книги из ГПНТБ / Ассонов В.А. Буровзрывные работы учебное пособие для горных техникумов

Шкивы 4 -я 12 включаются посредством конических фрикционов, насаженных на коленчатых валах. Упоавление ими устроено таким образом, что может быть включен только один молот. Обрабатыва­

емая головка долота расположена на наковальне 19. Конец долота

с конической резьбой упирается в упорную бабку 20, укрепленную на станине, по которой она может передвигаться при помощи вин­ товой тяги 21. Упорную бабку устанавливают в зависимости от длины заправляемого долота. Размеры станины позволяют заправ­

лять долота длиной от 750 до 2 400 мм.

Рис. 67. Долотозаправочный станок ДС-1

а — общий вид: б — кинематическая схема

Передача движения на винтовую тягу 21 для перемещения упор­ ной бабки 20 производится от шкива 22 при помощи конического

реверса 23, промежуточного вала 24 и пары цилиндрических шес­ терен 25 и 26, причем втулка шестерен 26 является гайкой подачи ■винта.

150

Основное преимущество станка состоит в том, что он приводится в движение от электродвигателя и не требует расхода сжатого воз­ духа. Станок обеспечивает более правильную и точную заправку,

благодаря чему производительность бурения увеличивается на

30—40%.

Недостатки станка—сравнительно невысокая производитель­ ность по заправке и громоздкость установки.

При заправке необходимо следить, чтобы долото соответствова­ ло принятым размерам, особенно по диаметру и углу приострения. Заправка заканчивается при температуре не ниже780—825°, так как начавшаяся при этом кристаллизация стали может быть нарушена — в стали появляются внутренние напряжения, вызывающие образо­ вание трещин.

В случае остывания долота до температуры 780—825° и необхо­ димости дальнейшей его обработки долото должно быть нагрето по­ вторно в течение 2-—2,5 минуты. После отковки и заправки лезвия долото подвергается отжигу, т. е. нагреву до температуры 700— 800° с последующим медленным охлаждением.

При нагревании долот перед закалкой до температуры 700— 800° электросоляные ванны необходимо держать все время под то­

ком, чтобы соль находилась в расплавленном состоянии. При тем­ пературе в ванне 780—860° (которая для нагревания перед закал­ кой является нормальной) поверхность соляного расплава имеет розовый цвет, пары соли выделяются в очень небольшом количе­ стве и сам расплав чист и прозрачен.

Долото, подлежащее нагреву в ванне, должно быть сухим и

иметь температуру 400—500°. Время нагревания долота в соляной ванне должно составлять не более 10 мин. Однако перед оконча­ нием нагревания нужно 2—3 раза проверить температуру долота

термоэлектрическим пирометром или другим прибором. После на­ гревания долото на 1,5—2 минуту помещается в закалочную ван­ ну с непрерывно циркулирующей водой, имеющей постоянную тем­

пературу 18—20°. Головка долота погружается в воду на глубину

100—200 мм. Если при закалке долот их лезвия получаются очень

хрупкими, то прибегают к отпуску стали. При отпуске долото долж­

но быть нагрето до 200—275°, после чего нагретая часть быстро

погружается в закалочную ванну на глубину 100—200 мм, на которой

151

долото выдерживается до прекращения шипения, а затем на глу­ бине 200—300 мм — до полного охлаждения.

При приемке необходимо проверить наличие трещин и раковин

на долотах путем наружного осмотра. Угол приострения лезвия

долота следует проверить шаблоном, представляющим собой сталь­ ной брусок, одна грань которого выточена или отшлифована в точ­ ном соответствии с принятым углом приострения. Диаметр долота проверяют шаблоном, представляющим собой стальное кольцо, внутренний диаметр которого равен установленному диаметру долота.

Качество стали после закалки проверяют напильником. Если сталь хорошо закалена, то напильник скользит по ней, не оставляя следа.

