Буровзрывные работы (БВР) являются одним из наиболее доступных и эффективных, а в ряде случаев незаменимых средств разрушения горных пород при добыче полезных ископаемых и при проведении горных выработок. С их помощью в настоящее время проводится около 70% тупиковых выработок и добывается около 10% угля. Однако угольная промышленность предъявляет к взрывчатым веществам (ВВ) особые требования. Эти требования диктуются в первую очередь опасностью применения ВВ в угольных шахтах, в атмосфере которых часто содержатся метан и угольная пыль[1].
Предприятия угольной промышленности Украины в 2005 году израсходовали около 8 тысяч тонн ВВ, из них около 5 тысяч тонн предохранительных и около 8 млн. штук электродетонаторов (ЭД).
Несмотря на большие преимущества, взрывные работы (ВР) имеют существенный недостаток – повышенную опасность воспламенения метано- и пылевоздушных смесей. Последнее можно проиллюстрировать следующими данными, представленными в различных литературных источниках, а также данными собранными за последние годы. За период с 1980г. По 2005г. Произошло более 30 вспышек и взрывов метановоздушной смеси (МВС) в угольных шахтах Украины.
Энергия, выделяющаяся при взрыве ВВ в шпурах, лишь частично расходуется на совершение механической работы. Неиспользованная часть энергии может оказаться достаточной для того, чтобы вызвать вспышку и взрыв метановоздушной или пылевоздушной смеси в шахте[2].
Основными причинами воспламенения МВС при взрывных работах являются недостаточный уровень антигризутности (предохранительности) и устойчивости против выгорания предохранительных ВВ.
Детонирующий шпуровой заряд - 37%;
Одним из важнейших мероприятий для обеспечения безопасности работ в угольных шахтах, опасных по газу и пыли, является применение специальных ВВ - такие ВВ называют предохранительными, или антигризутными (от французского слова grisou – рудничный газ).А также средств и способов взрывания, уменьшающих вероятность воспламенения рудничной атмосферы.
В последние годы проведена определенная работа, направленная на повышение безопасности и эффективности взрывных работ. В частности: разработаны и внедрены высокопредохранительные ВВ V и VI классов, устойчивые против выгорания – углениты 13П, 13П/1 и 10П, разработано также предохранительное ВВ IV класса, устойчивое против выгорания – аммонит Ф-5 [1].
Обоснование актуальности темы: непосредственными причинами, вызывающими воспламенение метановоздушной смеси при взрывных работах, могут быть воздушная ударная волна, раскаленные или горящие твердые частицы и высокотемпературные газы. Также на воспламенение рудничной атмосферы влияет состав ВВ, скорость детонации, наличие ингибиторов воспламенения (пламегасителей), энергия ВВ, условия взрывания и ряд других факторов. Поэтому детальное изучение факторов, влияющих на уровень предохранительных свойств промышленных ВВ, является необходимым для создания новых ВВ, которые бы отвечали ряду требований, предъявляемым к промышленным предохранительным ВВ. Одним из таких факторов является скорость детонации.
Целью работы является изучение влияния скорости детонации на уровень предохранительных свойств промышленных взрывчатых веществ. В связи с поставленной целью возникает ряд задач, которые необходимо реализовать, а именно:
Практическая ценность: изучение влияния скорости детонации на уровень предохранительных свойств промышленных взрывчатых веществ позволит вывести аналитическую зависимость предохранительных свойств промышленных ВВ от скорости детонации, а это в свою очередь позволит провести предварительную оценку предохранительных свойств исследуемых ВВ при взрыве в метановоздушной смеси, до проведения дорогостоящих испытаний в опытном штреке, требующих затрат времени, и аналитически просчитать и выбрать оптимальный состав при разработке нового ВВ.
Научная новизна: проделанная работа позволит уточнить известные положения о влиянии скорости детонации на способность ВВ при взрыве в опасной среде поджигать МВС и ПВС, т. е. уточнить влияние скорости детонации на предохранительные свойства ВВ.
ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ
Зависимость воспламеняющего действия взрыва от скорости детонации, бризантности и плотности ВВ
При изучении влияния скорости детонации и бризантности на воспламеняющую способность ВВ постоянного состава (аммонит №6) их увеличивали в результате более интенсивной обработки аммонитной массы в шаровой мельнице. При этом работоспособность составов оставалась практически неизменной. Скорость детонации измерялась при взрывании ВВ в картонных трубках диаметром 30 мм.
При взрывании открытых свободно подвешенных зарядов (табл. 1) патроны ВВ помещали в песчаную оболочку весом 220 г.
Таблица 1
| Показатели | Фракционный состав соли (содержание 25%), мкм | Соль отсутствует | ||||||||||||
| 900-1750 | 400-710 | |||||||||||||
| Время обработки аммонита (без соли) в шаровой мельнице, мин | 0 | 5 | 40 | 80 | 160 | 240 | 0 | 5 | 40 | 80 | 160 | 240 | 30 | 130 |
| Бризантность,мм | 10,7 | 11,4 | 13,5 | 15,3 | 15,6 | 15,7 | 11,9 | 12,3 | 14 | 14,4 | 15 | 15,3 | 12 | 19,6 |
| Частость воспламенений, % | 60 | 60 | 70 | 70 | 100 | 100 | 10 | 30 | 70 | 80 | 90 | 100 | 20 | 80 |
Из данных таблицы 1 видно, что с повышением бризантности увеличивается частость воспламенения при взрывании зарядов непосредственно в газовой камере. В то же время существенной разницы при испытании ВВ различной скорости детонации и бризантности в мортире (табл. 2) не обнаруживается. В последней серии опытов с взрыванием в мортире для образцов ВВ с большей бризантностью и скоростью детонации воспламеняющее действие взрыва несколько снизилось, что объясняется переизмельчением соли-пламегасителя при совместной обработке с аммонитом в шаровой мельнице (соль вводили за 5 мин до конца смешивания). Полученные результаты можно объяснить тем, что при взрывании зарядов непосредственно в газовой камере скорость взрыва ВВ может существенно влиять на процесс смешивания ПВ с горючей средой, так как меняется скорость разлета ПВ. При взрывании зарядов ВВ в мортире влияние скорости детонации менее заметно, так как газодинамические условия смешивания газов в этом случае определяются главным образом перепадом давления и сечением выходного отверстия мортиры. При взрывании ВВ в мортире с забойкой влияние скорости детонации на воспламеняемость метановоздушной смеси еще меньше ввиду быстрого выравнивания давления в канале мортиры.
Таблица 2
| Показатели | Содержание соли, % | |||
| 15 | 4 | 6* | 6** | |
| Время обработки аммонита, мин | 4 30 60 120 240 | 10 40 120 | 10 40 120 | 10 40 120 |
| Скорость детонации, см/с | - - - - - | 2,57 4,05 4,12 | 1,9 3,32 3,78 | 2 3,46 4,07 |
| Бризантность, мм | 12,7 13,5 14,1 15 15,8 | 10,5 16,2 18,6 | 10,5 15,1 15,9 | 10,4 14,7 17,1 |
| Вес заряда, г | 400 | 600 | 600 | 600 |
| Частость воспламенения, % | 44 58 63 46 58 | 85 71 85 | 0 17 0 | 57 29 14 |
*Взрывание с внутренней забойкой длиной 10 мм из пластичной глины.
Данное объяснение касается лишь газодинамических условий смешивания газов, связанных со скоростью детонации ВВ. Однако показатели бризантности и скорости детонации ВВ постоянного химического состава косвенно отображают и полноту химического превращения, влияющую по разным причинам на воспламеняющую способность ВВ. При низкой бризантности (скорости детонации) вследствие меньшей полноты взрывчатого превращения уменьшается фактическая теплота взрыва, но возрастает число (масса) дефлагрирующих твердых частиц и газообразных продуктов, не отвечающих термодинамическому равновесию (окислов азота, окиси углерода и др.). Первое должно понизить воспламеняющую способность ВВ, второе – повысить. Для высокобризантных ВВ картина противоположная. Тот факт, что изменения свойств ВВ вследствие различной технологии приготовления составов, выявляемые косвенно по показателям скорости детонации существенно не повлияли на воспламеняющую способность ВВ, свидетельствует об их взаимной нейтрализации либо о малом диапазоне самого изменения в выбранных условиях взрывания с учетом догорания продуктов неполного превращения во взрывной камере (канале мортиры) до их выброса в воспламеняющую среду.
