Детонация ВВ, определение параметров детонационных волн

Понятие о взрыве

 

Классификация взрывов

 

По своей природе взрывы делятся на:

физические, при которых происходят только физиче­ские преобразования веществ (беспламенное взрывание с помощью жидкой углекислоты и сжатого воздуха, взрывы паровых котлов, баллонов со сжиженным газом, электрические разряды и т. д.);

химические, при которых происходят чрезвычайно бы­стрые химические реакции окисления с вы­делением тепла и газов (взрывы взрывчатых веществ, метана, угольной или другой органической пыли);

ядерные, при которых происходят цепные реакции деле­ния тяжелых ядер, либо термоядерной реакцией синтеза с образованием новых элементов.

При производстве взрывных работ в основном используют химические взрывы.

Хи­мическим взрывом называют крайне быстрое самораспространяющееся превращение некоторых хи­мических веществ или смесей с выделением тепла и образованием газообразных продуктов, при котором выделяется энергия и совершается работа.

Существенным признаком взрыва является резкое увеличение давления, вызывающее возникновение в окружающей среде ударной волны.

Вещества или смеси, способные при воздействии на них начального импульса к самораспространяю­щимся химическим превращениям в форме взрыва, называют взрывчатыми веществами (ВВ).

 

СПОСОБЫ БУРЕНИЯ ШПУРОВ И СКВАЖИН

Классификация способов бурения

Для бурения шпуров и скважин применяют разнообразное бурильное оборудование: сверла, бурильные молотки, буровые каретки, станки и установки. Ис­пользуются разные принципы воздействия бурового инструмента на забой и очистки скважин или шпуров при бурении от продук­тов разрушения. При всех способах при бурении выполняются следующие основные операции:

подготовка и установка буриль­ной машины для начала работ;

бурение (разрушение породы) с очисткой забоя шпура (скважины) от продуктов разрушения (буровой мелочи);

наращивание бурового става для достижения требуемой глубины бурения и его разборка после окончания работ;

смена из­ношенного бурового инструмента;

перемещение машины на новую точку бурения.

В настоящее время применяют на практике следующие способы бурения.

 

Вращательное бурение.

При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважины и одновременно с определенным усилием подается на забой. Величина усилия задается из расчета превышения предела прочности породы на вдавливание на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходят последовательное скалывание частиц породы с забоя и углубление инструмента по винтовой ли­нии. Продукты разрушения удаляются механическим способом с помощью витых штанг (при бурении шпуров), шнеков (при бу­рении скважин), а также промывкой забоя водой или продувкой возду­хом.

К вращательным способам бурения относятся: бурение шпу­ров резцами с помощью ручных и колонковых сверл; вращательное (шнековое) бурение скважин; бурение алмазным инструментом.

 

Ударное бурение.

При ударномбурении инструмент наносит удар по забою и разрушает породу под лезвием. После каждого удара инстру­мент поворачивается на некоторый угол, обеспечивая, таким об­разом, получение круглого сечения шпура или скважины.

В ударном бурении выделяют следующие виды: ударно-поворотное, ударно-вращательное и вращательно-ударное.

При ударно-поворотном бурении инструмент поворачивается только в проме­жутках между ударами специальным поворотным устройством.

При ударно-вращательном бурении удары наносятся по непрерывно вращающе­муся инструменту.

Разрушение породы при отмеченных двух видах ударного бурения происходит только за счет внедрения инструмента при уда­рах.

При вращательно-ударном бурении удары наносятся по непрерывно вращающе­муся инструменту, который при этом находится под большим осевым усилием. Разрушение про­исходит как за счет внедрения инструмента при ударах, так и за счет скола породы при вращении инструмента.

 

Огневое бурение.

При огневом бурении разрушение породы происходит в результате термонапряжений, возникающих при быстром нагреве по­верхности породы потоками раскаленных газов (t = 2000°С), вылетающих из сопел горелки со скоростью 2000 м/с и более.