Для учета работы долотозаправочной мастерской все долота должны быть занумерованы. Номер выштамповывается или нава­

ривается электросваркой на теле долота. Долота, изготовленные из разных сортов стали, должны иметь особые условные марки.

Организации бесперебойной доставки заправленных долот к буровым станкам должно быть уделено особое внимание. Так, при работе буровых станков в две и три смены рекомендуется все стан­ ки снабжать долотами в конце каждой смены, для бесперебойной работы последующей — с учетом запаса 10—20% от сменной по­ требности. Общее количество долот на карьере можно определить по следующей формуле:

Nc—число работающих станков в смену;

Р —производительность каждого станка;

г —число затупленных долот на 1 м скважин.

Производительность долотозаправочных работ при ручной за­ правке долот с лезвием длиной 150 мм 8 долот в смену, с лезвием длиной 200 мм — 5 долот. Состав бригады три человека. Произво­ дительность долотозаправочного станка около 25 долот в смену.

Расход стали на одну заправку долота с шириной лезвия 150 мм составляет 200 г, с шириной лезвия 200 мм — 300 г и с ши­ риной лезвия 250 мм — 350 г.

Расход угля при ручной заправке одного долота 12—15 кг. Рас­ ход электроэнергии при работе долотозаправочных станков около

2 кет на одно долото.

§ 36. Меры безопасности при буро- и долотозаправочных работах

При работе в буро- и долотозаправочной мастерских должны соблюдаться следующие правила.

Рабочие допускаются к работе только в спецодежде, которая

должна быть вполне исправна. Запрещается загромождение рабо­

152

Раздел второй

ТЕОРИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И СВОЙСТВА ВЗРЫВЧАТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Глава IX

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

§ 37. Краткие исторические сведения

Первым известным человеку взрывчатым веществом (ВВ) был

дымный (черный) порох. Место и время изобретения пороха не установлены, но считается, что производство его постепенно разви­

валось на основе пиротехнических смесей, применявшихся при из­

готовлении фейерверков. Своим происхождением порох обязан ки­ тайцам и первые сведения о нем относятся к VI в. Через индусов и арабов сведения о порохе проникли в Европу, где он постепенно завоевал широкую известность в военном деле.

В России порох известен примерно с XII в., причем существует

предположение, что он проник к нам также с востока. Первое вре­ мя порох изготовлялся ручным способом и его производство явля­

лось секретом оружейных мастеров. Пороховые заводы (или, как

их называли тогда, пороховые мельницы) появились на Руси в

XV в.; первое упоминание об изготовлении пороха в Москве отно­

сится к началу XV в.

Долгое время порох употреблялся исключительно на военные

нужды. Первое историческое свидетельство об использовании поро­ ха в созидательных целях относится к XVI в. (1548—1572 гг.), когда большие количества его были израсходованы в России для подры­

ва подводных скал и камней, мешавших судоходству на реках.

В истории развития горного дела первое упоминание о приме­ нении пороха относится к 1627 г., когда он был использован ти­ рольцем Каспаром Вейндлем при проходке Верхне-Бобровой штоль­ ни в Силезии. Начиная с этого времени и примерно до середины XIX в., порох был единственным ВВ, практически применявшимся как в военном, так и в горном деле.

Именно с этого времени начинается быстрое развитие произ­ водства более сильных ВВ, которым дымный порох должен был уступить место. К таким сильным ВВ, в корне поколебавшим ис­ ключительное значение пороха, следует отнести пироксилин (Браконо, 1832 г.), применявшийся в военном деле, и нитрогли­

церин (Собреро, 1846 г.), применявшийся в горной промышлен­ ности. Несколько позже (Вильбранд), в 1863 г., был открыт тротил,

а в 1867 г. (Ольсен и Норбин) предложены аммониты.

