Чувствительность ВВ к разбуриванию



 

Имеет особо важное значение, так как при взрывании в шахтах зачастую остаются так называемые «стаканы» с остатком отказавшего ВВ, не обнаруживаемые при осмотре забоя. При попадании бура на остатки ВВ во время бурения возможен взрыв. Известен  метод оценки чувствительности промышленных ВВ к разбуриванию, по которому в шпур, пробуренный в блоке песчаника, помещают патрон испытываемого ВВ весом 100-200 г. Сверху по направляющим в шпур опускается буровая штанга, приводимая во вращение электродвигателями, со стандартными угольными или породными коронками. Установка позволяет вести разбуривание со скоростями 500,1000,1500 об/мин., т.е позволяет испытывать ВВ при нормальных и форсированных режимах работы. Осевое усилие регулируется сменными грузами. Первоначальное осевое усилие (35 гр) подобрано таким образом, что еще обеспечивается максимально возможная нагрузка, не снижающая скорость вращения сверла. Результаты испытаний определяются частостью взрывов, число опытов выбирается в зависимости от требуемой точности оценки результатов.

Чувствительность ВВ к ударной волне

Обычно оценку чувствительности к ударной волне, распространяющейся в среде, проводят по минимальному или критическому давлению (Ркр ) в ударной волне, инициирующей детонацию в заряде. Для определения критического давления инициирования необходимо значение ударной адиабаты исследуемого ВВ, которая определяется как связь величины давления и удельного объема вещества на ударном фронте Р= ƒ(V).  Часто ударную адиабату (изображает процесс на термодинамической диаграмме без теплообмена системы с окружающей средой) описывают зависимостью давление – массовая скорость вещества Р= ƒ(Uм). Это вытекает из того, что параметры Р,V,D,Uм связаны между собой уравнениями сохранения массы и количества движения в ударной волне:

 ; .

Знание любой пары параметров достаточно для нахождения по уравнениям остальных двух. В экспериментах обычно определяют скорость ударной волны и массовую скорость вещества.

Экспериментальное определение ударных адиабат промышленных ВВ трудоемко и не всегда дает удовлетворительные результаты вследствие неоднородности ВВ. В связи с этим при определении критического давления инициирования обычно предполагают, что ударные адиабаты большинства промышленных ВВ плотностью 0,8-1,3 г/см3 совпадают с ударной адиабатой порошкообразного тротила той же плотности, определенной экспериментально. Для определения критического давления инициирования экспериментально используется следующая схема опытов по ее измерению (рисунок 2.5):

Рисунок 2.5 - Схема опытов по измерению критического давления

 

С помощью взрывной линзы (4) в активном заряде (3) формируется детонационная волна с плоским фронтом. При ее столкновении с преградой из инертного материала (2) ударная волна входит в нее и воздействует на испытываемое вещество (1). Изменение интенсивности ударной волны, вошедшей в заряд испытываемого ВВ, достигается выбором активного заряда (3) при постоянной толщине преграды (3-5 мм). Подбирают такой активный заряд, при котором еще возможно возбуждение детонации в заряде испытываемого ВВ.   

Одной из форм проявления чувствительности ВВ к ударной волне является передача детонации на расстояние, характеризующееся критическим расстоянием (R), на котором возбуждается или не возбуждается детонация в пассивном заряде от детонации активного заряда, и определяется массой активного заряда G, чувствительностью пассивного заряда к ударной волне и свойствами передающей среды, определяющими диссипативные потери энергии ударной волны. По И.Е. Тамму на поверхности земли:

 

           ,                       (2.11)

где d- эффективный поперечный размер пассивного заряда;  k – коэффициент, равный 1,5 для тротила и 0,65 для аммонита №6.

На практике из-за того, что передача детонации носит вероятностный характер, различают три характерных расстояния: отвечающее 100%-ой вероятности передачи детонации, 50 % и 0%. Нулевое расстояние часто называют безопасным по передачи детонации расстоянием (максимальное расстояние, при котором передача детонации не происходит).

 Малые заряды цилиндрической формы (патроны) на передачу детонации испытывают, укладывая два патрона ВВ на плотный грунт, на некотором расстоянии друг от друга таким образом, чтобы ось одного патрона служила продолжением оси другого патрона. Один из патронов (боевик) снабжается электродетонатором. Таким способом определяется максимальное расстояние между патронами, при котором в двух испытаниях детонация передается от патрона боевика к пассивному патрону. Для определения полноты детонации пассивного заряда (патрона) МакНИИ предложил «трехпатронный» метод. Третий патрон – патрон «свидетель». 

