Понятие о взрыве и взрывчатых веществах. 2

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.

Гремучая ртуть Нg (СNO)2 – мелкокристаллическое вещество белого или серого цвета. Сухая гремучая ртуть весьма чувствительна к огню и механическим воздействиям. При взрыве наносит сильный и резкий удар по окружающей среде. Поэтому она применяется в качестве первичного инициирующего ВВ при изготовлении детонаторов.

Гремучая ртуть не очень чувствительна к влаге, но при длительном хранении под водой  впитывает ее. Такая гремучая ртуть  от огня и удара не взрывается, но может взорваться от взрыва сухой гремучей ртути. В присутствии влаги гремучая ртуть способна взаимодействовать с некоторыми материалы, образуя весьма опасные взрывчатые соединения –фульминаты. Особенно легко она реагирует с алюминием, потому ее никогда не помещают в алюминиевые гильзы. Детонаторы с гремучей ртутью помещают в картонные гильзы и реже – в медные или латунные.

Азид свинца Pb (N3)2 – мелкокристаллический порошок белого цвета. Влаги он не боится и при ее содержании до 30% не теряет своих взрывных свойств.

Азид свинца менее  чувствителен к огню и механическим воздействия, чем гремучая ртуть, однако по своей мощности превосходит последнюю. Он также применяется в качестве первичного инициирующего ВВ при  изготовлении капсюлей-детонаторов.

В присутствии влаги и углекислоты азид свинца легко взаимодействует с медью; с железом он взаимодействует с трудом, а с алюминием не взаимодействует вовсе. По этой причине детонаторы с азидом свинца изготавливают в алюминиевых и картонных гильзах. В медные гильзы азид свинца помещать нельзя.

ТНРС (тенерес) С6Н(NO2)3 * PbO2H2O – это кристаллическое вещество золотисто-желтого цвета, темнеющее на воздухе. Тенерес в несколько раз слабее азида свинца и гремучей ртути. Но к огню он очень чувствителен и небольшая его доза поверх заряда азида свинца гарантирует безотказный взрыв азидного детонатора и от пламени огнепроводного шнура и от электровоспламенителя.

3. Нитроглицериновые ВВ

К ним относятся динамиты, детониты, победиты, в основе которых  имеются нитроглицерин или нитроглицерин с нитрогликолем.

Нитроглицерин С3Н5(NO3)3 – жидкое маслянистое ВВ слегка желтоватой окраски. Нитроглицерин ядовит – проникая через кожу в органы дыхания в организм, вызнает сильные головные боли и сердцебиение.. Он весьма чувствителен к огню и механическим воздействиям. Горение нитроглицерина зачастую переходит во взрыв. Работоспособность его составляет 550 см3, бризантность – 20 мм, скорость детонации непостоянна и колеблется от 1165 до 9150 м/сек.

Нитроглицерин имеет  очень большой недостаток – замерзает при температуре +13°. Замерзший нитроглицерин особенно опасен в обращении. Температуру замерзания можно значительно снизить с помощью добавок нитрогликоля.

Нитроглицерин, из-за большой опасности в обращении с ним, самостоятельно для взрывных работ не используется, но входит, как один из компонентов, в состав многих взрывчатых веществ.

Нитрогликоль С2Н4(NO3)2 – представляет собою бесцветную прозрачную жидкость, работоспособность равна 650 см3, бризантность – 30 мм, скорость детонации – 8300 м/сек, температура замерзания равна минус 22,6°. Он легко смешивается с нитроглицерином и понижает температуру замерзания последнего. Нитрогликоль по сравнению с нитроглицерином менее чувствителен к механическим воздействиям, однако в качестве промышленного ВВ в чистом виде также. не применяется

