Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология и безопасность взрывных работ. Учебник
.pdf
№ 4491
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
Кафедра физических процессов горного производства и геоконтроля
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ
Б.В. Эквист
ТЕХНОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ
ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Учебник
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2021
УДК 622.235
Э35
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. К.С. Коликов;
д-р экон. наук, канд. техн. наук Н.Л. Вяткин
Эквист Б.В.
Э35 Технология и безопасность взрывных работ : учебник /
Б.В. Эквист. – М. : Издательский Дом НИТУ «МИСиС»,
2021. – 175 с.
ISBN 978-5-907227-55-2
Приведены описания взрывчатых веществ, процессов взрыва и
задач с решениями по определению мощности и энергии взрыва,
кислородного баланса взрывчатых веществ, детонационных характеристик процессов взрыва, тротилового эквивалента взрывчатых веществ, уравнения подобия и др. Даны описания различных
средств взрывания.
Для студентов вузов, изучающих дисциплину «Технология и
безопасность взрывных работ» направлений подготовки 21.05.04
«Горное дело» и 21.05.05 «Физические процессы горного или нефтегазового производства» всех форм обучения, а также для специалистов взрывного дела и для самостоятельной работы студентов других специальностей.
ISBN 978-5-907227-55-2
УДК 622.235
Эквист Б.В., 2021
НИТУ «МИСиС», 2021
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ........................................................................ 5
1. История развития взрывного дела ................................. 7
2. Области применения взрывчатых веществ .................... 11
3. Основные задачи изучения технологии и безопасности
взрывных работ ............................................................ 14
4. Классификация взрывов ............................................ 22
5. Взрывчатые вещества как химическая система ............. 26
6. Классификация горных пород и взрывчатых веществ
по применению ............................................................. 35
6.1. Взрывчатые химические соединения ..................... 36
6.2. Смесевые взрывчатые вещества ............................. 39
6.3. Классификация взрывчатых веществ по областям
применения .............................................................. 44
7. Классификация взрывчатых веществ по степени
опасности, характеру воздействия на окружающую среду
и физическому состоянию .............................................. 48
8. Требования к промышленным взрывчатым веществам ... 52
9. Принципы составления рецептур взрывчатых веществ... 54
10. Способы снижения отказов взрывов и воспламенения
метано-воздушной среды и угольной пыли........................ 57
11. Оценка технологической стойкости взрывчатых
веществ ....................................................................... 59
12. Кислородный баланс взрывчатых веществ .................. 60
13. Составление реакций взрывчатого превращения .......... 63
14. Газообразование при взрыве ..................................... 67
15. Оценка энергии, выделяющейся при взрыве
и горении ..................................................................... 69
16. Мощность взрыва .................................................... 72
17. Тротиловый эквивалент ........................................... 76
18. Давление на фронте волны взрыва ............................. 77
19. Огневое инициирование взрывов зарядов взрывчатых
веществ ....................................................................... 79
20. Электрическое инициирование взрывов зарядов
взрывчатых веществ ...................................................... 84
21. Инициирование взрывов зарядов с помощью
детонирующего шнура ................................................... 93
3
22. Производство взрывов по радиосигналу ...................... 97
23. Взрывание с помощью неэлектрической системы
инициирования ............................................................ 98
24. Взрывание с помощью электрических детонаторов
с электронным замедлением ..........................................100
25. Параметры ударных волн при взрывах в воздухе
и в воде .......................................................................117
26. Факторы, определяющие разрушающее действие
ударных волн ..............................................................122
27. Действие ударных волн на здания .............................125
28. Действие ударных волн на человека ..........................127
29. Основы гидродинамической теории детонации ...........129
30. Теория детонации газов ...........................................137
31. Вычисление параметров детонации
для конденсированных взрывчатых веществ ....................143
32. Чувствительность взрывчатых веществ
к инициированию детонации .........................................150
33. Расположение зарядов взрывчатых веществ
в скважинах и шпурах ..................................................162
34. Запретная и опасная зоны действия взрыва ................165
35. Меры безопасности при ведении взрывных работ ........168
36. Склады взрывчатых веществ и СИ ............................172
Библиографический список ...........................................174
4
ВВЕДЕНИЕ
Достижения науки и техники за последние десятилетия произвели коренной переворот в технологии производства и применения взрывчатых и горючих материалов. Значительно изменился ассортимент взрывчатых веществ. Если в период плановой
экономики в основном применялись гранулированные тротилсодержащие взрывчатые вещества (ВВ) заводского изготовления,
то в настоящее время с появлением надежных технологий, позволяющих изготавливать ВВ на местах производства взрывных
работ, применяются более безопасные эмульсионные взрывчатые вещества. В процессе развития находятся и средства взрывания зарядов ВВ – неэлектрические системы инициирования,
электронные детонаторы и другие прогрессивные технологии.
