Лукьянов В.Г., Комащенко В.И., Шмурыгин В.А. Взрывные работы

Подождите немного. Документ загружается.

181

ности с высокими абсолютными значениями (до 5 000 °С) этого параметра,

а также чрезвычайной кратковременностью его существования. В связи с

этим основным методом определения температуры взрыва является пока

расчётный, основанный на том, что у различных ВВ температура взрыва

связана с теплотой взрыва приблизительно линейным соотношением.

Экспериментальным путём давление взрыва измеряется с помощью

комплекта приборов, состоящего из датчиков, воспринимающих давление,

усилителя сигналов и осциллографа, принимающего и регистрирующего

сигналы. Тензодатчик давления с четырьмя растянутыми проволочными

тензоэлементами показан на рис. 2.25. Нижние концы всех тензоэлементов

прикреплены к пружинам, укреплённым на дне корпуса датчика. Верхние

концы крайних тензоэлементов прикреплены к корпусу, а средних – к мем-

бране. При давлении взрыва на мембрану последняя прогибается и умень-

шает натяжение плеч ас и а'с', а натяжение плеч bс и b'с' увеличивается.

При этом изменяется их омическое сопротивление, что регистрируется

гальванометрами осциллографа. Перед установкой тензодатчики тарируют.

Рис. 2.25. Тензодатчик давления с растянутыми тензоэлементами

Широко распространён пьезоэлектрический метод измерения дав-

ления, основанный на измерении электрического заряда, возникающего

на поверхности пьезоэлемента под влиянием давления. В качестве пье-

зоэлементов применяют пьезокварц, турмалин, титанат бария и др.

Пьезоэлемент из титаната бария представляет собой диск диамет-

ром 8 мм и толщиной 3 мм. Ось поляризации параллельна оси диска.

Величина заряда, возникающего на торцах пьезоэлемента, пропорцио-

нальна давлению P, приложенного к его торцам величине пьезоэлектри-

ческого модуля m, т. е. Q = тР. Пьезоэлемент из титаната бария приме-

няют для определения величины давления взрыва в горной породе на

различных (небольших) расстояниях от взрываемого заряда.

182

2.6. Факторы влияющие на скорость детонации зарядов ВВ

Специфика промышленных ВВ состоит в том, что они являются

физически и химически неоднородными системами, чем объясняются

особенности их детонации. Промышленные ВВ представляют собой сме-

си разнородных по химическим и физическим свойствам материалов.

На детонационную способность промышленных ВВ может суще-

ственно влиять равномерность смешивания компонентов, а на скорость

детонации – диаметр заряда в определённых пределах.

При увеличении диаметра заряда А скорость детонации υ

растёт и при-

ближается к максимальному значению (рис. 2.26). Начиная с некоторого пре-

дельного диаметра d

пр,

скорость детонации близка к предельной. При крити-

ческом диаметре d

кр

детонация вообще не может распространяться по заряду,

а ниже критического становится неустойчивой и затухает. Критический диа-

метр – это значение диаметра, ниже которого детонация невозможна. Чем

меньше критический диаметр, тем больше детонационная способность ВВ.

Большое влияние на величину d

кр

оказывает прочность оболочки.

У промышленных ВВ d

кр

открытого заряда колеблется от 4 до 120 мм.

При увеличении прочности оболочки d

кр

резко уменьшается.

Критический диаметр детонации заряда гранулированных ВВ в

бумажной оболочке составляет 60…120 мм, а в металлической трубке –

10…30 мм.

