- •Несмотря на все отмечаемые противоречия, теория флогистона просуществовала более 100 лет.
- •Так начиналось развитие современной теории горения и взрыва.
- •Более 90% всей получаемой энергии обеспечивается процессами горения (получение электроэнергии, тепла, двигатели, ракетные системы и др.).
- •Горение – это сложный физико-химический процесс, при котором превращение вещества сопровождается интенсивным выделением тепла, ярким свечением и тепломассообменом с окружающей средой.
- •Области применения процессов горения:
- •Взрывом называют быстрое химическое превращение вещества (или смеси веществ), сопровождающееся выделением большого количества тепла и образованием газов.
- •Динамиты были первыми смесевыми промышленными вв.
- •Взрывные технологии применяются в различных отраслях народного хозяйства:
Динамиты были первыми смесевыми промышленными вв.
В 1867 году А.Нобель запатентовал в Великобритании первый капсюль-детонатор (запал Нобеля), представляющий собой медную гильзу с начинкой из гремучей ртути, которая была открыта еще в 1799 году английским химиком Э. Говардом.
В 1867 году шведские инженеры И. Норбин и И. Ольсен запатентовали аммониты, составы состоящие из аммиачной селитры и древесного угля или горючих органических соединений, которые были гораздо более безопасные, чем динамиты. Уже в 1869 году в небольших количествах ВВ этого типа под названиями аммиачный порох и аммонкрут изготавливались в Германии. Это были первые аммиачно-селитренные ВВ.
После открытия явления детонации был синтезирован ряд новых взрывчатых веществ. В 1887 году К. Мартенсом был получен тетрил, в 1890 году Т. Курциусом – азид свинца, в 1894 году Толленом и Виганом – тэн, в 1897 году Ленце – гексоген. Эти ВВ с начала ХХ века сами по себе или в составе взрывчатых смесей получили широкое применение в боеприпасах, в средствах инициирования, при производстве взрывных работ.
Детонирующий шнур, предназначенный для инициирования зарядов ВВ, был изобретен в 1879 году. В то время его сердцевина состояла из гранулированного пироксилина.
С конца 80-х годов XIX столетия начинают широко применять, особенно в угольных шахтах, аммониты – механическую смесь аммиачной селитры с различными взрывчатыми и горючими добавками. Использование аммонитов позволило постепенно заменить динамиты, повысив тем самым безопасность работ в горной промышленности.
С 1891 года быстро растет производство полученного еще в 1863 году И. Вильдбрандтом тротила, основанное на успехах коксохимии, поскольку тротил образуется при нитрации толуола, являющегося продуктом перегонки каменного угля смесью азотной и серной кислот. Высокая безопасность и стойкость тротила обеспечили ему ведущее положение среди других ВВ.
В России до 30-х годов ХХ века преимущественно применялись нитроглицериновые ВВ: 93 % гремучий студень, 88 % и 83 % взрывчатые желатины, 62 % динамит, а также 29 % и 12 % гризутины на аммиачной селитре.
В 1932-1936 гг. в связи с возрастанием объема взрывных работ были разработаны и внедрены в производство первые недорогие двухкомпонентные аммониты. Тогда же была начата разработка мелкодисперсных аммиачно-селитренных смесей взрывчатых смесей без нитросоединений, названных динамонами.
С 50-60-х годов ХХ века в зарубежных странах и в СССР широкое развитие получили гранулированные ВВ, в т. ч.: простейшие смесевые ВВ типа АС-ДТ (аммиачная селитра + дизельное топливо) – игданиты, гранулиты; гранулированные смеси тротила и аммиачной селитры: граммониты; а также водосодержащие ВВ, получаемые на местах производства взрывных работ из горячих растворов селитр путем смешивания их с твердыми компонентами (тротилом, алюминием, кристаллической селитрой и др.): акватолы, ифзаниты и др.
Последние десятилетия широкое применение в мировой практике получили эмульсионные ВВ как разновидность простейших аммиачно-селитренных смесей, отличие которых от смесей типа АС-ДТ состоит в том, что в них жидкое горючее покрывает тонкой пленкой капли насыщенного раствора аммиачной селитры, образуя так называемую обратную эмульсию.
