Вопрос 6. Взрываемость горных пород. Критерий определяния взрываемости горных пород.

Взрываемость горной породы характеризует сопротивляемость ее разрушению действием взрыва. Это комплексная характеристи­ка, которая изменяется в широких пределах и зависит от крепости, хрупкости, пластичности, трещиноватости, слоистости, степени выветривания и других свойств. Однако попытки напрямую свя­зать взрываемость, например с буримостью, часто приводят к ошибкам, так как во многих случаях легкобуримые и труднобури­мые породы по отношению к взрывному разрушению оказываются равнозначными.

Характеристикой взрываемости является «удельный расход ВВ» — заряд эталонного ВВ, необходимый для разрушения 1м³ породы до кусков определенной крупности при стандартных условиях взрывания.

Взрываемость может быть определена также расходом эталонно­го ВВ на образование воронки нормального выброса зарядом опре­деленной формы. Условия проведения испытаний: заряд помещают в шпур диаметром 40 мм, пробуренный под углом 45° к горизон­тальной свободной поверхности при глубине заложения 1 м.

Все горные породы по трудности взрывания подразделяют на 5 классов.

Вопрос 7. Трещиноватость горных пород. Методы определения трещиноватости. Классификация горных пород по трещиноватости.

Под трещиноватостью понимают совокупность трещин (разры­вов сплошности в массиве горных пород) любого происхожде­ния, всех размеров и направлений.

Трещиноватость является важнейшей характеристикой пород­ного массива, оказывающей существенное влияние на выбор си­стемы разработки, на параметры буровзрывных работ. Ее необхо­димо учитывать при определении устойчивости горных пород, расчете горного давления, выборе крепи, расчете сетки шпуров и скважин, удельного расхода ВВ, выборе типа ВВ и при решении других задач. Поэтому трещиноватость отнесена к горнотехниче­ским свойствам.

Трещины разделяют на закрытые (с плотно сомкнутыми стен­ками) и открытые. Ширина раскрытия изменяется от долей миллиметра до десятков сантиметров. Трещины с раскрытием бо­лее 1 м относятся к разрывам.

Существует несколько классификаций горных пород по трещиноватости, в основу которых положены генетические, морфо­логические, горнотехнические и другие признаки.

Вопрос 8. Общие понятия о взрыве и взрывчатых веществах

Под взрывом понимается процесс освобождения большого ко­личества энергии в ограниченном объеме за весьма короткий про­межуток времени. По своей природе взрыв может быть физиче­ским, химическим и ядерным.

При физических взрывах изменяется только физическое состо­яние вещества (разрушение баллонов со сжатым газом, паровых котлов, метеоритов при ударе о Землю и др.).

При химических взрывах происходит быстрое химическое пре­вращение вещества, при котором энергия межмолекулярных свя­зей выделяется в виде теплоты и образуются газообразные про­дукты. Обычно эти превращения протекают в виде реакций окисления элементов, входящих в состав исходного вещества. К химическим взрывам относятся, в частности, взрывы угольной пыли или метана в шахте, паров бензина, мучной пыли на мель­ницах и др.

При ядерных взрывах происходит превращение атомных ядер исходного вещества в ядра других элементов, сопровождающееся освобождением энергии связи элементарных частиц.

В горной промышленности применяются преимущественно химические взрывы с использованием различных взрывчатых ве­ществ.

Взрывчатыми веществами называются химические соединения или смеси веществ, способные под влиянием внешнего воздейст­вия (удара, нагрева и т.п.) к самораспространяющемуся быстрому превращению в газообразные продукты. Образующиеся газы рас­калены и, расширяясь, производят механическую работу, создавая в окружающей среде поля напряжений.

Взрывчатые вещества просты в обращении, являются компакт­ными энергоносителями, и для их использования не требуется сложных механизмов, преобразующих один вид энергии в другой.

Во многих случаях ВВ являются незаменимыми источниками энергии. Имеются ВВ, взрывающиеся даже от легкого тре­ния кончиком пера, а также ВВ, которые можно (но не рекомен­дуется) дробить ломом или молотком. Важным техническим свойством ВВ является их способность давать управляемый, т.е. любой по мощности и направлению, взрыв.

Таким образом, преимуществами ВВ перед другими энергоно­сителями являются: 1) возможность достижения высоких концен­траций энергии в малых объемах; 2) большое разнообразие тех­нических свойств; 3) высокая надежность.

По агрегатному состоянию взрывчатые вещества могут пред­ставлять собой газовые смеси (метан, водород с кислородом или воздухом и др.), жидкие вещества (нитроглицерин), смеси жид­ких веществ (тринитрометан с бензолом), твердые соединения (гремучая ртуть), смеси твердых соединений (порох), смеси твер­дых соединений и жидких веществ (аммиачная селитра с соляро­вым маслом). Способностью к взрыву, как отмечалось выше, обладают также смеси распыленных горючих веществ (твердых или жидких) в среде газового окислителя. В горном деле наибольшее распространение получили взрывчатые смеси из твердых соединений и жидких веществ.

Свойства ВВ.

Известны три формы химического превра­щения ВВ.

1. Термический распад, возникающий при нагреве ВВ ниже температуры вспышки и протекающий без выполнения механи­ческой работы. Способность ВВ к термическому распаду необходимо принимать во внимание при определении безопасных условий его хранения и переработки.