 

2.5.6. Чувствительность ВВ к инициирующему импульсу

 

Возбуждение устойчивой детонации в заряде ВВ определяется его чувствительностью к инициирующему импульсу. Для каждого ВВ существует некоторый минимальный инициирующий импульс, необходимый для возбуждения устойчивой детонации заряда. Если приложенный импульс слабее минимального, то детонации не будет при любом диаметре заряда. Очевидно, что в этом случае отсутствие детонации будет связано с недостаточностью инициирующего импульса. Знание минимального инициирующего импульса для ВВ позволит правильнее использовать их на практике.

Минимальный инициирующий импульс определяют следующим образом: навеска инициирующего ВВ (обычно гремучей ртути), взвешенная с точностью ±0,01 г, запрессовывается в латунную чашечку диаметром 6 мм под давлением 180 кг/см2. Чашечку с запрессованной навеской ВВ помещают в медную гильзу от капсюля-детонатора №8 и сверху вставляют отрезок огнепроводного шнура до соприкосновения с навеской ВВ. Инициатор вставляют в заряд исследуемого ВВ диаметром 40 мм, массой 50 г, который устанавливается на свинцовый цилиндр, как при определении бризантности. За величину минимального инициирующего импульса принимают ту наименьшую навеску инициирующего ВВ, при инициировании которой, заряд исследуемого ВВ дает обжатие свинцового столбика, близкое к обжатию, полученного по стандартной пробе Гесса.

Величины минимального инициирующего импульса в г для ряда ВВ следующие:

Гексоген (1,0 г/см3)                                       0,14

ПобедитВП-7 (1,0 г/см3)                                0,14

Аммонит№6 (1,0 г/см3)                                 0,17

Определение минимального инициирующего импульса, выражаемого массой инициирующего ВВ, способного возбудить устойчивую детонацию исследуемого ВВ, возможно только для ВВ, чувствительных к первичным средствам инициирования. На практике широко применяются ВВ, требующие более мощного инициирующего импульса, например взрыва «патрона-боевика». Нахождение критических параметров патрона-боевика возможно как расчетным, так и опытным путем.

Энергия, выделившаяся из инициатора (боевика), примыкающего к заряду возбуждаемого ВВ = =  (учитывая, что Q»D2). Из предпосылки равенства энергии имеем: =

                   ,            (2.15)

где  - диаметр боевика,

 - критический диаметр испытываемого ВВ,

- плотность испытываемого ВВ,

 - критическая скорость детонации (при ),

 - плотность боевика,

 - скорость детонации боевика.

Массу боевика можно рассчитать, исходя из оптимальных технологических соотношений боевика (его геометрии) h/d=1,5, и плотности ( ).

Критический диаметр на практике определяют методом телескопических зарядов. По этому методу составляют заряд, состоящий из набора цилиндрических зарядов разного диаметра и длиной не менее 10 d, таким образом, чтобы ось одного заряда служила продолжением оси другого заряда. Такой составной заряд инициируют со стороны большого заряда и определяют, на какой ступени затухла детонация.

Величины критических диаметров (мм) для некоторых ВВ следующие:

Нитроглицерин (1,59 г/см3)                       2,0

Гексоген (1,2 г/см3)                                    1,0-1,5

Тротил порошкообразный (1,0 г/см3)       8-10

Тротил литой (1,46 г/см3)                           31

Граммонит 79/21 (0,9 г/см3)                       100

   Гранулит АС-8 (0,85 г/см3)                        120

Акватол (1,35 г/см3)                                     80

 

Стойкость ВВ

 

Стойкостью ВВ называют способность ВВ сохранять в практических условиях хранения постоянными свои первоначальные химические и физические свойства. В соответствии с этим различают химическую и физическую стойкости ВВ.

Химической стойкостью ВВ называют способность их сохранять практически неизменными химический состав и химические свойства в течение достаточно длительного срока. Она зависит от химической природы и чистоты ВВ. Показателем химической стойкости ВВ является гарантийный срок хранения – предельный срок, в течение которого у ВВ сохраняются первоначальными химический состав и свойства. Для увеличения гарантийных сроков в состав ВВ вводят стабилизаторы химической стойкости (мел, сода).

