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

диаметром 30—-32 мм нужно принимать такой зазор между стенкой шпура и патроном, который обеспечил бы свободную проходимость

патронов до дна шпура. Таким является зазор не более 4—5 мм.

Зазор, превышающий эту величину, является вредным, так как он значительно снижает мощность взрыва, что особенно важно при производстве взрывных работ в крепких и весьма крепких породах.

>§ 44. Объем и состав газообразных продуктов взрыва

При прочих равных условиях наиболее сильным будет то ВВ, у которого больше объем газов взрыва. При детонации ВВ продук­ ты взрыва представляют собой смесь нескольких газов. Чтобы определить константы этих газов, необходимо составить химическое уравнение взрывчатого превращения ВВ. Подавляющее большин­ ство современных промышленных ВВ, состоящих в основном из углерода, кислорода, водорода и азота, построено так, что в их составе имеется количество кислорода, достаточное для окисления горючих элементов (водорода и углерода) с расчетом на образова­

достаточности кислорода в составе ВВ по отношению к тому коли­

честву, которое потребно для полного окисления всех горючих элементов, входящих в него. Кислородный баланс может быть нулевой, положительный и отрицательный. Нулевым кислородный баланс будет тогда, когда количество кислорода в составе ВВ равно тому количеству, которое необходимо для полно­

го окисления горючих элементов данного ВВ. Если в составе ВВ

имеется избыток кислорода против потребного для указанных

целей, то баланс считается положительным. При недостатке кисло­ рода баланс называется отрицательным. Величины отрицательного или положительного кислородного баланса вычисляются как соот­ ношение между весом избытка или недостатка кислорода и общим весом молекул веществ, участвующих в реакции взрывчатого превращения.

Кислородный баланс имеет огромное значение. Наиболее эффективным будет то ВВ, которое имеет нулевой кислородный

баланс, так как при полном окислении горючих элементов выде­ ляется максимально возможное количество тепла, а следовательно, обеспечивается наибольшее выделение энергии в форме механи­ ческой работы взрыва.

180

Приведенная формула (52) пригодна для расчета реакции

взрывчатого превращения ВВ с положительным и нулевым кислородным балансом. При отрицательном кислородном балансе эта реакция пойдет следующими путями:

CaH6NfOrf = d-^~ СО2 + 2a~d СО + d-^- Н2О +

взрывчатого превращения можно рассчитать объем газовых про­ дуктов взрыва, теплоту взрыва и другие константы ВВ. В качестве примера приводится расчет взрывных констант аммонита № 6, состоящего из аммиачной селитры (79%) и тротила (21 %).

Для перевода весовых соотношений в молекулярные следует поделить входящее в 1 кг ВВ число граммов каждого компонента

на вес его грамм-молекулы. В результате получим, что в 1 кг аммо-

кулы тротила, или 9,875 NH4NO3 и 0,92 C7H5N3O6.

Подсчитав раздельно число атомов каждого элемента, получаем

35,145 атома кислорода, 6,44 атома углерода, 44,1 атома водорода и 22,51 атома азота. Кислородный баланс аммонита № 6 положи­ тельный (число атомов избыточного кислорода составляет 0,215), что подсчитывается по выражению

d —(2а + —) = + 0,215.

\2 /

Состав продуктов взрыва рассчитывается следующим образом:

9,875NH4NO3+0,92C7H5N3O6 = 6,44СО2+22,05Н2О+11,755N2+ +0,10802.

Объем продуктов взрыва будет равен:

К = von,

где п —число грамм-молекул образовавшихся газов;

v —объем, занимаемый 1 грамм-молекулой при нормальных условиях и равный 22,4 л для любой грамм-молекулы.

Следовательно, объем газов взрыва аммонита № 6 равен: V —

= 40,353-22,4 = 910 л/кг.

Теплоту взрыва определяют по уравнению

Q =Qj — Q2 + 0,58 п ккал)кг ВВ,

где Q.i—общая сумма теплоты образования продуктов взрыва; ф2—общая сумма теплоты образования компонентов ВВ;

0,58—поправочный коэффициент на работу, совершаемую газами;

п — число грамм-молекул образовавшихся газов.

