Файл: Шепелев С.Ф. Газовость промышленных взрывчатых веществ на рудниках.pdf

Сю,eH^o,2O33,65^2о,88 — яСО -(- г/С02 -f- zH2 -f- iiH20-j- 10,44N2 .

Данное ВВ имеет температуру взрыва, приблизительно равную 3125°К, тогда из таблицы 2 fe = 7,32. Решая систе­ му уравнений (1.2) и (1.4), получим

8,12NH4N 03 + 1,54C7H506N3 = 5,5СО + 5,ЗС02 +

+2,55H 2+17,55H 2O + 10,44N2.

У взрывчатых веществ третьей группы полного окисле­ ния углерода не происходит. При этом предполагается, что первоначально кислород окисляет водород в воду, а затем углерод — в окись углерода, избыток углерода выделяется в чистом виде. Такое предположение делается для упро­ щения записи реакций. Однако в продуктах взрыва могут присутствовать С02 в незначительных количествах и при наличии воды Н2.

Характерным примером для ВВ третьей группы являет­ ся реакция взрывчатого превращения тротила

СН3С6Н2(Ж>2)з= 2,5Н20+3,5СО + 3,5С + 1,5N2,

но здесь необходимо учитывать равновесную реакцию ге­ нераторного газа

2СО С -|-С02 -Ь Q.

Если в составе ВВ имеются соединения алюминия, то при достаточно высоких давлениях и температуре в при­ сутствии СО и Н2 получается А120. Вследствие охлажде­ ния продуктов взрыва возможна экзотермическая реак­ ция

ЗА120 = А120 3 + 4А1.

Затем алюминий окисляется, вновь образуя парооб­ разную А120 з

2А1+ ЗС02= А120 з ЗСО,

2А1 + ЗН20 = А120 3+ ЗН2.

Выше было рассмотрено влияние кислородного балан­ са на состав продуктов взрыва. Однако условиям взрыва­ ния и свойствам оболочки заряда принадлежит не менее значительная роль.

По данным [4], при взрывах ВВ в шпурах только за счет окисления оболочки заряда образуется до 67 % окиси

15

углерода, хотя под оболочкой заряда они подразумевают как гидроизолирующее покрытие патрона ВВ, так и окру­ жающую заряд среду.

Химическое разложение гидроизолирующей оболочки характеризуется вторичными реакциями

С+ Н2Оч* СО+ Н2,

С+С0 2 2СО,

С0 + Н20 ч* с о 2+ н 2.

Вследствие протекания процесса в сжатые сроки пер­ вые две реакции идут преимущественно вправо, в то время как третья может идти по двум направлениям. В послед­ нем случае основное значение имеет температура продук­ тов взрыва. Так, при it>1000° реакция идет в сторону об­ разования СО, а при t< i 1000° — С02 [5]. Оболочка пат­ ронов в определенной степени влияет и на образование окислов азота, так как снижает скорость детонации ВВ изза наличия толстого слоя бумаги и парафина. Здесь взрыв­ чатое превращение протекает согласно уравнению

2NH4N0 3 = 2NO + N2 + 4Н20 .

В атмосферном воздухе N 0 реагирует с кислородом, образуя высшие окислы

2N0 + 0 2 = 2N0 2,

4NO + 02 = 2N2C>3.

При значительной влажности воздуха окислы азота нейтрализуются и переходят в азотную и азотистую кис­ лоты

N20 4 + Н20 = HN0 3+ HN02,

N20 5+ H 20 = 2HN0 3.

Для более полной нейтрализации на некоторых рудни­ ках применяют растворы различных щелочей [5], напри­ мер едкого натрия

4N0 2 + 4NaOH + 0 2 — ►4NaN0 3 + 2Н20 , 4N0 -f-4Na0H + 302 — 4NaN03 + 2H20 .

При этом возможно частичное поглощение углекис­ лоты

16

C02+2Na0H — »- Na2C03 + H20.

