книги из ГПНТБ / Недин В.В. Буровзрывные работы учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов

140 Взрывчатые материалы

Метан представляет собой газ без запаха, цвета и вкуса. Удельный вес его — 0,554 (легче воздуха). Метан легко взрыва­ ется в смеси с рудничным воздухом (эта смесь носит название рудничного газа) по уравнению

СН4 + 2О2 + 8N2 = СО2 + 2Н2О 4- 8N2 + 198,4 ккал/моль.

Метановоздушная смесь взрывчата при содержании в ней ме-

гана от 5—6 до 14—16%. Угольная пыль также образует взрыв­

чатую смесь при содержании ее в рудничном воздухе свыше 5— 10 г в 1 л/3 воздуха. Наиболее взрывоопасной, в смысле разруши­ тельного действия взрыва, является пылевоздушная смесь, со­ держащая 300—600 г пыли в 1 м3 воздуха.

Метановоздушная смесь взрывается при температуре 650° и

при действии этой температуры в течение 10 сек. (индукционный

период). При увеличении температуры длительность периода ин­

дукции уменьшается. Так, например, при температуре 1000° ме­ тановоздушная смесь, взрывается в течение 1 сек., а при темпера­

туре 2200° — мгновенно.

Смесь угольной пыли с воздухсм взрывается при температуре

около 700—800°.

Долгое время считалось, что предохранительными являются все те ВВ, которые имеют относительно небольшую температуру взрыва. Однако новейшими исследованиями советских ученых установлено, что температура взрыва не может служить абсо­

лютным критерием предохранительных свойств ВВ, существенное влияние могут оказывать и другие факторы, вызывая уменьше­ ние периода индукции [18].

каленных или горящих твердых частиц, выброшенных взрывом; 3) нагретых газообразных продуктов взрыва.

Все они в той или иной мере способны вызвать воспламенение рудничного газа, но практически наибольшую опасность пред­ ставляют нагретые газообразные продукты взрыва. Поэтому условия, способствующие интенсивному перемешиванию нагре­ тых газов с рудничной атмосферой, увеличивают опасность взры­

ва рудничного газа.

Наличие в продуктах взрыва ВВ окислов азота или свобод­ ного кислорода ускоряет вспышку метановоздушной смеси. Об­ легчается вспышка и при наличии в продуктах взрыва горючих газов (СО, Н2 и др.). Эти вещества или становятся активными центрами реакции взрыва метано-воздушной смеси, или распада­ ются, или реагируют, образуя активные центры. Обратное дейст­ вие оказывают частички солей, обладающие отрицательными ка­ талитическими свойствами (например, К.С1 и NaCl).

Сучетом влияния указанных факторов к предохранительным

ВВпредъявляют следующие основные требования:

1.Энергия взрыва предохранительного ВВ должна быть ог­

раничена. Следствием этого явится ограничение температуры продуктов взрыва и силы ударной волны, что будет способство­

вать уменьшению вероятности воспламенения рудничного газа.

2.Предохранительные ВВ должны хорошо детонировать, по­ скольку полная детонация уменьшает число горящих твердых ча­ стиц в продуктах взрыва, могущих явиться очагами вспышки метановоздушной смеси.

3.Предохранительные ВВ должны иметь близкий к нулевому кислородный баланс, так как при положительном кислородном

балансе в продуктах взрыва присутствует свободный кислород,

а при отрицательном кислородном балансе образуются продукты неполного окисления, которые создают опасность возникновения

врудничном воздухе вторичного пламени.

4.Для снижения температуры взрыва в состав предохрани­ тельных ВВ целесообразно вводить специальные добавки (соли КС1, NaCl и др.), поглощающие тепло, выделяющееся при взры­ ве, уменьшающие температуру взрыва и обладающие отрица­

тельными каталитическими свойствами относительно реакции окисления рудничного газа и пыли. Такие добавки, уменьшаю­ щие температуру взрыва, называются пламегасителями.

Всостав предохранительных ВВ для шахт, опасных по сер­ ной пыли, вводят в качестве пламегасителя хлористый аммоний (NH4Q1), обеспечивающий более глубокое охлаждение продук­

тов взрыва.

Необходимо иметь в виду, что предохранительные ВВ, рассчи­ танные на безопасность по метану и угольной пыли, могут ока­ заться опасными по серной пыли. Большая взрывоопасность сер­ ной пыли определяется крайне низкой температурой ее воспла­ менения (275—300°) и относительно малым нижним концентра­ ционным пределом взрывчатости (5 г/м3).