Теплоту образования находят по -справочнику физико-химиче­ ских величин; отдельные данные в пределах, интересующих взрыв­ ников, приведены в табл. 31.

181

Таблица 31

Теплота образования некоторых веществ

‘Для упрощения приближенного вычисления все величины округлены до целых чисел.

Приняв числовые значения по табл. 31, получим:

Qi = 6,44-94 4-22,05-58 = 1884,3 ккал\

Q2 = 9,875-88 4-0,92 (—13) = 857 ккал-,

Q = 1884,3 — 857 + 0,58-40,353 = 1050,7 ккал/кг.

182

Температура Т взрыва (в град. Кельвина) может быть опреде­ лена по формуле (54):

«с»

где с0 —теплоемкость при постоянном объеме;

п —число молей газов взрыва.

Подставляя в формулу (54) числовые значения, получаем:

Т = 1 027-1 000 = з100ок.

40,353-9

В табл. 32 приведены числовые значения кислородного баланса

родного баланса с использованием данных табл. 32 путем подсчета

183

и вычисления разности между соответствующими величинами кис­ лородного баланса различных компонентов, входящих в состав ВВ. Например, аммонит № 6 содержит 21% тротила (кислородный ба­

Полученная величина и будет характеризовать числовое значение кислородного баланса аммонита № G.

Химический состав газообразных продуктов взрыва имеет чрез­ вычайно большое значение при подземных взрывных работах, так

как обмен воздуха в этих условиях затруднен и продукты взрыва

могут загрязнять атмосферу подземных выработок, вызывая забо­ левание или отравление работающих.

Исследованиями установлено, что ВВ с положительным кисло­

родным балансом сильно склонны при взрыве образовывать значи­ тельные количества окислов азота, а ВВ с отрицательным кисло­ родным балансом при окислении входящего в их состав углерода

образуют преимущественно окись углерода. Если составить хими­

ческое уравнение взрывчатого превращения для какого-либо ВВ с отрицательным кислородным балансом, например для тротила, то

влияние химического состава становится очевидным:

2C7H5N3O6 -= 12СО + 2С + 3N2 + 5Н2/

Поэтому все современные промышленные ВВ, допущенные к применению в подземных условиях, рассчитываются на нулевой

или близкий к нему кислородный баланс.

Даже при соблюдении этого условия вследствие частичного участия материала оболочки в реакции взрыва все же образуется некоторое количество окиси углерода. Так как реакция взрывчато­ го превращения не идет по идеальному направлению с выделением

только продуктов предельного окисления, то образование неболь­

шого количества ядовитых газов присуще даже ВВ с нулевым кис­

лородным балансом и при нормальном развитии процесса детона­

ции. Но если процесс взрывчатого превращения протекает ненор­ мально, т. е. происходят неустойчивая детонация и переход в выго­

рание, то даже при благоприятном кислородном балансе обязатель­

но образуется большое количество окислов азота. Образование

последних сопровождается поглощением теплоты за счет умень­ шения теплоты, выделяющейся при взрыве, с соответствующим

снижением энергии взрыва и производимой им механической работы. Причиной выгорания ВВ могут служить: повышенная про­ тив нормы влажность, слеживаемость, а также недостаточно мощ­

ный или недоброкачественный детонатор. Все перечисленные при-

184

чины возможны в случае применения ВВ, содержащих аммиачную селитру, т. е. практически почти всех современных промышленных

ВВ. Это обстоятельство обязывает строго контролировать состоя­ ние ВВ, а также качество детонаторов.

Отсутствие удовлетворительной лабораторной методики опре­ деления количества ядовитых газов в продуктах взрыва ВВ, пред­ назначенных для подземных работ, не позволяет разработать кон­ кретные требования к этим ВВ.

