- •Курс лекций для студентов групп
- •Технология и безопасность взрывных работ
- •Цель и задачи дисциплины.
- •Основные задачи по изучению курса:
- •Лекция №1 История развития вв
- •Основные понятия и определения
- •Лекция №2 Явление взрыва и виды взрывчатого превращения
- •По характеру процесса протекания взрывов их принято классифицировать на:
- •Взрывчатые вещества
- •Основные признаки взрыва:
- •Основные формы химического превращения:
- •Для придания определенных свойств и характеристик смесям вв в их состав входят следующие компоненты:
- •Лекция №3 Кислородный баланс н реакции превращения вв
- •Теплота и температура взрыва
- •Аммиачная селитра.
- •Классификация вв по химическому составу и краткие сведения по технологии изготовления промышленных вв
- •Нитроглицериновые вв:
- •Прочие вв.
- •Лекция №5 Физическая сущность детонации промышленных вв
- •Работа и баланс энергии взрыва
- •Формы работы взрыва и методы их определения
- •Лекция №6
- •Лекция №7
- •Краткая характеристика инициирующих вв
- •Лекция №8 Детонирующий шнур и пиротехнические замедлители
- •Неэлектрическая Система инициирования зарядов при взрывании в подземных выработках
- •1 Общие сведения
- •Системы синв:
- •Достоинства системы синв:
- •2 Конструкция устройств системы синв
- •3 Волновод
- •4 Капсюль-детонатор
- •5 Схемы и элементы монтажа взрывной сети
- •Лекция №9
- •Инициирующие вв:
- •Средства огневого инициирования зарядов
- •Лекция №10 Электрическое взрывание
- •Электродетонаторы для электрического инициирования зарядов
- •Источники тока для электрического инициирования
- •Типы конденсаторных взрывных машинок:
- •Основы расчета электровзрывных сетей.
- •Детонирующий шнур.
- •Достоинства электрического взрывания:
- •Недостатки электрического взрывания.
- •Достоинства взрывания с помощью дш:
- •Недостатки взрывания при помощи дш:
- •При короткозамедленном взрывании.
- •Требования к качеству взрыва.
- •Лекция №11 Общие принципы расчета шпуровых, скважинных и камерных зарядов.
- •Виды врубов
- •Лекция №12
- •Расход вв на отбойку
- •Лекция № 13 Технология взрывных работ при проведении горных выработок, добыче угля и сланца.
- •Проведение горных выработок
- •Проведения горизонтальных и наклонных выработок буровзрывным способом.
- •Проведения выработок в неоднородных породах узким и широким забоем.
- •Достоинства этой схемы :
- •Недостатки схемы :
- •Технология и механизация проведения наклонных стволов.
- •Схемы и средства механизации взрывных работ
- •Лекция №14
- •Машины для водосодержащих и эмульсионных вв
- •Зарядчики инжекторного типа:
- •Характеристика зарядчиков типа «Курама»
- •Порционные зарядчики
- •Эжекторно-нагнетательные зарядчики
- •Самоходные зарядно-доставочные машины разработаны для заряжания забоев с самоходным оборудованием.
- •Механизмы для заряжания пластичными и водонаполненными вв.
- •Безопасность работ при перевозке и хранении вм.
- •Хранение вм на местах работ.
- •Хранение вм на предприятиях.
- •Общие правила безопасности ведения взрывных работ, техническая документация и ответственность за ведение взрывных работ.
- •Предприятие, ведущее вр с применением массовых взрывов: Массовым взрывом следует считать:
- •Для шахт опасных по газу и пыли
Классификация вв по химическому составу и краткие сведения по технологии изготовления промышленных вв
ВВ можно классифицировать по различным признакам:
- по принадлежности к определенному классу химических соединений (нитроэфиры, нитросоединения, нитроамины, перхлоратные ВВ и т. п.),
- по устойчивости горения,
- по условиям применения и т. д.
