованном виде или в виде отдельных литых зарядов.

Тротил мало чувствителен к влаге, удару и трению, легко загорается и спокойно горит. Работоспособность  его равна 360 см3, бризантность 15 мм, скорость детонации 7000 м/сек. При взрыве тротил выделяет много ядовитых газов, поэтому в чистом виде его можно применять только на поверхностных работах.

Динитронафталин С10Н6(NO2)2 – слабое взрывчатое вещество, представляющее из себя порошок серо-желтого цвета. Употребляется при изготовлении некоторых сортов аммиачно-селитренных рабочих ВВ (динафталит).

Тетрил С6Н2(NO2)3 * СН3 *NO3 – мелкокристаллическое ВВ бледно-желтого цвета. Его работоспособность равна 380 см3, бризантность – 22 мм, скорость детонации – 7200–7700 м/сек. Тетрил не боится влаги, а по своим взрывным свойствам превосходит тротил, но, из-за большой чувствительности к механическим воздействиям, самостоятельно для взрывных работ не применяется. Тетрил обладает большой восприимчивостью к детонации и хорошо ее передает другим ВВ. Поэтому его применяют при изготовлении капсюлей-детонаторов как вторичное инициирующее ВВ.

Тен (пентрит) С2Н2(NO3)4 – кристаллический порошок белого цвета. Работоспособность тэна равна 500 см3, бризантность 25–26 мм, скорость детонации – 8200–8700 м/сек. Тен влаги не боится. Применяется он, как и тетрил, в качестве вторичного инициирующего ВВ при изготовлении детонаторов, а также, при изготовлении детонирующего шнура.

Гексоген С3Н6(N4O2)3 – кристаллический порошок белого цвета. Гексоген химически устойчив, не боится влаги, по чувствительности к механическим воздействиям близок к тетрилу, но значительно превосходит его по мощности. Так, работоспособность гексогена равна 520 см3, бризантность – скорость детонации – 8300 м/сек. Применяется для изготовления детонирующих шнуров, детонаторов (как вторичное инициирующее ВВ) и некоторых сортов мощных аммонитов.