lukyanov-взрывные работы

ности с высокими абсолютными значениями (до 5 000 °С) этого параметра, а также чрезвычайной кратковременностью его существования. В связи с этим основным методом определения температуры взрыва является пока расчётный, основанный на том, что у различных ВВ температура взрыва связана степлотойвзрываприблизительнолинейным соотношением.

Экспериментальным путём давление взрыва измеряется с помощью комплекта приборов, состоящего из датчиков, воспринимающих давление, усилителя сигналов и осциллографа, принимающего и регистрирующего сигналы. Тензодатчик давления с четырьмя растянутыми проволочными тензоэлементами показан на рис. 2.25. Нижние концы всех тензоэлементов прикреплены к пружинам, укреплённым на дне корпуса датчика. Верхние концы крайних тензоэлементов прикреплены к корпусу, а средних – к мембране. При давлении взрыва на мембрану последняя прогибается и уменьшает натяжение плеч ас и а'с', а натяжение плеч bс и b'с' увеличивается. При этом изменяется их омическое сопротивление, что регистрируется гальванометрами осциллографа. Передустановкой тензодатчики тарируют.

Рис. 2.25. Тензодатчик давления с растянутыми тензоэлементами

Широко распространён пьезоэлектрический метод измерения давления, основанный на измерении электрического заряда, возникающего на поверхности пьезоэлемента под влиянием давления. В качестве пьезоэлементов применяют пьезокварц, турмалин, титанат бария и др.

Пьезоэлемент из титаната бария представляет собой диск диаметром 8 мм и толщиной 3 мм. Ось поляризации параллельна оси диска. Величина заряда, возникающего на торцах пьезоэлемента, пропорциональна давлению P, приложенного к его торцам величине пьезоэлектрического модуля m, т. е. Q = тР. Пьезоэлемент из титаната бария применяют для определения величины давления взрыва в горной породе на различных (небольших) расстояниях от взрываемого заряда.

181

2.6. Факторы влияющие на скорость детонации зарядов ВВ

Специфика промышленных ВВ состоит в том, что они являются физически и химически неоднородными системами, чем объясняются особенности их детонации. Промышленные ВВ представляют собой смеси разнородных по химическим и физическим свойствам материалов.

На детонационную способность промышленных ВВ может существенно влиять равномерность смешивания компонентов, а на скорость детонации – диаметр заряда в определённых пределах.

Приувеличениидиаметра зарядаАскоростьдетонации υд растёт и приближается к максимальному значению (рис. 2.26). Начиная с некоторого предельного диаметра dпр, скорость детонации близка к предельной. При критическомдиаметреdкр детонациявообще неможет распространяться по заряду, а ниже критического становится неустойчивой и затухает. Критический диаметр – это значение диаметра, ниже которого детонация невозможна. Чем меньшекритическийдиаметр, тембольшедетонационнаяспособностьВВ.

Большое влияние на величину dкр оказывает прочность оболочки. У промышленных ВВ dкр открытого заряда колеблется от 4 до 120 мм. При увеличении прочности оболочки dкр резко уменьшается.

Критический диаметр детонации заряда гранулированных ВВ в бумажной оболочке составляет 60…120 мм, а в металлической трубке –

10…30 мм.

Плотность ВВ существенно влияет на устойчивость и скорость детонации. Для индивидуальных ВВ (тротил, гексоген, тэн и др.) с увеличением плотности ширина зоны реакции в детонационной волне сокращается и соответственно уменьшаются dпр и dкр.

Рис. 2.26. График зависимости скорости детонации открытого заряда (1) и в оболочке (2) от его диаметра

Для смесевых ВВ (граммониты, аммониты и т. п.) с увеличением плотности вначале dпр и dкр уменьшаются, а затем увеличиваются. У механических смесей с повышением плотности υД возрастает до максимального значения, соответствующего критической плотности, а далее детонация затухает. Критическая плотность смесевых ВВ – это значение плотности, выше которого детонация становится неустойчивой и затухает. Для увеличения критической плотности в состав ВВ вводят сильные сенсибилизаторы (гексоген, тэн и др.).

182

На детонационную способность ВВ большое влияние оказывает его дисперсность. Так, сокращение размеров частиц приводит к уменьшению dкр зарядов. Гранулированные и грубодисперсные ВВ имеют больший dкр по сравнению с порошкообразными того же состава.

На устойчивость детонации также влияет дисперсность ВВ. Тротил с частицами размером 0,01 ммимеет dкр = 9 мм, а с частицами 0,5 мм – 28 мм. Критический диаметр для смесевых ВВ зависит и от процентного соотношения компонентов. Так, с уменьшением содержания тротила в аммонитах

с21 до5 % онувеличивается от12 до25 мм.