Способы определения химической стойкости:

Г.К.Клименко дана следующая классификация методов испытания стойкости ВВ:

- количественные методы;

- методы, основанные на термическом разложении в присутствии продуктов разложения;

- методы, основанные на термическом разложении в отсутствии продуктов разложения;

- методы, основанные на определении температуры вспышки и времени, протекающего до вспышки;

- методы, основанные на изучении разложения с явно выраженным процессом автокатализа;

- методы без нагревания испытываемого ВВ.

В практике испытаний ВВ на химическую стойкость в настоящее время действует «манометрическая» проба на установке «Вулкан». Параметры проведения испытания: температура - 110 оС, время - 14 часов, газовыделение - не более 20 мм. рт. ст.

Физической стойкостью ВВ называют способность ВВ сохранять неизменными свои первоначальные физические свойства и структуру в условиях нормального хранения и применения.

Склонность ВВ к тем или иным физическим изменениям фиксируется различными специальными пробами. Мы остановимся на тех основных физических изменениях ВВ, которые могут оказать существенное влияние на способность их к взрыву или сделать неудобными в обращении.

Гигроскопичность – это характерная для многих веществ способность при определенных внешних условиях поглощать влагу из окружающей среды. Гигроскопичностью обладают аммиачно-селитренные ВВ, содержащие в своем составе очень гигроскопическое вещество – аммиачную селитру.

Гигроскопическая точка (h*) математически выражаются как

 

              , % ,               (2.16)

где Ра упругость пара над насыщенным раствором вещества, мм. рт.ст.;

Ро – упругость пара, насыщающего воздух, при той же температуре, мм. рт. ст.

Гигроскопическая точка (h*), относительная влажность воздуха, при которой не происходит ни подсыхание, ни увлажнение вещества, служит одной из характеристик стойкости различных ВВ в отношении увлажнения. Чем выше гигроскопическая точка того или иного вещества, тем менее гигроскопичным оно является.

Величина гигроскопической точки зависит от температуры.

Обычно чем выше температура, тем при меньшей относительной влажности увлажняется вещество.

Гигроскопическую точку на практике находят, выдерживая навески ВВ в эксикаторах над растворами, имеющими различную, но заведомо определенную упругость водяных паров. Взвешивая образцы ВВ после выдержки над этими растворами до насыщения, находят, при какой упругости водяных паров масса образца не меняется.

Часто о гигроскопичности судят по скорости увлажнения ВВ по сравнению с другими веществами, гигроскопичность которых известна. Скорость поглощения влаги обычно тем больше, чем ниже гигроскопическая точка.

Гигроскопичность обычно способствует слеживаемости ВВ (аммиачно-селитренные).

Слеживаемостью называют способность некоторых порошкообразных веществ терять при хранении сыпучесть и превращаться в прочную сплошную массу.

Основной причиной слеживаемости смесей (аммиачно-селитренный, дымный порох) является связывание частиц ВВ (нерастворимых в воде) за счет образовывания на поверхности раздела первоначальных частиц кристаллов (растворимых в воде), образующихся в процессе цикла: увлажнение – подсушка.

В обычных условиях хранения ВВ не всегда наблюдается прямая зависимость между гигроскопичностью и слеживаемостью ВВ. ВВ, имеющие очень низкую гигроскопическую точку (50-70 %), легко увлажняются, однако переход из состояния увлажнения к подсыханию у таких ВВ происходит реже, чем у веществ с более высокой гигроскопичной точкой. «Благоприятные» условия для слеживаемости ВВ с низкой точкой гигроскопичности (подсыхание) создаются реже.

Процессу слеживаемости способствует сдавливание частиц ВВ.

Не оказывают влияния на слеживаемость ВВ модификационные переходы в водорастворимых компонентах (аммиачная селитра, калиевая селитра).

Слеживаемость с увеличением размера частиц ВВ, как правило, уменьшается.

Степень слеживаемости чаще всего количественно определяют по усилиям, необходимым для разминания ВВ в патроне или мешке (упаковке).

Водоустойчивость. Водоустойчивыми принято называть такие ВВ, заряды которых способны при непосредственном соприкосновении с водой сохранять в течение некоторого времени неизменными свои свойства (основные) или менять их в незначительном интервале.

