Лабораторная работа №3

Определение поджигаемости ВВ

Введение

Источником воспламенений и взрывов пылегазовоздушных смесей при ведении взрывных работ в угольных шахтах, приводящих к крупным авариям и катастрофам, в 30-50% случаев является выгорающий шпуровой заряд ВВ. Установлено, что высокая опасность выгорающих зарядов ВВ объясняется тем, что продолжительность процесса горения заряда ВВ составляет десятки минут. За это время из отбивной взрывом горной массы может выделиться количество метана, достаточное для образования взрывоопасной концентрации в призабойном пространстве. При этом в подавляющем большинстве случаев, если причиной вспышки (взрыва) метановоздушной смеси было выгорание заряда ВВ, то оно всегда начиналось на патроне-боевике, т.е. первопричиной являлось некачественное инициирование заряда ВВ электродетонатором.^. Это не означает, что исключаются раннее установленные причины выгорания зарядов, т.е. нарушение нормальной детонации патронов ВВ: образование воздушного промежутка между патронами в шпуре, образование пересыпок или заполнение промежутков между патронами буровой (угольной или пародной) мелочью, уплотнение ВВ в результате воздействия на него взрывающихся соседних шпуровых зарядов, проявление канального эффекта, ухудшение детанационных свойств ВВ в результате нарушения рецептуры состава, увлажнения и т.п..

. Механизм поджигания ВВ и выгорания шпуровых зарядов, общепринятый в настоящее время, состоит в следующем. При взрыве части заряда внутри герметичной зарядной камеры шпура, ограниченной с одной стороны забойкой, а с другой – дном шпура, находятся продукты взрыва сдетонтровавшей части заряда. Эти продукты имеют определенную температуру и находятся под опреленным давлением. Контактируя со стенками шпура и отказавшей частью заряда, они начинают нагревать эту часть заряда за счет теплопередачи. Одновременно происходит охлаждение продуктов взрыва и снижение их давления. В определенный момент в зарядной камере шпура наступает тепловое равновесие между остатками ВВ и продуктами взрыва, т.е. температура ВВ и температура продуктов взрыва уравнивается. Если в момент наступления теплового равновесия взрывчатое вещество окажется прогретым до температуры вспышки состава, то произойдет поджигание отказавшей части заряда. Если энергии продуктов взрыва недостаточно для того, чтобы выполнить указанное условие, то имеет место только неполная детонация шпурового заряда ВВ

Основываясь на этом «классическом» механизме поджигания не полностью сдетанировавшего шпурового заряда, Р.Сарториус в тридцатых годах ХХ^го столетия предложил экспериментальный метод изучения выгорания шпурового заряда, который состоит в следующем.

В канал стальной мортиры помещают заряд из двух патронов-боевиков и исследуемого, которые разделялись промежутком, заполненным воздухом или, например ,углем. Устье канала мортиры герметизировалось прочной забойкой, которая не разрушалась при взрыве патрона-боевика. Увеличивая или уменьшая расстояние между патронами можно получить отказ, выгорание или детонацию пассивного патрона.

Необходимость создания ВВ с пониженной склонностью к выгоранию потребовало в свою очередь разработки метода оценки склонности ВВ к выгоранию. Такие методы были разработаны и сущность основных из них следующая.

Методика определения поджигаемости ВВ по критическому давлению: заряд массой 100-120 г в бумажной или стеклянной оболочке диаметром 32-36 мм помещают в толстостенную манометрическую бомбу, в которой создано некоторое начальное давление с помощью сжатого азота; в качестве источника воспламенения используют прессованные шашки из малогазового пиротехнического состава массой 1 г и диаметром, сновывается нравным диаметру испытуемого заряда; в ходе испытания фиксируют минимальное давление в бомбе, при котором поджигается и горит испытуемое ВВ.

