Файл: Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 174
Скачиваний: 5
предохранительных свойств ВВ может служить температура взрыва.
Воспламенение пылевоздушных смесей при взрыве изучено го раздо меньше, чем метано-воздушных смесей. Основной причиной воспламенения угольной пыли считается воздействие на нее газов взрыва, особенно при наличии в них вторичных реакций окисления, резко увеличивающих продолжительность действия пламени при взрыве. Пламя взрыва разогревает пылевоздушную смесь, вызывая выделение летучих компонентов из пыли. Смесь этих горючих газов с воздухом может достичь взрывоопасных концентраций и вызвать
«
6
Рис. 20. Испытание предохранительных В В на опытном штреке:
а — опытный штрек МакНИИ; |
б — испытания в |
||||
мортире с желобом; 1 — штрек; 2 — мортира с |
|||||
зарядом ВВ; 3 — мешалка; |
4 |
— вентиляционная |
|||
труба; 5 — система |
подачи |
метана; |
в — бумаж |
||
ная диафрагма; |
7 |
— мортира |
для |
пыли; 8 — |
|
смотровые окна; |
9 — мортира-желоб; |
10 — заряд |
|||
ВВ; |
11 — преграда |
|
вспышку. Особенно опасны в отношении воспламенения пылевоздушной смеси условия контакта между зарядом ВВ и пылью в шпуре,
что облегчает выделение летучих компонентов из пыли |
при взрыве. |
|
В шахтах, опасных по газу |
или пыли, применяют |
предохрани |
тельные (антигризутные — от |
французского слова |
«гризус» — |
метан) ВВ с пониженной температурой взрыва.
Современные предохранительные ВВ, безопасные с точки зрения воспламенения метано-воздушной смеси, могут считаться безопас ными и в отношении воспламенения пылевоздушной смеси. Из-за невозможности определить теоретически степень безопасности ВВ для шахт, опасных по газу или пыли, разработаны специальные методики испытаний предохранительных промышленных ВВ.
Испытания проводят в стальной трубе диаметром 1200—1500 мм, открытой с одного конца. В днище закрытого конца трубы имеется отверстие, к которому подкатывается стальная мортира с отверстием, имитирующим шпур диаметром 55 мм и длиной 900 мм. Со стороны
мортиры в трубе бумажной диафрагмой отделяют камеру объемом 10—11 м3 , в которую вводят испытываемую смесь газов или пыли.
Необходимую концентрацию газов создают воздушной мешалкой пропеллерного типа, а пылевое облако образуют в результате вы броса в камеру угольной пыли весом 6 кг из специальной мортиры зарядом весом 50 г. Пылевое облако создается за 5—10 с до взрыва основного заряда.
При испытаниях по газу в канал мортиры помещают заряд весом 600 г так, чтобы расстояние ВВ от устья шпура было не менее 5 см. Устье шпура забивают глиняной забойкой толщиной 1 см. Испыта ние применяемых ВВ повторяется три раза; для новых ВВ опыт повторяется 10 раз.
При испытаниях по пыли в мортиру помещают заряд весом 700 г
и проводят два опыта. Один взрыв делается без |
забойки, |
другой — |
с забойкой из угольной пыли весом 100 г. Для |
новых ВВ |
проводят |
10 опытов с пятикратным повторением каждого |
варианта. |
|
Для дополнительной оценки предохранительных ВВ заряд взры вают не в канале мортиры, а в желобе и вблизи места взрыва рас полагают преграду, которая увеличивает вероятность воспламенения смеси. При испытаниях меняют расстояние мортиры (желоба) от преграды и угол между вертикальной плоскостью преграды и стенкой желоба (см. рис. 20). Иногда производится одновременный взрыв зарядов, расположенных в двух мортирах, с каналами или желобами, расположенными под различными углами друг к другу.