Для увеличения предохранительных свойств ВВ применяют также предохранительные оболочки. Предохранительной оболочкой называют наружный слой заряда ВВ, полностью или

в преобладающей части состоящий из пламегасителя. Предо­

хранительные оболочки бывают взрывчатые (активные) и не­ взрывчатые (пассивные). Активные оболочки состоят из 15— 25% ВВ и 75—85% пламегасителя. Толщина стенки оболочки 3 —

4 мм.

Оценка предохранительных свойств ВВ производится по ре­ зультатам испытаний в опытном штреке. Схема опытного штрека

дана на рис. 66. Штрек состоит из стальной трубы диаметром 1,5—1,8 м и длиной 15—25 м, закрытой с одного торца прочным

новном для вспомогательных целей и в небольших количествах для изготовления средств взрывания. Это объясняется тем, что большинство взрывчатых химических соединений имеет высокую' чувствительность к внешним воздействиям, а следовательно,,

опасно >в обращении; те же из них, которые обладают относи­ тельно небольшой чувствительностью, имеют резко отрицатель­ ный кислородный баланс. Вот примеры: нитроглицерин СзНз(ОМО2)з имеет благоприятный для горных работ кислородный баланс, однако его нельзя применять в чистом виде из-за чрезвы­

чайной опасности; тринитротолуол [тротил СуЬМЬЮг^], наобо­ рот, относительно безопасен в обращении, но имеет резко отрица­

тельный кислородный баланс (—74%), а потому может приме­ няться в чистом виде только на открытых работал.

Положительной стороной ВВ типа механических смесей яв­

ляется то, что путем удачного подбора компонентов можно по­ лучить желательные для условий горных работ свойства ВВ —

достаточную безопасность в обращении, чувствительность к де­ тонации, достаточную мощность, нулевой кислородный баланс

идр.

Спрактической точки зрения удобно классифицировать про­

мышленные ВВ по следующим основным признакам; по харак­ теру действия, по условиям применения, по основным свойствам,

определяемым химической природой главного компонента.

1. По характеру действия ВВ условно делятся на: а) мета­ тельные; б) бризантные и в) инициирующие.

МетательныеВВ характеризуются невысокими скоростя­ ми взрывчатого превращения, протекающего в форме взрывного горения (стр. 122). Вследствие этого давление при взрыве мета­ тельных ВВ развивается относительно медленно. Энергия взры­

ва расходуется больше на выброс, чем на дробление. При этом порода дробится на крупные куски и выбрасывается на значи­ тельное расстояние. Такое действие называют фугасным.

Характерным представителем метательных ВВ является черный порох.

Бризантные ВВ (из называют также дробящими ВВ)

характеризуются большими скоростями разложения, протекаю­ щими в форме детонации.Порода при взрыве дробится на относи­ тельно мелкие куски, без значительного разброса. Все промыш­ ленные ВВ, кроме порохов, применяемых в относительно неболь­

ших масштабах, относятся к числу бризантных. В целом бризант­ ные ВВ значительно мощнее, чем метательные, и имеют большую разрушительную силу

Инициирующие ВВ тоже являются бризантными ВВ, но отличаются от последних весьма высокой чувствительностью- к внешним воздействиям и значительно более коротким периодом

144 Взрывчатые материалы

нарастания скорости детонации до максимума, что обусловлива­ ет резкий и сильный удар в месте взрыва. Такой удар можно эффективно использовать в качестве начального импульса. По­ этому инициирующие ВВ применяются в детонаторах для вюзбуждения взрыва основных промышленных ВВ.

2. По условиям применения ВВ, предназначенные для гор­ ной промышленности, делятся на три группы:

а) ВВ, допущенные к применению только на открытых ра­ ботах;

б) ВВ, допущенные к применению на подземных работах, кроме шахт, опасных по газу или пыли;

в) ВВ, допущенные к применению в шахтах, опасных по га­ зу или пыли.

К ВВ первой группы предъявляются требования в отношении

безопасности в обращении, наличия основных взрывчатых ка­ честв (чувствительности к детонации, достаточной мощности), а

также дешевизны и недефицитности.

К ВВ второй группы, кроме вышеперечисленных, предъявля­ ется дополнительно требование минимального выделения ядови­ тых газов при взрыве — не более 50 л/кг (в пересчете на СО) при испытании в лабораторных условиях.