Плотность ВВ существенно влияет на устойчивость и скорость

детонации. Для индивидуальных ВВ (тротил, гексоген, тэн и др.) с уве-

личением плотности ширина зоны реакции в детонационной волне со-

кращается и соответственно уменьшаются d

пр

и d

кр

Рис. 2.26. График зависимости

скорости детонации открыто-

го заряда (1) и в оболочке (2) от

его диаметра

Для смесевых ВВ (граммониты, аммониты и т. п.) с увеличением

плотности вначале d

пр

и d

кр

уменьшаются, а затем увеличиваются. У ме-

ханических смесей с повышением плотности υ

возрастает до макси-

мального значения, соответствующего критической плотности, а далее

детонация затухает. Критическая плотность смесевых ВВ – это значе-

ние плотности, выше которого детонация становится неустойчивой и

затухает. Для увеличения критической плотности в состав ВВ вводят

сильные сенсибилизаторы (гексоген, тэн и др.).

183

На детонационную способность ВВ большое влияние оказывает

его дисперсность. Так, сокращение размеров частиц приводит к умень-

шению d

кр

зарядов. Гранулированные и грубодисперсные ВВ имеют

больший d

кр

по сравнению с порошкообразными того же состава.

На устойчивость детонации также влияет дисперсность ВВ. Тротил с

частицами размером 0,01 мм имеет d

кр

= 9 мм, а с частицами 0,5 мм – 28 мм.

Критический диаметр для смесевых ВВ зависит и от процентного соотно-

шения компонентов. Так, с уменьшением содержания тротила в аммонитах

с 21 до 5 % он увеличивается от 12 до 25 мм.

2.7. Характеристика ВВ

К физико-химическим характеристикам относятся плотность, пла-

стичность, слёживаемостъ, гигроскопичность, водоустойчивость, расслаи-

ваемостъ, чувствительность, экссудация, стойкость.

Плотность – это отношение массы ВВ к занимаемому им объёму,

которое выражается в г/см

, кг/дм

и т/м

. Она влияет на взрывные ха-

рактеристики ВВ. Для каждого ВВ существует оптимальная плотность,

при которой достигается наибольший эффект при взрыве.

Пластичность – свойство ВВ легко деформироваться, изменяя

форму заряда, но при этом сохраняя определённую жёсткость. Пластич-

ные ВВ (например, акваниты) по сравнению с порошкообразными обла-

дают повышенной плотностью.

Слёживаемость – способность порошкообразных ВВ терять при

хранении сыпучесть и превращаться в плотную массу с потерей вос-

приимчивости к детонации.

Гигроскопичность – способность ВВ поглощать влагу и увлажняться.

Водоустойчивость – способность патронов ВВ при непосредст-

венном соприкосновении с водой сохранять в течение определённого

времени взрывчатые свойства. Она повышается при включении в состав

ВВ гидрофобных добавок.

Расслаиваемостъ – свойство ВВ в условиях заряжания и транс-

портирования терять однородность состава.

Чувствительность ВВ к инициированию – величина начального

импульса, необходимого для возбуждения взрыва.

Экссудация – способность ВВ при хранении выделять из своего

состава жидкие и легкоплавкие компоненты. Она проявляется у ВВ, со-

стоящих из жидких нитроэфиров.

Стойкость – способность ВВ сохранять химические и физиче-

ские свойства. Различают химическую и физическую стойкость. По-

следняя – способность ВВ сохранять неизменными свои физические

свойства и структуру. Химическая стойкость ВВ – способность проти-

востоять разложению в течение определённого периода.

184

К взрывным характеристикам относят теплоту взрыва, объём га-

зов, бризантностъ, детонацию, работоспособность и старение.

Теплота взрыва – одна из основных характеристик для оценки

эффективности ВВ при разрушении пород. При взрыве большинства

промышленных ВВ газы нагреваются до 1 800…4 400°С.

Объём газов – количество газообразных продуктов, выделяющихся

при взрыве 1 кг ВВ. Объём газов при взрыве 1 кг промышленных ВВ нахо-

дится в пределах от 300 до 1 000 л/кг и зависит от состава и плотности ВВ.

