Файл: Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие.pdf

Выразив удельные объемы через соответствующие плотности,

В этом уравнении скорость детонации D есть известная из опыта функция начальной плотности ВВ. В интервале плотностей от 1 до 1,7 г/см3 приближенно можно считать, что D прямо пропорциональна р0, т. е.

D = Ap0.

В выражение (XI.18) входит неизвестная плотность продуктов взрыва в точке Чепмена — Жуге — р2. Допустим, что она пропорцио­ нальна начальной плотности, т. е. р2 = hpQ. Подставляя в уравне­ ние (XI. 18) вместо D и р2 их выражения через р0, после преобразо­ вания получим

Обозначив А 2 ^ ^ = с , можно написать р 2 = cpjj.

Таким образом, из экспериментально установленного факта, что скорость детонации приближенно пропорциональна начальной плотности ВВ, следует, что давление во фронте детонации пропор­ ционально плотности ВВ в третьей степени.

Константу h находят из выражения для скорости детонации, на­ ходя ее минимум, так как точке касания соответствует минимальная из возможных скоростей детонации. Найдено, что

Подставляя эти значения в выражение (XI.18), получим

Для скорости движения газов позади фронта на основании урав­ нения (XI.7) и после замены V на 1/р находим

„ = Л _£*=££. = л

Р2 4

§ 47. Горение и детонация газовых взрывчатых смесей

В атмосфере многих подземных выработок содержатся горючие газы (метан, водород и др.), а также горючая пыль (угольная, озокеритовая, колчеданная и др.). Эти горючие компоненты в смеси с воздухом образуют смеси, способные к самораспространяющейся химической реакции (горению и детонации). Однако реакция в таких смесях способна распространяться только при определенных, соотношеииях компонентов, называемыми концентрационными пределами. Минимальное содержание горючего газа, при котором еще возможна

165

реакция горения, называют нижним пределом горючести, максималь­ ное содержание — верхним пределом. Для метано-воздушных смесей при нормальных условиях эти пределы равны соответственно 5 п 15% метана. Следует иметь в виду, что эти пределы не являются абсолют­ ной константой смеси данных газов, а зависят в значительной степени от условий. Так, повышение температуры расширяет пределы горю­ чести газовой и пылегазовой смеси. Повышение давления выше атмо­ сферного часто, хотя и не всегда, также расширяет пределы горю­ чести. Для метано-воздушных смесей нижний предел практически не зависит от давления (при изменении давления от 1 до 400 кгс/см2), тогда как верхний предел резко возрастает (от 15 до 46%). Если же метано-воздушную смесь воспламенять путем адиабатического сжа­ тия, то в этом случае удается воспламенить смеси, содержащие от 2 до 75% метана. Это влияние давления на верхний предел горючести объясняется тем, что при высоких давлениях метай становятся термо­ динамически устойчивым и не вступает в экзотермические реакции, протекающие с увеличением числа молекул.

В связи с этим флегматизирующее влияние избытка метана ослаб­ ляется. Пределы горючести зависят также от направления распро­ странения пламени. При распространении пламени снизу вверх пределы шире, чем при распространении сверху вниз или в горизон­ тальном направлении.

Введение в метано-воздушную смесь инертных веществ сужает пределы воспламеняемости либо делает смесь негорючей, причем это влияние пропорционально теплоемкости инертной добавки. Если же инертная добавка способна реагировать с поглощением тепла, то она оказывается более эффективной в отношении пониже­ ния горючести. Еще более сильное влияние на пределы горючести

не сопровождается повышением давления; такой случай встречается довольно редко. Чаще горение происходит в замкнутом или полу­ замкнутом пространстве, когда выход газов затруднен. В этом случае продукты сгорания за счет теплопроводности нагревают прилега­ ющий к фронту пламени слой несгоревшего газа, и расширяясь в результате высокой температуры, приводят несгоревший газ в дви­ жение. Вследствие торможения прилегающего к стенкам слоя газа пламя вытягивается в направлении распространения, в результате чего увеличивается поверхность фронта горения, а следовательно, и количество газа, сгорающего в единицу времени. Наряду с этим поверхность фронта горения возрастает вследствие конвекции и тур­ булентности потока несгоревшего газа.

Ускорение распространения горения вследствие перечисленных причин увеличивает давление в несгоревшем газе перед фронтом пла­ мени.

Процесс сжатия распространяется по несгоревшему газу в виде последовательно перемещающихся слабых ударных волн. Каждая

166

безопасность изготовления и применения; достаточная детонационная способность н работоспособность;

необходимая химическая и физическая стойкость, обеспечива­ ющая сохранность всех свойств в течение гарантийного срока хра­ нения;

доступность сырья и невысокая стоимость готового продукта; водоустойчивость к внешним воздействиям.

§ 48. Классификация промышленных ВВ по условиям применения

Для вторичных ВВ, используемых в промышленности, наиболее характерна классификация по условиям нх применения. В соответ­ ствии с Единой классификацией промышленных ВВ они делятся на шесть классов.

