Шмарева М.Б. Расчет основных характеристик взрывчатых веществ

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования Российской Федерации

Ухтинский государственный технический университет

Кафедра геофизических методов, геоинформационных технологий и систем

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Методические указания к лабораторным работам

по дисциплине «Взрывные работы и источники

геофизических полей»

Ухта 2003

УДК 550.834

Ш 71

Шмарева М.Б. Расчет основных характеристик взрывчатых веществ:

Методические указания. – Ухта: УГТУ, 2003. – 10 с.; ил.

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине

«Взрывные работы и источники геофизических полей» для студентов V курса

специальности 080400 – Геофизические методы поисков и разведки

месторождений полезных ископаемых.

В методических указаниях приводятся теоретические основы, порядок

проведения

расчетов и исходные данные для выполнения лабораторных работ.

Содержание методических указаний соответствует учебной рабочей программе.

Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой ГМИС протокол

№ 2 от 7.10.03 г. и рекомендованы к изданию.

Рецензент Демченко Н.П., к.г.-м.н., доцент кафедры ГМИС.

Редактор Лихачева И.А.

В методических указаниях учтены

замечания рецензента и редактора.

План 2003г., позиция 157.

Подписано в печать 18.11.03. Компьютерный набор Докиневич О.А.

Объем 10 с. Тираж 50 экз. Заказ № 174.

169300, г. Ухта, ул. Первомайская, 13.

Издательско-полиграфическое управление УГТУ.

169300, УГТУ, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13.

Лабораторная работа № 1

Расчет кислородного баланса и объема газов при взрыве

Цель работы:

1. Выполнить расчет кислородного баланса для индивидуальных и

смесевых взрывчатых веществ (ВВ).

2. По реакции взрывчатого разложения ВВ определить объем газов при

взрыве.

Введение

Рецептуры ВВ составляются с таким расчетом, чтобы при реакции взрыва

образовались: пары воды, азот и углекислота, т.е. газообразные продукты,

наименее опасные для человеческого организма. Когда в составе ВВ недостает

кислорода или имеется избыток его, то образуются ядовитые газы – СО; NO;

Теоретические основы

I. Кислородный баланс характеризуется отношением избытка или

недостатка кислорода в составе ВВ к его количеству, необходимого для

полного окисления горючих элементов в составе вв. Кислородный баланс

выражается в %.

Различают нулевой, положительный и отрицательный кислородный

баланс.

Кислородный баланс считается нулевым, если в составе ВВ содержится

количество кислорода, необходимое для полного окисления горючих

компонентов (углевода и водорода).

Если в составе ВВ не хватает кислорода для полного окисления горючих

элементов, то такое ВВ имеет отрицательный, а при избытке кислорода –

положительный кислородный баланс.

При взрыве ВВ с нулевым кислородным балансом образуется

минимальное количество ядовитых газов и выделяется максимальное

количество энергии.

При недостатке кислорода образуется ядовитая окись углерода (СО) с

меньшим выделением тепла (116 кдж/моль), чем при образовании двуокиси

углерода (СО

) – 396 кдж/моль.

При избытке кислорода образуются NO, NO

, а реакция протекает с

поглощением тепла.

Кислородный баланс определяет запас энергии ВВ и состав газообразных

продуктов взрыва, который зависит не только от химического состава ВВ, но и

от условий взрывания заряда: ограничение пространства, влажность ВВ,

свойства породы.

Уравнение для подсчета кислородного баланса для индивидуальных ВВ:

(

)

%10016

2/ba2d

К ⋅⋅

−

(1)

где:

– число атомов углерода (С) в

молекуле вв;

– число атомов водорода (Н);

– число атомов кислорода (О);

– молекулярная масса вв;

16 – атомная масса кислорода.

Атомные массы: С – 12; Н – 1; N – 14.

Расчет кислородного баланса для смесевых ВВ производится

суммированием произведений доли каждого компонента на его кислородный

баланс:

%100

i%К

...

%100

2%К

%100

1%К

i21

см

⋅

σσσ

(2)

Промышленные ВВ для взрывания в подземных условиях обычно имеют

незначительный положительный кислородный баланс (0,1-4%).

Избыток кислорода расходуется на окисление бумажных оболочек,

парафинового или синтетического покрытия патронированных ВВ.

II. Объем газов при взрыве определяется по реакции взрывчатого

разложения ВВ на основе закона Авогадро, согласно которому объем,

занимаемый грамм-молекулой различных газов при температуре 0

С и

давлении 101325 Па, равен 22,42 л.

Для определения объема газов, образуемых при взрыве ВВ, пользуются

формулой:

∑

= n42,22V

(3)

где

– количество грамм-молекул газообразных продуктов взрыва.

∑

В качестве примера определим объем газообразных продуктов,

образовавшихся при взрыве гексогена:

= 3H

O + 3CO + 3N

78,201942,22V

∑

(л)

Как известно, при нагревании на 1

С газ расширяется на 1/273 часть

своего объема. Можно подсчитать объем V (в л) газообразных продуктов

разложения при температуре взрыва – t

по следующей формуле:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

273

(4)

Порядок выполнения работы:

1. В работе используются исходные данные, заданные преподавателем.

2. По формуле (1) выполняется расчет

для индивидуальных ВВ.

3. По формуле (2) рассчитывается кислородный баланс смесевых ВВ.

Для расчетов используются

компонентов смеси, которые определяются по

формуле (1).

4. При вычислении объема газов взрывчатого превращения предварительно

выполнить уравнение химической формулы.

По результатам уравнения определить V

(3) и V(4).

Лабораторная работа № 2

Расчет основных характеристик детонационной волны

Цель работы:

Оценить для различных взрывных веществ скорость распространения

детонационной волны, давление в ее фронте, потери за счет разбрасываемого

периферийного слоя.

