книги из ГПНТБ / Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

Количество окиси азота в продуктах взрыва зависит в основном от кислородного баланса и детонационной способности ВВ. При поло­ жительном кислородном балансе избыточный кислород в составе ВВ вступает во взаимодействие с соединениями азота и увеличивает выход окиси азота; для минимального образования окислов азота, наиболее выгодным является нулевой кислородный баланс (КБ) или близкий к нему отрицательный КБ.

От детонационной способности зависит количество непрореаги­ ровавших частиц ВВ, химическое превращение которых завершается при более низкой температуре и давлении, что способствует повы­ шенному образованию окислов азота.

При вторичных реакциях, идущих уже в атмосфере горных выра­ боток, окись азота окисляется кислородом воздуха и переходит в двуокись:

2N0 + 0 2= 2N02.

Время перехода N0 в N 0 2 в зависимости от концентрации реаги­ рующих веществ может длиться от нескольких секунд до нескольких суток. Чем выше концентрация N0 в продуктах детонации, тем быстрее происходит ее переход в N 0 2.

При взрыве промышленных ВВ могут протекать различные хими­ ческие реакции с образованием окиси углерода:

Эти реакции характеризуют образование и диссоциации угле­ кислого газа и являются основными при взрывчатом превращении ВВ с достаточным содержанием кислорода. Реакция (XIV.1) обра­ тима, повышение температуры вызывает смещение реакции влево, т. е. связано с увеличением количества о к и с и углерода; повышение давления смещает реакцию вправо с образованием углекислого газа.

Образование ядовитых газов зависит как от энергетических, так и от физико-химических свойств ВВ и происходит при детона­ ции зарядов, а также при вторичных химических реакциях.

В этом процессе играют роль вторичные реакции, связанные с газификацией 1 бумажно-парафиновой оболочки патронов, которая является неотъемлемой частью большинства натренированных ВВ, предназначенных для подземных работ.

Степень участия оболочки патронов в указанных реакциях опре­ деляется конкретными условиями в момент взрыва. При детонации заряда ВВ в воздухе или вакууме участие оболочки незначительно из-за быстрого отброса ее продуктами взрыва. При размещении патрона ВВ в шпуре газификация оболочки протекает более полно.

205

В целях уменьшения окиси углерода за счет газификации обо­ лочки большое значение имеет выбор оптимального КБ. Учитывая, что патронировочпая бумага и парафин имеют сильно отрицатель­ ный КБ (соответственно — 130% и —345%), для окисления угле­ рода, входящего в их состав, до С 02 выгоднее обеспечить положи­ тельный кислородный баланс ВБ, однако это повлечет излишнее образование окислов азота. Наиболее выгодное значение кислород­ ного баланса ВБ, при котором меньше всего образуется ядовитых газов, должно определяться в каждом отдельном случае постановкой соответствующих опытов.

Кроме основных причин, обусловленных свойствами ВБ и нали­ чием горючей оболочки патронов, на процесс образования ядовитых газов оказывают значительное влияние внешние условия, связанные с характеристикой взрываемой среды, а также с параметрами и тех­ нологией буровзрывных работ.

К их числу в первую очередь следует отнести физико-механпче-- скне свойства горных пород, обводненность забоя, материал забойки, диаметр н глубину шпуров, дополнительные мероприятия, направ­ ленные па повышение безопасности взрывных работ (водораспыли­ тельные завесы, создание предохранительной среды из воздушномеханической пены) п другие. При взрывании шпуровых зарядов определяющими факторами, способными в значительной степени изме­ нять количество и состав ядовитых газов, являются: крепость взры­ ваемых пород, материал забойки н обводненность забоев.

В качестве примера, характеризующего влияние крепости гор­ ных пород на образование ядовитых газов, приводятся результаты исследований, проведенных на шахтах Донбасса (табл. 52).

Из табл. 52 видно, что каждому ВБ свойственна своя «газовость», изменение которой в значительной степени обусловливается кре­ постью взрываемой породы, т. е. с увеличением крепости пород образуется больше токсичных газов. Прп этом взрывание различных ВВ в одинаковых породах дает колебание «газовости» 56—74% , а при взрывании одного тппа ВВ в породах различной крепости — 60— 78%. Объясняется это тем, что окпсление углерода, входящего в со­ став ВВ, протекает в две стадии, вначале до СО, а затем до СО„. Часть окиси углерода, не успевшая о к и с л и т ь с я д о двуокиси, в про­ цессе детонации ВВ вступает во взаимодействие с конечными про­ дуктами детонации, в частности с парами воды, по реакции образо­ вания водяного газа

С0 + Н20 = £ C02+ H 2. (XIV.2)

Несмотря на крайне быстрое течение взрывчатого превращения, термодинамическое равновесие газообразных продуктов по этой

реакции успевает установиться, чему способствует высокая темпе­ ратура п давление.