2.7.Характеристика ВВ

Кфизико-химическим характеристикам относятся плотность, пластичность, слёживаемостъ, гигроскопичность, водоустойчивость, расслаиваемостъ, чувствительность, экссудация, стойкость.

Плотность – это отношение массы ВВ к занимаемому им объёму, которое выражается в г/см3, кг/дм3 и т/м3. Она влияет на взрывные характеристики ВВ. Для каждого ВВ существует оптимальная плотность, при которой достигается наибольший эффект при взрыве.

Пластичность – свойство ВВ легко деформироваться, изменяя форму заряда, но при этом сохраняя определённую жёсткость. Пластичные ВВ (например, акваниты) по сравнению с порошкообразными обладают повышенной плотностью.

Слёживаемость – способность порошкообразных ВВ терять при хранении сыпучесть и превращаться в плотную массу с потерей восприимчивости к детонации.

Гигроскопичность– способностьВВпоглощатьвлагуиувлажняться. Водоустойчивость – способность патронов ВВ при непосредственном соприкосновении с водой сохранять в течение определённого времени взрывчатые свойства. Она повышается при включении в состав

ВВ гидрофобных добавок.

Расслаиваемостъ – свойство ВВ в условиях заряжания и транспортирования терять однородность состава.

Чувствительность ВВ к инициированию – величина начального импульса, необходимого для возбуждения взрыва.

Экссудация – способность ВВ при хранении выделять из своего состава жидкие и легкоплавкие компоненты. Она проявляется у ВВ, состоящих из жидких нитроэфиров.

Стойкость – способность ВВ сохранять химические и физические свойства. Различают химическую и физическую стойкость. Последняя – способность ВВ сохранять неизменными свои физические свойства и структуру. Химическая стойкость ВВ – способность противостоять разложению в течение определённого периода.

183

К взрывным характеристикам относят теплоту взрыва, объём газов, бризантностъ, детонацию, работоспособность и старение.

Теплота взрыва – одна из основных характеристик для оценки эффективности ВВ при разрушении пород. При взрыве большинства промышленных ВВ газы нагреваются до 1 800…4 400°С.

Объём газов – количество газообразных продуктов, выделяющихся при взрыве 1 кг ВВ. Объём газов при взрыве 1 кг промышленных ВВ находитсявпределах от300 до1 000 л/кгизависитот составаи плотностиВВ.

Бризантность – способность ВВ при взрыве производить дробящее действие на окружающую твёрдую среду. Различают местное (бризантное) или дробящее действие и общее или фугасное. Бризантное действие взрыва характеризуется изменением породы на контакте с зарядом ВВ. При фугасном действии взрыва породы разрушаются на расстоянии от заряда за счёт ударных волн и поршневого действия газов. Бризантность определяется на свинцовых столбиках (проба Гесса) и для большинства ВВ и находится в пределах 10…30 мм.

Детонация обусловлена распространением по ВВ детонационной волны, которая вызывает в момент прохождения скачкообразное изменение давления, температуры и плотности ВВ. Скорость детонации заряда ВВ зависит от характеристик самого ВВ (состава, дисперсности, плотности), диаметра и условий взрывания. Скорость детонации определяют методом сравнения известной скорости детонации шнура с её значением, полученным при испытании заряда (метод Дотриша).

Работоспособность – способность ВВ при взрыве выполнять механическую работу по разрушению окружающей среды и её сжатию. Работоспособность определяют в свинцовой бомбе (бомба Трауцля) и на породных образцах.

Старение – необратимый процесс ухудшения или полной потери ВВ взрывчатых свойств в течение времени. При старении ВВ ухудшается их чувствительность к внешним воздействиям, а также снижается способность к передаче детонации.

Контрольные вопросы

1.В чём заключается сущность метода Дортиша по определению скорости детонации ВВ?

2.Какие экспериментальные методы оценки работоспособности ВВ Вы знаете?

3.Что называется чувствительностью ВВ? Для каких видов внешних воздействий оценивается чувствительность ВВ?

4.Что называется температурой вспышки ВВ?

5.Раскройте понятие минимального инициирующего импульса.

6.С помощью каких технических средств экспериментально определяются энергетические характеристики ВВ?