Методика МХТИ им. Д.И.Менделеева Эта методика также основывается на поджигании мспытуемого ВВ от теплового импульса при сгорании определенной навески воспламенительного состава. Испытания проводят в герметичной манометрической бомбе. Источником воспламения ВВ служит навеска состава, состоящего из 50% аммиачной селитры, помещенная в гильзу из папиросной бумаги (насыпная плотность около 0,5г/см³).Достоинством этого состава является то, что при горении он образует продукты сгорания, аналогичным продуктам взрыва основных промышленных ВВ. Исследуемое ВВ помещают в оболочку из угля – это важно, поскольку материал оболочки оказывает значительное влияние на поджигаемость ВВ т.е. на результаты испытания. Критерием оценки воспламеняемости испытуемого ВВ служит величина навески воспламенительного состава, достаточная для поджигания этого ВВ. Чем больше масса воспламенительного состава, т.е. выше температура и давление в бомбе, создаваемые сгоранием навески воспламенительного состава, необходимые для поджигания ВВ, тем относительно меньшая склонность этого ВВ к выгоранию.Методика МХТИ достаточно полно моделирует процесс поджигания патрона ВВ в шпуре с ненарушенной герметизацией зарядной камеры в случае затухания детонации (или затруднения передачи ее через пробку породы, угля или воздушный промежуток) шпурового заряда, так и в случае ненормального срабатывания электродетонатора в патроне-боевике.

За основу методики МакНИИ взята методика МХТИ с доработкой ее в плане облегчения эксплуатации и сокращения времени проведения эксперимента.

Сущность метода

Установка МакНИИ для определения поджигаемости промышленных ВВ (см. рис.1) представляет собой полый стальной цилиндр (1) – манометрическую бомбу, с внутренним каналом диаметром 35 мм и длиной 165 мм. Толщина стенок бомбы составляет 27.5 мм, свободный объем –120 см³. Цилиндр имеет верхнюю (2) и нижнюю(3) крышки, которые с помощью гидродомкрата вдавливаются внутрь бомбы и герметизируют ее. Герметизация бомбы достигается также за счет резиновых (10) и фторопластовых (11) уплотняющих колец, закрепленных на крышках бомбы на верхней крышке бомбы размещены два латунных электрода (4), к которым крепится^. жесткий мостик накаливания (5), вставленный в гильзу из папиросной бумаги, в которой находится воспламенительный состав (6), отличающийся от состава МХТИ тем, что вместо пироксилина №1 в сотсаве используется коллоксилин марки «НХ».Гравиметрическая плотность состава в гильзе около 0,5 г/см³. Исследуемый заряд представляет собой шашку ВВ диаметром 16 мм и высотой 10,7 мм. Для обеспечения требуемой плотности ВВ меняется масса шашки. а ее размеры остаются неизменными.

При определении поджигаемости исследуемое ВВ помещается в стальную сборку (рис….). Для этого шашка устанавливается в металлический цилиндр 3 и в зазор между шашкой и стенкой цилиндра засыпается угольная пыль, которая затем спрессовывается специальным пуансоном и образует угольную оболочку для исследуемого ВВ (имитация угольного забоя). Вместо угля можно использовать породную буровую муку, т.е. в этом случае ВВ будет окружено породной оболочкой (имитация чистопородного забоя). Для испытания используется два вида сборок (см. рис….).В сборках первого вида оболочка плотно контактирует с шашкой ВВ, а в сборках второго вида между оболочкой и шашкой ВВ имеется зазор величиной 4 мм. При таком зазоре достигается геометрическое подобие диаметров заряда и шпура в условиях данного испытания и в натурных условиях (при отсутствии деформации шпуров из-за горного давления). После снаряжения сборкой устанавливается на нижней крышке бомбы.

Поджигание воспламеняющего состава производится с помощью шпалки от электровоспламенителя с жестким креплением мостика накаливания, пропуская через него электрический ток напряжением 30 В.

Изменение давления в манометрической бомбе регистрируется самописцем типа «Сервогор» (15) и осциллографом С1-19Б (16) через тензодатчик ЛХ-412 (13),ввинченны в корпус бомбы, и тензостанцию ЛХ-7000 (14). при этом на электронном осциллографе фиксируется быстро меняющееся давление при сгорании воспламенителя, а «Сервогор» записывает сравнительно медленный процесс изменения давления при сгорании ВВ.

Температура бомбы в процессе испытания контролируется спиртовым или электронным термометром. Начальная температура бомбы поддерживается в пределах 25±2,5%, для чего корпус бомбы подогревается электрическим калорифером или охлаждается вентилятором.

Схема установки МакНИИ в целом представлена рис…… .