Огневое бурение в основном применяется для расширения диаметра ранее пробуренных скважин в кварцсодержащих породах.

 

Кроме перечисленных способов, про­водятся опытные работы по применению взрывного, электроим­пульсного, магнитострикционного и иных способов разрушения пород при бурении, а также различных видов комбинированного бурения.

 

 

Способы бурения шпуров

 

Шпуры бурят вращательным способом с помощью ручных и колонковых сверл, ударно-поворотным с помощью перфораторов и бурильных молотков и вращательным и вращательно-ударным способами с помощью бурильных установок.

 

Ударное бурение шпуров.

Для ударного бурения шпуров применяют пневматические бурильные молотки (перфораторы). Они имеют наименьшую относительную массу на единицу, развиваемой мощности, невелики по габаритам и просты в обслуживании, успешно бурят породы любой крепости.

Ручные бурильные молотки используют при бурении шпуров в кусках негабарита, рисунок 3.3.

 

Рисунок 3.3 - Ручной бурильный молоток

 

Колонковые молотки применяют для бурения шпуров и скважин диаметром 70 - 100 мм глубиной до 10 м. Колонковые бурильные молотки монтируются на подающих механизмах, установленных на буровых станках, рисунок 3.4.

 

1 - шестигранная штанга; 2 - корпус коронки; 3 - пластинка из твердого сплава

 

Рисунок 3.4 - Тяжелый бурильный молоток на каретке и

буровой инструмент для бурильных молотков

 

Бурение производится с промывкой шпуров водой. В качестве инструмента при ударно-поворотном бурении применяют буры (сплошные и составные). Сплошной бур представляет собой стержень из специальной буровой стали, имеющий с одного конца головку, предназначенную для разрушения породы в забое, а с другой — хвостовик, вставляемый в поворотную буксу бурильного молотка. Составной бур имеет штангу с хвостовиком и съемную коронку, армированную твердым сплавом. Коронки для бурильных молотков показаны на рисунке 3.5.

Способы бурения скважин

Кислородный баланс ВВ

 

Рецептуры ВВ составляются с таким расчетом, чтобы при ре­акции взрыва образовались в основном пары воды, чистый азот и угле­кислота, т. е. газообразные продукты, наименее опасные для человеческого организма. Когда в составе ВВ не хватает кисло­рода или имеется избыток его по сравнению с необходимым коли­чеством, при взрыве образуются более ядовитые газы, в основном окись углерода и окислы азота.

Оксид углерода СО (угарный газ) образуется при нехватке кислорода. Его ядовитые свойства связаны с его способностью образовывать прочные соедине­ния при вдыхании с красными кровяными тельцами, являющимися переносчиками кислорода из легких к тканям, из-за чего челове­ческий организм начинает испытывать кислородную недостаточ­ность, а при концентрациях 1 % и более быстро наступает смерть.

Окислы азота NO, NO₂ образуются при избытке кислорода и при вдыхании в легких, всту­пая в реакцию с водой, образуют азотную и азотистую кислоты, действие которых приводит к отеку легких и смерти. Особую опасность окислы азота представляют из-за того, что они способны накапливаться в организме. Поэтому по токсическому действию они считаются в 6,5 раза более ядовитыми, чем окись углерода.

Кислородный баланс характеризуется отношением избытка или недостатка кислорода в составе ВВ к количеству его, необходимому для полного окисления горючих элементов в составе ВВ. Кислородный баланс наиболее просто определяется выраженным в процентах отношением грамм-атомной массы из­бытка или недостатка кислорода к грамм-молекулярной массе ВВ.

При записи химической формулы ВВ в виде C _a H _b N _c O _d кислородный баланс в процентах можно вычислить по формуле

 

(4.1)

 

где d, a и b - число атомов кислорода, углерода и водорода в составе ВВ;

М_ВВ - молекулярная масса ВВ.

Различают нулевой, положительный и отрицательный кислородный баланс.