Если горные породы рассматривать как оболочку во­ круг заряда, то в зависимости от плотности взрываемой среды будет меняться и степень окисления продуктов взрыва. В крепких породах образуется больше окислов углерода, а в слабых — азота. Это обусловливается тем, что в монолитном массиве детонация ВВ протекает с боль­ шей скоростью и процесс окисления идет полнее, а окис­ лителем углерода могут служить окислы азота

N0 + С — >- СО + 0,5N2,

CO+ NO — >■С02+ 0,5N2.

Приведенные реакции говорят о наличии подвижного равновесия между кислородными соединениями азота и углерода, которое может перемещаться в ту или иную сто­ рону в зависимости от физико-механических свойств взрываемых горных пород.

Сернистые газы в состав газообразных продуктов взры­ ва не входят, это результат вторичного взаимодействия кислорода и водорода с сульфидами. Значительное коли­ чество S02 образуется при применении массовых взрывов с использованием больших количеств огнепроводного шнура

S + 0 2 = S02.

После таких взрывов в рудничной атмосфере могут присутствовать пары ртути и свинца, образующиеся в ре­ зультате разложения химических компонентов гремуче- ртутно-тетриловых, азидтетриловых капсулей — детонато­ ров и электродетонаторов различных конструкций

Hg(CNO)a= Hg + 2С0 + N2,

Pb(N3)2 = Pb + 3N2.

Таким образом, ядовитые взрывные газы представле­ ны в основном окисью углерода и двуокисью азота, а ко­ личество их может варьировать в довольно широких пре­ делах, обусловленных физико-механическими свойствами горных пород, составом ВВ, условиями взрывания и пр.

Влияние каждого из этих факторов более подробно бу­ дет рассмотрено ниже, а настоящий материал, не претен­ дуя на исчерпывающую полноту освещения вопроса, дает основные понятия о химических процессах, протекающих при взрывчатом превращении ВВ.

2 -1 7 7 Гео. пуЗл^ккгя-

" ■глк>1 3 ‘на*

библиотека СССР

ЭКЗЕМПЛЯР

Объем газообразных продуктов взрыва

Объем газообразных продуктов взрыва можно вычис­ лить теоретическим путем по реакции взрывчатого превра­ щения, а также экспериментально по известному давле­ нию или концентрации газов после взрыва определенного количества ВВ в известном объеме.

Удельное газообразование, соответствующее нормаль­ ным атмосферным условиям, обычно вычисляется по фор­ муле

тей ВВ.

При практических расчетах формулу (1.6) часто при­ меняют в следующем виде:

где п — число газообразных молекул;

N — число молекул ВВ, участвующих в реакции. Согласно реакции, газообразные продукты взрыва

аммонита № 6 состоят из 6,48С02; 22,07Н20; 11,26N2 и

0,0802. Тогда произведение суммы молей газов и объема одного моля газообразных продуктов дает объем всех га­ зов, приходящихся на 1 кг ВВ, т. е.

V =22,4(6,48 + 22,07+11,26 + 0,08) = 892 л/кг.

Это же значение V можно получить, используя форму­ лу (1.6)

18

где 80 — молекулярный вес аммиачной селитры; 227 — молекулярный вес тротила.

Из сказанного вытекает, что объем газообразных про­ дуктов аммонита № 6 составляет приблизительно 0,9 м3/кг и многие авторы рекомендуют в расчетные формулы для всех ВВ подставлять именно эту величину. Однако такое допущение относится к грубоприближенным, поскольку у современных взрывчатых веществ величина V может ме­ няться от 500 до 1000 л/кг (см. табл. 1), поэтому объем продуктов взрыва целесообразно оценивать по реакции взрывчатого разложения или экспериментально.

Число молей отдельных компонентов смеси взрывных газов определяется по формуле

где С; — объемный процент данного газа.

Из соотношения (1.8) по известному числу молей не­ трудно установить объемный процент того или иного ком­ понента

В качестве примера рассмотрим процентное соотноше­ ние газообразных компонентов аммонита № 6, молекуляр­ ный вес которого равен 80+227 = 307, а общий объем га­ зов V — 892 л[кг.