Все эти методы дают только качественную оценку |
ВВ, так как |
по их результатам можно сказать, что данное ВВ |
удовлетворяет |
некоторым установленным требованиям, но нельзя |
количественно |
оценить степень безопасности и сравнить между собой разные ВВ. |
|
§ 19. Причины отказов и выгорания зарядов предохранительных ВВ |
Наиболее опасная ситуация создается в забое, когда детонация заряда затухает и переходит в горение. Причины отказов и выгорания зарядов в последние годы изучались в МакНИИ, в Карагандинском отделении ВостНИИ и других организациях.
При неудовлетворительном качестве предохранительных ВВ (по вышенной влажности, при слежавшихся патронах и т. д.) или вслед ствие технологических нарушений детонация заряда ВВ в шпуре может прекратиться и перейти в горение. В первом и особенно во втором случаях качество взрыва может быть низкое, возможны аварии, связанные с ликвидацией отказов, и вспышки находящихся в атмосфере шахты метана и угольной пыли.
Выгорание заряда происходит в течение нескольких секунд, за это время в выработке может возникнуть взрывоопасная атмо
сфера из-за выделившегося |
метана и |
образовавшейся |
угольной |
пыли (обычно 150—200 мс, |
а на некоторых пластах и меньше). |
||
Степень предохранительности |
горящего |
заряда уже не |
влияет на |
воспламенение метана. Поэтому необходимо исключить условия взрывания, при которых могут произойти детонация зарядов и их выгорание.
Экспериментально установлено, что отказ заряда может про- -
изойти |
в результате «канального эффекта», |
|
прорыва |
газов |
взрыва |
j |
|||||||||
в соседний шпур, повышенного гидростатического давления в обвод- |
' |
||||||||||||||
ненных шпурах и нарушения замкнутости зарядных камер. |
|
|
|||||||||||||
Определенное влияние на переход детонации в горение |
оказывает |
|
|||||||||||||
« к а н а л ь н ы й |
э ф ф е к т » , |
который |
проявляется при наличии |
|
|||||||||||
зазора |
между |
патронами ВВ и стенкой |
шпура. Сущность |
«каналь |
|
||||||||||
ного эффекта» |
заключается |
в том, что по кольцевому |
зазору между |
|
|||||||||||
ВВ и стенкой шпура распространяется ударная |
волна со скоростью |
ч( |
|||||||||||||
большей, чем скорость детонации ВВ. Эта ударная волна уплотняет |
; |
||||||||||||||
ВВ до плотности выше критической, в результате чего детонация ВВ |
|
||||||||||||||
переходит |
в горение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
При взрыве в угольном массиве вокруг заряда возникает система |
|
||||||||||||||
радиальных трещин, которые могут соединять зону взрыва с по |
|
||||||||||||||
лостью |
рядом расположенного шпура. Скорость распространения |
|
|||||||||||||
трещин |
в угле |
составляет |
360—900 м/с. По этим трещинам |
распро |
|
||||||||||
страняются продукты детонации и проникают со скоростью 300— |
|
||||||||||||||
400 м/с при давлении 25—40 кгс/см2 вполость соседнего заряженного |
|
||||||||||||||
шпура. Проникающий газовый |
поток при таких |
параметрах может |
|
||||||||||||
вызвать нарушение сплошности заряда с образованием промежутков |
|
||||||||||||||
между его отдельными частями, заполненных воздухом или угольной |
|
||||||||||||||
пылью; спрессовку заряда в радиальном или осевом направлении; |
|
||||||||||||||
выбрасывание |
патрона-боевика |
из шпура. Все перечисленные явле |
|
||||||||||||
ния могут вызвать отказ детонации или ее переход в горение. Экспе |
|
||||||||||||||
риментами |
установлено, что при расстоянии |
между |
шпурами 0,4— |
|
|||||||||||
0,6 м, их глубине |
1,6—1,8 м и заряде угленита |
Э-6 весом 600 г газы |
|
||||||||||||
проникают |
в |
соседний шпур |
за 0,7—1,5 мс, |
вызывая |
указанные |
|
|||||||||
нарушения |
заряда. Плотность отдельных частей ВВ при этом дости |
