 |
Основные свойства взрывчатых материалов
Взрывом называется процесс высвобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за весьма короткий промежуток времени. Различают физический, химический и ядерный взрывы. При физическом взрыве изменяется только физическое состояние вещества, химический же состав его остается неизменным (взрыв парового котла, баллона сжатого или жидкого газа, метеорита при ударе о землю).
Химический взрыв — это быстрое химическое превращение вещества, при этом энергия межмолекулярных связей выделяется в виде теплоты и образуются газообразные продукты, которые, расширяясь, производят механическую работу. Ядерный взрыв — чрезвычайно быстрое выделение огромного количества энергии в результате цепной ядерной реакции деления тяжелых ядер.
В промышленности в основном применяют химические взрывы Ядерные взрывы имеют ограниченное применение. Химическое превращение веществ при взрыве называют взрывчатым превращением, а скорость, с которой происходит это превращение, скоростью взрывчатого превращения или скоростью взрыва. Химический взрыв основан на окислении кислородом горючих элементов (углерода, водорода и др.). По своей сути это быстрое горение вещества.
По скорости взрывчатого превращения взрывы делят на детонацию, взрывное горение и выгорание (дефлаграцию). Детонация — это взрыв с постоянной и максимальной для данного вещества и в данных условиях сверхзвуковой скоростью.
Детонация характеризуется прохождением по заряду детонационной волны (волны сжатия). Взрывное горение — это взрыв, протекающий со скоростью нескольких сотен метров в секунду (взрыв дымного пороха, возбужденный искрой или пламенем).
Выгорание — это переход детонации в горение со скоростью несколько десятков метров в секунду. Выгорание — явление нежелательное, так как в шахтах, опасных по газу или пыли, оно может привести к взрыву метана или угольной пыли.
К взрывчатым веществам (ВМ) относят взрывчатые вещества (ВВ) и средства инициирования (СИ). Взрывчатые вещества — химические системы или механические смеси, способные взрываться под влиянием внешних импульсов (нагрева, удара, взрыва другого ВВ), т. е. переходить с высокой скоростью в другие системы или вещества с выделением большого количества тепла и газов. Мощность ВВ зависит от состава и его кислородного баланса, количества газов, образовавшихся при взрыве, количества выделяющегося тепла, температуры и скорости взрыва. Кислородный баланс ВВ — это избыточное, достаточное или недостаточное количество кислорода в веществе по сравнению с его количеством, необходимым для полного окисления углерода, водорода и других элементов, способных окисляться при взрыве.
Различают положительный, нулевой и отрицательный кислородные балансы. При положительном кислородном балансе в ВВ содержится больше кислорода, чем необходимо для полного окисления горючих элементов. Оставшийся кислород, например, в аммиачной селитре окисляет при взрыве свободный азот, образуя ядовитые оксиды азота.
При отрицательном кислородном балансе не все горючие элементы окисляются полностью из-за недостатка кислорода и в продуктах взрыва появляются ядовитый оксид углерода СО и неокислившийся углерод. Основными показателями ВВ, характеризующими их мощность, являются работоспособность, бризантность и чувствительность.
Работоспособность В В — способность его производить механическую работу. Работоспособность зависит от объема газов и теплоты, образующихся при взрыве ВВ. Работоспособность промышленных ВВ составляет 130-500 см3. Бризантность ВВ — способность его производить при взрыве измельчение, пробивание или дробление среды, соприкасающейся с зарядом. Промышленные ВВ имеют бризантность 4-30 мм. Чувствительность ВВ определяет степень опасности обращения с ними.
Мерой чувствительности является наибольшая высота, падая с которой, груз не вызывает взрыва навески ВВ. По условиям применения в угольной и горнорудной промышленности ВВ делят на семь классов: I и II классы — непредохранительные. III и ГУ классы — предохранительные; V класс — повышенной предохранительности; VI и VII классы — высоко предохранительные. Патроны ВВ, ящики, мешки и пакеты с ВВ должны иметь отличительные знаки в виде цвета оболочек или диагональных полос: у ВВ, допущенных к применению только на открытых работах (I класс), — белый цвет, у ВВ, допущенных к применению на открытых работах и в шахтах, не опасных по газу или пыли (II класс), — красный цвет, у ВВ, допущенных для взрывания в чисто породных забоях, опасных по метану (III класс), — синий цвет, а у ВВ, допущенных к применению в шахтах, опасных по газу и пыли, для взрывания по углю и породе (IV-VI классы) — желтый цвет.