ВВ третьей группы должны удовлетворять всем требовани­ ям, предъявляемым к ВВ второй группы, а кроме того, обладать

предохранительными (антигризутными) свойствами.

ВВ, допущенные для подземных работ, в случае необходимо­ сти могут быть использованы на открытых работах.

3. По основным свойствам, определяемым химической при­ родой главного компонента, ВВ условно разделяют на следую­ щие основные группы: 1) аммиачно-селитренные ВВ; 2) нитро­

Для удобства изложения в дальнейшем будем придерживать­ ся такой классификации. В связи с тем, что в горной промышлен­ ности преимущественное распространение получили первые две группы (аммиачно-селитренные и нитроглицериновые ВВ), оста­ новимся на них несколько более детально. Следует отметить, что разделение между двумя этими группами условное, так как из­ вестно много хороших промышленных ВВ, содержащих и ам­ миачную селитру, и нитроглицерин (последний — в относитель­ но небольших количествах), например применяемые в последнее время в нашей стране победиты (в угольных шахтах) и детониты (в шахтах, не опасных по газу или пыли).

146 Взрывчатые материалы

Наряду с положительными, аммиачная селитра имеет и отри­ цательные свойства.. Основные из них — высокая гигроскопич­ ность и склонность к слеживанию (слеживаемость). В той или

иной степени эти свойства передаются всем аммиачно-селитрен- ным ВВ.

Слежавшиеся или увлажненные аммиачно-селитренные ВВ могут давать неполную детонацию (переходящую в выгорание)

с небольшой разрушительной силой и с образованием большого

количества ядовитых газов (главным образом окислов азота) или вообще утрачивать способность к детонации.

Гигроскопичность аммиачной селитры определяется ее гиг­ роскопической точкой, которая представляет собой от­ ношение упругости водяных паров над раствором селитры к уп­ ругости водяных паров, насыщающих воздух при данной темпе­

ратуре. Гигроскопическая точка выражается в процентах отно­ сительной влажности и характеризует такое состояние вещества, когда оно не поглощает и не теряет влагу [1]. Возможность *поглбщения влаги возникает в том случае, когда при данной темпе­ ратуре упругость паров над насыщенным раствором селитры ниже упругости водяных паров в окружающем воздухе. Если же при данной температуре упругость паров над насыщенным рас­ твором селитры выше упругости водяных паров в воздухе, то

Предельно допускаемая влажность аммиачно-селитренных

ВВ составляет для подземных работ не более 0,5%, для откры­ тых— до 1,5%.

Слеживаемостью называется способность терять сыпучесть и образовывать сплошную массу (комья) разной прочности. Сле­

живаемость аммиачно-селитренных ВВ связана со сцеплением отдельных кристаллов селитры между собой три их тесном со­ прикосновении друг с другом. Способствуют слеживанию: 1) дли­ тельное хранение; 2) частое нагревание и охлаждение; 3) резкие повышения температуры (выше +32°) и резкие ее понижения (ниже —16°); при переходе этих температурных точек происходит перекристаллизация аммиачной селитры, связанная с измене­

ниями объема и благоприятствующая тесному соприкосновению

и сцеплению кристаллов между собой.

Аммиачная селитра может существовать ь’ нескольких кри­ сталлических модификациях, каждая из которых устойчива в определенном интервале температур. При нагревании или

охлаждении селитра переходит из одной модификации в дру­ гую.

148 Взрывчатые материалы

Невзрывчатые горючие и гидрофобные добавки вводятся за

счет нитропроизводных, так как все аммониты рассчитываются на нулевой или близкий к нему кислородный баланс. Уменьше­ ние количества нитропроизводных снижает чувствительность ВВ

к детонации. Поэтому количество таких добавок (в особенности

гидрофобных) ограничивается некоторыми пределами. Это отно­ сится главным образом к аммонитам, применяемым на подземных

работах, где содержание гидрофобных добавок не превы­ шает 15%.

В последние годы проводились также работы с целью повыше­ ния мощности аммонитов. Установлено, что значительное повы­

шение мощности и улучшение детонационной способности амми- ачно-селитренных ВВ достигается при помощи добавки высоко­ мощных нитросоединений. Практическое применение для этих целей нашел главным образом гексоген.