Из теории известно, что для каждой температуры существует определенное отношение концентрации газообразных продуктов ле-

206

Т а б л и ц а 52

* Суммарное количество ядовитых газов в пересчете на условную окись углерода определяется по формуле

чс <?c o + 6 ’d"n o + n o 2- л /к г .

вой и правой частей уравнения, характеризуемого константой равно­ весия

более высокому процентному содержанию окиси углерода в продук­ тах взрыва. Резкое снижение температуры за счет адиабатического расширения газов способствует снижению скорости равновесных реакций и при некоторой критической температуре происходит так называемая «закалка» равновесия, после чего состав газообразных продуктов не изменяется.

Некоторое изменение количества окислов азота также обуслов­ ливается механизмом образования этих газов и зависит от конкрет­ ных условий, в которых завершается разложение непрореагировав­ ших в процессе детонации частиц аммиачной селитры, тротила и других соединений, содержащих в своем составе нитрогруппу N0 2.

207

Изменение суммарного объема ядовитых газов в зависимости от типа ВВ и крепости пород показано иа рис. 67 .

При скальном аммоните № 1, имеющем более высокую темпера­ туру взрыва но сравнению с угленитом Э-6 , гидрозабойка тоже способствует некоторому снижению температуры, но не настолько, чтобы обеспечить полное затухание непрореагировавших при дето­ нации частиц ВВ, поэтому часть их догорает с выделением промежу­ точных продуктов, что и дает увеличение окислов азота. Кроме того, под действием высокой температуры происходит частичное

сгорание полиэтиленовой оболоч­ ки гпдрозабойкн, которая, имея большой отрицательный кислород­ ный баланс, способствует допол­ нительному образованию окиси углерода.

§ 56. Методы определения концентрации ядовитых газов в производственных условиях

Камерный метод. Метод осно­ ван на определении концентра­ ции ядовитых газов в изолиро­ ванной камере, представляющей собой обособленную часть глухой горной выработки. Изоляция камеры достигается путем отде­ ления частиц горной выработки (15—40 м) с помощью перемычки из газонепроницаемой ткани (бре­ зент, прорезиненная ткань).

Сразу после взрываппя перемычку опускают и в образованную камеру входят бойцы ВГСЧ, снабженные кислородными аппаратами, производят перемешивание газов в камере с помощью кусков плотной ткани пли с помощью вентилятора и отбирают пробы воздуха. Число точек взятия проб н их расстояние от места взрыва устанавлива­ ются в каждом отдельном случае в зависимости от местных условий.

На основании анализа проб воздуха рассчитывают среднюю концентрацию ядовитых газов и определяют их количество в камере.

Суммарный объем ядовитых газов, выраженный в условной окиси углерода, подсчитывают по формуле

7с = 7со “I” ®’^7No+NOi "Ь ^’^7so:+HjS* л^кг

где g — количество окиси углерода образующееся при взрывании

1 кг ВВ, л/кг; gNO+No2 — количество окислов азота, л/кг; gso.+H.s — количество сернистых газов, л/кг.

208

Несмотря на то, что камерный метод продолжительное время был единственным для определения «газовости» ВВ в производ­ ственных условиях, он является слишком трудоемким, а для шахт, опасных по газу или пыли, вообще неприемлем, так как предусмат­ ривает отключение вентиляции. Кроме того, этот метод не отражает фактической газовости после взрыва вследствие того, что произво­ дится замер концентрации только той части ядовитых газов, которые выбрасываются в атмосферу выработки и не учитывают газы, адсорбированные на поверхности отбитой горной массы и окружаю­ щими породами.

№ N 0h %

Бескамериый метод. В последние годы для определения ядовитых газов в подземных выработках шахт все большее распространение находит бескамерный метод, суть которого заключается в расчете объема ядовитых компонентов, исходя из общего количества воз­ духа, поданного в забой для полного удаления продуктов взрыва.

Для получения исходных данных производят отбор проб руднич­ ного воздуха на произвольном расстоянии от забоя (50—100 м), но не ближе зоны отброса газообразных продуктов взрыва, вели­ чина которой с достаточной точностью определяется по эмпириче­ ской формуле, выведенной для тупиковых забоев горизонтальных выработок,

L — 11,5 - f , м,

где А — количество одновременно взрываемого ВВ, кг; S — пло­ щадь сечения выработки, м2.

Пробы набирают через определенные промежутки времени с мо­ мента подхода газового облака к замерной станции и до полного их исчезновения. Одновременно с этим измеряют скорости движения воз­ духа в вентиляционных трубах с помощью анемометра. По установлен­ ной средней скорости воздушной струи и диаметру вентиляционных

труб подсчитывают количество воздуха, подаваемого в выработку для разжижения и удаления взрывных газов,

Q = FcpiS1, м8/мин.

