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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 149

Скачиваний: 5

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ВНИИГеофизика, а также промышленные испытания в производ­ ственных условиях. По результатам испытаний Госгортехнадзор

СССР издает журнальное постановление о допуске ВВ к постоянному применению или на период испытаний.

Междуведомственная комиссия по взрывному делу, образованная в 1952 г., координирует исследования по взрывным работам и дает рекомендации по внедрению в практику новых ВВ, средств взрыва­ ния и технологии взрывных работ.

Международное научно-техническое совещание по вопросам взрывных работ, в котором приняли участие представители соци­

алистических

стран, в 1962 г. по предложению

П Н Р , СССР, ЧССР

приняло единую классификацию промышленных

ВВ.

 

 

 

Н е п р е д о х р а н и т е л ь н ы е

ВВ

I

класс

Д л я

открытых

работ

 

 

 

 

I I

класс

Д л я

подземных

работ

в шахтах,

не опасных по газу и пыли

 

 

 

 

П р е д о х р а н и т е л ь н ы е

ВВ

 

I I I

класс

ВВ

 

ограниченного применения и

специального н а з н а ч е н и я :

 

 

A)

для

работ в

породных

забоях,

 

 

 

Б)

для

гидровзрывных

работ,

 

 

 

 

B)

д л я

серных

ш а х т ,

 

 

 

 

 

 

Г)

д л я

шахт, опасных

по

водороду и

углеводородам

IV

класс

Д л я

взрывных

работ по

углю

 

 

V

класс

ВВ

 

повышенной предохранительности

V I

класс

Высокопредохранителъные В В

 

 

Существуют еще несколько классификаций ВВ по другим при­ знакам. По действию на окружающую среду ВВ делят на три группы:

б р и з а н т н ы е

(дробящие) ВВ,

м е т а т е л ь н ы е ВВ (пороха)

и п и р о т е х н и ч е с к и е с о с т а в ы .

Из бризантных

ВВ выделяют

п е р в и ч н ы е инициирующие

ВВ, обладающие высокой чувствительностью, которые применяют для изготовления средств взрывания (капсюлей-детонаторов, элек­ тродетонаторов, детонирующего шнура). К этим ВВ относят грему­

чую ртуть Hg(CNO)2 , азид свинца

P b ( N 3

) 2 , тенерес

(тринитрорезор-

цинтат

свинца). Промышленные

( в т о р и ч н ы е )

ВВ

предназна­

чаются

для дробления и разрушения

горных пород.

Детонацию

этих ВВ вызвать труднее, чем инициирующих, поэтому их взрывают посредством взрыва инициирующих ВВ.

ВВ может быть химическим соединением или механической смесью. К химическим соединениям относятся следующие ВВ: нитро-

соединения

а р о м а т и ч е с к о г о

р я д а

— тротил (тринитро­

толуол)

C 6 H 2 ( N 0 2 ) 3 C H 3 ,

пикриновая

кислота

(тринитрофе-

нол) C e H 2 ( N 0 2 ) 3 O H ,

тетрил

(тринитрофенилметилнитрамин)

C e H 2 ( N 0 2 ) 4 N C H 3

идр . ; н и т р о п р о и з в о д н ы е

а м и н о в —

гексоген

(триметилентринитрамин ( C H 2 N N 0

2 ) 3 и др.;

 

н и т р а т ы ,

или э ф и р ы

а з о т н о й

 

к и с л о т ы — нитро­

глицерин

(глицеринтринитрат)

C 3 H 5 ( O N 0 2 ) 3 ,

нитрогликоль (нитро-

дигликоль)

C 2 H 4 ( O N 0 2 ) 2 ;

 

 

 

 

 

 

н и т р а т ы ц е л л ю л о з ы

— пироксилины и коллоксилины,

тэн (пентаэритриттетранитрат) C(CH2 ON02 )4 и др.

