Файл: Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород учеб. пособие.pdf

Большие работы по совершенствованию ассортимента мощных, гранули­ рованных и предохранительных В В , по фундаментальному изучению причин воспламенения и способов предупреждения взрывов метано-пылевоздушных сред в угольных шахтах выполнены проф., докт. техн. н а у к Л . В . Дубновым.

М. М. Боресков на основе работ М. М. Фролова предложил формулу дл я рас­ чета зарядов на выброс, которой широко пользуются до настоящего времени.

Советские академики М. А. Лаврентьев, Н . Н . Семенов, Я . Б . Зельдович, Ю. Б . Харптон, М. А . Садовский, Н . В . Мельников, чл . - корр . А Н СССР

Л . Я . Компанеец и другие разработали комплекс фундаментальных вопросов, связанных с детонацией зарядов В В и разрушительным действием взрыва в непосредственной близости, а т а к ж е с сейсмическим действием взрывов на расстоянии. Большой вклад в анализ физических явлений, связанных с дей­

Б . М. Шехтером, К . В . Андреевым, Г. П . Демидюком, М. М. Докучаевым и другими учеными. Фундаментальные исследования механизма разрушения гор­ ных пород взрывом выполнены профессорами Г. И . Покровским и О. Е . Вла­ совым. Эти исследования развиты в трудах профессоров А. Н . Ханукаева, Ф . И . Кучерявого, М. Ф . Друкованого и других ученых.

Большие работы за последние 20 лет по разработке методов регулирования степени дробления горных пород взрывом проведены акад . Н . В . Мельниковым, профессорами Л . Н . Марченко, А . Ф . Сухановым, Ф . И . Кучерявым, М. Ф . Дру -

Проф. М. М. Протодьяконов в 1911 г. опубликовал первую научно обосно­ ванную классификацию горных пород, которая широко применяется до насто­

Фундаментальные работы в области классификации горных пород, основан­ ной на их базовых свойствах, выполнены под руководством чл . - корр . А Н СССР

B . В . Ржевского.

Большие работы по применению крупных взрывов на выброс выполнены трестом Союзвзрывпром. В 1952—1953 гг . взрывами трех серий зарядов на Ал -

горной породы. В результате этого срок ввода карьера в действие сократился на

матики, химии разработаны научные основы взрывного разрушения горных пород, что позволяет у ж е сейчас в ряде случаев получать желаемые результаты действия взрыва.

Г л а в а I

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЗРЫВА И ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

По характеру процесса протекания взрывов их принято класси­ фицировать на ф и з и ч е с к и е , при которых происходят только физические преобразования веществ (беспламенное взрывание с по­ мощью жидкой углекислоты и сжатого воздуха, взрывы паровых

в реакции с выделением тепла и газов (взрыв метана, угольной пыли, взрывчатых веществ и т. д.); я д е р н ы е , при которых происходят цепные реакции деления ядер с образованием новых элементов. Существуют два способа выделения атомной энергии при взрыве: превращение наиболее тяжелых ядер в более легкие (радиоактивный распад и деление атомных ядер) и образование из легких ядер более тяжелых (синтез атомных ядер). Например, при термоядерном взрыве из тяжелого водорода образуется гелий. При ядерном и термоядер­ ном взрывах выделяется в миллионы раз больше тепла на единицу взрываемого вещества (1,6 • 101 0 ккал/кг при ядерном и 101 1 ккал/кг при термоядерном взрыве), чем при химическом взрыве (103 ккал/кг). Эти взрывы являются наиболее мощными из известных человечеству в настоящее время.

ческие соединения или механические смеси, которые под действием внешнего импульса (нагрева, удара, трения и т. д.) способны взры­ ваться, т. е. чрезвычайно быстро превращаться в другие соединения с выделением тепла и газообразных продуктов, способных произ­ водить разрушение и перемещение окружающей среды.

При взрыве большинства ВВ горючие элементы — водород и угле­ род — окисляются кислородом, входящим в состав ВВ, в отличие от процесса горения, при котором окисление происходит за счет кислорода воздуха. Благодаря этому обеспечивается весьма высокая концентрация энергии в единице объема ВВ. Так, при сжигании 1 л

стехиометрической смеси спирт — кислород выделяется 3,5 ккал тепла, смеси водород — кислород — 1,8 ккал, а при взрыве 1 л нитроглицерина — 2350 ккал тепла.