Расчет вентиляции подземных горных выработок производится из предположения, что 1 кг ВВ образует не более 50 л ядовитых газов, считая на условную окись углерода, под которой понимается

суммарное количество ядовитых газов. Учитывая степень токсично­ сти каждого из них, при подсчете принимаются поправочные ко­ эффициенты, равные 6,5 для окислов азота и 2,5 — для сероводоро­ да и сернистого газа.

Фактически количество ядовитых газов в продуктах взрыва современных промышленных ВВ колеблется (в переводе на услов­ ную окись углерода) от 15 до 100 и более литров на 1 кг ВВ.

Количество и состав ядовитых газов в продуктах взрыва зави­ сят от целого ряда факторов. Помимо характера и величины кис­ лородного баланса, сильное влияние оказывают: вес бумажной

оболочки и водоизолирующего покрытия патрона ВВ, степень влаж­ ности, слежалости и плотность ВВ, величина частиц отдельных компонентов, величина коэффициента использования шпура, место

расположения патрона-боевика, величина забойки и пр. Наиболее сильное влияние оказывает характер горных пород: их физическое состояние и химический состав. Так, например, при взрывании в щелочных породах, в частности в апатите, суммарное количество ядовитых газов сравнительно невелико; в джеспилитах (железный рудник) это количество повышается в несколько раз. Более мелкое дробление разрушаемых пород увеличивает количество ядовитых газов. В общем виде те условия, которые обеспечивают устойчивую детонацию, ведут к снижению количества ядовитых газов.

Из числа ядовитых газов при взрывных работах в практически опасных количествах наблюдаются окислы азота, окись углерода, сернистый газ и сероводород. Образование первых двух возможно при всех условиях, а сероводорода и сернистого газа — только при наличии серы или сернистых соединений, например при взрывании

угля с включением серного колчедана и т. п.

Окись углерода — бесцветный газ без вкуса и запаха, горит си­ ним пламенем. Наблюдающийся при ее появлении характерный запах присущ не окиси углерода, а сопутствующим ей газам и аэро­ золям пыли. Окись углерода при содержании ее в воздухе подзем­ ных выработок не более 0.02 мг/л (0,0016% по объему) не вызывает

каких-либо опасных последствий для организма. Рабочие допуска­ ются после взрывания в подземную выработку при условии содержа­ ния окиси углерода 0,23 мг/л (0,02%) и непрерывно продолжающем­ ся интенсивном проветривании.

185

Окислы азота при обычной температуре имеют вид желто-бурых паров, интенсивность окраски которых тем больше, чем выше тем­ пература. При смешивании паров окислов азота с воздухом окрас­ ка смеси тем интенсивнее, чем выше концентрация этих паров. Они имеют резкий характерный запах; при большой влажности подзем­ ных выработок легко соединяются с влагой, конденсируясь на стен­ ках выработок. Сравнительно безопасная концентрация окислов азота составляет 0,002%. После взрывания выработка должна

интенсивно проветриваться до возвращения в нее рабочих и с такой

же интенсивностью проветривание должно производиться в течение первых двух часов после прихода рабочих. Нормально допустимая

концентрация окислов азота в условиях долговременного пребыва­ ния людей не должна превышать 0,00025% по объему.

При сравнении этих газов нужно отметить, что по токсичности окислы азота в 6,5 раза более опасны, чем окись углерода, по стой­ кости более опасной является окись углерода, которая при отсут­ ствии вентиляции сохраняется в выработках долгое время. Будучи

по удельному весу примерно равной воздуху (удельный вес 0,98),

окись углерода легко сорбируется отбитой породой; допущенные в забой после надлежащего проветривания рабочие начинают про­

изводить разборку породы и подвергаются действию задержав­ шейся в куче породы окиси углерода. Для предупреждения таких случаев полезно перед началом и.во время разборки продувать взорванную породу сжатым воздухом при помощи обычного буро­ вого шланга.

Сероводород—газ без цвета с характерным запахом тухлых

яиц, очень ядовит; в воздухе подземных выработок встречается сравнительно редко. Предельно допустимая концентрация считает­

ся 0,00069% по объему.