Тогда, согласно выражению (1.9),

Точное определение количества паров воды может быть осуществлено при взрыве определенной навески ВВ в металлической бомбе, а если в продуктах взрыва отсут­ ствуют твердые компоненты — по разности между весами подорванного ВВ и образовавшихся газов. Число молей Н20 в этом случае устанавливается по формуле [7]

18

S-A

( 1 . Ю )

где S — найденное количество воды, г ;

A vc— вес ВВ, к которому относится объем Vc;

18 — молекулярный вес воды; А — вес подорванного ВВ.

Объем паров воды

(1.11)

Если взрыв навески ВВ производится в вакуумной ме­ таллической бомбе, то общий объем сухих газообразных продуктов, приводимый к нормальным атмосферным усло­ виям, будет равен

v(p— w) -273- А и

И Л И

(1.13)

В последних двух уравнениях приняты следующие обозначения: v — объем бомбы; р — давление охлажден­ ных газов до температуры t ; w — упругость водяных па­ ров при температуре t ; t — температура охлажденных га­ зов в момент замера давления. К вычисленному по фор­ мулам (1.12) и (1.13) объему сухих газов следует прибавить объем паров воды, установленный по зависимости (1.11), тогда полный объем газообразных продуктов взрыва со­ ставит

V = Пс + V н.о .

Количественный состав взрывных газов определяется общеизвестными методами газового анализа, при кото­ рых по измеренной концентрации определяется число мо­ лей отдельных компонентов смеси. По числу молей состав­ ляется реакция взрывчатого разложения ВВ, а количест­ во того или иного компонента устанавливается произведе­ нием общего объема газов на процентное содержание ком­ понента в продуктах взрыва.

Ядовитые газы и их токсичность

К числу ядовитых газов, образующихся после взрыв­ ных работ, в первую очередь относятся окись углерода и

20

окислы азота. Однако помимо них в атмосфере могут при­ сутствовать пары ртути и свинца, образующиеся при взры­ ве детонаторов, а также кислородные и водородные соеди­ нения серы, обусловленные физико-химическими свойст­ вами взрываемой среды.

Токсическое действие перечисленных газов на орга­ низм человека неодинаково, что объясняется их составом. Поэтому вкратце остановимся на характеристике ядови­ тых газообразных продуктов.

Окись углерода — газ без цвета и вкуса со слабым за­ пахом. Удельный вес — 0,968. При нормальных атмосфер­ ных условиях 1 л окиси углерода весит 1,251 г. Слабо рас­ творим в воде: при температуре 15°С растворяется0,025% его объема, а при 40°С — 0,018%. Воспламеняется при температуре 630—810°С и горит характерным синим пла­ менем. В смеси с воздухом при концентрациях от 12,5 до 17,2% СО взрывается.

Окись углерода сильно токсична, т. е. гемоглобин кро­ ви человека в 250—300 раз легче соединяется с СО, чем с СОо. В результате этого образуется карбоксигемоглобин и кровь теряет способность переносить кислород, что обыч­ но приводит к удушью.

Степень отравления зависит от концентрации СО в воз­ духе и времени нахождения в загрязненной атмосфере. Так, при содержании 0,048% СО через час наступает лег­ кое отравление. Если концентрация окиси углерода 0,128%, то за тот же отрезок времени может последовать тяжелое отравление, а кратковременное вдыхание воздуха

с0,4% СО обычно приводит к смертельному исходу.

Всвязи с этим допуск рабочих в забой после массовых

ветривание будет продолжаться еще в течение 2 час до обеспечения предельно допустимых концентраций по каж­ дому компоненту газовой смеси. Санитарная норма СО в рудничной атмосфере принята равной 0,0016% по объему,

или 0,02 мг/л.

Окислы азота представляют собой различные соедине­ ния азота с кислородом, из которых наиболее устойчивы­ ми являются NO, NO2 и N2O4. Они обладают характерным резким запахом и находятся в атмосфере в виде желто-бу­ рых паров, темнеющих с увеличением их концентрации и температуры.

Окись азота — бесцветный газ с удельным весом 1,037. При 0°С и давлении 760 мм рт. ст. 1 л N0 весит 1,34 г. В воде растворяется в объемном соотношении 1:13,

21