Динамиты – это смесь нитроглицерина, нитрогликоля с поглотителями (древесной мукой, калиевой, натриевой или аммиачной селитрой и т.д.). Для повышения химической стойкости динамитов в их состав, в качестве стабилизаторов, вводят небольшие добавки мела или соды. Качества динамитов в значительной мере определяются свойствами основного компонента – нитроглицерина. Так, например, температура замерзания обычного динамита равна +10°. Замерзшие динамиты очень опасны в обращение применять их для взрывных работ нельзя, запрещается такая разминать их, ломать, резать, сникать бумажную оболочку. Оттаивание динамитов, как правило, производится в ящиках в отапливаемом помещении при температуре порядка +20° или в специальных сосудах-отогревателях. Для снижения температура замерзания динамитов в их состав вводят добавки нитрогликоля, 62% труднозамерзающий динамит имеет температуру замерзания -20°. Цифры в процентах перед маркой динамита свидетельствуют о процентном содержании в нем нитроглицерина, нитрогликоля или их суммы.

Кроме того, динамиты обладают и еще весьма существенными недостатками: при длительном хранении они "стареют", у них проявляется экссудация. Экссудацией называется способность  динамитов выделять на поверхности  патронов содержащийся в них нитроглицерин. "Старение" динамитов выражается также и в увеличении их плотности, что приводит к частичной или даже полной потере ими взрывчатых свойств. Эти динамиты становятся столь же опасны в обращении, как и исходные вещества в их чистом виде. Патроны динамитов с явными признаками экссудации запрещено применять для целей взрывных работ. Для большинства из них срок хранения равен 6-8 месяцам.

К достоинству динамитов  относят их высокую работоспособность, бризантность и особенно водоустойчивость, что позволяет использовать в породах любой крепости, во влажных и обводненных забоях.

Динамиты выпускаются  только в патронированном виде. Применяются  они сравнительно редко та как  стоимость в 2–3 раза выше стоимости аммиачноселитренных ВВ, но в ряде случаев их применение более эффективно, чем аммонитов.

Детониты – это промышленные ВВ, в состав которых входят нитроглицерин (от 6 до 15%) и аммиачная селитра. Они могут применяться для взрывных работ в самых различных условиях, кроме шахт, опасных по газу или пыли.

Победиты – промышленные ВВ, в состав которых входят нитроглицерин (в небольшом количестве), аммиачная селитра, тринитротолуол и соль в качестве пламегасителя. Добавка в небольшом количестве нитроглицерина не сообщает взрывчатому веществу всех отрицательных свойств, присущих динамитам, в то же время она существенно повышает способность к детонации и некоторые другие полезные свойства. Соль вносится для снижения температуры взрыва, что позволяет использовать победиты в выработках, опасных по газу или пыли.

Детониты и победиты выпускаются в патронированном  виде, по хранению, перевозке и обращению  с ними они приравниваются к аммиачно-селитренным  ВВ, однако к их химической стойкости  предъявляются более высокие  требования, чем к аммонитам.

Несомненным достоинством детонитов и победитов при всей их гигроскопичности является то обстоятельство, что при увлажнении их они еще некоторое время не теряют восприимчивости к детонации и поэтому могут применяться во влажных забоях.

2.4. Оксиликвиты

Представляют собой ВВ, состоящие из смеси пористых горючих веществ (поглотителя) с жидким кислородом. В качестве поглотителя используются: древесный уголь, древесные опилки, торф, мох и другие горючие вещества.

Патроны оксиликвита  изготавливаются обычно непосредственно  на месте производства взрывных работ. Перед заряжением патроны поглотителя погружаются в специальные сосуды с жидким кислородом; после насыщения поглотителя жидким кислородом патроны извлекаются из сосуда, вводятся в шпуры и взрываются.

5. . Пороха

Порохом называется взрывчатое вещество, состоящее из смеси древесного угля, серы и калиевой или натриевой селитры. Поро легко загорается от искры. Скорость горения порохов 0,8–10,5 м/сек; зависит от формы и рамеров зерен, плотности заряда, температуры, давления, влажности и величины теплового импульса.

Пороха, как промышленные взрывчатые вещества, используются для  разрушения горных пород при добычи штучного и строительного камня  в карьерах. При взрыве порох выделяет много окиси углерода, поэтому  не может применяться на подземных работах.