184

ГЛАВА 3 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВВ

3.1. Классификация ВВ. Основные требования к промышленным ВВ

Известно большое число химических соединений и смесей, которые способны под действием внешнего импульса взрываться; они могут называться взрывчатыми системами. По своему физическому состоянию они бывают:

•твёрдыми однокомпонентными химическими соединениями (гексоген, тэн, тротил) или смесями (аммиачная селитра + тротил и т. д.);

•смесями жидких и твёрдых веществ (нитроэфиры + аммиачная селитра; соляровое масло + аммиачная селитра);

•смесями газов (метан + воздух, ацетилен + кислород и т. д.);

•смесями твёрдых и жидких веществ с газами (угольная, древесная или другаяорганическаяпыль+ парыкеросина, бензина+ воздухит. д.);

•жидкими веществами (тринитроглицерин, динитрогликоль);

•смесями жидких веществ (тетранитрометан + бензол, четырёхоксид

азота + керосин и т. д.).

Для ведения взрывных работ в горной промышленности применяются промышленные взрывчатые вещества, на которые имеются ГОСТы или утверждённые в установленном порядке технические условия, а также журнальные постановления Ростехнадзора.

Практическое применение в качестве промышленных ВВ имеют первые две группы. Наибольшее распространение получили взрывчатые смеси из твёрдых веществ. Для взрывного бурения применяются ВВ из смеси жидких компонентов.

Промышленные ВВ должны обладать пониженной чувствительностью к внешним воздействиям, быть безопасными в обращении, при транспортировании и хранении, иметь относительно невысокую стоимость. Они не должны оказывать вредного влияния на организм человека как при их изготовлении, так и в процессе применения. Вместе с тем промышленные ВВ должны обладать достаточной мощностью, безотказно детонировать от современных средств инициирования (СИ) или промежуточных детонаторов соответствующей мощности, обеспечивать устойчивую детонацию по всей массе ВВ, сохранять свои свойства в те-

185

чение всего периода гарантийного срока хранения и иметь достаточную стойкость при длительном нахождении в зарядной камере.

При ведении взрывных работ на открытой поверхности нет ограничений по количеству ядовитых газов, выделяемых при взрывах, поэтому могут использоваться ВВ с кислородным балансом, не равным нулю. Однако применение ВВ с отрицательным кислородным балансом при взрывании на глубоких карьерах ограничено вследствие трудности удаления вредных газов из зоны глубоких горизонтов. Кроме того, ядовитые газы в течение почти 100 ч могут находиться в развале взорванной породы, проникать по трещинам в подземные выработки и вызывать отравление работающих там людей. Поэтому применение таких ВВ должно быть чётко регламентировано.

Промышленные ВВ, применяемые в подземных условиях, при взрыве не должны образовывать много ядовитых газов, а в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли, дополнительно ещё должны иметь пониженную температуру взрыва.

ВВ должны обладать хорошей сыпучестью, минимальными слёживаемостью при хранении и пылением при пересыпке, быть малочувствительными к механическим воздействиям, чтобы работы по заряжанию скважин могли выполняться зарядными агрегатами. В связи с необходимостью заряжания большого числа скважин ВВ должны сохранять постоянными свойства при нахождении в скважинах в течение времени подготовки блока к взрыву (7–10 суток и более).

При больших значениях линии наименьшего сопротивления (ЛНС) и диаметров заряда основное влияние на интенсивность дробления пород при взрыве оказывают трещиноватость пород и прочность отдельностей. Удельная энергия ВВ при крупных взрывах имеет меньшее значение, чем при отбойке шпурами и скважинами малого диаметра (70…100 мм). Поэтому допустимо применение ВВ с относительно невысокой теплотой взрыва (до 4000 кДж/кг). Такие ВВ в большинстве случаев обеспечивают хорошее дробление породы при относительно невысокой стоимости самих ВВ. Эти ВВ особенно эффективны, если в результате механизированного заряжания увеличивается плотность заряда в скважинах и тем самым повышается объёмная концентрация энергии, т. е. количество энергии в единице объёма (1 дм3).

Примерно 15 % общего количества ВВ должно обладать высокими взрывчатыми характеристиками с теплотой взрыва не ниже 5 000 кДж/кг. Такие ВВ предназначены для дробления трудновзрываемых пород. Промышленными экспериментами на карьерах, разрабатывающих крепчайшие железистые кварциты (Кривой Рог, КМА), установлено, что при использовании высокоплотных (ρ > 1,4 г/см3) водосодержащих ВВ со ско-

186

ростью детонации зарядов 5 км/с и более высоких расчётных удельных расходов ВВ (1,2…1,7 кг/м3) не только достигается интенсивное их дробление, но и происходит взрывное разупрочнение части кусков, за счёт чего снижаются затраты на их механическое дробление и измельчение, увеличивается выход железа в концентрат. Такие же результаты могут быть получены на некоторых рудах цветных металлов. Значительная часть (до 40 %) ВВ должны быть водоустойчивыми и иметь плотность выше 1 т/м3. Это необходимо при заряжании обводнённых скважин. При этом смесь ВВ и воды должна устойчиво детонировать от мощного детонатора. Экономически целесообразно применение водосодержащих ВВ на предприятиях с годовым потреблением более 10 тыс. тонн.