Так, по скорости протекания реакции ВВ могут быть разделены на:
- инициирующие (или первичные),
- бризантные (или вторичные),
- метательные (пороха)
- пиротехнические составы.
Особенностью инициирующих ВВ является их высокая чувствительность к внешним воздействиям. Поэтому инициирующие ВВ широко используют в различных средствах взрывания. Небольшое количество инициирующего ВВ поджигают при помощи огнепроводного шнура (в капсюлях-детонаторах) или электровоспламенителя (в электродетонаторах), горение его быстро переходит в детонацию, которая возбуждает взрыв вторичного ВВ.
Горение вторичных ВВ обычно устойчиво и переход в детонацию возможен лишь при некоторых условиях, поэтому детонацию вторичных ВВ вызывают не поджиганием, а используют для этого средства взрывания (электродетонаторы , детонирующий шнур и т. п.).
Горение метательных ВВ и пиротехнических составов весьма устойчиво и не переходит в детонацию даже в условиях, при которых этот переход имеет место для вторичных ВВ.
По составу ВВ обычно подразделяют на:
- индивидуальные химические соединения
- смесевые ВВ, представляющие механические смеси нескольких компонентов.
К индивидуальным взрывчатым химическим соединениям относятся такие ВВ, как тротил, тетрил, гексоген, нитроглицерин, азид свинца, тэн и др.
К смесевым принадлежит большинство промышленных ВВ: аммониты, динамиты, гранулиты, водонаполненные ВВ и др.
Рассмотрим основные группы индивидуальных и смесевых ВВ, имеющих применение в настоящее время в горнодобывающей промышленности нашей страны.
Нитросоединения. Большое количество взрывчатых химических соединений относится к группе нитросоединений, представляющих органические вещества, в молекуле которых имеется нитрогруппа NO2, связанная непосредственно с углеродом. К нитросоединениям относятся такие ВВ, как тротил, тетрил, динитронафталин, пикриновая кислота и др. Различают нитросоединения бензольного (ароматического) и парафинового рядов.
Нитросоединения ароматического ряда отличаются высокой химической стойкостью, они неспособны к самопроизвольному разложению и самовозгоранию и почти не меняют своих химических и физических свойств при длительном хранении.
Число нитрогрупп, имеющихся в молекуле, их положение могут быть различными, в соответствии с этим изменяются химические, физические и взрывчатые свойства нитросоединений.
При увеличении числа нитрогрупп в молекулах нитросоединений повышается их температура плавления и увеличивается скорость детонации и работоспособность. Наибольшее распространение во взрывном деле находят тринитросоединения ароматического ряда, т. е. такие, у которых бензольное кольцо связано с тремя нитрогруппами. Характерным представителем таких веществ является тринитротолуол (тол) или тротил.
Тротил C6H2(NO2)3CH3 представляет собой твердое белое (быстро желтеющее на свету) вещество, имеющее температуру плавления 80,2°. Плотность тротила 1,663 г/см3. Тротил практически нерастворим в воде, но хорошо растворяется в органических растворителях.
Детонационная способность тротила зависит от его физического состояния, дисперсности и плотности: с увеличением размера частиц критический диаметр детонации его увеличивается, с увеличением же плотности — уменьшается.
Скорость детонации тротила при плотности 1,6 г/см3 равна 6800 м/с. Критический диаметр детонации сухого гранулированного тротила в открытых зарядах около 60 мм, а водонаполненного — 25-30 мм.
В зависимости от плотности и условий взрывания тротила, теплота взрыва его колеблется от 800 до 1000 ккал/кг. Работоспособность его в свинцовой бомбе сравнительно невелика — 295 см2, что объясняется наличием в продуктах взрыва твердого углерода (сажи), так как тротил имеет отрицательный кислородный баланс (-74%).
Для повышения энергии взрыва и работоспособности в тротил иногда вводят алюминиевый порошок. Опыт показал, что оптимальное количество алюминия составляет 15—20% и поэтому выпускаемый нашей промышленностью алюмотол содержит 15% алюминия.