Класс I. ВВ для открытых работ. Поскольку ВВ этого класса используются на открытых работах, где условия проветривания хорошие, их состав может не отвечать нулевому кислородному балансу, т. е. не лимитируется объемом выделившихся при взрыве ядовитых газов. Другой особенностью ВВ для открытых работ яв­ ляется их невысокая детонационная способность, поскольку их обычно используют в скважинных зарядах большого диаметра (100—300 мм), а также низкая чувствительность к механическим воздействиям. Вследствие большой массы скважинных зарядов ВВ для открытых работ должны удовлетворять требованиям механизи­ рованного заряжания. Этим требованиям удовлетворяют различные виды гранулированных составов (игданит, гранулиты, зернограиулиты и др.) и водонаполненные ВВ (акватолы, акваниты, ифзанпты). Взрывчатые составы, заряжаемые в обводненные скважины, дол­ жны быть водоустойчивыми.

Взрывчатые вещества, используемые для взрывных работ в креп­ ких породах, должны иметь высокую объемиую энергию взрыва, что позволяет значительно повысить экономическую эффективность буро­ взрывных работ за счет снижения затрат на бурение.

Класс II. ВВ для подземных выработок, кроме шахт, опасных по газу или пыли. ВВ этого класса предназначены для применения на подземных разработках и на открытых работах в скважинных заря­ дах, а некоторые употребляют в качестве промежуточных детона­ торов (патронов-боевиков) и для вторичного взрывания негабаритных кусков породы. Основными требованиями, предъявляемыми к ВВ этого класса, являются:

минимальное образование при взрыве ядовитых газов, что дости­ гается приведением состава ВВ к нулевому кислородному балансу (весь кислород и углерод, содержащиеся во ВВ, при взрыве окисля­ ются до воды и углекислого газа);

высокая детонационная способность состава, которая обеспечи­ вает устойчивую полноту взрывчатого превращения в шпуровых зарядах малого диаметра (в шпурах).

168

Патронированные ВВ, кроме того, должны обеспечивать передачу детонации от одного патроиа к другому даже при небольшой раз­ движке патронов в шпуре и наличии пересыпок из буровой мелочи.

При разработке ВВ класса II стремятся получить составы с высо­ кой объемной энергией взрыва, для этого повышают плотность ВВ, путем прессования и водонаполнения вводят в составы ВВ дисперс­ ный алюминий, что повышает теплоту взрыва их. Для взрывных работ в обводненных условиях применяют ВВ, приготовленные на водоустойчивой селитре марки ЖВ.

Класс III. Предохранительные ВВ для породных забоев, опас­ ных по метану, и специального назначения. ВВ этого класса пред­ назначены для взрывных работ в породных забоях угольных шахт, где отсутствует угольная пыль и содержание метана не превышает 1 %. К этому же классу относятся также ВВ специального назначе­ ния (для взрывных работ в серных, колчеданных, нефтяных п озоксритовых шахтах).

Поскольку ВВ этого класса применяют в условиях повышенной опасности в отношении воспламенения п взрывов метано-воздушной смеси, они должны быть предохранительными, т. е. неспособными при взрыве воспламенять горючую или взрывоопасную среду. Пре-

дохранителъностъ взрывчатого вещества чаще всего достигается путем введения в его состав инертных (по отношению к химической реакции взрыва) добавок, называемых пламегасителями или ингибиторами.

Количество вводимых в состав пламегасителей определяется необхо­ димой степенью предохранительности состава, которая, в свою оче­ редь, задается условиями его применения. Породные ВВ применяют в условиях, где опасность воспламенения метано-воздушной среды невелика. Кроме того, учитывая, что для разрушения пород тре­ буются достаточно мощные ВВ, в состав этих ВВ вводят небольшое количество пламегаептелей (обычно до 15%).

Класс IV. Предохранительные ВВ для угольных н смешанных за­ боев шахт, опасных по газу пли пыли. Предохранительные ВВ класса IV находят наиболее широкое применение в угольных шахтах, опасных по газу или пылп, для группового короткозамедленного взрывания в угольных п смешанных забоях. В связи с более высокими требованиями по безопасности в состав предохранительных ВВ этого класса вводят большее количество пламегасителей (до 20—25%). Однако в ряде случаев, например при частичном или полном обнаже­ нии шпурового заряда, эти ВВ не обеспечивают в достаточной степени безопасность взрывных работ.

Класс V. ВВ повышенной предохраннтельностп. ВВ этого класса пригодны для группового короткозамедленного взрывания шпуро­ выми зарядами в угольных шахтах любой категории по газу пли пыли; в основном их применяют там, где применение ВВ класса IV запрещено — в шахтах III категории и сверхкатегорных по метану. ВВ класса V имеют меньшую энергию взрыва, чем ВВ класса IV, но значительно большую степень предохранптельности: они не вос­ пламеняют метано-воздушную смесь взрывом открытого заряда мас­

169