Бризантность – способность ВВ при взрыве производить дробя-

щее действие на окружающую твёрдую среду. Различают местное (бри-

зантное) или дробящее действие и общее или фугасное. Бризантное дей-

ствие взрыва характеризуется изменением породы на контакте с заря-

дом ВВ. При фугасном действии взрыва породы разрушаются на рас-

стоянии от заряда за счёт ударных волн и поршневого действия газов.

Бризантность определяется на свинцовых столбиках (проба Гесса) и для

большинства ВВ и находится в пределах 10…30 мм.

Детонация обусловлена распространением по ВВ детонационной

волны, которая вызывает в момент прохождения скачкообразное изме-

нение давления, температуры и плотности ВВ. Скорость детонации за-

ряда ВВ зависит от характеристик самого ВВ (состава, дисперсности,

плотности), диаметра и условий взрывания. Скорость детонации опре-

деляют методом сравнения известной скорости детонации шнура с её

значением, полученным при испытании заряда (метод Дотриша).

Работоспособность – способность ВВ при взрыве выполнять ме-

ханическую работу по разрушению окружающей среды и её сжатию.

Работоспособность определяют в свинцовой бомбе (бомба Трауцля) и

на породных образцах.

Старение – необратимый процесс ухудшения или полной потери

ВВ взрывчатых свойств в течение времени. При старении ВВ ухудшает-

ся их чувствительность к внешним воздействиям, а также снижается

способность к передаче детонации.

Контрольные вопросы

1. В чём заключается сущность метода Дортиша по определению

скорости детонации ВВ?

2. Какие экспериментальные методы оценки работоспособности ВВ

Вы знаете?

3. Что называется чувствительностью ВВ? Для каких видов внеш-

них воздействий оценивается чувствительность ВВ?

4. Что называется температурой вспышки ВВ?

5. Раскройте понятие минимального инициирующего импульса.

6. С помощью каких технических средств экспериментально опре-

деляются энергетические характеристики ВВ?

185

ГЛАВА 3

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВВ

3.1. Классификация ВВ. Основные требования к промышленным ВВ

Известно большое число химических соединений и смесей, кото-

рые способны под действием внешнего импульса взрываться; они могут

называться взрывчатыми системами. По своему физическому состоя-

нию они бывают:

• твёрдыми однокомпонентными химическими соединениями (гексоген,

тэн, тротил) или смесями (аммиачная селитра + тротил и т. д.);

• смесями жидких и твёрдых веществ (нитроэфиры + аммиачная се-

литра; соляровое масло + аммиачная селитра);

• смесями газов (метан + воздух, ацетилен + кислород и т. д.);

• смесями твёрдых и жидких веществ с газами (угольная, древесная или

другая органическая пыль + пары керосина, бензина + воздух и т. д.);

• жидкими веществами (тринитроглицерин, динитрогликоль);

• смесями жидких веществ (тетранитрометан + бензол, четырёхоксид

азота + керосин и т. д.).

Для ведения взрывных работ в горной промышленности приме-

няются промышленные взрывчатые вещества, на которые имеются

ГОСТы или утверждённые в установленном порядке технические усло-

вия, а также журнальные постановления Ростехнадзора.

Практическое применение в качестве промышленных ВВ имеют

первые две группы. Наибольшее распространение получили взрывчатые

смеси из твёрдых веществ. Для взрывного бурения применяются ВВ из

смеси жидких компонентов.

Промышленные ВВ должны обладать пониженной чувствитель-

ностью к внешним воздействиям, быть безопасными в обращении, при

транспортировании и хранении, иметь относительно невысокую стои-

мость. Они не должны оказывать вредного влияния на организм челове-

ка как при их изготовлении, так и в процессе применения. Вместе с тем

промышленные ВВ должны обладать достаточной мощностью, безот-

казно детонировать от современных средств инициирования (СИ) или

промежуточных детонаторов соответствующей мощности, обеспечивать

устойчивую детонацию по всей массе ВВ, сохранять свои свойства в те-

186

чение всего периода гарантийного срока хранения и иметь достаточную

стойкость при длительном нахождении в зарядной камере.