Нитроамины. Органические вещества, в молекуле которых имеется нитрогруппа, связанная с атомом азота, называются нитроаминами. Многие из нитроаминов являются ВВ, например циклотриметилентринитрамин, широко известный под названием гексоген (C3H6N6O6). До недавнего времени гексоген применяли в основном для снаряжения боеприпасов, но в последнее время его стали использовать как сенсибилизатор в промышленных ВВ, в качестве вторичного заряда в электродетонаторах и для снаряжения детонирующего шнура.
Гексоген представляет собой белый кристаллический порошок с температурой плавления +203,5° С. Плотность его около 1,8 г/см3. Гексоген практически нерастворим в воде и плохо растворяется в органических растворителях. Химическая стойкость гексогена высокая; разложение его начинается лишь при температуре +200° С.
Гексоген обладает высокой чувствительностью к механическим воздействиям (чувствительность к удару 70-90%) и поэтому его часто используют во флегматизированном виде.
Работоспособность гексогена в свинцовой бомбе 475 см3, теплота взрыва около 1300 ккал/кг. Гексоген имеет малый критический диаметр (1-2 мм) и детонирует с высокой скоростью (при плотности 1,7 г/см3 она равна 8,6 км/с).
Другим представителем класса нитроаминов является тетрил [C6H2(NO2)4NCH)3], это кристаллы желтого, или светло-желтого цвета. Температура плавления тетрила около +129С°, при плавлении разлагается. Теплота взрыва тетрила - 1090 ккал/кг, работоспособность - 340 см3.
Тетрил применяют в прессованном виде в основном для снаряжения капсюлей-детонаторов. Иногда прессованные шашки его используют в качестве промежуточных детонаторов для инициирования скважинных зарядов гранулированных и водонаполненных ВВ.
Нитроэфиры. Нитроглицерин является представителем большой группы ВВ, которые по своему химическому строению относятся к эфирам азотной кислоты. Название нитроглицерин — неправильно, так как это соединение не содержит нитрогрупп, связанных непосредственно с углеродом, но оно общепринято и сохранилось в технике. В действительности это соединение представляет собой глицеринтринитрат и является полным эфиром глицерина и азотной кислоты.
Сложные эфиры азотной кислоты (нитроэфиры) в недалеком прошлом имели большое военное и промышленное значения. Особенно широко использовали азотнокислые эфиры глицерина и целлюлозы — нитроглицерин и пироксилин, которые и в настоящее время применяют при производстве порохов. В производстве промышленных ВВ эти вещества, а также нитрогликоль, диэтиленгликольдинитрат и тэн находят ограниченное применение и используются главным образом для производства детонитов и предохранительных ВВ (V и VI класса).
Наличие в молекуле нитроэфиров нитратной группы (ONO2) приводит к тому, что они по своим свойствам резко отличаются от других ВВ. Это отличие выражается прежде всего в ограниченной химической стойкости нитроэфиров и их высокой чувствительности к механическим и тепловым воздействиям. Поэтому обращение с этими ВВ требуют особого внимания и осторожности.
Нитроглицерин получают обработкой специального (очень чистого) глицериеа смесью азотной и серной кислот по реакции:
C3H5(OH)3 + 3HNO3 = C3H5(ONO2)3 + 3H2O
Нитроглицерин в чистом виде представляет собой маслянистую бесцветную и прозрачную жидкость плотностью около 1,6 г/см'. Нитроглицерин плохо растворяется в воде и хорошо растворяется в большинстве органических растворителей. Температура вспышки нитроглицерина примерно равна +180—200° С.
Нитроглицерин имеет небольшой положительный кислородный баланс (+3,5 %) и является одним из наиболее мощных ВВ. Теплота взрыва нитроглицерина 1480 ккал/кг; при взрывании в свинцовой бомбе он дает расширение 550 см3.
