§ 7. Взрывчатые вещества, средства и способы взрывания

Взрывом взрывчатого вещества (ВВ) называется его чрезвычайно быстрое (сверхзвуковое) химическое превращение, при котором выделяется тепло и большое количество газов, способных производить механическую работу разрушения и перемещения окружающей среды.

Взрывчатыми веществами (ВВ) называют химические соединения или механические смеси, способные под влиянием внешнего воздействия к крайне быстрому химическому превращению (детонации) с выделением большого количества тепла и газов. Нагретые газы, сильно увеличиваясь в объеме, создают высокое давление на окружающую среду и разрушают ее.

По характеру действия ВВ разделяют на метательные и дробящие. Взрывчатое превращение метательных ВВ происходит сравнительно медленно, вследствие чего они раскалывают окружающую породу на отдельные куски и отбрасывают их на далекие расстояния. У дробящих ВВ взрывчатое превращение происходит очень быстро, в результате чего они воздействуют на окружающую породу сильным, но коротким ударом газов, дробящим породу на мелкие куски без значительного ее разбрасывания.

К метательным ВВ относятся дымные и при определенных условиях взрывания бездымные пороха, к дробящим - все остальные промышленные ВВ.

Среди дробящих ВВ особую группу составляют инициирующие ВВ, способные взрываться от незначительного внешнего воздействия (удар, трение, искра) и своим взрывом вызвать взрыв других ВВ, мерее чувствительных к внешним воздействиям. К инициирующим¹ ВВ относят гремучую ртуть, азид свинца, тенерес, гексоген, тетрил, тэн.

По условиям применения в горном деле ВВ разделяют на: 1) допущенные к применению на подземных работах, включая шахты, опасные по газу или пыли; 2) допущенные к применению на подземных работах, кроме шахт, опасных по газу или пыли; 3) допущенные только для открытых работ.

Вплоть до конца предыдущего столетия на железорудных карьерах постсоветского пространства наиболее широко применялись аммиачно-селитренные ВВ - аммониты, зерногранулиты, игданкт, акватол, а также тротил, алюмотол и пороха.

Аммониты - механические порошкообразные смеси аммиачной селитры с тротилом и горючими неметаллическими добавками (древесная мука, торф и т. п.) или без них. В аммониты повышенной мощности вводят добавки гексогена, динафталина и алюминиевой пудры; в водоустойчивые сорта аммонитов-специальные добавки, придающие водоустойчивые свойства. Аммониты безопасны в обращении, малочувствительны к трению и удару, с трудом загораются от пламени и спокойно сгорают на открытом воздухе. Взрываются аммониты от взрыва капсюля-детонатора, электродетонатора или детонирующего шнура.

Аммониты № 6, 7, 9, 10 неводоустойчивы и предназначены для производства взрывных работ в сухих условиях. Водоустойчивые аммониты В-3, №6ЖВ и №7ЖВ, а также скальные аммониты сохраняют взрывчатые свойства при нахождении в воде от 2 до 10 ч.

Основными недостатками аммонитов являются гигроскопичность и слеживаемость, что значительно усложняет процесс заряжания скважин. В связи с этим в последние годы применение аммонитов на карьерах ограниченно.

Зерногранулиты - механические смеси гранулированной аммиачной селитры и тротила. Наиболее распространен зерногранулит 79/21 (79% селитры и 21% тротила), который по взрывчатым свойствам близок к аммониту №6 и предназначен для заряжания сухих скважин. Зерногранулиты менее чувствительны к внешним воздействиям, чем порошкообразные аммониты. Взрываются от взрыва промежуточного детонатора. Благодаря хорошей сыпучести,малой слеживаемости и незначительной чувствительности зерногранулитов к механическим воздействиям при применении их появилась возможность механизировать процесс заряжания скважин с помощью специальных зарядных машин.

Игданит - ВВ простейшего состава, изготовляемое непосредственно на месте взрывных работ и состоящее из 95-96% гранулированной аммиачной селитры и 4-6% солярового масла. На карьерах игданит изготовляют или в стационарных установках, откуда он поступает в зарядные машины, или в специальных самоходных агрегатах, приготовляющих смесь селитры с соляровым маслом и заряжающих скважины. Игданит можно также изготовлять вручную путем предварительной заливки солярового масла в мешки с аммиачной селитрой. По мощности игданит эквивалентен аммониту №9, но более безопасен и прост в изготовлении. Взрывается игданит от промежуточного детонатора.

Благодаря высокой безопасности, возможности механизации процесса зарядки скважин, простоте изготовления и низкой стоимости игданит все шире применяют на карьерах для зарядки необводненных скважин.