могут

быть:

По физическому

состоянию

взрывчатые

системы

т в е р д ы м и

с о е д и н е н и я м и

или

с м е с я м и

(тротил,

гексоген или

аммиачная селитра

+

тротил

и

т. д.);

с м е с я м и

ж и д к и х

и т в е р д ы х

в е щ е с т в

(аммиачная

селитра +

+ жидкое горючее,

нитроэфиры + селитра

и т. д.);

г а з о в ы м и

с м е с я м и

(метан

+ воздух,

ацетилен +

кислород и т. д.);

с м е ­

с я м и т в е р д ы х и л и ж и д к и х в е щ е с т в с г а з а м и (угольная, древесная и другая органическая пыль, брызги керосина,

бензин с воздухом и т . д.);

ж и д к и м и

в е щ е с т в а м и (нитро­

глицерин, нитрогликоль);

с м е с я м и

ж и д к и х

в е щ е с т в

(тетранитрометан + бензол

и т. д.).

 

 

Наибольшее применение в качестве промышленных ВВ имеют первые две группы. По физическому состоянию промышленные ВВ могут быть п о р о ш к о о б р а з н ы м и , г р а н у л и р о в а н ­ н ы м и , п р е с с о в а н н ы м и , л и т ы м и , п л а с т и ч н ы м и ,

в о д о н а п о л н е н н ы м и ,

л ь ю щ и м и с я .

§ 2. Кислородный баланс и реакции превращения ВВ

Рецептуры ВВ составляют

с таким расчетом, чтобы при реакции

взрыва образовались в основном пары воды, азот и углекислый газ, т. е. газообразные продукты, наименее опасные для человеческого организма.

Степень опасности ВВ с точки зрения образования при взрыве

ядовитых

газов определяется кислородным балансом.

К и с л о ­

р о д н ы й

б а л а н с характеризуется отношением

избытка или

недостатка кислорода в составе ВВ к.количеству его, необходимому для полного окисления горючих элементов ВВ. Кислородный баланс наиболее просто определяется выраженным в процентах отношением грамм-атомного веса избытка или недостатка кислорода к грамм-

молекулярному

весу ВВ.

 

Кислородный

баланс считается н у л е в ы м

(табл. 1), если

в составе ВВ содержится количество кислорода, необходимое для полного окисления горючих компонентов. Если в составе ВВ кисло­ рода не хватает для полного окисления горючих элементов, то такое

ВВ имеет о т р и ц а т е л ь н ы й

кислородный баланс, а при

избытке кислорода — п о л о ж и т

е л ь н ы й .

При взрыве ВВ с нулевым кислородным балансом образуется минимальное количество ядовитых газов и выделяется максимальное количество энергии. При недостатке кислорода образуется ядовитая окись углерода, при этом выделяется тепла 27,7 ккал/(г-моль), при образовании двуокиси углерода (углекислого газа) тепла выде­ ляются 94,5 ккал/(г-моль). Избыточный кислород образует весьма ядовитые окислы с азотом. Реакция образования окислов азота эндотермична.

 

 

 

 

Т а б л и ц а 1

Кислородный

баланс некоторых ВВ и их компонентов

 

 

Атомный

Кисло­

Теплота

 

 

образования

 

 

или моле­

родный

Вещество

Химическая формула

при постоян­

кулярный

баланс,

 

 

вес

%

ном объеме,

 

 

ккал/(г-моль)

Алюминий Аммиачная селитра . . .

Бумаг а (оболочка патро­

нов)

 

 

Гексоген

 

 

Гремучая

ртуть

 

Динитрогликол ь

 

Динитронафталин

. . . .

К а л и е в а я

селитра . . .

Ка л и я хлорат

Ка л и я перхлорат

Керосин К л е т ч а т к а Магний

Мука злако в Мука древесная

Н а т р и е в а я селитра . . . .

Н а т р и я

хлорат

Н а т р и я

перхлорат . . . .

Нитроглицерин

Нитроклетчатка: коллодионная . . . .

пироксилин

Октоген Парафи н (твердый) . . . .

Пикринова я кислота . . .

Тетранитрометан

Тетрил

Тротил Т э н

Углерод(аморфный) . . .

В о д а ( п а р о о б р а з н а я ) . . .

Окись

алюминия

Окись

к а л ь ц и я . . . . . .

