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

При сильном нагревании селитра плавится, причем, по данным А. М. Дубовицкого, температура плавления чистой селитры состав­ ляет 169,1°. По данным того же автора, разложение аммиачной селитры при повышенных температурах идет по различным направ­

лениям, в зависимости от величины температуры. Условия и харак­ тер протекания реакций даны в табл. 43.

т. е. когда получается избыточный кислород. В смесях (аммониты и динамоны) с веществами, имеющими недостаток кислорода, реак­

ция при взрыве идет в направлении использования кислорода се­ литры для окисления горючих элементов, имеющихся в избытке во втором компоненте смеси.

Наряду с целым рядом положительных факторов селитра об­ ладает двумя крупными недостатками: гигроскопичностью и сле-

живаемостью, в результате проявления которых либо резко пони­ жаются, либо совершенно утрачиваются ее взрывные свойства. Эти недостатки присущи также тем ВВ, в состав которых в большом

количестве входит аммиачная селитра.

Под слеживаемостью принято понимать способность ам­

миачной селитры терять свойство сыпучести и образовывать

210

сплошную массу разной степени прочности, иногда рассыпающую­ ся от легкого нажима или удара, а иногда с большим трудом под­ дающуюся даже механическому дроблению. Изучение явления сле-

живаемости дало возможность установить следующее:

а) при длительном хранении и при постоянной температуре и влажности происходит сцепление между кристаллами, что может быть объяснено взаимодействием поверхностных слоев кристаллов; при этом давление вышележащей массы ускоряет течение процесса слеживаемости, так как возникает более тесное соприкосновение

кристаллов и дополнительно образуются кристаллы из насыщен­ ного раствора вследствие понижения растворимости при повышен­ ном давлении;

б) слеживаемость может явиться также следствием чередования нагревания и охлаждения аммиачной селитры, так как при этом

явлении насыщенный раствор, находящийся между кристаллами,

точки, при переходе через которые происходит перестройка кри­ сталлической решетки (рекристаллизация) селитры, связанная с изменением объема и благоприятствующая более тесному сцепле­ нию кристаллов.

Действительная плотность кристаллов селитры равна 1,72 г/щи3. Следует отметить весьма интересное явление, наблюдающееся при хранении аммиачной селитры на открытом воздухе в жарком климате. Установлено, что при непосредственном воздействии сол­ нечных лучей на селитру последняя постепенно увеличивается в

объеме почти в 2 раза, причем скорость увеличения объема зави­ сит от колебаний температуры и (что особенно важно) содержа­ ния влаги в селитре. После такого хранения аммиачная селитра принимает вид пушистой массы с гравиметрической плотностью порядка 0,41 г/см\ Это явление, очевидно, связано с периодическим растворением и выпадением большого числа новых кристаллов. Такая перманентная рекристаллизация сопровождается резким увеличением объема аммиачной селитры и разрушением тары. При колебаниях температуры наблюдаются следующие изменения объ­ ема по сравнению с первоначальным:

Нужно отметить, что если селитра совершенно сухая, то даже при резких температурных колебаниях она сохраняет свой объем.

Гигроскопичностью называется способность вещества

поглощать влагу, содержащуюся в воздухе в виде паров. Величина

гигроскопичности определяется гигроскопической точ­ кой, представляющей собой отношение упругости водяных паров над насыщенным раствором селитры к упругости водяных паров,

насыщающих воздух при данной температуре. Гигроскопическая точка выражается процентами относительной влажности и харак­ теризует такое состояние вещества, при котором она не подсыхает

и не увлажняется.

Аммиачная селитра может поглощать влагу в том случае, если

упругость водяных паров в окружающем воздухе при определенной температуре превысит упругость паров над насыщенным раствором

■селитры. Если же упругость водяных паров в воздухе при данной температуре будет ниже упругости паров над насыщенным рас­ твором, то селитра будет подсыхать в результате потери влаги в

окружающую атмосферу. Если же наступит равновесие, при кото­ ром упругость водяных паров в воздухе равна упругости водяных паров над насыщенным раствором, то селитра не будет ни погло­ щать, ни терять влаги.

Гигроскопичность аммиачной селитры может рассматриваться как частный случай абсорбции газа жидкостью из среды инерт­ ного газа.