Акватол - относится к водонаполненным ВВ, в составе которых содержится до 15-20% воды. Акватол 65/35 состоит из 63% аммиачной селитры, 34% гранулированного тротила и 3% специального загустителя. На карьеры поставляют сухую смесь акватола 65/35, а водонасыщение ее осуществляется непосредственно на месте применения в стационарных или самоходных смесительных агрегатах. Водонаполненный акватол представляет собой легко подвижную массу, заполняющую всю зарядную полость и обеспечивающую высокую плотность заряжания. Акватол может применяться для заряжания как сухих, так и обводненных скважин. Взрывается акватол от промежуточного детонатора.

Тротил (тринитротолуол, тол) - нитросоединение ароматического ряда, практически нерастворим в воде, малочувствителен к трению и удару, при нагревании сначала плавится, а затем загорается и спокойно сгорает на открытом воздухе. Тротил используют как составной компонент при изготовлении многих аммиачно-селитренных ВВ. Как самостоятельное взрывчатое вещество тротил применяют на карьерах в гранулированном виде для заряжания обводненных скважин. Взрывается гранулированный тротил от взрыва промежуточного детонатора. К основным достоинствам тротила относят водоустойчивость и относительно большую мощность, к недостаткам - сравнительно высокую стоимость и образование при взрыве большого количества ядовитых газов.

Алюмотол - гранулированный сплав тротила с алюминиевой пудрой. Отличается водоустойчивостью и повышенной мощностью. Детонирует от промежуточного детонатора. Применяется на карьерах для взрывания крепких обводненных пород.

Дымный (черный) порох - механическая смесь селитры, угля и серы. Для взрывных работ используется порох, состоящий из 75% калиевой селитры, 15% угля и 10% серы. Выпускается в виде зерен величиной от 1,5 до 8,5 мм. Допустимое содержание влаги - не более 1%. Дымный порох является весьма опасным в обращении ВВ. От удара или трения пороховая пыль может взорваться. Искра легко воспламеняет порох.

Ценным свойством дымного пороха является способность его действовать при взрыве без дробящего эффекта, откалывая и сдвигая породу по линии шпуров или скважин. При этом в породе почти не образуется трещин. Поэтому применяют дымный порох при добыче штучного камня, который идет для облицовочных работ, изготовления памятников, художественных изделий и т. п.

В последние годы в Украине существенно возросло применение эмульсионных BВ (ЭВВ). Они, при сравнении с простейшими гранулированными, отличаются многокомпонентностью, довольно сложными физико-химическими процессами, которые происходят при их приготовлении и применениипо назначению. Машины и оборудование для их приготовлениядостаточно сложны, требуют точности и квалифицированного обслуживания и строгого соблюдениятехнологии.

Основными достоинствами ЭВВ являются безопасность, водостойкость и возможность легко менять их свойства с учетом структурно-прочностных характеристик породного массива. Водостойкость является достаточно важным свойством ЭВВ, благодаря которому значительно расширяется область их практического применения.

Таблица II.7

Характеристика эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ)

Показатели	Поремиты (Россия)		Эмулит (Швеция)	Кемит (Финляндия)	Эмульсин (Испания)		Ирэгель (США)
1	2		3	4	5		6
Массовый состав, % NH4NO3 NaNO3 Ca(NO3)2 вода горючее эмульгатор алюминий сенсибилизатор	62 16 (16) 15 5 2 - 0,5-1,5	59 15 (15) 14 5 2 4 -	62 16 - 15 5,8 1,1 до 4,5 2,5	65 - 14 13 7 - 8 3	28-59 9.6-11.54 4.9-3.9 8,6-11,9 6,2 1,3-2,3 до 4,9 2-3		62 12 - 16 6 1 - 3	77 5 - 9 7 1 - 1
Плотность, г/см3	1,2-1,3	1,25-1,35	1,2-1,3	1,1-1,2	1,0-1,3	1,15-1,35	1,2	1,2
Теплота взрыва, ккал/кг	680	1040	692-1009	680	750-1000	735-1050	720	705
Скорость детонации, км/с	4,4-5,2	4,6-5,3	4,7-5,0	4,5-5,0	4,0-5,0	4,5-5,0	4,35-4,4
Критический диаметр, мм	30-40	20-30	15-50	65	32-50

Заряды промышленных ВВ взрывают с помощью средств взрывания (СВ). К основным средствам взрывания, применяемым на открытых работах, относят: огнепроводный шнур, капсюли-детонаторы, электродетонаторы, детонирующий шнур, пиротехническое реле и промежуточные детонаторы.

Огнепроводный шнур предназначен для возбуждения горящей пороховой сердцевиной взрыва капсюля-детонатора, а также вос­пламенения пороховых зарядов при отбойке штучного камня.