Сернистый газ — бесцветный с резким раздражающим запахом. Предельно допустимая концентрация составляет 0,0007% по объему.

В воздухе выработок после взрыва обычно присутствуют раз­

личные ядовитые газы, но, как правило, окись углерода и окислы азота, вследствие чего необходимо учитывать их совместное дейст­ вие на организм. Интенсивность совместного действия зависит от количественных соотношений, в которых находятся составные ча­ сти смеси; подобные комбинации могут быть весьма многочисленны,

но их токсическое воздействие пока мало изучено. Общепризнанной является необходимость суммирования их токсического воздействия на организм. Поэтому при одновременном образовании окислов азота и окиси углерода предельная допустимая концентрация сме­ си этих газов не должна быть в сумме выше 100%. Так, например, если концентрация окислов азота в воздухе выработки составляет 60% от допустимой, то концентрация окиси углерода не должна превышать 40% от предельно допустимой, иначе работа в забое не

может быть разрешена. Для уменьшения содержания ядовитых га­ зов после взрывания в воздухе подземной выработки следует ис­ пользовать малогазовые ВВ или организовать интенсивное провет­ ривание при употреблении обычных ВВ.

186

Время, необходимое для интенсивного проветривания при суще­ ствующих средствах вентиляции, устанавливается начальником участка отдельно для каждого рабочего забоя. Удаление окиси уг­

лерода может производиться только проветриванием. Снижение концентрации окислов азота, помимо проветривания, посредством которого удаляются из забоя и эти газы, может производиться пу­

тем применения нейтрализующей забойки. В качестве нейтрализую­ щей забойки используют мелкую известь-пушонку, которую вместе с обычной глиняной забойкой вводят -в шпур после помещения в него заряда. В момент взрыва известь-пушонка разбрасывается давлением газов и вследствие легкости частичек находится в воз­ духе подземной выработки во взвешенном состоянии. Частицы из­ вести-пушонки начинают реагировать с окислами азота, нейтрали­ зуя их. Другим способом нейтрализации является орошение забоя,

для чего неподалеку от места взрыва устанавливают бачок с водой,

которая с помощью сжатого воздуха распыляется в воздухе выра­ ботки. Вода, поглощая окислы азота, конденсируется на боках и

почве выработки.

Большое значение для снижения количества ядовитых газов, образующихся при взрыве имеет контроль качества и состояния. ВВ. При содержании в составе ВВ влаги не выше допустимого и отсутствии слежалости взрыв заряда будет проходить нормально с устойчивой детонацией и в результате будет обеспечен наиболее благоприятный состав газов взрыва.

§45. Безопасные расстояния при взрывных работах

ихранении взрывчатых веществ

Производство взрывных работ сводится к разрушению горного

массива или иной твердой среды. Однако специфические свойства ВВ, а также средств взрывания при некоторых условиях могут вы­ зывать опасность разрушения или повреждения окружающих со­

оружений, если последние расположены на близком расстоянии. Эта опасность может возникнуть не только при производстве

взрывных работ, но и при хранении взрывчатых материалов. По­ этому необходимо создавать такие условия, при которых как скла­ ды ВМ, так и окружающие их сооружения находились бы в пол­ ной безопасности.

Если при взрывных работах, особенно большими зарядами, опасность повреждения окружающих сооружений можно характе­ ризовать как внешнюю опасность, то при хранении ВМ опасность создается также и для камер-хранилищ самого склада, иначе говоря, возникает внутренняя опасность. В связи с этим при всех работах с ВМ следует обеспечивать как внутреннюю, так и внешнюю безопасность.