2. Взрывное горение — реакция химического разложения, про­текающая по массе ВВ без образования ударной волны при на­греве ВВ выше температуры вспышки. Реакция окисления проходит с большой скоростью и при высокой температуре пламени.Этот процесс характерен для порохов, скорость горения которых 400-1000 м/с.

3. Детонация — процесс взрывчатого превращения, вызывае­мый прохождением по веществу ударной волны и распространя­ющийся с постоянной для данного физического состояния вещества сверхзвуковой скоростью (1,5—9 км/с).

В определенных условиях все три вида химического превра­щения ВВ могут переходить один в другой.

Взрывчатые вещества можно классифицировать по различным признакам. Широко известны классификации ВВ по основным формам превращения и химическому составу.

В зависимости от характера превращения в условиях эксплуа­тации ВВ подразделяют на метательные (или пороха) и бризант­ные.

Бризантность ВВ - характеризует способностью взрывчатого вещества производить дробящее действие (дробление породы на большие или меньшие обломки). Зависит она, главным образом, от скорости взрыва. Бризантность выражается в мм.

По химическому составу ВВ подразделяют на индивидуальные соединения и взрывчатые смеси.

Работоспособность ВВ - характеризует способность взрывчатого вещества производить механическую работу по разрушению и отрыву породы от массива. Она зависит от объема газов и количества тепла, образующегося при взрыве. Практически работоспособность ВВ определяют взрывом заряда весом 10 г в свинцовой бомбе. О работоспособности судят по изменению объема канала бомбы в кубических сантиметрах. Например, работоспособность ВВ в 370 см³ говорит о том, что объем канала бомбы после взрыва навески данного ВВ в 10 г увеличился на 370 см³.

Чувствительность ВВ - это степень их восприимчивости к различным внешним воздействиям: тепловому (огонь, искра, повышение температуры), механическому (удар, трение), а также к передаче детонации. Это чрезвычайно важное свойство обусловливает основные меры безопасности при обращении с взрывчатыми материалами, особенно при их перевозке и хранении.

Чувствительность ВВ к различной воздействиям зависит от природы взрывчатого вещества, физического состояния, температуры, плотности, влажности, наличия примесей и т.д. Чувствительность ВВ может быть повышена или понижена за счет добавок соответствующих веществ.

Кумуляция - направленное действие заряда. Скорость кумулятивной струи намного превышает скорость детонации, достигая 10 000-12 000, а иногда и 30 000 м/сек, а давление превышает 100 000 кг/см², чем и объясняется ее пробивное действие. На эффективность кумулятивного действия оказывают влияние скорость детонации заряда, форма и размер выемки, оболочка выемки и расстояние заряда от преграды. Чем больше скорость детонации, тем сильнее кумулятивный эффект. Наилучшими будут конические и полусферические формы выемки. Картонная оболочка выемки ухудшает, а стальная улучшает кумулятивный эффект.

К физическим свойствам россыпных и гранулированных ВВ относят сыпучесть — способность ВВ перемещаться по трубопро­водам, шлангам к месту заряжания, заполнять полости, высыпать­ся из бункеров. Сыпучесть характеризуется углом естественного откоса при свободном высыпании на горизонтальную поверхность.

Свойство терять сыпучесть в процессе хранения называется слеживаемостъю ВВ.

Пластичность — способность ВВ легко деформироваться под воздействием небольших нагрузок и сохранять придаваемую им форму. Пластичные ВВ характеризуются высоковязкой структу­рой, обусловленной наличием в них пластификаторов.

Текучесть — способность ВВ вытекать из емкостей под дейст­вием силы тяжести. Этим свойством помимо собственно жидких ВВ обладают низковязкие суспензии — смеси жидкостей и по­рошкообразных наполнителей. Как и жидкости, такие системы могут перекачиваться по трубам и шлангам с помощью насосов различных конструкций.

Расслаивание — самопроизвольное или под влиянием внешних сил разделение ВВ на составные части или отдельные компонен­ты. Расслаивание характерно для смесевых сыпучих ВВ, компо­ненты которых существенно различаются по плотности, форме и размерам частиц, агрегатному состоянию. Одной из форм рассла­ивания является экссудация — выделение из ВВ жидкого нитрог­лицерина на поверхность патрона, повышающее опасность преж­девременного взрыва от удара или трения.

Водоустойчивостью называют способность ВВ сохранять свои взрывчатые свойства при погружении в воду.

Гигроскопичность — способность ВВ поглощать влагу из окру­жающей атмосферы. Из компонентов, входящих в состав смесевых ВВ, к сильно гигроскопичным относятся кальциевая и аммиачная селитры.

Газообразные продукты взрыва

При взрыве образуются газообразные продукты, количество и состав которых определяются составом исходных веществ и усло­виями протекания реакции взрывчатого превращения. От объема газообразных продуктов зависят энергетические характеристики взрыва и результаты его воздействия на разрушаемую среду. Объ­ем газообразных ПВ определяется либо опытным путем, либо аналитически по закону Авогадро, в соответствии с которым объем одного моля любого газа при 0° С и атмосферном давле­нии равен 22,4 л.