Кислородный баланс считается нулевым, если в составе ВВ содержится количество кислорода, необходимое для полного окисления горючих компонентов. Если в составе ВВ не хватает кислорода для полного окисления горючих элементов, то такое ВВ имеет отрицательный, а при избытке кислорода — по­ложительный кислородный баланс. ВВ с нулевым кислородным балансом называются стехиометрическими.

При взрыве ВВ с нулевым кислородным балансом образуется минимальное количество ядовитых газов и выделяется максимальное количество энергии, поэтому при подборе рецептур ВВ следует стремиться к нулевому кислородному балансу.

Промышленные ВВ для взрывания в подземных условиях имеют незначительный положительный кислородный баланс от 0,1 до 4 %. Избыток кислорода используется на окисление бумажных оболочек и парафинированного покрытия патронируемых ВВ.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ

ВЗРЫВЧАТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Общие сведения

 

Все ВВ по способу возбуждения взрывчатого превращения в них условно разделяют на первич­ные (инициирующие) и вторичные (бризантные). Первичные ВВ — весьма чувствительные к тепловым и механическим воздействиям индивидуальные ВВ, взрывающиеся в малых зарядах от сравнительно слабых механических или тепловых импульсов. К таким ВВ, называемым инициирующими, относят гремучую ртуть, азид свинца и тенерес.

Инициирующие ВВ применяют для изготовления средств инициирования ((капсюлей-детонаторов, электродетонаторов, детонирующих шнуров).

Вторичные ВВ менее чувствительны к тепловому и механиче­скому воздействию. Для возбуждения в них взрыва необходим взрывной импульс небольшого заряда инициирующего ВВ. Из однородных вторичных ВВ чаще всего в составах смесевых промышленных ВВ используют нитроэфиры, тротил, динитронафталин и др. Более чувствительные вторичные ВВ, такие, как тетрил, тэн, гексоген, применяют в капсюлях-детона­торах в качестве вторичных зарядов, усиливающих их инициирующий импульс на смесевые ВВ.

По действию ВВ можно разделить на бризантные, метательные и пиротехнические. В качестве бризантных или дробящих ВВ используют все вторичные индивидуальные ВВ и смесевые промыш­ленные ВВ. Метательные ВВ, к которым отно­сятся пороха, отличаются малой скоростью взрывча­того превращения, протекающего в виде взрывного горения. Они поджигаются от тепловых источников воспламенения. Пиротехнические составы при­меняют для специальных целей (осветительные или сигнальные ракеты и т. п.). Во взрывном деле некоторые из них используют в качестве замедляю­щих составов в электродетонаторах короткозамедленного и замедлен­ного действия.

 

Метод шпуровых зарядов

 

На карьерах этот метод применяется при небольших объемах работ, раздельной (селек­тивной) выемке и малой мощности месторождения полезного иско­паемого, при добыче крупных блоков строительного и отделоч­ного камня, разработке особо ценных полезных ископаемых в тех случаях, когда требуется сохранить структуру ископаемого или не допустить излишнего его измельчения, для дробления негабаритов и рыхления мерзлоты.

Применяются вертикальные, наклонные или горизонтальные (слабонаклонные) шпуры диаметром 32—70 мм и глубиной 3—5 м.

В зависимости от свойств взрываемой породы и требуемого объема взрыва шпуры на уступе располагают в один или не­сколько рядов. В крепких породах для лучшего отрыва породы шпуры бурят с перебуром, составляющим 10—15 % высоты ус­тупа. Если в подошве уступа залегают более слабые породы, то шпуры бурят на глубину, равную высоте уступа. При наличии в подошве уступа глинистых или слабых прослоев шпуры недобуривают до этого слоя на 0,15—0,2 м.

Расстояние между шпурами в ряду должно быть таким, чтобы исключить повреждение соседних зарядов, взрываемых с замедле­ниями.