ВВ делятся на две основные группы: нитроглицериновые и аммиачно-селитренные. В большинстве угольных шахт выделяется метан, который с воздухом образует взрывчатую смесь. Метан воспламеняется не сразу при появлении источника высокой температуры, а с некоторым запозданием (период индукции).
Например, при температуре 650°С метан взрывается через 10 с, а при температуре 1000° С — через 1 с. Если время воздействия высокой температуры будет меньше периода индукции, то метан не взорвется. Для соблюдения этого условия при взрывных работах в шахтах, опасных по газу и угольной пыли, созданы предохранительные ВВ с температурой взрыва 1200-2800°С и высокой скоростью его. Продолжительность взрыва шпуровых зарядов предохранительных ВВ значительно меньше периода индукции. Для снижения температуры взрыва в состав предохранительных ВВ вводят пламегасители — хлористые соли натрия и калия.
Пламегасители, поглощая часть теплоты взрыва, снижают температуру и, действуя как отрицательные катализаторы, обрывают реакцию взаимодействия метана с кислородом. С повышением содержания пламегасителей уменьшается вероятность взрыва взрывчатой смеси, но вместе с тем снижается работоспособность ВВ и восприимчивость к детонации, что может привести к неполным взрывам и выгоранию зарядов. Для повышения предохранительных свойств ВВ их помещают в предохранительные оболочки, представляющие собой двойные пластиковые ампулы с раствором аммиачной селитры между ними.
В настоящее время изготовляют специальные патроны СП-1 с зарядом угленита Э-6 массой 185 г. Для возбуждения взрыва заряда необходимо создать начальный импульс, затратив определенное количество энергии извне. Начальный импульс можно создать огневым, электрическим, электроогневым способом инициирования и инициированием с помощью детонирующего шпура.
К средствам инициирования относят капсюль-детонатор, детонирующий шнур и электродетонатор. Средствами зажигания являются огнепроводный шнур, электрозажигательные трубки и патроны. Капсюль-детонатор служит для инициирования ВВ при огневом способе взрывания.
В настоящее время выпускают капсюли-детонаторы КД-8Б и КД-8С в бумажных и металлических гильзах. Огнепроводный шнур применяют для передачи пучка искр капсюлю-детонатору.
При взрывании одного заряда поджигать шнур можно спичкой, а при взрывании группы зарядов — с помощью контрольного отрезка огнепроводного шнура или зажигательных патронов ЗП-Б. Контрольный отрезок огнепроводного шнура применяют для контроля за временем поджигания при взрывании зарядов на подземных работах, длина его должна быть на 60 см меньше самого короткого из поджигаемых шнуров, на котором через 2-3 см делают поперечные с наклоном надрезы до пороховой сердцевины. Контрольный отрезок поджигают первым и при догорании его до конца необходимо немедленно удалиться в безопасное место, так как до взрыва первого заряда (зарядов) осталось 1 мин. Для поджигания одного отрезка огнепроводного шнура применяют электрозажигательные трубки ЭЗТ-2, а для группового взрывания большого числа зарядов — электрозажигатели ЭЗОШ-5 и электрозажигательные патроны ЭЗП-Б пяти марок.
В такие патроны помещают от 8 до 37 отрезков огнепроводного шнура. Электрозажигатель представляет собой бумажную гильзу, внутри которой вставлен электровоспламенитель.
С противоположного конца гильзы вставляется огнепроводный шнур. Детонирующий шнур (ДШ) применяют для одновременного взрывания большого числа удлиненных зарядов в шпурах, скважинах, камерах на открытых, подземных работах, кроме шахт, опасных по газу и пыли. Скорость детонации детонирующего шнура 6500-7000 м/с. Электродетонаторы (ЭД) бывают мгновенного, коротко замедленного и замедленного действия и служат для инициирования ВВ при электрическом способе взрывания.