В целях повышения теплоты взрыва и фугасности ВВ в его состав вводят алюминий. Аммиачно-селитренные ВВ с содер­ жанием алюминия называются аммоналами. Алюминий как легко воспламеняющийся металл улучшает взрывчатые свойства аммонитов, но, как показывает практика, при значительном со­ держании его в ВВ увеличивается количество ядовитых газов. Поэтому содержание алюминия в аммонитах ограничивается не­ которыми пределами.

Из новых мощных сортов аммонитов в настоящее время ос­ ваиваются скальные аммониты № 1 и 2, а также аммоналы ВА-2, ВА-8 и ВА-4. Улучшения физических свойств аммонитов повы­

шенной мощности достигают также приданием им водоустойчи­

вости.

Гравиметрическая плотность порошкообразных аммонитов находится в пределах 0,9—1,15 г!cm3. Критическая плотность большинства аммонитов колеблется в пределах 1,15—1,4 г)см?.

Аммониты, содержащие мощные В В, имеют критическую плот­ ность около 1,6 г!см?.

При ведении взрывных работ нельзя допускать уплотнения ВВ выше критической плотности, которое может повлечь за со- , бой потерю способности аммонитов к детонации. В то же время

.желательно применять ВВ при максимально допустимых плотно­ стях, которым соответствуют более высокие взрывчатые харак­

теристики.

Повышение плотности аммонитов достигается прессованием или шнекованием составов. Прессованные и шнекованные ВВ об­ ладают жесткостью и не изменяют своей формы в процессе за­ ряжания. Это ухудшает условия их использования, так как меж­ ду зарядом и стенками шпура или скважины образуется зазор, наличие которого отрицательно влияет на плотность заряжания и на эффект взрыва.

Аммониты с диаметром патрона 32 мм и выше целесообразно применять в прессованном виде в том случае, если их плотность

выше 1,4 г!см3. Тогда плотность В В компенсирует снижение плот­ ности заряжания жестких патронов и создаётся возможность по­ высить эффективность действия заряда. Плотность прессованных скальных аммонитов находится в пределах 1,5 г/см3, а аммонита №6 —до 1,35 г!см3.

Шнекованные заряды из водоустойчивого аммонита В-3 диа­ метром 150—310 мм и с плотностью около 1,3 г/сж3 целесообраз­

но применять в обводненных скважинах. Такие заряды хорошо тонут в воде. Кроме того, в обводненных скважинах зазор между ВВ и стенками скважин заполняется водой, что благоприятно влияет на эффект взрыва. Шнекованные заряды в сухих скважи­ нах не дают никакого преимущества перед зарядами из порошко­ образного аммонита.

Взрывчатая характеристика аммонитов, применяемых в шах­ тах, не опасных по газу и пыли, следующая: скорость детонации 3600—7000 м/сек; теплота взрыва 950—1300 ккал!кг; объем газов 830—920 л!кг.

К внешним воздействиям аммониты относительно малочув­ ствительны, горят очень плохо, на открытом воздухе горение во взрыв не переходит. От трения аммониты не взрываются; чув­ ствительность их к удару при испытании на копре составляет

60—75 сж; температура вспышки 320—<340°. Они наименее опасны из всех промышленных ВВ.

Отрицательными свойствами аммонитов являются малая

плотность, гигроскопичность и слеживаемость. Два последних свойства частично устраняются при помощи специальных доба­

вок, или специальной обработкой, например, зернением и прессо­ ванием.

Взрывные качества аммонитов в значительной степени зави­ сят от степени измельчения компонентов и равномерности их сме­ шения при изготовлении ВВ на заводе. Чем тоньше измельчение

итщательнее смешение, тем безотказнее взрываются аммониты

итем больше выделяют они энергии при взрыве.

Состав, основные свойства и условия применения современ­ ных отечественных сортов аммонитов' даны в табл. 25.

Как следует из табл. 25, аммониты, применяемые в шахтах,

не опасных по газу и пыли, содержат значительное количество нитропроизводных (от 12 до 21%). Эти аммониты отличаются бо­

лее высокими взрывными свойствами.

Аммониты выпускаются в патронированном виде (для под­ земных работ) и россыпью в бумажных мешках или деревянных ящиках весом до 40 кг (для открытых работ). Патроны имеют

диаметр 31—32 жж и вес 100; 150; 200 и 300 г. Чаще всего при­ меняют патроны весом 200 г и длиной 230—250 жж. Патроны ук-