Достоинства метода шпуровых зарядов: равномерное и мелкое дробление взрываемых пород, возможность применения в любых горно-геологических условиях, простота, высокая маневренность. Недостатки метода: большой объем бурения, высокая себестои­мость работ, необходимость заряжания и взрывания большого числа шпуров, сложность организации работ при необходимости отбойки значительных объемов породы.

Технология и организация взрывных работ. Перед заряжанием проверяются правильность расположения шпуров на уступе, соот­ветствие их глубины высоте уступа или проектным данным. При необходимости производится очистка шпуров от буровой мелочи или шлама. Чистка шпуров выполняется их продувкой сжатым воздухом через опускаемую в шпур металлическую трубку или реже выгребанием шлама специальной ложечкой — чищалкой.

Для заряжания вертикальных и наклонных шпуров применяют порошкообразные, гранулированные и патронированные ВВ, для заряжания горизонтальных шпуров и при наличии в шпурах воды (влаги) — только патронированные ВВ. На карьерах механизи­рованное заряжание шпуров не применяется. При использовании порошкообразных ВВ шпуры заряжают засыпкой из мерной кружки или совком порциями по 150—200 г через металлическую воронку, установленную над устьем. После засыпки порции ВВ его слегка уплотняют деревянными или алюминиевыми забойниками. После размещения в шпуре 80—85 % величины заряда в него помещают патрон-боевик, и остальную часть заряда засыпают без уплотнения.

В случае заряжания шпура порошкообразными ВВ изготов­ление патронов-боевиков необязательно. В этом случае перед за­сыпкой последней порции ВВ в шпур опускают капсюль-детона­тор, электродетонатор или отрезок детонирующего шнура с за­вязанным на конце, узлом.

При заряжании патронированными ВВ патроны в шпуры вводят по одному. Патрон-боевик вводят последним. Слежавши­еся патроны с аммиачно-селитренным ВВ перед заряжанием не­обходимо предварительно размять руками до восстановления пер­воначальной порошкообразной структуры ВВ.

При заряжании сухих шпуров патронированным ВВ на их оболочках делают косой надрез, чтобы при раздавливании забойником сечение шпура было полностью заполнено ВВ.

Патроны-боевики во всех случаях вводят в шпур без надрезания, и вводимое после них ВВ уплотнять запрещается. При ис­пользовании прессованных ВВ торцы патронов с большей плот­ностью, не имеющие углублений для детонаторов, должны быть обращены к дну шпура. В прессованные патроны детонатор раз­решается вставлять только в углубление, сделанное в патроне на заводе-изготовителе.

При взрываний шпуров обычно для инициирования зарядов применяют капсюли-детонаторы или электродетонаторы.

После того как в шпур помещен весь заряд ВВ, оставшуюся свободной часть шпура осторожно, чтобы не повредить шнуры (детонирующий, огнепроводный) или электрические провода, за­полняют мелкой забойкой (песком, глиной, смесью глины с пе­ском, мелкой породой и т. п.). Первые порции забойки вводят без уплотнения, а у устья шпура забойку утрамбовывают. Обычно на забойку оставляют третью часть длины шпура.

При огневом инициировании зарядов проверяют число заря­женных шпуров, раскладывают концы шнуров, идущих от заря­дов, в удобное для поджигания положение, поджигают отрезки огнепроводного шнура и уходят в безопасное место. Перед взрывом зарядов с по­мощью детонирующего шнура взрывник обязан проверить пра­вильность монтажа взрывной сети. При электрическом взрывании взрывник монтирует взрывную сеть, присоединяет участковые провода к магистрали, осматривает сеть, уходит в безопасное место и оттуда с помощью электроизмерительных приборов про­веряет исправность взрывной сети. После проверки сети он под­соединяет концы магистральных проводов к клеммам взрывной машинки или минной станции и производит взрыв.

Если сопротивление сети отличается от расчетного более чем на 10 %, взрывник должен закоротить концы магистральных про­водов, найти и устранить неисправность электровзрывной сети.

После взрыва взрывник и руководитель взрыва тщательно ос­матривают место взрыва и убеждаются в том, что в забое не оста­лось невзорвавшихся зарядов. В случае обнаружения невзор­вавшихся зарядов (отказов) их ликвидируют.