ЗАДАНИЕ 1.

Детонация вв

Основным свойством ВВ является способность к детонационному

превращению. Этот процесс объясняется гидродинамической теорией

детонации, в основу которой положен принцип распространения по массе ВВ

ударной волны сжатия, проходящей со сверхзвуковой скоростью.

Распространение ударной волны характеризуется скачкообразным переходом

среды из исходного невозмущенного состояния в состояние движения с более

высоким давлением, плотностью и

температурой. Находясь в зоне

непосредственного воздействия ударной волны, слои сжимаются,

разогреваются и начинают быстро реагировать, превращаясь в продукты

взрыва.

Совокупность ударной волны и прилегающей к ней зоны взрывчатого

химического превращения называется детонационной волной.

Одной из важных характеристик ВВ является скорость распространения

детонационной волны, называемой скоростью детонации (D). Основное

уравнение определения скорости

детонации имеет вид:

где

– скорость звука в продуктах детонации; c

– скорость движения газообразных продуктов взрыва.

Кроме того, скорость детонации может быть определена в зависимость от

энергетической характеристики ВВ по формуле:

QкD )1(2

−=

где Q – теплота взрыва;

= зависит от теплоемкости ВВ; С

– при постоянном давлении; С

– при

постоянном объеме. Значение

принимается в зависимости от плотности ВВ

(ρ

(г/см

) 0,1 0,25 0,5 0,75 1,0

1,3 1,6 2,22 2,8 3,05

Если Q

задано в ккал/кг, то необходимо выполнить переход в систему

СИ, т.е. 1 ккал=4186,8 Дж; Дж = м

·кг/с

; тогда:

кгс

кгм

⋅

Скорость детонации выражается тысячами метров в секунду.

По полученному значению D можно найти скорость движения

газообразных продуктов взрыва за фронтом детонационной волны:

Высокая скорость распространения детонационной волны вызывает

скачкообразное изменение параметров взрыва (давления, температуры,

плотности продуктов детонации).

Давление во фронте детонационной волны:

10*

где ρ

– начальная плотность ВВ в (кг/м

);

D – скорость детонации в (м/с);

Тогда давление в системе СИ выразится следующим соотношением:

Па

мс

мкг

см

кг

см

мкг

222223

⋅

=⋅

⋅

1 ат = 9,80665·10

Н/м

= [АТ]

[

]

[]

АТ

ат

⋅

108,9

Плотность продуктов детонации ρ превышает начальную плотность ρ

согласно соотношению:

ρρ

Между давлением, скоростью детонации и скоростью движения

продуктов взрыва за фронтом детонационной волны существует связь,

описываемая уравнением:

⋅

DР

Приведенные формулы дают возможность получить представление об

основных параметрах детонационной волны.

В задании 1 рассчитать: 1) скорость распространения детонационной волны и

скорость движения образовавшихся продуктов взрыва, во фронте волны при

взрыве различных ВВ.

Исходные данные см. табл. 1.

вариант наименование ВВ

(ккал/кг)

(г/см

)

кр

(мм)

1 Тротил насыпной 850 0,85 8 – 10

2 Тротил литой 1150 1,64 3

3 Тротил прессованный 1080 1,55 2

Гранулотол

(гранулированный тротил)

825 1,0 5 – 10

5 Алюмотол гранулированный 1260 1,1 5 – 10

6 Гексоген прессованный 1300 1,65 2,0

7 Гексоген насыпной 1170 1,1 2,5

8 Тетрил прессованный 1160 1,63 3,0

9 ТЭН прессованный 1400 1,69 2,0

Продолжение таблицы 1

10 Аммонит № 6 ЖВ 1030 1,1 10 – 12

11 Аммонит № 7 ЖВ 995 1,03

12 Аммонит № 3 1340 0,9 – 1,0 12 – 14

13 Аммонит № 1 1250 0,9 – 1,0 6 – 7

ЗАДАНИЕ 2.

Потери ВВ при детонации

В результате взрывчатого превращения часть ВВ, составляющая

периферийную зону заряда, не участвует в реакции. Затруднить разлет ВВ

можно уменьшив критический диаметр детонации. Это легко сделать, поместив

заряд в оболочку. Толщину – δ разбрасываемого периферийного слоя можно

определить по формуле:

кр

⋅

где α – коэффициент, зависящий от плотность ВВ, для насыпных и

прессованных α = 0,4; для литых α = 0,055.

кр

– критический диаметр в мм равный диаметру заряда, при котором

возможна детонация.

В задании 2 определить потери при взрыве зарядов ВВ за счет

разбрасывания периферийного слоя.

Исходные данные см. табл. 1.

(г/см) – плотность ВВ;

кр

(мм) – критический диаметр.

Конфигурация заряда – цилиндрически, брусковидный, фигурный (задает

преподаватель).

ПРИМЕР: заряд цилиндрический

Н = 200 мм

R = 25 мм

= 1 (г/см)

кр

= 2 (мм)

α = 0,4

8,024,0 =⋅=⋅=

кр

мм; 2.248.025

−

−=

Rr мм

Полный объем заряда

39220062514.3

=⋅⋅=⋅= HRV

[см

]

Объем потерь

(

)

1,212

222

=+⋅−=

δππ

rHrRV

[см

]

Потери в %

%7,6%100

392

1,21

%100 =⋅=⋅

Потери в граммах

1,2111,21

=⋅=⋅

V [г]

Библиографический список

1. Гущин В.И. Задачник по взрывным работам. – М.: Недра, 1990.

2. Казаков А.Т. Методика и техника взрывных работ при сейсморазведке. –

М.: Недра, 1987.

3. Кутузов Б.Н. Взрывные работы. – М.: Недра, 1980г.