При ведении взрывных работ на открытой поверхности нет огра-

ничений по количеству ядовитых газов, выделяемых при взрывах, по-

этому могут использоваться ВВ с кислородным балансом, не равным

нулю. Однако применение ВВ с отрицательным кислородным балансом

при взрывании на глубоких карьерах ограничено вследствие трудности

удаления вредных газов из зоны глубоких горизонтов. Кроме того, ядо-

витые газы в течение почти 100 ч могут находиться в развале взорван-

ной породы, проникать по трещинам в подземные выработки и вызы-

вать отравление работающих там людей. Поэтому применение таких ВВ

должно быть чётко регламентировано.

Промышленные ВВ, применяемые в подземных условиях, при

взрыве не должны образовывать много ядовитых газов, а в шахтах,

опасных по взрыву газа или пыли, дополнительно ещё должны иметь

пониженную температуру взрыва.

ВВ должны обладать хорошей сыпучестью, минимальными слё-

живаемостью при хранении и пылением при пересыпке, быть малочув-

ствительными к механическим воздействиям, чтобы работы по заряжа-

нию скважин могли выполняться зарядными агрегатами. В связи с не-

обходимостью заряжания большого числа скважин ВВ должны сохра-

нять постоянными свойства при нахождении в скважинах в течение

времени подготовки блока к взрыву (7–10 суток и более).

При больших значениях линии наименьшего сопротивления

(ЛНС) и диаметров заряда основное влияние на интенсивность дробле-

ния пород при взрыве оказывают трещиноватость пород и прочность

отдельностей. Удельная энергия ВВ при крупных взрывах имеет мень-

шее значение, чем при отбойке шпурами и скважинами малого диаметра

(70…100 мм). Поэтому допустимо применение ВВ с относительно не-

высокой теплотой взрыва (до 4000 кДж/кг). Такие ВВ в большинстве

случаев обеспечивают хорошее дробление породы при относительно

невысокой стоимости самих ВВ. Эти ВВ особенно эффективны, если в

результате механизированного заряжания увеличивается плотность за-

ряда в скважинах и тем самым повышается объёмная концентрация

энергии, т. е. количество энергии в единице объёма (1 дм

Примерно 15 % общего количества ВВ должно обладать высокими

взрывчатыми характеристиками с теплотой взрыва не ниже 5 000 кДж/кг.

Такие ВВ предназначены для дробления трудновзрываемых пород. Про-

мышленными экспериментами на карьерах, разрабатывающих крепчай-

шие железистые кварциты (Кривой Рог, КМА), установлено, что при ис-

пользовании высокоплотных (ρ > 1,4 г/см

) водосодержащих ВВ со ско-

187

ростью детонации зарядов 5 км/с и более высоких расчётных удельных

расходов ВВ (1,2…1,7 кг/м

) не только достигается интенсивное их дроб-

ление, но и происходит взрывное разупрочнение части кусков, за счёт че-

го снижаются затраты на их механическое дробление и измельчение,

увеличивается выход железа в концентрат. Такие же результаты могут

быть получены на некоторых рудах цветных металлов. Значительная

часть (до 40 %) ВВ должны быть водоустойчивыми и иметь плотность

выше 1 т/м

. Это необходимо при заряжании обводнённых скважин. При

этом смесь ВВ и воды должна устойчиво детонировать от мощного дето-

натора. Экономически целесообразно применение водосодержащих ВВ

на предприятиях с годовым потреблением более 10 тыс. тонн.