 

Метод скважинных зарядов

 

Взрывание скважинными зарядами на карьерах является ос­новным способом взрывной подготовки скальных горных пород к выемке и последующей переработке. Основные схемы распо­ложения вертикальных скважин обычных, котловых и с расши­рением заряжаемой части с помощью механических расширите­лей или огнеструйных горелок показаны на рисунке 8.2.

 

I - однорядная; II - с механическим или огневым расширением; III - котловая;

IY - многорядная; Y - многорядная с расширением; YI - многорядная с взрыванием на подпорную стенку; YII - каскадная; YIII - каскадная с расширением; IX - многоуступная; X - многоуступная с расширением

 

Рисунок 8.2 - Схемы расположения вертикальных скважин на уступе

 

Параметры расположения скважин. При методе скважинных зарядов во взрываемом массиве бурят вертикальные или наклон­ные скважины диаметром 80—320 мм, глубиной 5—20 м и более. Этот метод в настоящее время наиболее широко применяется на карьерах, в транспортном и гидротехническом строительстве.

На уступе скважины можно располагать в один (однорядное взрывание), в два и более рядов (многорядное взрывание) в зави­симости от параметров погрузочного оборудования, и принятой технологии работ.

Параметры расположения скважин на карьерах характеризуются следующими величинами (рисунок 8.1): d_з — диаметр сква­жины (заряда), мм; Н — высота уступа, м; W — сопротивление по подошве (СПП), м; а — расстояние между скважинами, м; b — расстояние между рядами, м; С ≥ З м — безопасное расстояние от оси скважины до верхней бровки уступа; l_з — длина заряда, м; l_п — длина перебура, м; l_заб — длина забойки, м; L — глубина скважины, м; α — угол откоса уступа.

При расчете параметров расположения скважинных зарядов на уступе в первую очередь определяют величину СПП для сква­жин, обеспечивающую хорошую проработку подошвы уступа и заданную степень дробления пород.

Угол откоса уступов обычно составляет 65—70 %, а потому сопротивление взрыву в нижней части вертикально пробуренной скважины больше, чем в верхней. Минимальное безопасное состояние по условиям бурения СПП определяется по формуле

 

. (8.1)

 

Практически значения СПП принимаются в пределах 25-35 d_з.

Для усиления действия взрыва заряда на уровне подошвы уступа скважины бурят с перебуром, т. е. на глубину, большую высоты уступа. Глубина перебура скважин обычно составляет 0,1—0,2 высоты уступа или 10—15 d_з и уточняется на основе ана­лиза результатов предыдущих взрывов. При трудновзрываемых породах в перебуре скважин целесообразно разместить заряд более мощного ВВ. Если на уровне подошвы уступа имеются ясно выраженные горизонтальные плоскости напластования или мяг­кие прослойки, то перебур скважин не делается. При наличии в подошве мягких пород скважины не добуриваются до подошвы уступа на 0,5—1 м.

Масса заряда скважины первого ряда определяется по формуле

 

, (8.2)

 

где q - удельный расход ВВ, кг/м³.

 

Удельный расход ВВ определяется расчетным способом или из справочников и уточняется на основании анализа и обобщения предыдущих взрывов.

Масса заряда для скважин второго и последующих рядов обы­чно увеличивается на 10—20 % по сравнению с массой заряда скважин первого ряда. Окончательно масса заряда уточняется опытными взрывами.

Максимальная величина заряда, которая может быть размещена в скважине, определяется по формуле

 

, (8.3)

 

где р - вместимость 1 м скважины, кг/м.

Длина забойки обычно принимается равной 25-30 d_з.

Вместимость скважины зависит от плотности заряжания и коэффициента разбуривания породы (увеличение диаметра скважины по сравнению с диаметром бурильного инструмента).

Плотность заряжания можно повысить применяя механизированное заряжание скважин.