Окись

азота

Окись

углерода

Углекислота

Целлюлоза

А1

27

- 8 9

84,8

N H 4 N O 3

80

+ 2 0

 

 

- 1 3 0

—

( C H 2 N N 0 2 ) 3

222

—21,6

- 20, 9

H g ( C N O ) 2

284

—11,3

- 65,3

C 2 H 4 ( O N 0 2 ) 2

152

0

55,8"

С 1 0 Н 6 ( N 0 2 ) 2

218

-139,4

- 9 , 4

K N O 3

101

+39,6

116,9

K C I O 3

122,5

+39,2

93,2

К С Ю 4

138,5

+46,2

104,5

—

—

- 3 4 3

—

С 6 Н 1 0 О Б

162

—118,5

230,3

Mg

24,3

- 65, 8

—

C i e H ^ O n

381

- 1 3 2

—

С і 5 Н 2 2 О 1 0

362

—137

—

NaNOg

85

+ 4 7

111,7

NaCl

106,5

+4 5

83,6

N C I O4

122,5

+52,2

93

С 3 Н 5 ( O N 0 2 ) 3

222

+3,5

83,7

C2 4 H3 1 Ne038

1105.3

- 38,7

661,9

C 2 4 H 29Nn042

1143

—28,6

570,7

C 4 H g N 8 0 8

296

—21,6

—

C2 4H6 o

338,5

- 3 4 6

—

C 6 H 2 ( N 0 2 ) 3 O H

229

- 45, 4

54,4

С ( N 0 2 ) 4

196

+ 4 9

—8,4

C 6 H 2 ( N 0 2 ) 4 N C H 3

287

- 47, 4

- 9 , 9

C 6 H 2 ( N 0 2 ) 3 C H 3

227

—74

17,5

С ( C H 2 O N 0 2 ) 4

316

—10,1

129

С

12

—266,7

—

H 2 0

18

—

57,8

A 1 2 0 3

102

—

98,1

CaO

56

—

150,8

NO

30

—

- 21, 6

CO

28

—

27,2

c o 2

44

—

94,5

CioHgOe

162

•—•

226

Промышленные ВВ обычно имеют незначительный положитель­ ный баланс (от 0,1 до 4%). Избыток кислорода расходуется на окис­ ление бумажных оболочек, а также парафинового покрытия патро­ нированных ВВ. Вес бумажной оболочки не превышает 2 г, а пара­ фина — 3 г на 100 г ВВ.

Для расчета состава продуктов взрыва все ВВ делят на три группы.

ВВ с количеством кислорода, достаточным (или избыточным) для полного окисления горючих элементов. В этом случае весь угле­ род превращается в углекислый газ, а водород — в воду (например, при реакции разложения динитрогликоля (табл. 2).

Т а б л и ц а 2

Характеристика взрывчатых превращений некоторых ВВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И £

 

 

 

ВВ

 

Реакция взрывчатого

разложения

 

СО -

cs

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

асе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О в

Е Q.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е-< я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нитроглицерин

227

4 C 3 H 6 ( O N 0 2 ) 3 = 1 2 C 0 2

+

 

+3,5

715

4100

1560

Динит р огллколь

 

+ 1 0 H 2 O + 6 N 2 + O 2

 

 

 

 

 

 

152

C 2 H 4

( O N 0 2 ) 2 = 2 C 0 2

+

 

0

738

4200

1700

Тротил

 

 

 

+ 2 H 2 0 +

N 2

 

 

 

 

 

 

 

227

2 C e H 2

 

( N 0 2 ) 3 C H S

= 5 H 2 0

+

•—74

750

2950

1010

Аммиачная се­

 

+

7CO + 7C + 3 N 2

 

 

 

 

 

 

 

80

2 N H 4 N 0 3 = 4 H 2 0 + 2 H 2

+

0 2

+ 2 8

980

1950

340

литра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Динитронафталлн

218

C i o H e

( N 0 2 ) 2 = CO + 3 H 2 0

+

-129,4

750

2500

596

Коллодионный

1053

 

 

+ 2 N 2 + 9C

 

 

- 33, 6

936

2600

810

C22,5H28,80 36,iN8,7 =

 

 

хлопок

222

 

 

= ( G H 2 N N 0 2 ) 3

 

 

- 21,6

890

3800

1360

Гексоген

3 H 2 0 + 3CO + 3 N 2

 

 

Тэн

316

С ( C H 2 O N 0 2 ) 4 = 4 H 2 0

+

 