В этом случае она подчиняется формуле

содержание влаги должно сохраняться неизменным как при пере­ возке, так и при хранении; выполнение этого требования скажется одинаково благоприятно и на уменьшении слеживаемости, и на снижении увлажняемости селитры;

б) во избежание перекристаллизации и связанной с этим поте­ ри качества следует избегать переходов селитры через указанные выше температурные точки;

в) при хранении селитры необходимо строго следить за постоян­ ством минимальной абсолютной влажности в помещении, допуская его проветривание только в том случае, если абсолютная влажность наружного воздуха меньше абсолютной влажности воздуха в по­ мещении.

212

При выполнении перечисленных требований возможность прояв­

ления гигроскопичности и слеживаемости аммиачной селитры

будет ослаблена в значительной степени.

Нужно отметить, что в последние годы широко распространяет­

ся так называемая водоустойчивая аммиачная селитра. Изготов­ ленные на ее основе аммониты имеют марку ЖВ и обладают хо­ рошей водоустойчивостью и меньшей слеживаемостью.

§ 48. Аммиачноселитренные взрывчатые вещества

Аммиачноселитренные ВВ сокращенно называют аммонитами. Этот термин относится ко всем ВВ, основной составной частью ко­ торых являются аммиачная селитра и нитросоединения, но в кото­ рые, как правило, не входят нитроэфиры1. Сорта аммонитов, содержащие некоторое количество алюминия, называются аммона­

лами. К категории аммиачноселитренных ВВ относятся также

динамоны. Горючие добавки, которые часто входят в состав ам­ миачноселитренных ВВ, играют одновременно роль разрыхлителя и горючего. Добавка разрыхляющих материалов производится с целью предотвращения присущего аммиачноселитренным ВВ свой­

ства слеживаемости. В некоторые сорта аммиачноселитренных ВВ

вводятся так называемые гидрофобные добавки (асфальтит, пара­

фин, канифоль, стеарат кальция, стеарат цинка), придающие этим ВВ свойство водоустойчивости. Наконец, существует еще один вид добавок, который вводится в так называемые предохранительные аммониты—’Пламегасители, которые понижают температуру взры­ ва аммиачноселитренных ВВ, что очень важно в случае применения таких ВВ в шахтах, имеющих взрывчатые газы или пыль. В СССР

в качестве пламегасителей применяются хлористый натрий и хло­

ристый калий.

Рецептура всех сортов современных аммонитов рассчитывается на нулевой или близкий к нулевому кислородный баланс. С одной стороны, этот принцип обеспечивает минимальное образование ядо­ витых газов. С другой стороны, что является особенно важным, при нулевом кислородном балансе ВВ выделяется максимально воз­ можное для данного ВВ количество энергии, так как реакция идет до полного окисления всех горючих элементов вещества, когда вы­ деляется наибольшее количество теплоты. Напомним, что,при обра­

96 ккал/моль, в то время как при образовании окиси углерода вы­

деляется всего лишь 26 ккал/моль.

Аммиачноселитренные ВВ являются большой группой ВВ, ши­ роко распространенной в СССР, начиная с 1931, когда решением Междуведомственного горного ученого совета они были допущены в подземные работы. В состав этой группы входят ВВ самого раз­

1 Название аммонитов в СССР принято также для некоторых ВВ, состоящих в основном из аммиачной селитры и небольшого количества нйтроэфиров в ка­ честве сенсибилизатора, повышающего способность к восприятию и передаче де­ тонации (аммонит № 14, серный и нефтяной аммониты).

213

нообразного назначения: для открытых и подземных работ, за исключением шахт, опасных по различным видам газа или пыли.

Аммиачноселитренные ВВ, содержащие до 88% селитры в ВВ для подземных и до 95% для открытых работ, обладают присущи­ ми аммиачной селитре свойствами и в частности впитывают влагу и подвержены слеживаемости. Поэтому рекомендации, данные вы­ ше для аммиачной селитры, целиком можно и нужно отнести ко всем аммиачноселитренным ВВ: их влажность должна быть мини­

мальной (при выпуске с заводов не выше 0,2% для всех сортов, при

использовании в подземных условиях не более 0,5% и на открытых

работах не более 1,5%); они должны оберегаться от влияния вла­ ги. Их производство, перевозку и хранение следует организовать так, чтобы при этих операциях можно было избежать переходов через температурные точки модификационнных изменений.