Следует считать перспективным создание водоустойчивых ВВ для

заряжания скважин с непроточной водой и ВВ с загущенным нераство-

ряемым раствором селитры, карбамида и т. п. (можно применять и при на-

личии проточной воды в скважинах), создание горячельющихся ВВ плот-

ностью более 1 т/м

из смеси селитры, тротила, пудры, легко окисляю-

щихся металлов и твердеющих растворов. Возможно при заряжании сква-

жин использовать ВВ с меньшей водоустойчивостью в полиэтиленовых

гирляндах, эластичных рукавах, имеющих общую плотность более 1 т/м

Особенно эффективно проводить заряжание обводнённых сква-

жин неводоустойчивыми ВВ путём установки полиэтиленового рукава с

помощью специальных устройств, начиная от дна скважины с одновре-

менным вытеснением из неё воды. При этом возможно вести заряжание

скважины после установки рукава вручную или с использованием за-

рядных машин. Наиболее эффективно использовать совмещение опера-

ций установки полиэтиленового рукава, вытеснение воды из скважин и

её заряжание с подачей ВВ сжатым воздухом.

При заряжании обводнённых скважин ВВ в жёстких оболочках

можно использовать гораздо более дешёвые ВВ, чем гранулотол или

алюмотол. Однако такие конструкции зарядов ВВ могут быть эффек-

тивны только при обеспечении механизации заряжания и небольших

объёмах взрывов.

С применением на крупных карьерах двухбункерных зарядных

машин с устройствами для откачки воды из обводнённых скважин требо-

вания к ассортименту ВВ могут существенно измениться. На предпри-

ятие можно поставлять отдельно гранулотол и аммиачную селитру, кото-

рая размещается в другом хранилище, примыкающем к стационарному

узлу подготовки селитры для зарядных машин. Заполнение бункеров се-

литрой и гранулотолом и размещение на машине ёмкости с соляровым

маслом позволяет получать на горном предприятии непосредственно пе-

ред заряжанием блока различные ВВ: игданит, граммонит и т. д., приме-

188

нять гранулотол в скважинах с проточной водой. Это позволяет крупным

горным предприятиям, использующим механизированные пункты подго-

товки ВВ и зарядные машины, уменьшить потребление тротила и других

дорогих водоустойчивых ВВ. При этом доставка на предприятие отдель-

но гранулотола и аммиачной селитры обходится дешевле, чем доставка

смесевого ВВ, так как аммиачная селитра перевозится по регламенту

обычных, а не взрывоопасных грузов.

В целом на крупных карьерах с механизацией взрывных работ

объём применения ВВ, изготавливаемых на стационарных пунктах их

подготовки, должен существенно возрасти. Стационарный пункт приго-

товления ВВ для бестротиловых гранулированных и водосодержащих

ВВ должен быть универсальным.

В настоящее время основной объём горных пород на карьерах от-

бивают зарядами, размещаемыми в вертикальных и наклонных скважи-

нах диаметром 100…300 мм. ВВ, применяемые на карьерах, могут иметь

критический диаметр более 100 мм, т. е. пониженную детонационную

способность в зарядах малого диаметра. Это могут быть грубодисперс-

ные гранулированные ВВ с широкой зоной химической реакции. ВВ с

такой характеристикой обеспечивают более равномерное дробление по-

роды при взрыве путём уменьшения зоны переизмельчения у заряда.

Многообразие условий применения и высокие технические требо-

вания к промышленным ВВ вызвали необходимость иметь их широкий

ассортимент, насчитывающий десятки наименований.

Промышленные ВВ классифицируются по ряду признаков, имею-

щих значение для практического использования.

По условиям применения ВВ подразделяются на восемь классов

(табл. 3.1).

По физическому состоянию промышленные ВВ могут быть сле-

дующими: порошкообразными, шнекованными, прессованными, литы-

ми, гранулированными (чешуйчатыми), водонаполненными, льющими-

ся, горячельющимися, пластичными.

Компоненты гранулированных ВВ имеют гранулы размером 1…3 мм

или чешуйки того же размера. Водонаполненные ВВ за счёт добавок воды с

загустителем имеют слаботекучую медообразную консистенцию. Льющиеся

ВВ имеют легкоподвижную консистенцию, допускающую их транспортиро-

вание по шлангам. Горячельющиеся водонаполненные ВВ легкоподвижной

консистенции в горячем состоянии твердеют при нормальной температуре.