Внутренняя опасность характерна только для складов

ВМ и достигается определенным режимом работы склада, а также путем рассредоточения хранимых ВМ в разных помещениях, от­ деленных друг от друга такими расстояниями или защищенных

187

валами, при которых детонация ВВ в одном из хранилищ не может

быть передана ВМ, хранящимся в соседних хранилищах. Внешняя опасность может возникать как при взрывных

работах, так и при хранении ВМ. Под внешней опасностью пони­ маются серьезные повреждения различных сооружений, располо­ женных на сравнительно небольших расстояниях от места взрыв­ ных работ или от склада ВМ. При рассмотрении вопроса о внешней

основе раздельного анализа всех явлений, возникающих при взры­ ве и являющихся угрозой как для находящихся поблизости людей, так и для различных сооружений.

Принято различать следующие опасные явления: а) сейсмиче­

ская волна, вызывающая колебания грунтов; б) волна детонации;

заряда) не пропорциональна опасности других явлений. Это мож­ но показать на примерах. Так, величина радиуса зоны сейсмиче­ ской опасности пропорциональна корню кубическому из величины заряда, причем наименьшее опасное действие сейсмической волны присуще зарядам, расположенным открыто на поверхности; волна

от зарядов, заглубленных в грунт, несравненно более опасна.

Величина же радиуса зоны опасности действия воздушной ударной волны пропорциональна корню квадратному из веса взрываемого заряда, причем, как раз наоборот, величины этого радиуса дости­ гают наибольших значений при взрывании зарядов, не углубленных в грунт, а расположенных открыто на поверхности.

Рассматриваемые явления вызывают и опасность, различную по своим последствиям. Непосредственное воздействие сейсмиче­

ской волны на человека, как правило, может не приниматься во внимание, а действие воздушной ударной волны сказывается весь­ ма значительно. Наиболее мощным разрушительным действием обладает детонационная волна (правильнее, удар продуктов дето­ нации на сравнительно небольших расстояниях от заряда), но опасность ее действия учитывается только при решении вопроса о

возможности или невозможности передачи детонации ВВ, находя­ щемся в соседнем хранилище в случае взрыва другого хранилища.

Вопрос о правильном расчете безопасных расстояний имеет первостепенное значение как при рассмотрении условий хранения взрывчатых материалов, так и при определении степени безопасно­

сти взрывных работ. Обоснованный научный подход при решении этих вопросов успешно дан М. А. Садовским в виде предложенных им формул расчета зон опасности по сейсмической, детонационной и воздушной ударной волне. Эти формулы учитывают влияние

188

важнейших факторов, хотя и не исчерпывают всего многообразия условий, возможных в практике различных промышленных взры­ вов. Размеры зоны разлета осколков до сих пор определяются на основании данных практики и пока не имеют научного обоснова­ ния, хотя при производстве взрывных работ этот вид опасности имеет очень важное значение. При решении вопросов хранения взрывчатых материалов этот вид опасности играет меньшую роль.

Сейсмическое действие взрыва выражается в колеба­ нии грунта на некотором расстоянии от заряда, причем эти коле­ бания могут оказаться опасными только для сооружений, располо­ женных на небольших расстояниях от места взрыва. Само действие взрыва, нарушающее равновесие грунтовых масс, протекает очень

продолжительности достигают нескольких секунд даже при взры­ вах зарядов в несколько десятков и сотен тонн. Поэтому характер колебаний не зависит от мощности взрыва, которая предопреде­ ляет только величину начальных амплитуд; вся же последующая картина колебания обусловливается только свойствами грунтов.

М. А. Садовским предложен ряд эмпирических закономерно­

стей для определения характера сейсмических явлений при взрыве.

расстояние от места регистрации явления до очага взрыва в м. Также установлено, что на значительных расстояниях от очага

амплитуда колебаний подчиняется уравнению

1

где kc — коэффициент, характеризующий свойства грунта.

Вблизи же места взрыва амплитуда изменяется быстрее и зави­ симость ее приближается к выражению

/\з

а =* kz I —) •

\г у

На промежуточных расстояниях величина степени имеет значе­ ния в пределах от 1 до 2.

Зависимость скорости движения частиц грунта может быть вы­ ражена приближенной формулой

ствия взрыва уменьшается скорость движения частиц; поэтому при заряде постоянной величины увеличение значения линии наимень­

189