Все аммиачноселитренные ВВ отличаются значительно мень­

шей опасностью в обращении и чувствительностью к внешним

тепловым или механическим воздействиям по сравнению, напри­ мер, с динамитами, оксиликвитами, дымным порохом и другими

ВВ. Степень опасности и чувствительности неодинакова для раз­ личных сортов ВВ и зависит от характера сенсибилизатора (тротил, динитронафталин, гексоген) и от величины его содержания в соста­ ве. Аммониты от огня либо не загораются, либо загораются с тру­ дом. При горении больших количеств аммонитов в замкнутом про­ странстве может произойти взрыв; горение на открытом воздухе

заканчивается сравнительно спокойно и опасностью не угрожает. Составными частями аммонитов являются нитропроизводные,

аммиачная селитра, целлюлозные разрыхлители, энергоповышаю­ щие добавки и температуропонижающие пламегасители. Из числа

нитропроизводных применяются: динитронафталин, тротил и гек­ соген. Динитронафталин входит в состав динафталитов, тротил со­ держится почти во всех аммиачноселитренных ВВ. гексоген вводят в состав высокомощных скальных аммонитов. Аммиачная селитра является составной частью всех без исключения аммиачноселит­ ренных ВВ и служит единственным окислителем. В качестве раз­ рыхлителей применяют: древесную, жмыховую и торфяную муку.

Из гидрофобных добавок нужно указать на парафин, канифоль, стеарат, асфальтит, которые применяются для опудривания или покрытия топкой пленкой водонеустойчивых кристаллов аммиачной селитры.

При рассмотрении вопроса о водоустойчивости необходимо де­ лать четкое различие между водоустойчивостью и влагоустойчивостью ВВ, содержащих аммиачную селитру. Под водоустойчи­ востью понимается способность противостоять проникновению капельно-жидкой воды внутрь массы ВВ (или в значительной мере затруднить это проникновение). Благодаря этому обеспечиваются сухое состояние ВВ и возможность безотказного взрыва его от

нормального детонатора с прохождением устойчивой детонации.

Этим свойством в большой степени обладают многие современные аммиачноселитренные ВВ, названные водоустойчивыми.

214

Числовые выражения степени водоустойчивости отдельных сор­ тов аммиачноселитренных ВВ приведены далее.

Влагоустойчивостью называется способность проникно­

вения паров воды из воздуха внутрь массы ВВ. К сожалению, все современные гидрофобные добавки не в состоянии обеспечить та­ кую обработку ВВ, которая сделала бы его влагоустойчивым, и в этом отношении защитой могут служить только пленки, наносимые на заряды или на патроны, обеспечивающие достаточную герметич­

ность укупорки, а тем самым и невозможность проникновения влажного воздуха внутрь заряда. Поэтому следует твердо помнить, что все современные водоустойчивые ВВ при хранении во влажном воздухе обязательно увлажнятся и утратят свои взрывчатые свой­ ства, несмотря на их водоустойчивость. Вместе с тем, они могут находиться некоторое время в воде, без потери взрывчатых свойств.

В недавнем прошлом в ассортименте промышленных аммиачно­

селитренных ВВ насчитывалось всего несколько сортов: аммонит

.№ 3 для открытых горных работ, аммонит № 2 и динафталит для подземных выработок, а также два-три сорта для шахт, опасных по газу или пыли. К настоящему времени ассортимент аммиачноселит­

ренных ВВ значительно расширился.

Самой малочисленной группой аммиачноселитренных ВВ явля­ ются В В для открытых работ. Такое положение не может быть признано правильным, так как взрывные работы в этих условиях разнообразны как по методам, так и по категориям разрушаемых пород, а также по водообильности зарядных камер. Для открытых разработок нужны различные группы сортов. Для взрывов на вы­ брос необходимо иметь несколько сортов ВВ, которые должны обла­

дать работоспособностью, пригодной для взрывания скальных и грунтовых пород; наряду с достаточной мощностью эти ВВ должны быть дешевы, так как удельный расход ВВ при взрывах на выброс составляет от 2 до 4 кг на 1 м3 породы.