Основной мировой тенденцией в развитии ассортимента промышленных ВВ является применение взрывчатых составов, не имеющих в своем составе взрывчатых компонентов и изготавливаемых вблизи мест производства взрывных работ (гранулиты, эмульсионные ВВ и др.). В развитых зарубежных странах объем применения таких ВВ составляет 80-90 % от общего количества взрывчатых веществ, используемых в стране, а в России в настоящее время около 50 %.
В настоящее время в горной и строительной промышленности применяется более 100 наименований ВВ. Широкий ассортимент типов ВВ обусловлен многообразием задач и условий применения энергии взрыва: дробление горных пород, взрывы на выброс, борьба с лесными пожарами, взрывные работы в нефтяных и газовых скважинах, резка и обработка металлов, синтез новых материалов и многое другое.
Помимо взрывных способов известны механические, электрические, магнитные, лазерные и др. способа разрушения горных пород не могут составить конкуренции энергии взрыва ВВ. При этом необходимо заметить избирательность практически всех вышеперечисленных способов разрушения.
В табл. 1 приведены энергозатраты при различных способах разрушения.
Таблица 1
Способ разрушения |
Энергозатраты Дж/т |
Механический |
109 |
Гидроструйный |
5·108 |
Лазерный |
1012 |
СВЧ |
5·108 |
Электротермический |
5·108 |
Взрывной |
5·105 |
Оценим потенциальную мощность развиваемую при взрыве патрона аммонита 6ЖВ массой 250 г.
Количество энергии,
выделяемой при взрыве 1-го кг аммонита,
составляет 4300 кДж/кг (1030 ккал/кг). Для
патрона массой 250 г выделяющаяся энергия
составляет 1075 кДж (200 ккал.). Принимая,
что время детонации патрона длиной
= 250 мм (0,25 м) составляет
с,
где
– скорость детонации ВВ, для аммонита
6ЖВ
=5000
м/с.
Тогда развиваемая мощность при взрыве составит
кВт.
При реализации механических, электрических, магнитных и других способов разрушения пород реализуемая мощность не превышает нескольких сотен кВт.
Из всего разнообразия известных способов разрушения (отбойки) скальных пород от массива при добыче минерального сырья, при проведении подземных выработок и в строительстве на перспективу 25-30 лет и более применение ВВ, взрывных способов разрушения, не будет иметь альтернативы по следующим причинам:
Неограниченная сырьевая база в виде аммиачной, получаемой из воздуха, кальциевой и натриевой селитр.
Переход на изготовление ВВ на горных предприятиях, что более чем в два раза снижает стоимость ВВ и упрощает процедуры доставки и хранения ВВ.
Возможность и простота размещения заряда ВВ, как источника разрушения, в любой требуемой для наиболее эффективного разрушения массива точке.
Выделение при взрыве мгновенной мощности до 28 млн. кВт и более каждым килограммом взрывающегося заряда ВВ, что на 4-5 порядков больше, чем при других способах разрушения.
Возможность воздействия на массив с любой мощностью и последовательностью наложения на него полей напряжений за счет выбора требуемой величины заряда в каждом шпуре или скважине и интервалов замедления между соседними одиночными или группами зарядов.
6. Возможность регулировать в широком диапазоне энергетических параметров воздействия взрыва зарядов на массив за счет подбора соответствующего типа по взрывчатым характеристикам ВВ, диаметра, конструкции заряда, схемы его инициирования, интервалов замедления и т.д.
7. Комбинированного воздействия на разрушаемый массив путем волн напряжений, распространяющихся от заряда, и газов взрыва; при этом величина давления в источнике разрушения (заряде ВВ) достигает 6-10 МПа, что на 3-5 порядков выше, чем при других способах, а количество газов взрыва составляет 1000 л/кг, чего нет в других методах разрушения.
8. Универсальность разрушения любых по прочности, трещиноватости, химическому составу, обводненности массивов горных пород.
9. Относительная дешевизна с энергетических позиций разрушения взрывным способом.