Огнепроводный шнур (рис. II.11.) представляет собой слабо спрессованную из дымного пороха с пластифицирующими добав­ками сердцевину2 с центральной напра­вляющей нитью 1, завернутую в нитя­ные оплетки 3,5,7 с гидроизоляцион­ными прослойками 4, 6.

Рис. II.11. Огнепроводный шнур:

1 –направляющая нить;2 - пороховая сердцевина;

3;5;7–нитяные оплетки;4;6 - гидроизоляционные прослойки;

Наружный диаметр огнепроводного шнура 5,5 мм. Едиными правилами безопасности регламентировано, что отрезок огнепро­водного шнура длиной 0,6 м должен сгорать за время 60÷70 с.

Огнепроводный шнур выпускается следующих видов: ас­фальтированный ОША (для сухих и влажных забоев), дважды асфальтированный ОШДА (для мокрых забоев), пластикатный ОШП (для обводненных забоев).

Капсюль-детонатор (Рис. II.12.) представляет собой цилиндриче­скую гильзу 1 (медную, алюминиевую или бумажную) диаметром 6÷7 мм и длиной 47÷51 мм, снаряженную зарядами первичного (гремучая ртуть2, ТНРС2' и азид свинца2") и вторичного 3 (тетрил) инициирующего ВВ.

Заряд первичного инициирующего ВВ выбирается таким, чтобы возбудить взрыв вторичного инициирующего ВВ. Заряд вторич­ного инициирующего ВВ подобран, исходя из условий безотказ­ного взрывания зарядов порошкообразных промышленных ВВ. Для усиления инициирующего действия донышко капсюля-детонатора имеет кумулятивное углубление 4.

Рис. II.12. Капсюль-детонатор:

а – гремучертутно-тетриловый; б – азидо-тетриловый

В гильзу детонатора запрессовывается сначала вторичное инициирующее ВВ, а затем вводится первичное инициирующее ВВ в металлической чашечке 5 с отверстием в центре диаметром 2 ÷ 2,5 мм. Для предотвращения высыпа­ния инициирующего ВВ отверстие ча­шечки закрыто шелковой сеточкой, ко­торая мгновенно сгорает от огня и не снижает восприимчивости первичного инициирующего ВВ к пламени. Отвер­стие выполнено заглубленным, чтобы вводимый в гильзу огнепроводный шнур не касался заряда первичного инициирующего ВВ.

Промышленностью выпускаются капсюли-детонаторы, которые в зависимости от состава заряда ВВ делятся на гремучертутно- тетриловые и азидо-тетриловые.

Электродетонатор представляет собой капсюль-детонатор с закрепленным в нем электровоспламенителем, который состоит из воспламенительной головки, мостика накаливания и выводных проводов. При пропускании электрического тока мостик накаливается и от него загорается воспламенительный состав головки, пламя которого возбуждает взрыв первичного инициирующего ВВ детонатора.

Электродетонаторы выпускают мгновенного, короткозамедленного и замедленного действия. Последние отличаются от электродетонаторов мгновенного действия тем, что в них между электровоспламенителем и первичным инициирующим ВВ помещен столбик замедляющего состава, сгорающего в течение строго определенного времени. Это позволяет создавать определенный интервал времени между воспламенением головки электровоспламенителя и взрывом детонатора. У электродетонаторов короткозамедленного действия этот интервал времени составляет 15÷250 мс, замедленного действия 0,5÷10 с.

Детонирующий шнур предназначен для передачи детонации от капсюля-детонатора (электродетонатора) к заряду ВВ или от одного заряда ВВ к другому. Сердцевину детонирующего шнура изготовляют из инициирующего ВВ (тэна), а для повышения его несущей способности сердцевина покрывается прядью капроновых нитей.Наружная оплетка детонирующего шнура изготавливается из полимерного материала красных тонов.

Пиротехнические замедлители применяются для создания необходимых замедлений между взрываемыми зарядами при их инициировании детонирую­щим шнуром. Конструкция пиротехнического замедлителя КЗДШ-69 предусматривает замедления 10, 20, 35, 50, 75 и 100 мс. Он состоит из жесткой бумажной трубки, в кото­рую помещен замедляющий элемент (капсюль-детонатор в ме­таллической гильзе с пиротехническим замедлителем) из окиси меди и алюминиевой пудры. С обоих концов трубки при помощи алюминиевых колпачковзакреплены отрезки детонирую­щего шнура, один из которых касается донышка капсюля-детонатора, другой расположен на расстоянии 100 мм от среза гильзы детонатора.