Изменение взрывчатых свойств ВВ при соприкосновении с водой может происходить либо вследствие флегматизирующего действия воды, либо в результате частичного или полного растворения в воде отдельных компонентов.

В целях предотвращения проникновения в заряд слишком больших количеств воды, целесообразно обводненные скважины заряжать не «засыпкой», а путем помещения в них плотных зарядов ВВ в достаточно прочных оболочках. Заряды из кусков прессованного тротила хорошо детонируют и при помещении их в обводненные скважины без оболочек.

Достаточно водоустойчивые ВВ – ВВ на основе нитроглицерина (с большим его содержанием), тротила (акватолы), эмульсионные ВВ.

Для придания водоустойчивости аммиачно-селитренным ВВ в их состав вводят так называемые гидрофобные добавки.

По структуре порошкообразные вещества можно рассматривать как системы, состоящие из множества капилляров. В зарядах порошкообразных ВВ, погруженных в воду, наблюдается явление капиллярности, вызываемое влиянием сил межмолекулярного взаимодействия на равновесие и движение границ жидкости с твердыми телами. Наиболее распространенный пример капиллярного явления – поднятие или опускание жидкости в узких капиллярах и в пористых телах, обусловливающие миграцию воды в зарядах ВВ. Эти явления вызываются добавочным т.н. капиллярным давлением (Рs), создаваемым поверхностным натяжением (s) на искривленной поверхности (мениске) жидкости в капилляре. По закону Лапласа

             Рs= 2s / r,                       (2.17)

где r – средний радиус кривизны поверхности жидкости.

В круглом капилляре радиусом r0 высота h подъема (а) жидкости (рисунок 3.7), смачивающей стенки (краевой угол смачивания q=0о), и высота опускания (б) не смачивающей стенки (q=180о) определяются формулой Жюрена

 

      h=2s cos q=r0 g (p1 – p2),            (2.18)

где g – ускорение свободного падения,

p1 и  p2 – плотности жидкости и ее пара,

q - краевой угол.

Понижение давления пара над вогнутой поверхностью жидкости обусловливает конденсацию пара в порах смачиваемых пористых тел (капиллярная конденсация), чем объясняется гигроскопичность.

 Конденсация – переход вещества из газообразного состояния в жидкое или кристаллическое.

 

Рисунок 2.7 - Капиллярные явления:

а- поднятие жидкости, смачивающей стенки капилляра; б- опускание жидкости, не смачивающей стенки капилляра

 

Вещества, не смачиваемые водой, называются гидрофобными, а вещества, смачиваемые водой, - гидрофильными.

Для придания водоустойчивости гидрофильным ВВ в них необходимо вводить гидрофобные добавки. Особенно высокой гидрофобностью обладает парафин. К сожалению большинство гидрофобизирующих добавок флегматизируют ВВ, т.е. снижают их чувствительность к первоначальному импульсу. Так, предельный инициирующий заряд гремучей ртути для аммонита № 6 при добавлении к нему 1 % по массе стеарата кальция повышается от 0,3 до 0,8 г.

Кроме того, введение гидрофобных добавок приводит к снижению энергетики ВВ и может отразиться на детонационной способности ВВ.

Степень замокания водоустойчивых зарядов определяется временем, температурой, глубиной помещения заряда в скважине, его геометрией и состоянием окружающей среды.

Водоустойчивость ВВ при испытаниях в полигонных и лабораторных условиях принято характеризовать сохранением способности к передаче детонации на расстояние после выдержки патронов в воде определенное время. Стандартным считают условия испытания, при которых патроны диаметром 32 мм и массой 200 г помещают в вертикальном положении в бак с водой так, чтобы над их верхним торцом находился столб воды высотой 1 м. В таком положении патроны выдерживают в течение 1 часа. Извлеченные из воды патроны должны передавать детонацию по стандартной пробе на расстояние, незначительно отличающееся от расстояния, установленного для сухих патронов. В тоже время минимальное расстояние, на которое в патронах должна передаваться детонация, должно быть, по крайней мере, не менее 2 м.

Водоустойчивые заряды повышенной плотности и больших размеров (для скважин) проверяют на полноту детонации после выдержки без оболочки в воде в вертикальном положении в течение 4 ч. О полноте детонации судят по образованию после взрыва воронки и по отсутствию остатков ВВ.