Пластичные ВВ и смеси твёрдых компонентов с жидкой желатини-

зированной массой сохраняют приданную им форму длительное время.

189

Таблица 3.1

Классификация ВВ по условиям применения

Класс ВВ Вид ВВ и условия его применения

Цвет

отличительной

полосы или

оболочек

патронов

1 2 3

Непредохранительные ВВ для взрывания толь-

ко на земной поверхности

Белый

Непредохранительные ВВ для взрывания на

земной поверхности и в забоях подземных вы-

работок, в которых либо отсутствует выделе-

ние горючих газов и пыли, либо применяется

инертизация призабойного пространства, ис-

ключающая воспламенение взрывоопасной

среды при взрывных работах

Красный

III

Предохранительные ВВ для взрывания только

по породе в забоях подземных выработок, в

которых имеется выделение метана и отсутст-

вует взрывчатая пыль

Синий

Предохранительные ВВ для взрывания по углю

и (или) породе или горючим сланцам в забоях

подземных выработок, опасных по взрыву

угольной или сланцевой пыли при отсутствии

метана; или по углю и (или) породе в забоях

подземных выработок, проводимых по уголь-

ному пласту, в которых имеется выделение ме-

тана, кроме забоев, отнесённых

к особо опас-

ным по метану при взрывных работах; или для

сотрясательного взрывания в забоях подзем-

ных выработок

Жёлтый

Предохранительные ВВ для взрывания по углю

и (или) породе в особоопасных по метану при

взрывных работах в забоях подземных вырабо-

ток, проводимых по угольному пласту, когда

исключён контакт боковой поверхности шпу-

рового заряда с метановоздушной смесью, на-

ходящейся либо в пересекающих шпур трещи-

нах массива горных пород, либо в выработке

Жёлтый

190

Продолжение табл. 3.1

1 2 3

Предохранительные ВВ для взрывания по углю

и (или) породе в особо опасных по метану при

взрывных работах в забоях подземных вырабо-

ток, проводимых в условиях, когда возможен

контакт боковой поверхности шпурового заряда

с метановоздушной смесью, находящейся либо

в пересекающих шпур трещинах массива гор-

ных пород, либо в выработке; или в

угольных

или смешанных забоях восстающих (с углом

более 10°) выработок, в которых выделяется

метан, при длине выработок более 20 м и про-

ведении их без предварительно пробуренных

скважин, обеспечивающих проветривание за

счёт общешахтной депрессии

Жёлтый

VII

Предохранительные ВВ и изделия из предохра-

нительных ВВ IV–VII классов для ведения спе-

циальных взрывных работ (для водораспыления и

распыления порошкообразных ингибиторов, для

взрывного перебивания деревянных стоек при

посадке кровли, при ликвидации зависаний гор-

ной массы в углеспускных выработках, для дроб-

ления негабаритов) в забоях подземных вырабо-

ток, в которых возможно

образование взрыво-

опасной концентрации метана и угольной пыли

Жёлтый

Специаль-

ный (С)

Непредохранительные и предохранительные

ВВ и изделия из них, предназначенные для спе-

циальных взрывных работ, кроме забоев под-

земных выработок, в которых возможно обра-

зование взрывоопасной концентрации метана и

угольной пыли

–

1-я группа

Взрывные работы на земной поверхности: им-

пульсная обработка металлов, инициирование

скважинных сосредоточенных зарядов; контур-

ное взрывание для заоткоски уступов; разруше-

ние мёрзлых грунтов; взрывное дробление не-

габаритных кусков породы; сейсморазведочные

работы в скважинах; создание заградительных

полос при локализации лесных пожаров и дру-

гие специальные работы

Белый