Замедлитель КЗДШ-69 для создания замедлений включается в разрыв сети ДШ. При взрыве первым детонирует входящий (длинный) отрезок шнура. Пламя взрыва шнура воспламеняет замедлитель, от огня которого спустя заданный интервал времени инициирует капсюль-детонатор, а от взрыва последнего инициирует примыкающий к нему (короткий) отре­зок ДШ, выходящий из трубки.

При замедлениях, отличных от номиналов, допускается вклю­чение нескольких замедлителей КЗДШ между зарядами ВВ по­следовательно.

Замедлитель КЗДШ-69 передает детонацию только в одном направлении. Это требует повышенного внимания при монтаже сети:направление стрелки на трубке КЗДШ всегда должно совпа­дать с направлением детонации в сети.

В середине 70-х годов прошлого столетия шведской фирмой фирмой Nitro Nobel была разработана принципиально новая взрывная система Nonel, что в переводе с английского означает: Non — не, El — электрическая.

Система состоит из детонатора, проводника, сигналов, соединителей и подрывных устройств или взрывных машинок.

Детонатор имеет принципиально новую конструкцию и не содержит в своем составе первичного взрывчатого вещества (азида свинца), лишь вторичное ВВ-пентил (или ТЭН).

Полая трубка (волновод) имеет трехслойное строение: внутренний слой отвечает за удерживание ВВ на внутренней стенке трубки, средний - за прочность и эластичность, внешний - за агрессивоустойчивость, температуроустойчивость и цвет трубки.

Диаметр трубки – 3 мм, навеска ВВ - 18÷20 мг/м, прочность 300Н, удлиняющая способность – 300% с сохранением свойств передачи сигнала. Температурный режим использования от –40о до +85С^о.

Соединители вмещают в себя 5 трубок, легки и просты в обращении.

Система может подрываться любым из известных способов: КД, ДШ, ЭД или специальными механическими или электронными машинками.

Nonel применяется как на шахтах, так и на поверхности. Замедления детонаторов от 0 до 6 сек. Система Unidet имеет неограниченное количество интервалов замедления.

К преимуществу системы нужно отнести высокую безопасность и надежность, простоту в обращении, нечувствительность к электромагнитному, механическому воздействию, отсутствие бокового эффекта при передаче сигнала вдоль заряда ВВ.

Она с успехом может применяться для щадящего взрывания, решает вопросы сейсмобезопасности, позволяет сокращать до 15-20% удельный расход ВВ.

На сегодняшний день альтернативным вариантом Nonel можно считать отечественную взрывную неэлектрическую систему ПРИМА-ЭРА, разработанную ГП НПО «Павлоградский химический завод»

Способы взрывания зарядов ВВ характеризуют двумя признаками: применяемыми средствами и последовательностью взрывания отдельных зарядов или групп зарядов во времени.

В зависимости от применяемых средств взрывания различают три способа взрывания зарядов ВВ: огневой, электрический, с помощью детонирующего шнура либо с помощью неэлектрических систем Nonel или ПРИМА-ЭРА .

При огневом способе взрывания применяют огнепроводный шнур и капсюли-детонаторы, при электрическом - электродетонаторы. При взрывании с помощью детонирующего шнура либо неэлектрических систем Nonel или ПРИМА-ЭРА,скважинный заряд ВВ взрывается от взрыва промежуточного детонатора, который, в свою очередь, взрывается от детонирующего шнура или от капсюля-детонатора.

Д олгое время единственным способом взрывания, который широко применялся для взрывания скважинных зарядов на карьерах являлся способ взрывания детонирующим шнуром. К основным достоинствам данного способа относили: простоту и безопасность выполнения работ по подготовке взрывной сети и ликвидации отказов, возможность взрывать с заданной последовательностью неограниченное число зарядов ВВ.

Рис.II.13. Промежуточный детонатор:1 –тротиловые шашки Т-400Г; 2–детонирующийшнур

При взрывании детонирующим шнуром зарядов гранулированных или водоэмульсионных ВВ взрыва детонирующего шнура недостаточно, чтобы возбудить детонацию зарядов ВВ. В этом случае для возбуждения детонации применяют специальные детонирующие заряды в виде тротиловых шашек, взрываемых непосредственно детонирующим шнуром (рис. II-13). Промежуточные детонаторы могут применяться при огневом и электрическом способах взрывания.

В зависимости от интервала времени между взрывом отдельных зарядов или групп зарядов ВВ различают мгновенное, короткозамедленное и замедленное взрывание. При мгновенном взрывании соседние заряды взрываются практически одновременно; при короткозамедленном - с интервалами 10-75 мс; при замедленном взрывании интервалы между взрывами составляют 0,5-10 с. По правилам безопасности замедленное взрывание на карьерах не допускается из-за опасности подбоя скважин. На карьерах применяют главным образом короткозамедленное взрывание.