154

Нитроглицерин в силу его способности взрываться даже от не­ значительного воздействия не сразу получил распространение в горном деле. Большая заслуга в этом принадлежит крупному рус­ скому ученому проф. Н. Н. Зинину и его последователю В. Ф. Пет­ рушевскому, из которых первый открыл, а второй усовершенство­ вал ВВ на основе нитроглицерина — динамиты. Впоследствии Д. И. Менделеев установил возможность желатинизации нитрогли­ церина и тогда в 1890 т. русскими химиками был разработан 93%-ный динамит (взрывчатая желатина).

В итоге всех работ как в СССР, так и за рубежом в настоящее время широко применяются две основные группы промышленных ВВ: динамиты и аммониты в различных вариациях и в разных со­

отношениях.

Параллельно шло развитие средств взрывания. Первые поро­ ховые заряды воспламенялись с помощью нитей, пропитанных се­

рой, или соломинок, наполненных мелким порохом. В 1831 г. Бик­ форд предложил огнепроводный шнур, конструкция которого сох­

известен электрический способ взрывания, предложенный выдаю­ щимся русским ученым П. Л. Шиллингом.

В разработку ВВ, теории их детонации и изучение их свойств огромный вклад внесли русские и, позднее, советские выдающиеся ученые, начиная с отца и основателя русской горной науки

М. В. Ломоносова, профессоров Н. Н. Зинина, В. Ф. Петрушевско­

А. А. Скочинского и Н. Н. Семенова, профессоров О. Е. Власова, Г. И. Покровского, А. Ф. Беляева, членов-корреспондентов АН

СССР Н. В. Мельникова, М. А. Садовского и многих других. Особо большая работа по развитию производства промышлен­

ных ВВ проведена за время существования Советской власти.

В настоящее время перед производством ВВ стоит большая за­

дача: совершенствовать и расширять ассортимент промышленных ВВ, особенно дешевых водоустойчивых мощных ВВ для открытых работ, высокоплотных мощных водоустойчивых безопасных ВВ для подземных работ, а также более сильных капсюлей-детонаторов.

§ 38. Взрыв и взрывчатое вещество

Взрывом в широком смысле можно назвать чрезвычайно быстрое изменение вещества, сопровождающееся таким же быст­

рым освобождением его потенциальной энергии, производящей

механическую работу, направленную на разрушение окружающей среды. Как правило, эта работа основана на стремлении к расши­

155

рению газов или паров независимо от того, существовали ли эти газы или пары до взрыва или образовались во время него.

Различают взрывы физического и химического порядка.

Примером взрывов физического порядка может слу­ жить взрыв парового котла, который возможен вследствие быст­ рого перегрева воды и малой прочности стенок, а также взрыв баллона, содержащего сжиженный или сильно сжатый газ. При таких взрывах изменяется только физическое состояние: жидкость,

переходя в пар или газ, изменяет объем, но химический состав вещества остается постоянен.

Обязательным условием взрывов химческого порядка является химическое превращение вещества. В качестве примера можно привести взрыв смеси метана и кислорода, являющийся результатом химической реакции:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О.

Химическое превращение вещества при взрыве обусловливает­ ся: а) крайней быстротой протекания явления взрыва; б) образова­ нием значительного количества газов и в) выделением большого

количества теплоты. Каждое из условий играет немалую роль и не может быть исключено, иначе процесс не будет взрывом. Как пра­ вило, взрывчатое превращение протекает за счет реак­ ции окисления горючих элементов — углерода и водорода, как это видно из приведенного примера. Поэтому для оценки значения ско­

рости реакции взрыва следует сравнить с родственными ей реакциями: гниением, тлением и горением. При этих реакциях также образуются газы и выделяется теплота, но по ско­ рости они отличны друг от друга. Реакция взрыва протекает край­ не быстро и скорость ее распространения выражается в тысячах метров в секунду, тогда как остальные реакции проходят со ско­ ростями, исчисляемыми сантиметрами в минуту или секунду.

Образующиеся при взрыве газы или пары, будучи нагреты теп­ лотой взрыва, производят механическую работу разрушения; чем больше объем газов по сравнению с объемом вещества до взрыва, тем больше (при прочих равных условиях) сила взрыва. У про­ мышленных ВВ объем газов, приведенный к нормальным услови­

ям, составляет 600—1 000 л на 1 кг ВВ.