При взрывании методом скважинных зарядов ассортимент ВВ должен состоять из нескольких сортов годных для взрывания пород различной крепости. Кроме того, эти ВВ должны обладать разной -степенью водоустойчивости. Отдельные сорта должны предназна­

чаться для шпурового метода работ и выпускаться как в патрони-

рованном, так и в рассыпном виде. Для дробления камней наруж­

ВВ. В настоящее время эта группа ограничена всего лишь двумя сортами: аммонитами № 9 и 10. Аммонит № 9 является несколько более слабым ВВ, поэтому его можно рекомендовать для примене­ ния в сравнительно крупных зарядах (камерных, скважинных). Для шпуровых зарядов следует использовать более сенсибилизирован­ ный сорт — аммонит № 10, содержащий большее количество тро­

тила. Иногда при обозначении этих аммонитов добавляют индексы:

А, Д, Ж и Т; наличие индексов не означает изменения свойств ВВ,

215

а лишь указывает на характер горючей добавки1, введенной в дан­ ное ВВ; что же касается мощности и характерных свойств данного сорта, то они остаются без изменения.

Взрывчатые свойства аммонитов № 9 и 10 приведены в табл. 44.

Таблица 44

Характеристика аммиачноселитренных В В для открытых работ

Аммонит:

соответствуют требованиям ГОСТа; более высокие величины характеризуют ка­ чество ВВ, обнаруженное в процессе испытаний.

Аммониты № 9 и 10 выпускают упакованными в бумажные би­

туминизированные мешки емкостью по 40 кг с гарантийным сроком в 6 месяцев. В патронированном виде эти аммониты не выпуска­

ются. Поэтому в случае необходимости патронирование их для

открытых работ разрешается производить на горных предприятиях, ведущих эти работы.

Всвязи с недостаточностью ассортимента производственники нередко применяют на открытых работах некоторые из ВВ, которые предназначены для работ в шахтах, не опасных по газу или пыли, как, например, аммониты № 6 и 7, аммонит В-3 и даже скальные аммониты № 1 и 2. Характеристика этих ВВ дана ниже.

В1959 г. Институтом горного дела Академии наук СССР разра­

ботано и испытано новое ВВ для открытых работ — игданит. Он готовится непосредственно в скважине или у скважины и представ­ ляет собой гранулированную аммиачную селитру (предназначен­ ную для удобрения), пропитанную 4% солярового масла. Масло либо заливают прямо в скважину одновременно с засыпаемой туда же гранулированной аммиачной селитрой, либо его заливают рав­ номерно в бумажные мешки, содержащие селитру. Игданит имеет плотность 0.85—0,90 г/см3, работоспособность 300 см3, бризантность.

12—13 мм. Кислородный баланс игданита находится в пределах от 0 до +1%. Испытания, проведенные на нескольких крупных карьерах, показали, что игданит пригоден для дробления пород средней крепости. Его стоимость составляет 500—600 руб.

торфяная мука.

216

вающих некоторое разнообразие условий взрывных работ. Так, для

пород средней крепости выпускается несколько разновидностей ам­ монитов № 6 и 7; они предназначаются, для открытых и подземных разработок при взрывании в сухих забоях. Из их числа выделяется прессованный аммонит № 6, предназначающийся для применения в породах выше средней крепости в тех же условиях. Выпуск прес­ сованного аммонита стал возможным с недавних пор, когда совет­ ские ученые разработали способ прессования аммиачноселитренных ВВ, позволяющий значительно увеличить концентрацию энергии ВВ в заряде с изменением его характеристики в лучшую сторону. Сравнение показателей у прессованного и порошкообразного ам­ монита № 6 говорит о том, что прессование, помимо увеличения веса ВВ в единице объема, значительно повышает скорость детона­ ции и увеличивает бризантность ВВ. На основе такого принципа прессования разработаны высокомощные водоустойчивые скальные амониты, показатели которых близки к показателям 83%-ного ди­ намита.