|
|||||||||||||
гает 1,5—1,6 г/см3 , т. е. значительно выше |
критической. |
Поэтому |
|
||||||||||||
параметры |
расположения |
и |
конструкция |
|
применяемых |
зарядов |
|
||||||||
должны исключить прорыв газов в соседний шпур или нейтрализо |
|
||||||||||||||
вать их воздействие на заряд. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Повышение |
гидростатического давления |
в |
шпурах |
происходит |
|
||||||||||
вследствие того, что шпур после заряжания герметизируется песчано- |
|
||||||||||||||
глиняной забойкой. За время заряжания забоя (30—40 мин) давление |
|
||||||||||||||
в шпуре |
может, |
по экспериментальным |
данным, |
повышаться до |
|
||||||||||
3 кгс/см2 . При таком давлении |
водоустойчивость |
оболочек |
патронов |
|
|||||||||||
ВВ существенно снижается, что приводит к намоканию и отказам |
|
||||||||||||||
зарядов. В связи с этим требуется повышение |
водоустойчивости |
|
|||||||||||||
патронов ВВ и применение пористой забойки, |
исключающей повы |
|
|||||||||||||
шение давления в шпурах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Нарушение замкнутости зарядной камеры происходит в резуль |
|
||||||||||||||
тате разрушений массива при взрывании соседних зарядов. При |
|
||||||||||||||
этом в связи с тем что интервал времени от момента взрыва до начала |
|
||||||||||||||
подвижки |
массива составляет |
при одной |
обнаженной |
поверхности |
|
15—30 мс, а при двух 5—15 мс, заряд в соседнем шпуре будет обна жен раньше его инициирования, в результате чего может произойти затухание детонации.
§ 20. Принципы составления рецептур предохранительных ВВ В настоящее время в СССР принята, как указано выше, следу
ющая классификация |
предохранительных ВВ: |
ВВ для взрывания |
только в породных забоях ( I I I к л а с с ) ; |
ВВдля взрывания угля (IV к л а с с ) ;
ВВповышенной предохранительности (V к л а с с ) ;
высокопредохранительные ВВ (VI к л а с с ) . |
|
В соответствии с этими классами ниже рассмотрены |
рецептуры |
предохранительных ВВ (табл. 12). |
|
Одно из главных требований к предохранительным |
ВВ — огра |
ничение энергии (теплоты) взрыва до 900 ккал/кг. При более высокой теплоте взрыва газы имеют повышенную температуру, большую скорость разлета, что увеличивает вероятность воспламенения ме- тано-воздушной смеси.
Для уменьшения теплоты взрыва в состав предохранительных ВВ вводят инертные добавки (КС1, NaCl, Na 2 C0 3 и др.), которые сни жают температуру взрыва вследствие поглощения тепла на свое нагревание, плавление и испарение; продукты взрыва, перемешанные с метано-воздушной смесью, тормозят развитие вспышки метана, выполняя роль ингибиторов; способствуют полноте протекания не которых реакций взрыва, что уменьшает длительность пламени и ве роятность воспламенения метано-воздушной смеси.
Наибольшая опасность имеет место в случаях, когда после взрыва предыдущей серии частично или полностью обнажается заряд после дующей серии.
Для этих условий разработаны селективно детонирующие ВВ, которые состоят из небольшого процента высокоактивных компо нентов, реагирующих при любых условиях, и из малоактивных компонентов, вступающих в реакцию только при создании в течение
достаточно длительного |
времени высокого давления |
в зоне заряда, |
т. е. при взрыве заряда |
в массиве с забойкой. Если |
заряд обнажен, |
то газы взрыва от реакции активных компонентов быстро расши ряются и вследствие быстрого спада давления основная масса ВВ не детонирует.
Тонкое измельчение инертных добавок улучшает предохрани тельные свойства ВВ, но снижает их детонационную способность. Крупное измельчение дает противоположные результаты, поэтому целесообразно тонко измельченную инертную добавку вводить в со став ВВ в виде гранул.