Плотность ВВ. Ранее мы отмечали, что плотность ВВ оказывает влияние на их детонационную способность и некоторые взрывчатые характеристики.

В практике работ с ВВ различают три вида плотностей:

- гравиметрическая (или насыпная), определяемая как отношение массы свободного насыпанного в гравиметр (цилиндр) ВВ к объему гравиметра;

- плотность патронов, определяемая обычно как отношение массы всего патрона к объему всего патрона;

- плотность заряжания, определяемая как отношение массы заряда ВВ к объему зарядной камеры, отведенной под заряд ВВ.

Во взрывных работах применяют ВВ в порошкообразном состоянии при плотности около 1 г/см3, в шнекованном или прессованном состоянии - при плотности около 1,25 и 1,50 г/см3 и в пластичном состоянии - при плотности около 1,50 г/см3.

Единых общепринятых методов определения способности ВВ к переуплотнению нет. Судить о способности к переуплотнению ВВ можно лишь по величине изменения плотности ВВ при хранении (применении) за пределом ее критического значения. 

 

2.7. Температура и теплота взрыва

 

Взрывной процесс (из определения) представляет собой экзотермическую химическую реакцию превращения ВВ. Это значит, что при взрыве всегда происходит выделение энергии. Говоря о тепловом эффекте химической реакции, всегда необходимо оговаривать и те условия, в которых эта реакция происходит, чтобы избежать ошибки при определении количества тепла, выделяемого при взрыве. Условием взрыва является изохорность. Все тепло практически выделяется при постоянном объеме (нет изменения объема – нет работы). Все выделившееся тепло согласно первому закону термодинамики расходуется на изменение внутренней энергии вещества. Количество тепла QV  , выделившееся при взрыве 1 кг (1 моль) ВВ в изохорном процессе, называется теплотой взрыва.

 

 

( В настоящее время в теории ВВ используется и другая энергетическая характеристика – удельная энергия ВВ U1 . Теплота взрыва QV  и U1 (удельная энергия ВВ) измеряются в одних и тех же единицах (размерность) – Дж/кг (в системе СИ) U1= 4,19 QV ).

Теплота взрыва является очень важной характеристикой ВВ. Чем больше тепла выделяется при взрывчатом превращении, тем выше работоспособность ВВ.

Теплота взрыва определяется теоретическим или экспериментальным путем.

В основе вычисления теплоты реакций лежит закон Гесса, согласно которому тепловой эффект реакции не зависит от пути реакции, а зависит только от начального и конечного состояний термодинамической системы. Это означает, что мы можем использовать теплоты образования взрывчатых веществ и теплоты образования продуктов разложения (взрыва) из простых веществ, приняв совершенно условно, что химическое превращение идет через промежуточную реакцию образования простых веществ.

В этом случае теплота взрыва должна быть равна алгебраической сумме теплот обеих реакций.

Теплота образования ВВ выделяется (или поглощается) при реакции:

простые вещества           

.    (2.19)

Теплота образования продуктов взрыва выделяется при реакции:     

 простые вещества

              .        (2.20)

Так как исходным в процессе взрыва является готовое взрывчатое вещество, то первую реакцию следует представить идущей в обратном направлении, тогда теплота образования ВВ должна быть в правой части уравнения и с обратным знаком:

ВВ (2.21)

Следовательно, теплота превращения ВВ в продукты взрыва выражается

ВВ  

и рассчитывается как

                          Q2;3 =Q1;3 Q1;2 .                       (2.22)

 

Теплота взрыва равна разнице между теплотой образования продуктов взрыва и теплотой образования ВВ.                                                                                           

Рисунок 2.8 - Схематическое изображение закона 

                     Гесса:

1- состояние простых веществ, 2- состояние ВВ,    3 - состояние продуктов взрыва

 

Если справочные данные по теплотам образования представлены при постоянном давлении (QР), по уравнению следует внести поправку на работу, совершаемую продуктами взрыва при их расширении:

 

QV (2;3) = QР + АР (V2 - V1),                            (2.23)

 

где  А- механический эквивалент тепла;

Р – конечное давление;

V2 и V1 – начальный и конечный объемы продуктов взрыва.

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 258; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