Выделение теплоты (экзотермичность реакции) сказывается в том, что высокое давление при взрыве создается главным образом за счет повышения температуры. Числовые значения температур при взрыве находятся в пределах 1500—4500°. Давление при наг­ ревании возрастает по закону Гей-Люссака:

Р = Р^Ро

273 ,

где Р —конечное давление в кг!см2\

Ро — начальное давление в кг!см2\ t — температура взрыва в град.

156

Следовательно, прирост температуры на 1° увеличивает давле­ ние на ‘/гтз его начального значения. Отсюда понятна роль тепло­ ты, выделяющейся при взрыве.

Под скоростью взрывчатого превращения принято понимать быстроту распространения этого явления по массе ВВ. Эта ско­ рость при благоприятных неизменных условиях для данного ВВ величина постоянная. При изменяющихся условиях она колеблется в зависимости от совокупного влияния этих условий. Основными влияющими условиями являются химическаяприрода и плотность ВВ, диаметр заряда (в некоторых пределах), величина частиц ВВ, а также содержание влаги для ВВ, содержащих аммиачную

селитру.

В зависимости от скорости взрывчатое превращение разделяют

на детонацию и взрывное горение. Детонацией называется чрезвычайно быстрое распространение процесса, обусловленное прохождением ударной волны по массе ВВ и протекающее для данного ВВ, при его неизменном состоянии и определенных ус­ ловиях с постоянной сверхзвуковой скоростью порядка нескольких тысяч метров в секунду. Взрывчатое превращение всех дробящих

ВВ(практически всех современных промышленных ВВ) протекает

вформе детонации.

Величина скорости взрывчатого превращения D может быть оп­ ределена экспериментально с помощью специальных приборов (которые регистрируют явления, протекающие с высокими скоро­

стями) или рассчитана по формуле:

Коволюм зависит от величины давления, возникающего в еди­ нице объема ВВ. Для ВВ плотностью от 1 до 1,6 г/см? коволюм равен 0,6—0,45. При плотностях меньше 1 г/см3, коволюм опреде­ ляют по уравнению а = 0,001 Vo, где Uq— объем газовых продуктов взрыва, приведенный к нормальным условиям (при 0° и 760 мм

рт. ст.) в л]кг.

Взрывчатыми называются такие вещества, которые под

влиянием некоторого внешнего толчка (импульса) могут со значи­

157

тельной скоростью переходить в другие вещества с образованием газов и паров и с выделением тепла, нагревающего газы до высо­

кой температуры, что вызывает развитие чрезвычайно высокого давления в месте расположения ВВ.

Характерным признаком ВВ является наличие в его составе всех химических элементов, необходимых для построения конечных веществ. Так, например, при горении нефти, угля и т. п. реакция окисления проходит за счет кислорода воздуха; без доступа воз­

духа горение прекратится. Взрывчатое превращение ВВ проис­ ходит без какого-либо участия воздуха, исключительно за счет элементов (в том числе и кислорода), находящихся в его составе.

,§ 39. Классификация взрывчатых веществ

Все ВВ по характеру действия при взрыве разделяются на ме­ тательные, или фугасные, и дробящие, или бризантные. Раз­ личие между ними по установившимся понятиям заключается в следующем.

К группе метательных относятся те ВВ, которые имеют относительно невысокие скорости взрывчатого превращения и вследствие этого отличаются небольшой скоростью нарастания

давления в месте взрыва. Это предопределяет отсутствие сильно выраженного дробящего действия, а тем самым дает в основном метательное действие. Такие ВВ не детонируют, а их взрывчатое превращение протекает в форме взрывного горения (см. § 40), но только при условии инициирования этих ВВ искрой огнепроводного шнура или пламенем электровоспламенителя. Характерным и единственным представителем промышленных ВВ, относимых к этой категории, служит дымный порох, если его инициировать

одним из вышеуказанных способов. Если же порох инициировать при помощи детонирующего шнура, пропущенного, например, по всей длине скважинного заряда, то скорость его взрывчатого превращения примет форму детонации и это ВВ проявит дробящие свойства наряду с сохранением метательного действия.