Для нитроглицерина и некоторых ВВ на его основе характерно наличие двух скоростей детонации: малой (1100—2000 м/с) и большой (8000—8500 м/с). Однако вследствие очень высокой чувствительности нитроглицерина (детонация его вызывается падением груза массы 2 кг с высоты всего 4 см) его нельзя использовать для взрывных работ в чистом виде. Поэтому нитроглицерин обычно вводят во взрывчатые смеси в качестве сенсибилизатора.
Так как замерзший нитроглицерин (температура замерзания его +13° С) чрезвычайно чувствителен к механическим воздействиям, в качестве сенсибилизатора используют не чистый нитроглицерин, а смесь жидких нитроэфиров, например нитроглицерин и диэтиленгликольдинитрат.
Из других нитроэфиров в настоящее время находит применение тэн (пентаэритриттетранитрат) С(CH2ONO2)4. Это белое кристаллическое вещество плотностью 1,728 г/см3 с температурой плавления 141° С.
В отличие от жидких нитроэфиров, тэн — химически стойкое вещество, не требующее постоянного контроля за стойкостью при хранении. Температура вспышки тэна 205° С. Он имеет высокую чувствительность к удару и поэтому чаще всего его выпускают флегматизированным.
Тэн является мощным ВВ, теплота взрыва 1360 ккал/кг, работоспособность по пробе Трауцля 500 см3, скорость детонации тэна при плотности 1 г/см3 равна 5,55 км/с, а при плотности 1,62 г/см3— 8,0 км/с. Применяют тэн главным образом при изготовлении детонирующего шнура, а также при изготовлении промежуточных детонаторов.
Аммониты. Аммонитами называют аммиачно-селитренные ВВ, представляющие смеси аммиачной селитры с нитросоединениями, главным образом с тротилом. Аммониты получают путем механического смешения аммиачной селитры с тротилом и другими компонентами в шаровых мельницах.
Несмотря на отмеченные недостатки, аммониты одно время являлись основным видом промышленных ВВ в нашей стране, так как они обладали достаточной мощностью, были недороги и относительно малочувствительны к механическим воздействиям. Благодаря этим достоинствам аммониты не утратили значения и в настоящее время. Однако область применения их теперь ограничена подземными разработками, так как на открытых работах их используют сейчас в основном в качестве промежуточных детонаторов и для вторичного дробления негабаритных кусков породы.
Чтобы знать, в каких условиях можно применять тот или иной аммонит (так же как и любое другое ВВ),их патронируют в бумажные оболочки различного цвета или в белые оболочки с отличительной цветной диагональной полосой. Так, взрывчатые вещества, допущенные для применения только на открытых работах имеют белую оболочку (или белую диагональную полосу); патроны ВВ, предназначенные к применению в подземных разработках, кроме шахт, опасных по газу или пыли, окрашивают в красный цвет; ВВ, допущенные к взрывным работам в шахтах, опасных только по газу, имеют синюю оболочку, а ВВ, разрешенные к применению по углю в шахтах, опасных по газу или пыли, желтую.
В зависимости от условий применения аммониты значительно различаются как по составу, так и по свойствам.
Характерной особенностью аммонитов, как и большинства смесевых ВВ является то, что при повышении плотности критический диаметр детонации их увеличивается. Поскольку диаметр патронов ограничен (обычно 31 ± 1 мм), при некоторой, характерной для каждого вида аммонита плотности критический диаметр соизмерим с диаметром патрона и он не детонирует. Эта плотность называется критической плотностью и для большинства аммонитов составляет 1,3— 1,4 г/см3. Повысить критическую плотность можно введением в состав аммонита более мощных, чем тротил, сенсибилизаторов, таких, как гексоген. Так, содержащий гексоген скальный аммонит № 1 имеет критическую плотность около 1,5 г/см3, что позволяет применять его в спрессованных до плотности 1,45 г/см3 зарядах. Прессование ВВ увеличивает объемную энергию заряда и повышает эффективность взрыва. С этой же целью во взрывчатые составы входят порошкообразный алюминий, повышающий теплоту взрыва ВВ.