Проведение работы

Перед началом работы необходимо привести рабочее место в безопасное состояние для чего следует:

• включить напряжение на маслостанцию установки нажатием кнопки «пуск» на боковой стенке бронекабины, при этом должно включиться освещение рабочего места;

• проверить чистоту рабочего места и отсутствие на нем посторонних предметов;

• проверить исправность освещения, пульта управления, масляного насоса и устройства герметизации установки;

• проверить исправность дистанционного управления маслостанцией из бронекабины;

• опробовать звуковую и световую сигнализацию;

• проверить наличие и исправность сигнализации;

• проверить наличие и исправность средств пожаротушения (песок, одеяло, огнетушитель и т.п.).

В случае выявления неисправностей исполнители работы должны поставить об этом в известность руководителя работы.

В процессе выполнения работы исполнители должны применять индивидуальные средства защиты, исключающие попадание пыли ВВ на кожные покровы, слизистой оболочки, органы дыхания и пищеварения (респираторы, перчатки, очки, спецодежда), а также соблюдать меры личной гигиены.

В процессе подготовки к работе и выполнения работы должны выполняться требования производственной санитарии на рабочем месте - нормальная освещенность, отсутствие запыленности; шумов, превышающих допустимые нормы, захламленности и т.д.

Подготовка шашек из испытуемого ВВ производится в приборном зале лаборатории ВМ на гидравлическом прессе П-10 с помощью специальной прессформы, для чего:

• на технических весах отвешивают необходимое количество ВВ (для аммонитов – 12,7 г, для нитроэфиросодержащих ВВ –12,98 г);

• осторожно засыпают ВВ в прессформу, устанавливают пуансон в ограничительные кольца;

• прессформу с навеской ВВ устанавливают на столик пресса в бронекабине;

• выходят из бронекабины, закрывают вентиль пресса и включают маслостанцию (давление прессования не более 3000 кг по шкале) и запрессовывают шашку до зажима ограничительных полуколец;

• сбрасывают давление, вынимают и разбирают прессформу и извлекают шашку ВВ;

• готовую шашку помещают в специальную сборку и запрессовывают в угольную (породную) оболочку;

• сборку с шашкой и углем помещают на специальную подставку в нижней части бомбы;

• навеску воспламенительного состава взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001 г, засыпают в гильзу из папиросной бумаги (диаметр гильзы –14 мм) и уплотняют деревянным пуансоном до плотности 0,30±0,02 г/см³.

В гильзу с воспламенительным составом вставляют шпалку электровоспламенителя ЭД-Ж (без воспламенительного состава на мостике и с припаянными к ламелям выводными проводами).

Изготовленный таким образом воспламенитель устанавливают в верхней части бомбы и подсоединяют шпалку с мостиком к электродам бомбы. Затем бомбу герметизируют, для чего:

• закрывают кран маслостанции;

• включают мотор гидросистемы;

Отключение мотора гидросистемы происходит автоматически после закрытия бомбы;предусмотрено отключение мотора кнопками «стоп», расположенными: одна на маслостанции, а вторая в бронекабине бомбы. Включают вентилятор проветривания с пульта в приборном зале.

Поджигают воспламенитель, подавая на шпалку ток силой 0,42±0,03А. Длительность электрического импульса, выбирают для каждой партии воспламенительного сосотава.

Через 5 минут после сгорания воспламенителя (подачи тока на мостик) разгерметизируют камеру путем открытия крана маслостанции. Под действием груза бомбы раскрывается, что сопровождается характерным звуком (шипением) выходящих из бомбы газов. Затем бронекабину проветривают не менее 5 мин.

О результатах опыта судят по остаткам ВВ в сборке.

После проведения опыта бомбу очищают от остатков угля и продуктов сгорания (или остатков ВВ), протирают ветошью и установка готова к следующему опыту.

По завершению опытов остатки ВВ собирают и уничтожают в установленном порядке. Установку очищают и протирают ветошью. Электроды бомбы и уплотнительные кольца и протирают хлопчатобумажной тканью, смоченной этиловым спиртом. Сборки для прессования шашек из ВВ и угля, а также прессформу для изготовления шашек очищают, смазывают маслом и убирают для хранения в специально отведенное место.

Меры безопасности

К выполнению работы допускаются лица, изучившие настоящее руководство, инструкцию по безопасности ведения работ с ВМ, проинструктированные руководителем лаборатории ВР и ВМ или его заместителем.