На основании химического анализа отобранных проб строят график, отражающий зависимость концентрации окиси углерода и окислов азота (прп наличии сернистых газов строится третья кри­ вая) на замерной станции от времени проветривания (рис. 68), по которому определяют площади фигур, образованных кривыми.

Дальнейший расчет сводится к определению удельного объема ядовитых компонентов по формулам:

4co = J7 r ^ 10’ л/кг;

ступности проведения неограниченного количества опытов в любой

в подземных условиях. Последнее достигается за счет того, что время замеров концентраций ядовитых газов в струе воздуха, про­ ходящей через замерную станцию, включает в себя погрузку породы и другие операции, способствующие высвобождению газообразных продуктов взрыва из мест возможного скопления.

§ 57. Методы отбора проб и химического анализа рудничного воздуха

Отбор проб рудничного воздуха может производиться в специаль­ ные емкости с последующим анализом газовой смеси в газоанали­ тических лабораториях или же экспрессным методом, более эффек­ тивным, надежным и простым для определения концентрации ядо­ витых газов.

Широкое распространение получил экспрессный метод опреде­ ления ядовитых газов с помощью химического газоопределнтеля ГХ-4, который позволяет непосредственно в шахте определять концентрации окиси углерода, окислов азота и сернистых газов.

Принцип анализа основан на просасывании исследуемого воз­ духа через индикаторные трубки и протекании в них специфиче­

210

При определении объема ядовитых газов с помощью газоопределителя ГХ-4 участвуют не меиее двух человек, ко­ торые в изолирующих самоспасателях находятся на замерной станции, опре­ деляют количество воздуха, поступа­ ющего в забой, и ведут анализ руднич­ ной атмосферы.

Перед началом анализа в индика­ торной трубке отламывают оба запаян­

14*

трубку вынимают, записывают иа ией порядковый номер и время прошедшее с момента взрыва, фиксируемое секундомером. В такой последовательности замеры повторяются до прекращения потем­ нения трубок, что соответствует полному разгазированию приза­ бойного пространства.

Частота повторения замеров определяется интенсивностью про­ хождения газового облака. В первые минуты после взрыва концен­ трация ядовитых газов в воздушном потоке резко возрастает и через 5—10 мин достигает своего максимума, а затем также быстро сипжается. Этот отрезок времени соответствует прохождению через замерную станцию ядовитых газов, выброшенных в рудничную атмосферу в виде пылегазового облака, поэтому требует особенной тщательностп п быстроты замеров, которая регламентируется дли­ тельностью прокачивания воздуха через трубку на одно сжатие меха. Для окиси углерода это время равно 8—9 с, для окислов азо­ та — 20—30 с. Обычно за 1 мин расходуется две-три трубки па СО н одна-две — на окислы азота. В дальнейшем изменение концентра­ ции ядовитых газов происходит гораздо медленнее, поэтому интервал между замерами можно увеличивать до 2 мин и более. Протягива­ ние воздуха через трубки в процессе анализа следует производить по всему сечению выработки, что способствует усреднению получае­ мых результатов.

Г л а в а XV

СРЕДСТВА ВЗРЫВАНИЯ

§ 58. Краткая характеристика инициирующих ВВ

Характерной особенностью инициирующих взрывчатых веществ (ПВВ) является то, что горение пх легко переходит в детонацию. ИВВ также легко детонируют под воздействием простого начального импульса (луча огня, накола, удара и т. п.) Именно этн особенности позволили использовать их для пзготовлеппя инициаторов. Однако вследствие высокой чувствительности ИВВ к начальному импульсу при производстве их, а также при их применении следует принимать особые меры предосторожности. В настоящее время из ИВВ наиболее широко используют гремучую ртуть, азид свинца н тринитрорезорцинат свинца (Т1ГРС).

Гремучая ртуть Hg (ONC) 2 относится к классу солей гремучей кислоты — фульминатов и получается при взаимодействии металли­ ческой ртути, азотной кислоты и этилового спирта. По внешнему виду гремучая ртуть представляет собой кристаллический порошок белого или серого цвета с насыпной плотностью 1,22—1,25 г/см3. Плотность кристаллов колеблется от 4,30 до 4,42 г/см3.

Свободно насыпанная в небольшом количестве (до 1 г) гремучая ртуть при поджигании дает вспышку; при воспламенении в больших

212

количествах происходит взрыв. Если же гремучую ртуть запрессо­ вать под давлением 250—350 кгс/см2, то при воспламенении ее всегда происходит взрыв. Однако если увеличивать давление прессования, то можно достичь такой плотности гремучей ртути, при которой она, воспламеняясь от луча огня, будет только выгорать, ие взрываясь и не инициируя взрыв вторичного ВВ.