В обычных предохранительных ВВ пламегаситель равномерно перемешан с массой ВВ (аммониты АП-4ЖВ, АП-5ЖВ и ПЖВ-20). Обладая хорошими предохранительными свойствами, они имеют пониженные мощность и чувствительность к начальному импульсу,
а также к передаче детонации, поэтому возможны отказы и выгорание этих ВВ в шпурах. Для увеличения надежности детонации предохра нительные ВВ выпускают в патронах увеличенного диаметра (36 мм).
ВВ |
в о б о л о ч к а х |
представляют собой патрон более мощ |
||
ного предохранительного |
ВВ с оболочкой, которая может |
целиком |
||
состоять из пламегасителя (пассивная оболочка), обладать |
слабыми |
|||
взрывчатыми свойствами (активная оболочка) |
или содержать повы |
|||
шенное |
количество пламегасителя. Оболочку, |
как правило, изгота |
вливают толщиной не более 5 мм. Наиболее перспективными в на стоящее время считаются предохранительные ВВ в жестких обо
лочках. |
При применении |
аммонита |
|
в |
резитосолевых |
|
оболочках, |
|||||||
имеющих высокую механическую прочность, снижается |
возможность |
|||||||||||||
переуплотнения |
ВВ . Кроме |
того, |
|
резит — продукт |
конденсации |
|||||||||
резольной смолы — обладает |
пламегасящим действием |
при взрыве. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
J |
|
|
|
Разрабатываются |
ВВ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
повышенной |
критической |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плотности, устойчивые в |
||||
|
|
|
|
ВВ |
|
|
|
|
отношении переуплотнения |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
при динамических нагруз |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ках от ударных |
волн. Это |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м и п о р и т ы, |
аналогич |
|||
Рис. |
21 . |
Конструкци я |
патрона |
П В П - І - У : |
ные по |
составу |
аммониту |
|||||||
1 — наружная ампула; |
2 •— внутренняя ампула; |
з — |
ПЖВ-20 с добавкой — ми- |
|||||||||||
раствор |
селитры; 4 — центрирующее |
кольцо; 5 |
|
- |
поры—очень легкого поли |
|||||||||
|
|
|
ВВ; |
в — крышка |
|
|
|
|
||||||
|
. ґ\ r\ n |
|
|
|
|
1 1 I ) |
|
мера |
удельным |
весом |
||||
/1 /111 |
I |
|
|
|
упругоэластичные |
свойства, |
||||||||
и,и<£ — u,us |
г/см-, |
придающей с в |
|
|||||||||||
вследствие |
чего |
мипорит |
менее склонен |
к уплотнению. Из-за |
недо |
статков, обнаруженных при промышленных испытаниях мипорита, его пока не применяют в угольной промышленности.
ВВ V и V I классов применяют для взрывания в особо опасных условиях, а также для создания водораспылительных завес.
Эффективно применение патронов ВВ в водонаполненных поли этиленовых оболочках (рис. 21). Патрон ПВП-1У состоит из двух ампул. Внутренняя ампула заполнена зарядом ПЖВ-20 весом 120— 150 г, а промежуток между внутренней и наружной ампулами — раствором аммиачной селитры концентрацией до 60%.
У г л е н и т Э-6 имеет работоспособность 130—170 см3 , содержит нитроэфиры и обменные соли, характеризуется пониженной склон ностью к выгоранию по сравнению с аммонитом ПЖВ-20. При взрыве
таких ВВ протекает реакция |
|
|
|
NH4 C1 + NaN03 — • N H 4 N 0 3 + NaCl, |
|
||
при которой пламегаситель NaCl выделяется в молекулярном |
виде. |
||
В состав таких ВВ можно ввести до 60% пламегасителя. |
|
||
У г л е н и т ы |
№ 5 и 7 имеют еще более низкую работоспособ |
||
ность (50—90 и 100—120 см3 ) и не детонируют |
в открытых зарядах. |
||
ВВ V класса |
рекомендуется применять в |
восстающих |
забоях |