- 1 0 , 1

790

4000

1420

Тетрил

287

+

3C0 2 + 2CO + 2 N 2

 

 

 

 

 

1163

2 C 6 H 2

( N 0 2 ) 4 N C H 3

= 5 H 2 0

+

- 47, 4

740

3900

+ 6 C O + 8 C + 5 N 2

ВВ с количеством кислорода, достаточным для полного газообра­ зования. При этом принимается, что кислород сначала окисляет весь водород в воду, углерод — в окись углерода, а затем оставшаяся часть кислорода образует с окисью углерода углекислый газ, на­ пример при реакции разложения тэна (см. табл. 2).

ВВ с количеством кислорода, недостаточным для полного газо­ образования. В этом случае водород окисляется в воду, часть угле­ рода — в окись углерода, а оставшийся углерод выделяется в сво­ бодном виде, как, например, при реакции разложения тротила (см. табл. 3).

Это правило составления реакций дает ориентировочный состав газообразных продуктов взрыва и не позволяет определить вторич­ ные продукты реакции, которые часто, особенно у ВВ с отрицатель­ ным кислородным балансом, резко меняют состав газов взрыва.

§ 3. Элементы теории ударных волн

Теория ударных волн, являющаяся составной частью газовой механики, необходима для понимания действия ударных волн и одно­ временно является введением в теорию детонации. Основные уравне-

ния теории ударных волн изложены

в работах

Я. Б . Зельдо­

вича, А. С. Компанейца и Гюгонио.

 

 

Допустим, что по трубе сечением S,

заполненной газом, дви­

жется поршень с постоянной скоростью

Ре, (рис. 1).

Движущийся

поршень создает в газе возмущение. Поскольку возмущение пере­

дается в среде с конечной скоростью,

то перед поршнем образуется

область сжатого газа,

заключенная

между поверхностью

поршня

и некоторой

плоскостью АА г . Сжатый поршнем газ движется со

скоростью

va,

а фронт

области сжатия, поскольку он захватывает

все новые

порции газа,

движется с некоторой скоростью vy

относи­

тельно возмущенного газа. Будем считать, что* движение

поршня

происходит так быстро, что сжатый газ не успевает отдавать тепло невозмущенному газу и стен­

кам трубы.

Обозначим через

 

А и,

р0,

р 0 и

Т0

соответственно

 

 

давление,

плотность и темпе­

|

 

ратуру

газа

в исходном, не­

 

возмущенном состоянии, а че­

 

рез

ри

Р[ и ?! — давление,

• • J

плотность и температуру сжа­

 

 

того газа. Предположим, что

 

4t

поршень

 

движется время t,

 

в течение которого он прой­

Р и с .

1.

Расчетная

схема

определения ос­

дет

путь

vat.

 

 

 

 

 

новных

уравнений ударных

волн

vyt,

Фронт

ААХ

пройдет путь

 

 

 

 

(vy

—

va)

t,

 

 

длина

сжатого

столба

газа

будет

равна

его

объем

(vy

— г?(й) tS, а

масса рх (vy

—

va)

tS.

Этот

же

газ

в исходном со­

стоянии занимал объем vytS,

а масса

его

перед сжатием составляла

vytSp0.

Поскольку

в процессе

сжатия

масса вещества не измени­

лась, то закон

сохранения

массы

для данного случая может

быть

записан

в

виде:

 

 

p0vytS

= p1 ( у у — fa)

tS;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.1)

 

Сжатая

масса

газа движется

со скоростью

va

и количество

дви­

жения

для

этой

массы будет выражаться величиной

p0vyStv№.

По

второму закону Ньютона произведение массы на изменение скорости равно импульсу силы, т. е. произведению силы на время ее действия.

На сжатый столб газа действует сила (pt — р0) S, а импульс силы будет равен (р± — р0) St.

Закон сохранения количества движения можно записать в виде:

(Pi — Ро) S t = PoVyStVu,

P i — Ро =

Рог Уо»

 

(1.2)

или

 

 

 

Pi—

Ро

 

(1,3)

P0Vy

 

/ А

 

l Заказ 2160

v ' / Г

/ »

 

 

'МІШі .!

Смотрите также файлы