Аммонит № 6 выпускается в порошке (россыпью), в патронах

диаметром 30—32 мм, а также в виде прессованных шашек диа­

метром 34—35 мм. Вес патронов и шашек — по 200 г. Как патроны, так и шашки завертываются в бумажные пачки, парафинируются и укладываются в ящики. Емкость ящика 30—32 кг нетто. В шашках сделаны гнезда для капсюля-детонатора. По особому заказу ам­ монит № 6 выпускается в патронах диаметром 60, 70, 90 и 100 мм

и весом от 1,5 до 3,3 кг.

Аммонит № 7 выпускается как россыпью в битуминизированных

217

Следующей группой аммиачноселитренных ВВ является группа водоустойчивых ВВ, применяющаяся для взрывания пород средней крепости. Она представлена динафталитом, аммонитом В-3 и аммо­ нитами № 6ЖВ и 7ЖВ. Динафталит получается водоустойчивым в результате опудривания кристаллов селитры мельчайшими части­

цами динитронафталина при обработке под бегунами. В аммоните В-3 гидрофобной добавкой служат парафин и асфальтит. Аммони­

ты №6ЖВ и 7ЖВ изготовлены на специальной селитре, которая обладает водоустойчивостью, передающейся всем ВВ, изготовлен­ ным на ее основе. Характеристика этой группы ВВ дана в табл. 46.

* Патроны аммонита № 6ЖВ выдерживаются в воде на глубине 1 м в течение 1 часа.

**Аммонит № 7ЖВ испытывается на водоустойчивость по горизонтальной пробе.

Оценка водоустойчивости аммиачноселитренных ВВ произво­

дится испытанием их по одной из двух проб, носящих название горизонтальной и вертикальной. При горизонтальной пробе патро­ ны ВВ кладут горизонтально в сосуд с водой, в котором они зама­ чиваются в течение 30 мин. при слое воды 5 см. При вертикальной пробе патроны ВВ ставят в сосуд с водой (высота столба воды

равна 1 м) и выдерживают в гаком положении в течение 1 часа. После замачивания патроны испытываются на передачу детонации,

причем требования в отношении минимального расстояния несколь­ ко снижаются.

Так как условность проб и их лабораторный характер не дают

возможность сделать оценку водоустойчивости ВВ применительно

к производственным условиям, то считается, что ВВ, выдерживаю­ щие горизонтальную пробу, могут находиться в шпурах с водой до

218

2 час., а ВВ, выдерживающие вертикальную пробу, могут нахо­ диться до 4 час. и при этом обеспечивается безотказность взрыва зарядов. Аммонит может находиться в шпурах с водой до 3 час.

Водоустойчивые аммониты патронируются в гильзы диаметром 30—32 мм и упаковываются в пачки и ящики, как аммонит № 6. Кроме того, аммонит В-3 выпускается для скважинных зарядов в виде шнекованных патронов диаметром 150 (10 кг), 175 (12 кг), 185 (13,5 кг) и 210 (17 кг) мм. Применение водоустойчивых аммо­ нитов не требует дополнительной гидроизоляции зарядов при ука­ занном времени взрывания. Кроме того, при употреблении этих ВВ

исключается необходимость дополнительной гидроизоляции патро­

на-боевика с капсюлем-детонатором в бумажной гильзе; нужная водонепроницаемость достигается погружением всего капсюля-дето­ натора в патрон-боевик. Гарантийный срок использования всех во­ доустойчивых аммиачноселитренных ВВ — 6 месяцев.

Лучшими из всех водоустойчивых аммонитов являются аммони­ ты марки ЖВ, изготовленные на водоустойчивой селитре.

Кроме водоустойчивых аммонитов, выпускаются водоустойчивые аммоналы (с алюминием). Водоустойчивые аммоналы-—аммиачно- селитренные ВВ повышенной мощности, они сходны между собой по составу и взрывчатым свойствам, отличаясь друг от друга приро­

так и в патронированном виде; патроны имеют диаметр 31—32 и 35—36 мм и вес соответственно 200 и 250 г. По водоустойчивости

все аммоналы выдерживают вертик'альную пробу и, следовательно,

могут находиться в воде до 4 час. без потери взрывчатых свойств.

Гарантийный срок использования 6 месяцев. Характеристика водоустойчивых аммоналов дана в табл. 47.

219