В пользу гипотезы о взаимной нейтрализации в некоторой степени свидетельствуют результаты статистической обработки материалов стандартных испытаний заводских партий ПВВ в опытном штреке ВостНИИ:
Наибольшее число воспламенений газа приходится на партии со средней бризантностью. В партиях с наиболее высокой бризантностью воспламеняющая способность снижается благодаря более полному протеканию реакций взрывчатого превращения.
Бризантность и скорость детонации аммонитов существенно зависят от плотности ВВ, причем при постоянном диаметре заряда эта зависимость имеет экстремальный характер. В дополнение к опытам, в которых бризантность составов изменялась в результате длительной шаровой обработки в процессе смешивания, были выполнены опыты с образцами ВВ одинаковой технологической обработки, бризантность которых менялась в зависимости от степени уплотнения ВВ. Заряды взрывали в трех вариантах: в патронах весом 100 г без оболочек в газовой камере (табл. 3), в оболочках в газовой камере и без оболочки в мортире.
Таблица 3
| Показатели | Состав ВВ | ||
| аммиачная селитра55%, тротил 15%, хлористый натрий 30% | аммиачная селитра47,5%, тротил 12,5%, хлористый натрий 40% | аммиачная селитра24%, гексоген 24%, древесная мука 2%, хлористый натрий 50% | |
| Плотность ВВ, г/см3 | 1 1,2 1,5 | 1 1,2 1,5 | 1 1,25 1,5 |
| Бризантность, мм | 10,1 11,2 7 | 8,9 10,4 8,7 | 11,4 11,7 14,8 |
| Частость воспламенения, % | 100 80 0 | 30 30 0 | 40 40 40 |
Из табл. 3 видно, что при взрывании открытых зарядов плотность ВВ не оказывает заметного влияния на воспламеняющее действие взрыва.
По второму варианту в газовой камере штрека взрывали заряды аммонита АП-2 (68,5% аммиачной селитры; 15% тротила; 1,5% древесной муки и 15% хлористого калия) весом 75г в оболочке из хлористого калия весом 60 г. При плотности ВВ 1 г/мл газ воспламенился в 15% опытов, при плотности 1,3 г/см3 – в 20%. При взрывании ВВ одного и того же состава в мортире при увеличении плотности с 1 до 1,3 г/см3 разницы в частости воспламенения газа также не обнаружено.
Таким образом, можно считать, что если плотность ВВ в пределах 1 – 1,5 г/см3 не влияет на полноту детонации зарядов, то она не влияет и на воспламеняющее действие взрыва. Был рассмотрен вопрос влияния плотности заряда на скорость детонации взрывчатых веществ, в частности смесевых промышленных взрывчатых веществ, как одну из важных взрывных характеристик ВР[3].
Основными задачами оптимизации свойств предохранительных ВВ являются либо достижение максимального уровня предохранительности при заданном уровне практической эффективности, либо достижение максимально возможного уровня практической эффективности ВВ при необходимом уровне предохранительных свойств.
-показатель газовости ВВ;
- показатель полноты разложения в детонационной волне;
- параметр предохранительности при взрывании открытых зарядов (свободно подвешенных и в уголковой мортире);
- параметр предохранительности при взрывании в канале мортиры.
Разработки по теме
Перечень нерешенных проблем и вопросов
Вывод: На сегодняшний день из литературных источников известны аналитические зависимости обработанные и выведенные различными учеными, которые нечетко отражают влияние скорости детонации на уровень предохранительных свойств ВВ. Если в результате работы удастся установить четкую зависимость, то это даст возможность разработать высокопредохранительные мощные ВВ.
ЛИТЕРАТУРА