Все это было бы невозможно без фундаментальных исследований
в области детонации, взрыва и горения взрывчатых веществ.
Вместе с тем взрывные работы в промышленности остаются
крайне опасными. Поэтому знание основных положений технологии и безопасности взрывных работ имеет большое значение,
прежде всего для разработки вопросов, связанных с обеспечением безопасности производства.
Курс «Технология и безопасность взрывных работ» входит
в программу подготовки горных инженеров по горной специализации.
Знание дисциплины «Технология и безопасность взрывных
работ» необходимо при проектировании, производстве и обеспечении безопасности взрывных работ на предприятиях горнодобывающего, строительного и машиностроительного комплексов,
в специализированных научных, учебных и производственных
организациях, связанных с изготовлением, перевозкой, хранением, использованием, учетом, уничтожением, переработкой
взрывчатых и горючих материалов, а также осуществляющих
контроль безопасности взрывных
ствия на окружающую среду.
Основу учебника составил цикл лекций, который подготовлен для преподавания одноименной дисциплины студентам
направления подготовки «Горное дело» и на основе фундаментальных исследований в области теории взрыва. Это работы
работ и экологического воздей-
5
К.К. Андреева, А.Ф. Беляева, Ф.А. Баума, М.В. Бесчастнова,
Л.В Дубнова, Я.Б. Зельдовича, Л.П. Орленко, г. И. Покровского, Б.Н. Кутузова, М.А. Садовского, Б.Я. Светлова, К.П. Станюковича, Д А. Франк-Каменецкого, Б.И. Шехтера, Л.Н. Хитрина и др.
6
1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ
ВЗРЫВНОГО ДЕЛА
Развитие буровзрывных работ происходило по следующим
направлениям:
– создание промышленных взрывчатых веществ и средств
инициирования;
– создание средств бурения шпуров и скважин;
– разработка классификации горных пород для их оценки
сопротивляемости разрушению при бурении и взрывании;
– разработка теории детонации промышленных взрывча-
тых веществ.
Первым известным взрывчатым веществом был черный порох, который использовался для фейерверков и огнестрельного оружия.
Его применение в России началось в XVI веке для подрыва
скал и камней на реках, мешавших судоходству. Бурное развитие промышленности во второй половине XIX века привело
к созданию и производству мощных ВВ и средств инициирования (СИ). Взрывные явления сопровождают человечество на
протяжении всей его истории. Древние люди могли наблюдать
природные взрывы при извержении вулканов, грозе или падении метеоритов. Человек не мог управлять природными явлениями по собственной воле, поэтому ему казалось, что взрывами управляют могущественные боги.
Только благодаря развитию науки и техники человек смог
получить технологию изготовления взрывчатых веществ
для производства взрывов.
Все началось в Византии, где еще в первые века нашей эры
ученые заметили, что существуют вещества, интенсивно горящие не только на воздухе, но и под водой, – это вещества, содержащие в молекуле элементарный кислород, например селитра
(калиевая KNO
ние под водой поддерживается потому, что кислород, необходимый для горения, выделяется в большом количестве при разложении селитры при нагреве. На этом принципе византийцы
получали горючее для так называемого греческого огня, с помощью которого они боролись с кораблями противника.
, натриевая NaNO3, аммиачная NH4NO3). Горе-
3
7
Для ускорения реакции горения горючее вещество и вещество, поддерживающее горение выделяющимся при горении кислородом (окислитель), стали размалывать все мельче
и мельче и тщательно смешивать друг с другом. Поиск компонентного состава подходящих горючих веществ и окислителей, их измельчение и смешение со временем привело
к созданию первого полученного человеком взрывчатого вещества – черного дымного пороха, состоящего из калиевой
селитры KNO
(75 %), угля С (15 %) и серы S (10 %). Взрыв
3
черного дымного пороха обусловлен очень быстрым сгоранием
угля и серы в кислороде, выделяющемся из селитры при ее нагревании.