К группе дробящих относятся все ВВ, взрывчатое превра­ щение которых проходит исключительно с высокими скоростями в форме детонации. Значительные скорости, с которыми процесс

распространяется по массе ВВ, обусловливают резкое нарастание давления в месте взрыва и предопределяют дробящее действие при взрыве, особенно сильно выраженное в непосредственной близости от заряда.

Кдробящим относятся все современные промышленные сорта

ВВ(динамиты, аммониты, динамоны). Однако отнесение их к груп­

пе дробящих ВВ совершенно не означает полное отсутствие мета­ тельного действия при их взрыве. Наоборот, метательное действие,

под которым принято понимать способность отбрасывать разрушае­ мую горную массу на некоторое расстояние, проявляется при взры­ ве этих ВВ несравненно сильнее, чем при взрыве ВВ, обладающих ярко выраженным метательным действием.

158

При оценке промышленных ВВ трудно провести четкую грань между их метательным и дробящим действием, так как каждое де­ тонирующее ВВ при взрыве и дробит, и отбрасывает породу. Можно только отметить, что дробящие свойства проявляются тем сильнее, чем больше потенциальная энергия (теплота взрыва) дан­ ного ВВ, т. е. такое ВВ будет дробить, горную породу на более мелкие куски. И, наоборот, чем меньше теплота взрыва ВВ, тем крупнее куски, образующиеся при его взрывании.

В группу дробящих входят также инициирующие ВВ, ко­ торые удобнее рассматривать как самостоятельную подгруппу. Особенностью этих ВВ является то, что их взрывчатое превраще­ ние протекает только в форме детонации и что любая форма

начального импульса (удар, искра, пламя и пр.) вызывает только

детонацию. Особенность заключается также и в том, что их период ускорения, т. е. промежуток развития максимальной скорости де­ тонации, несравненно меньше, нежели у других дробящих ВВ.

По признаку химического состояния все ВВ де­ лятся на химические соединения и механические смеси. К хими­ ческим соединениям относятся все химически однородные системы,

которые не могут быть механически поделены на более дробные системы, наделенные иными свойствами. Важнейшими представи­ телями однородных химических соединений можно назвать:

а) нитросоединения ароматического ряда, например: тротил,

пикриновая кислота, динитронафталин, тетрил (тринитрофенилме-

тилнитрамин) и гексоген (триметилентринитрамин); б) нитраты или эфиры азотной кислоты, например: нитроглице­

рин, динитродиэтиленгликоль; нитраты целлюлозы: пироксилин, коллодионный хлопок; пентаэритриттетранитрат (тэн).

Кмеханическим относятся смеси, состоящие из нескольких хи­ мических соединений, которые сравнительно легко могут быть от­ делены друг от друга с помощью растворения, отстаивания, про­ сеивания и т. д. и свойства которых при этом остаются неизмен­ ными. Из числа таких смесей можно назвать: аммониты (смеси

аммиачной селитры с гексогеном, тротилом и другими вещества­

ми), динамиты (смеси нитроглицерина, селитры и др.), оксиликвиты (смеси жидкого кислорода и поглотителя).

Ксовременным промышленным ВВ предъявляется ряд требова­ ний, из которых главные: а) достаточная мощность, обеспечиваю­

щая необходимый разрушительный эффект; б) простота и безопас­

инициировании; е) однородность действия при взрыве и ж) срав­ нительно невысокая стоимость. Кроме того, к отдельным сортам

предъявляется ряд дополнительных требований, как-то: образова­ ние небольшого количества ядовитых газов при работе в подзем­

ных условиях, возможность безопасного применения в метановоз­ душной или пылевоздушной среде и пр.

159