Гремучая ртуть при обычной температуре (15—20° С) химически устойчива. При повышении температуры гремучая ртуть начинает разлагаться, причем заметное разложение наблюдается при длитель­ ном нагревании уже при 50° С. При 90—95° С гремучая ртуть разла­ гается быстро, ио еще без взрыва (температура вспышки гремучей ртути равняется 160—165° С).

Химическое разложение гремучей ртути можно вызвать концен­ трированными азотной, серной и соляной кислотами, а также концен­ трированными щелочами.

Сухая гремучая ртуть практически ие реагирует с металлами, Однако в присутствии влаги реакция происходит довольно активно. Особенно бурно реагирует влажная гремучая ртуть с алюминием, образуя при этом пористое вещество, обладающее взрывчатыми свой­ ствами и высокой чувствительностью к внешним воздействиям. Поэтому гремучую ртуть при производстве электродетонаторов по­ мещают в медную или бумажную гильзы.

Азид свинца РЬ (N3) 2 представляет собой мелкокристаллический белого цвета порошок плотностью 4,73 г/см3. Азид свинца практиче­ ски не растворим в воде, при 18° С в 100 см3 воды растворяется 0,023 г азида свинца.

Во влажной среде в присутствии углекислого газа азид свинца разлагается с образованием азотпстоводородной кислоты, которая с некоторыми металлами может давать весьма опасные в обращении азиды. Так, с медью азотистоводородная кислота образует азид окисной меди, чрезвычайно опасный в обращении. Поэтому азпд свннца нельзя снаряжать в медные или латунные оболочки; его запрессовывают в алюминиевые оболочки.

По отношению к нагреванию азид свинца значительно более стоек, чем гремучая ртуть; температура вспышки его равна 350° С.

К механическим видам воздействия (удар, трение и т. п.) азид свинца менее чувствителен, чем гремучая ртуть. Азид свинца также значительно труднее, чем гремучая ртуть, воспламеняется от луча огня. Это является его существенным недостатком: для безотказ­ ного действия детонаторов необходимо поверхность азида свинца покрывать слоем тринитрорезорцината свинца.

В противоположность гремучей ртути, прессование почти не изменяет чувствительности азида свинца к начальному импульсу.

Азид свинца обладает высокой инициирующей способностью- (примерно в 10 раз большей, чем гремучая ртуть).

Теплота взрыва азида свинца равна 364 ккал/кг. Объем газоввзрыва составляет 308 л/кг. Скорость детонации азида свинца 4,5— 4,8 м/с.

213-

Тринитрорезорцинад свинца (ТНРС)

представляет собой золотисто-желтые, темнеющие на воздухе кри­ сталлы плотностью около 3,1 г/см3. ТНРС плохо растворим в воде ц в органических растворителях. С металлами ТНРС не взаимодей­ ствует, поэтому его можно применять в любых оболочках. Как и все инициирующие ВВ, тринптрорезорцинат весьма чувствителен ко всем впдам начального импульса, однако он менее чувствителен

кудару, чем азнд свинца н гремучая ртуть, не более чувствителен

ктрению, чем азид свинца.

ТНРС значительно легче воспламеняется от луча огня, чем. азнд свинца, но значительно уступает ему по инициирующей способ­ ности. Поэтому ТНРС не применяют в качестве самостоятельного инициирующего ВВ, а используют в электродетонаторах совместно

сазидом свинца.

§59. Капсюли-детонаторы, электродетонаторы и проводники

электрического тока

Специальные технические приспособления, предназначенные для создания начального импульса, способного вызывать устойчивую детонацию зарядов промышленных ВВ, н а з ы в а ю т с р е д с т ­ в а м и в з р ы в а н и я (СВ).

К СВ относятся: капсюлп-детонаторы, электродетонаторы, огне­

Капсюли-детонаторы (КД) представляют собой устройства, со­ стоящие из гильзы с запрессованным па 2/3 ее длины комбинирован­ ным зарядом из инициирующего и высокобрпзаптного ВВ. Незапол­ ненная часть гильзы КД, называемая дульцем, предназначена для крепления огнепроводного шнура или электровоспламенителя. В на­ стоящее время в отечественной промышленности применяют кап­ сюли-детонаторы № 8 (рис. 70—71). Номер КД устанавливают по их мощности.

Заряд первичного ИВВ (гремучая ртуть, азид свинца), как правило, запрессовывают в специальную металлическую чашечку высотой 6,5—8 мм. Масса заряда минимальная, но в то же время достаточная для надежного возбуждения заряда вторичного ИВВ. Металлическая чашечка в центре имеет отверстие диаметром 2—2,5 мм для пропуска искр огня, прикрытое сеткой с отверстиями диамет­ ром 100—160 мк. Чашечка предохраняет ИВВ от внешних воз­ действий и обеспечивает безопасность при запрессовке ИВВ, ■обладающего высокой чувствительностью.

.214