Следует считать перспективным создание водоустойчивых ВВ для заряжания скважин с непроточной водой и ВВ с загущенным нерастворяемым раствором селитры, карбамида и т. п. (можно применять и при наличии проточной воды в скважинах), создание горячельющихся ВВ плотностью более 1 т/м3 из смеси селитры, тротила, пудры, легко окисляющихся металлов и твердеющих растворов. Возможно при заряжании скважин использовать ВВ с меньшей водоустойчивостью в полиэтиленовых гирляндах, эластичных рукавах, имеющих общую плотность более 1 т/м3.

Особенно эффективно проводить заряжание обводнённых скважин неводоустойчивыми ВВ путём установки полиэтиленового рукава с помощью специальных устройств, начиная от дна скважины с одновременным вытеснением из неё воды. При этом возможно вести заряжание скважины после установки рукава вручную или с использованием зарядных машин. Наиболее эффективно использовать совмещение операций установки полиэтиленового рукава, вытеснение воды из скважин и её заряжание с подачей ВВ сжатым воздухом.

При заряжании обводнённых скважин ВВ в жёстких оболочках можно использовать гораздо более дешёвые ВВ, чем гранулотол или алюмотол. Однако такие конструкции зарядов ВВ могут быть эффективны только при обеспечении механизации заряжания и небольших объёмах взрывов.

С применением на крупных карьерах двухбункерных зарядных машин с устройствами для откачки воды из обводнённых скважин требования к ассортименту ВВ могут существенно измениться. На предприятие можно поставлять отдельно гранулотол и аммиачную селитру, которая размещается в другом хранилище, примыкающем к стационарному узлу подготовки селитры для зарядных машин. Заполнение бункеров селитрой и гранулотолом и размещение на машине ёмкости с соляровым маслом позволяет получать на горном предприятии непосредственно перед заряжанием блока различные ВВ: игданит, граммонит и т. д., приме-

187

нять гранулотол в скважинах с проточной водой. Это позволяет крупным горным предприятиям, использующим механизированные пункты подготовки ВВ и зарядные машины, уменьшить потребление тротила и других дорогих водоустойчивых ВВ. При этом доставка на предприятие отдельно гранулотола и аммиачной селитры обходится дешевле, чем доставка смесевого ВВ, так как аммиачная селитра перевозится по регламенту обычных, а не взрывоопасных грузов.

Вцелом на крупных карьерах с механизацией взрывных работ объём применения ВВ, изготавливаемых на стационарных пунктах их подготовки, должен существенно возрасти. Стационарный пункт приготовления ВВ для бестротиловых гранулированных и водосодержащих

ВВдолжен быть универсальным.

Внастоящее время основной объём горных пород на карьерах отбивают зарядами, размещаемыми в вертикальных и наклонных скважинах диаметром 100…300 мм. ВВ, применяемые на карьерах, могут иметь критический диаметр более 100 мм, т. е. пониженную детонационную способность в зарядах малого диаметра. Это могут быть грубодисперсные гранулированные ВВ с широкой зоной химической реакции. ВВ с такой характеристикой обеспечивают более равномерное дробление породы при взрыве путём уменьшения зоны переизмельчения у заряда.

Многообразие условий применения и высокие технические требования к промышленным ВВ вызвали необходимость иметь их широкий ассортимент, насчитывающий десятки наименований.

Промышленные ВВ классифицируются по ряду признаков, имеющих значение для практического использования.

По условиям применения ВВ подразделяются на восемь классов

(табл. 3.1).

По физическому состоянию промышленные ВВ могут быть следующими: порошкообразными, шнекованными, прессованными, литыми, гранулированными (чешуйчатыми), водонаполненными, льющимися, горячельющимися, пластичными.

Компоненты гранулированных ВВ имеют гранулы размером 1…3 мм или чешуйки того же размера. Водонаполненные ВВ за счёт добавок воды с загустителем имеют слаботекучую медообразную консистенцию. Льющиеся

ВВимеют легкоподвижную консистенцию, допускающую их транспортирование по шлангам. Горячельющиеся водонаполненные ВВ легкоподвижной консистенциивгорячемсостояниитвердеютпринормальнойтемпературе.

Пластичные ВВ и смеси твёрдых компонентов с жидкой желатинизированной массой сохраняют приданную им форму длительное время.

188

189