Скорость горения черного дымного пороха зависит от плотности заряда, степени измельченности его компонентов, а также от герметичности сосуда, в котором он находится. Если
черный порох находится в замкнутом пространстве, например
в подземной камере, не имеющей сообщения с наружным воздухом, или в стволе пушки, то он сгорает очень быстро и это
горение напоминает взрыв. Если же порох находится в полузамкнутом пространстве, например в цилиндрическом сосуде,
имеющем достаточно большое отверстие с его торца, то порох
горит сравнительно долго, а образующиеся при горении пороховые газы вырываются из отверстия в виде мощной струи.
Такой сосуд с горящим порохом является простейшим вариантом реактивного двигателя. Он начинает стремительно
двигаться в
сторону, противоположную направлению струи
пороховых газов. Это явление было замечено уже в X веке создателями первых пороховых ракет.
В 1779 г. А.А. Мусин-Пушкин опубликовал один из первых трудов по технологии изготовления ВВ, в 1812 г. в России
инженер Шилинг впервые применил электровоспламенитель
для взрывания пороховых зарядов.
В 1831 г. в Англии У. Бикфорд изобрел огнепроводный
шнур (ОШ).
В 1846 г. в Италии А. Сорберо получил тринитроглицерин.
В 1853 г. в России академик Н.Н. Зинин и военный инженер В.Ф. Петрушевский предложили ВВ на основе тринитроглицерина (аналогично динамитам).
8
В 1866 г. А. Нобель запатентовал и начал выпускать динамиты на основе тринитроглицерина с добавками до 25 % инфузорной земли.
В 1867 г. А. Нобель запатентовал детонатор в виде трубки
с зарядом гремучей ртути.
В 1867 г. Олсен и Норбин (Швеция) открыли ВВ на основе
аммиачной селитры – аммониты.
С 1887 г. начали применять тетрил, который с 1906 г. является основным вторичным инициирующим ВВ.
В 1879 г. изобретен детонирующий шнур (ДШ).
С 1891 г. начали выпускать тротил.
В конце XIX века получены наиболее мощные ВВ – гексоген и тэн.
С начала XX века тэн применяют в капсюлях-детонаторах.
С 1930 г. тэн применяют в ДШ.
С 1920 г. гексоген применят как ВВ.
С начала 1930-х годов в нашей стране заменяют динамиты
на безопасные аммиачноселитренные ВВ. К концу 1940-х годов они стали основными.
В 1930-х годах акад. Демидюком испытаны ВВ на основе
смеси аммиачной селитры и керосина, не нашедшие широкого
применения.
В конце 1950-х годов Демидюком испытаны ВВ заводского
изготовления, состоящие из 94 % аммиачной селитры и 6 % солярового масла, названные – игданитами.
С середины 1950-х годов начато промышленное изготовление игданитов с добавками гексогена – скальных аммонитов
гранулитов, имеющих пониженную чувствительность к детонации по сравнению с порошкообразными ВВ.
Для взрывания обводненных массивов создан
гранулированный тротил. Разработаны пиротехнические замедлители КЗДШ,
РП, РПД и др.
С 1950-х годов за рубежом и в СССР разрабатываются пневматические и механические зарядчики с применением гранулированных ВВ (простейшие АС-ДТ, игданиты, гранулиты и смеси
гранулированных тротила и селитры граммониты, затем льющиеся водосодержащие ВВ типа акватол 20 Г, ифзаниты и эмульсионные ВВ – эмулиты и порэмиты.
9
С 1952 г. в СССР начато внедрение короткозамедленного
взрывания, которое обеспечило переход от однорядного к многорядному взрыванию, увеличило масштабы взрывов и улучшило степень дробления.
С 1935 г. в СССР начато применение в подземных условиях скважинной отбойки, более эффективной по сравнению со
шпуровой (диаметр – 105 мм).
Для шахт созданы высокопредохранительные ВВ.
В настоящее время наиболее перспективны эмульсионные
ВВ. Внедряются электрические детонаторы с электронным замедлением.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]