При работе на установке по поджигаемости ВВ двери в зал камер, где расположена установка, должны быть закрыты изнутри,

Лица, выполняющие работу по определению поджигаемости ВВ, длжны соблюдать изложенную выше последовательность выполнения операций.

Запрещается:

• выполнять работу при обнаружении неисправности оборудования и контрольно-измерительных приборов;

• курить и применять открытый огонь в зале взрывных камер лаборатории ВМ;

• хранить ВВ и средства инициирования в одной ячейке сейфа;

• превышать нормы хранения ВМ на рабочем месте;

• подавать электрический импульс (ток) на электроды бомбы при наличии людей в бронекабине, кроме случаев выполнения ремонтно-наладочных работ;

• нарушать общие правила обращения с ВМ;

• оставлять без надзора ВМ;

• допускать на рабочее место посторонних лиц;

• работать во время грозы и при ведении электросварочных работ в помещении лаборатории ВМ.

Лица, допущенные к работе, должны знать правила поведения в аварийной ситуации, знать места расположения средств противопожарной защиты, телефонов, медицинской аптечки и уметь ими пользоваться.

В случае возникновения аварии (пожар, прорыв газа, воды и др.) лицо, обнаружевшее это, должно немедленно предупредить об этом других и сообщить о случившимся зав. лабораторией ВР и ВМ и выполнять его указания

Оформление работы

При оформлении работы следует привести:

1. Краткие теоретические сведения (обзор методов);

2. Какой принцип (метод) использован в работе испытательной установки;

3. Таблицу с полученными опытными данными;

4. Расчет величины Р₅₀. массы воспламенителя;

5. Выводы по работе.

Приложение 1

Таблица исходных данных для расчета Р₅₀

Масса, г	Логарифм массы	Количество поджиганий	Количество отказов	i	i•ni	i2•ni
0,63	1,799	0	7	-	-	-
0,73	1,863	6	4	0	0	0
0,80	1,903	3	2	1	3	3
0,90	1,954	2	1	2	4	8
1,01	2,004	1	0	3	3	9
		N=12	N=14		∑ = 10	∑ = 20

Приложение 2.

Расчет величины Р₅₀

Обработка результатов испытаний

После получения результатов рассчитывают lgП₅₀:

(1)

где - общее количество результатов данного рода, положительных или отрицательных (всегда выбирается меньшее), полученных при измерении уровня массы воспламеняющего состава на единицу;

d – постоянная разность десятичных логарифмов;

П₀ – наименьшее значение массы воспламеняющего состава, на котором получен выбранный (с меньшим N) ряд результатов;

i = 0 – уровень соответствующий П₀;

i = k – уровень, соответствующий наибольшему значению массы воспламеняющего состава, при котором имели место результаты с меньшим N.

Знак «+» берется, если с меньшим N оказались отрицательные результаты (отказы поджигания ВВ), знак «-» если положительные (поджигание ВВ). В случае равенства N для расчета выбираются результаты любого вида.

Рассчитывают доверительные границы lgП₅₀ для чего определяют S – оценку среднего квадратичного отклонения .

(2)

Оценку среднего квадратичного отклонения, подсчитанную по этой формуле, можно считать достоверной, если выполняется условие:

(3)

В противном случае величину S нельзя определить из уравнения (2). Однако, при d = 0,051, заданной надежности 95%, выполнение условия (3) и при N10, значения верхней и нижней доверительных границ не будут отличаться от П₅₀ более чем на 5% этой величины. В этом случае можно считать приблизительно, что lgП_50в = lg1,05П₅₀, а lgП_50н = lg0,95П₅₀.

Стандартная ошибка среднего оценивается по формуле

(4)

где G - зависит от отношения и от положения среднего относительно испытуемых уровней массы воспламеняющего состава. Положение среднего относительно испытываемых уровней не влияет на G до тех пор, пока отношение невелико. Сплошная область кривой дает величину G, когда среднее лежит на одном из испытываемых уровней, пунктирная область – когда среднее находится в средней точке между уровнями. G для другого положения среднего находится интерполяцией между областями кривой.

Доверительные границы для lgП₅₀ оцениваются как

(5)

(6)

где - верхняя доверительная граница для ;

- нижняя доверительная граница для ;

- критическое значение распределения Стьюдента для двухстороннего ограничения, находится из таблицы t – распределения по m = N-1 – числу степеней свободы и  = 0,05 (заданная надежность 95%).