Промышленность выпускает электродетонаторы мгновенного действия марки ЭД-8-Ж, ЭД-1-8-Т, ЭД-1-3-Т, ЭД-КЗ, ЭД-ЗД со временем срабатывания 2-1000 мс, а для шахт, опасных по газу и пыли, предохранительные электродетонаторы повышенной мощности ЭД-КЗ-ОП со временем срабатывания 0-6 мс. Предохранительные электродетонаторы снаружи покрыты слоем пламегасителя. Промышленность выпускает предохранительные электродетонаторы марки ЭД-КЗ-ПМ семи ступеней замедления со временем срабатывания: 1МП-15 мс, 2ПМ-30 мс, ЗПМ-45 мс, 4ПМ-60 мс, 5ПМ-80 мс, 6ПМ — 100 мс, 7ПМ — 120 мс, марки ЭД-КЗ-П пяти ступеней замедления: 1П — 25 мс, 2П — 50мс, ЗП-75 мс, 4П-100 мс, 5П-125 мс, а также непредохранительные электродетонаторы ЭД-КЗ шести ступеней замедления: 1-25 мс, 2-50 мс, 3-75 мс, 4-100 мс, 5-150 мс и 6-250 мс. Номер ступени замедления указан на металлической бирке. Для взрывания на открытых работах и в шахтах, не опасных по газу и пыли, выпускают электродетонаторы замедленного действия ЭД-ЗД Девяти ступеней замедления: 1 — 0,5 с; 2 — 0,75 с; 3-1с;4-1,5с, 5-2с;6-4с;7-6с;8-8си9-10с. При электрическом инициировании применяют электрическую взрывную сеть, источники тока и электроизмерительные приборы.
Электровзрывная сеть служит для подвода электрического тока к электродетонаторам и состоит из электродетонаторных, соединительных и магистральных проводов. Электродетонаторные провода — медные диаметром не менее 0,52 мм и длиной 1,5 -4 м. Соединительные провода служат для соединения детонаторных проводов между собой и с магистральными проводами, а последние служат для соединения взрывной сети с источником тока.
Магистральные провода должны иметь медные жилы площадью сечения не менее 0,75 мм и длину, равную расстоянию от укрытия взрывника до забоя, а при ведении взрывных работ в шахтах для подготовительных забоев — не менее 75 м, очистных забоев (лав) — не менее 50 м. В качестве источников тока можно применять батареи, осветительные и силовые сети, передвижные электростанции и взрывные машинки. Источник должен иметь мощность, обеспечивающую в электродетонаторе ток: не менее 1 А при числе одновременно взрываемых электродетонаторов до 100 шт. не менее 1,3 А при числе одновременно взрываемых электродетонаторов до 300 шт., не менее 2,5 А при взрывании переменным током.
В шахтах, опасных по газу и пыли, применяют источники тока во взрывобезопасном исполнении, обеспечивающие подачу во взрывную сеть кратковременного импульса тока в течение 2-6 мс, чтобы к моменту разрыва и возможного замыкания проводов взрывной цепи она была обесточена. Для этих шахт применяют автономный переносной конденсаторный прибор ПИВ-100М, который имеет встроенный испытатель взрывной цепи ИВЦ-2. Кроме того, выпускают переносные взрывные приборы в нормальном исполнении КВП-1/100М, а также конденсаторные взрывные машинки КПМ-3 и ВМК-500, имеющим генератор тока с ручным приводом. Для взрывания зарядов от силовой и осветительной сети применяют взрывные приборы с прямым включением тока (взрывная станция ПВС-220), выпрямительные (КВП-750) и конденсаторные (ПВС) приборы, применяемые для проведения взрывных работ в забоях вертикальных стволов шахт, опасных по газу и пыли.
Они обеспечивают безотказное взрывание 250 последовательно соединенных электродетонаторов. Электроизмерительные и контрольные приборы предназначены для определения проводимости тока, измерения сопротивления электродетонаторов и взрывных сетей, для проверки исправности взрывных машинок.
Напряжение и величину тока силовых и осветительных сетей, используемых в качестве источника тока, определяют с помощью вольтметра и амперметра. Определение токрпроводимости и измерение сопротивления электродетонаторов и взрывной сети производят омметрами, линейными мостиками, взрывными испытателями.
Все приборы для проверки исправности и измерения сопротивления должны давать ток не более 50 мА.