3. Области применения взрывчатых веществ

Для различных  условий ведения работ применяются  разные рабочие ВВ. Эти условия  определяются с одной стороны  крепостью пород, с другой стороны  содержанием влаги и с третьей - степенью опасности окружающей среды.

Промышленные  взрывчатые вещества делятся на четыре класса по степени возрастания опасности: 1– для открытых работ, 2 – для подземных, кроме шахт опасных по газу и пыли, 3 – для угольных шахт опасных по газу и пыли, 4 – для выработок опасных по серной кислоте и парам бензина.

Также их классификация  проводится условию работ (табл.1): сухие условия работ, обводненные условия.

Таблица 1

Область применения и ассортимент взрывчатых веществ

Открытые работы

Отличительная черта  патрона ВВ - белая диагональная полоса. Применяются тротил и аммониты № 9 и 10, которые выделяют много газов при взрыве, но для открытых работ это не помеха, а также прессованный тротил, который обладает большей работоспособностью и бризантностью по сравнению с аммонитами.

Подземные работы

1. Кроме шахт опасных  по газу и пыли. Отличительный  цвет полосы красный. ВВ подразделяются  на категории в зависимости  от крепости взрываемых пород  и степени влажности забоя  выработок:

А - для пород средней  крепости сухих и влажных забоев: аммониты 6 и 7, динафталит;

Б - водоустойчивые для  пород средней крепости;

В - водоустойчивые для  крепких: аммонит 1 и 2, аммоналы, динамит 62%;

2. Предохранительные  ВВ для угольных шахт, опасных  по газу и пыли

А. -по углю и породе, независимо. Отличительный цвет - желтый. Аммонит 8, победит;

Б - только по породе, кроме  угля - синий, аммонит АП-1, АП -2, победит  ВП-2;

3. Предохранительные  ВВ для выработок опасных по  серной кислоте и парам бензина.  Отличительный цвет черты - зеленый;

А - для серных шахт. Аммонит  серный №1 и 2;

Б - от паров бензина . Аммонит нефтяной №1,2,3.

Нетрудно заметить, что для маркировки ВВ, предназначенных для разных условий ведения работ, применяется простой, легко запоминающийся принцип аналогии со светофором: что запрещено категорично, имеет красный цвет, а что можно, безусловно, имеет зеленый цвет. На дневной поверхности (на белом свете) применяются ВВ с белой маркировкой, а что рекомендовано к применению имеет желтую полосу.

Заключение

Взрывные работы несомненно являются опасными, поэтому для правильного их проведения необходимо строго соблюдать требования безопасности.

Кроме того, необходимо быть компетентным в вопросах классификации  современных взрывчатых веществ. Ведь тот или иной тип ВВ применяется  в различных условиях работ. Учитывая все это, опасность несчастного случая можно свести к минимуму.

Также соблюдение всех параметров использования позволяет  добиться максимальной эффективности, что значительно  увеличивает  рентабельность производства.  

Содержание

Введение…………………………………………………………………….3

1. Понятие о взрыве и взрывчатых веществах…………………………..4
2. Промышленные взрывчатые вещества, их классификации………….5

2.1. Аммиачноселитренные взрывчатые вещества…………………...6

2.2. Нитросоединения…………………………………………………..8

     2.3. Нитроглицериновые ВВ…………………………………………..10

               2.4. Оксиликвиты………………………………………………………11

2.5. Пороха……………………………………………………………..11

           3. Области применения взрывчатых веществ…………………………..11

           4. Заключение……………………………………………………………..14

          Список литературы………………………………………………………..15 

Список литературы

1. Aндреев K. K., Беляев A. Ф., Tеория взрывчатых веществ, M., 1960
2. Дубнов Л. B., Бахаревич H. C., Rоманов A. И., Промышленные взрывчатые вещества, M., 1973
3. Куличхин Н. И., Багдасаров Ш. Б., Верчеба А. О., Тихонов Н. В., Буровзрывные работы, погрузка, крепление, рудничный транспорт, вентиляция и водоотлив, М., 1964
4. Поздняков З. Г., Pосси Б. Д., Cправочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания, 2 изд., M., 1977