Вто же время тепловая энергия, выделяемая при взрыве 1 кг

ВВ(800—1200 ккал/кг), значительно меньше теплоты сгорания

промышленных ВВ (2—8 км/с) обеспечивает получение чрезвычайно большой мощности взрыва.

При взрыве ВВ образуется значительное количество газов (600— 1000 л/кг) и выделяемое тепло обеспечивает нагревание их до тем­ пературы 2500—4500° С. Взрыв сопровождается определенным звуко­

высокая объемная концентрация энергии и сверхзвуковая скорость ее выделения, экзотермичность процесса, образование большого

низких температурах по всему объему вещества. Знание его законо­ мерностей и условий протекания необходимо для определения стой­ кости ВВ. Процесс г о р е н и я и д е т о н а ц и и идет во фронте химической реакции, который перемещается по ВВ. Скорость пере­ мещения его определяется величиной выделяющейся энергии и спо­ собом передачи ее к соседним слоям вещества. При горении тепло передается путем теплопередачи (этот процесс сравнительно мед­ ленный). При детонации энергия по заряду ВВ передается ударной волной, распространяющейся со скоростью 2—8 км/с.

В промышленности применяют индивидуальные ВВ, которые содержат в своем составе все элементы, необходимые для нормаль­ ного протекания реакции взрыва. Чаще применяют ВВ в виде меха­ нических смесей.

Для придания определенных свойств и характеристик смесям ВВ в их состав вводят следующие компоненты.

О к и с л и т е л и — вещества, содержащие избыточный кисло­ род, расходуемый при взрыве на окисление горючих элементов. В качестве окислителя применяют аммиачную, калиевую, натри­ евую селитры, хлораты и перхлораты калия и аммония, жидкий

или пудра легкоокисляющихся и выделяющих при этом большое количество тепла металлов, например алюминия, магния. Горючие вещества вводят в состав ВВ для увеличения количества энергии,

выделяемой при взрыве. В качестве горючих веществ используют также взрывчатые компоненты (тротил, гексоген и др.), которые имеют в своем составе недостаточное количество кислорода для пол­ ного окисления содержащихся в них горючих элементов. Часть углерода, выделяемого при взрыве таких ВВ в виде окиси в свобод­ ном состоянии или в виде горючих соединений, реагирует с избы­

для повышения его чувствительности к восприятию и передаче детонации. Это, как правило, ВВ наиболее чувствительные, которые в смеси с малочувствительными (например, с аммиачной селитрой) или с невзрывчатыми веществами (древесной, жмыховой или хлопко­ вой мукой) обеспечивают нормальную чувствительность смеси к ини­ циированию ее капсюлем-детонатором и улучшение ее взрывчатых характеристик. В качестве сенсибилизаторов применяют мощные ВВ — тротил, нитроглицерин, нитрогликоль, гексоген и т. п. Сен­ сибилизатором могут являться и невзрывчатые вещества (горючие добавки) — соляровое масло, древесная мука или уголь. В малых количествах (до 6%) соляровое масло в смеси с аммиачной селитрой выполняет роль сенсибилизатора, в больших — делает взрывчатую смесь нечувствительной к инициированию.

С т а б и л и з а т о р ы вводят в состав ВВ для повышения их химической и физической стойкости. В качестве стабилизатора в ди­ намитах используют мел и соду, в аммонитах — древесную, жмыхо­ вую и торфяную муку, при этом последние выполняют также роль горючих добавок и разрыхлителей, уменьшающих слеживаемость ВВ.

Ф л е г м а т и з а т о р ы — легкоплавкие маслянистые жидко­ сти с высокой теплоемкостью и высокой температурой вспышки, обволакивающие частицы ВВ и не вступающие с ним в реакцию. Введение флегматизаторов снижает чувствительность ВВ к механи­ ческим воздействиям и обеспечивает более безопасные условия его применения. В качестве флегматизатора используют вазелин, пара­ фин, различные масла, тальк и другие вещества.

П л а м е г а с и т е л и вводят в состав только предохрани­ тельных ВВ для снижения температуры взрыва и уменьшения веро­

применяют хлористый натрий, хлористый калий, хлористый аммоний и другие вещества.

Из большого количества известных ВВ допущены к постоянному промышленному применению достаточно безопасные в изготовлении и обращении, эффективные в применении, технически и экономи­ чески доступные в изготовлении, обладающие достаточной физи­ ческой и химической стойкостью при хранении и транспортировании. В соответствии с действующим в СССР законоположением к про­ мышленному применению допускают лишь те ВВ, которые прошли лабораторно-полигонные испытания в МакНИИ, ВостНИИ,