Если в скважине невозможно разместить требуемый заряд, то следует увеличить ее диаметр.

Заряды рассредоточивают забойкой или воздушными проме­жутками. Взрывание должно обеспечить определенную степень дробления взорванной горной массы.

 

8.3 Метод камерных зарядов

 

При этом методе взрывание производится сосредоточенными зарядами большой величины (от нескольких до сотен и тысяч тонн), которые помещаются в специальные выработки (камеры), объем их соответствует объему установленных расчетом зарядов ВВ. Для этого в массиве проходят вертикальные шурфы или горизонтальные штольни и в их конце или в ответвлениях сооружают камеры, рисунок 8.3.

 

Рисунок 8.3 - Схема размещения камерных зарядов при

взрывании с помощью шурфов (а) и штолен (б)

 

Подготовительные выработки проходят обычно Т- или Г-образной формы, чтобы затруднить выброс из камеры газов при взрыве и максимально использовать энергию ВВ для разрушения |и перемещения массива. Площадь сечения подводящих выработок принимается минимальной, но не менее 1,2 м² для штолен и 1 м² для шурфов.

При наличии притока воды вдоль стенок выработок устраиваются водоотливные канавки, а шурфы заканчиваются водосборни­ками (зумпфами). При этом штольни проходят с подъемом 1—2° для лучшего оттока воды.

Целесообразность подготовки взрыва с помощью штолен или шурфов определяется рельефом места взрыва и технико-экономи­ческим расчетом. Метод камерных зарядов применяется для об­рушения и перемещения больших объемов скальных и мягких горных пород взрывами на сброс и выброс в гидротехническом, дорожном и мелиоративном строительстве, а также для образования раз­личных выемок глубиной до 20 м и более.

На карьерах камерные заряды применяются редко при высоте уступа не менее 15 м и при невозможности бурения взрывных скважин из-за неровной поверхности верхней площадки уступа.

К достоинствам взрывов камерных зарядов относится возможность отбойки больших объемов породы при сложном рельефе местности. Недостатки взрывания камерными зарядами: худшее дробление массива и большая трудоемкость подготовительных работ.

Методы контурного взрывания

 

Контурное взрывание позволяет избежать нарушения скаль­ного массива горных пород за пределами проектного контура, обеспечить получение более крутых и устойчивых откосов усту­пов и выемок, уменьшить трудоемкость работ по заоткоске осно­ваний и откосов, уменьшить переборы и увеличить устойчивость законтурного массива.

В основном применяют два метода контурного взрывания (рисунок 8.4):

I и II - последовательность взрывания

 

Рисунок 8.4 - Методы контурного взрывания

 

1. Метод предварительного щелеобразования, когда по проектному контуру уступа карьера или выемки бурят ряд сближенных сква­жин обычно меньшего (100—160 мм), чем основные взрывные скважины диаметра, и взрывают до производства массового взрыва в приконтурной зоне или совместно, но с опережением на 50—100 мс. Между контурными скважинами и технологическими рекомендуется размещать вспомогательный (буферный) ряд сква­жин, которые имеют диаметр одинаковый с основными, но рас­полагаются на расстоянии в 1,4—1,6 раза меньшем и заряжаются сплошным зарядом в полиэтиленовой трубе. При этом диаметр трубы составляет 0,7 диаметра скважины, а масса заряда 50—60 % от основного;

2. Метод завершающего контурного взрыва, когда массив дорабаты­вают до проектного контура завершающим взрывом контурных скважин. Этот метод применяют при оформлении порталов тоннелей на крутых косогорах, при выполнении отко­сов над дорожными полками, обрушении потенциально неустой­чивых массивов, отработке горизонтальных защитных слоев.

Для контурного взрывания используют заряды-гирлянды из патронов d=32 мм аммонита 6ЖВ.

Критериями качества контурного взрывания являются степень неровности поверхности в промежутках между отпечатками скважин (не более ± 15 см) и суммарная длина отпечатков (не менее 75 % длины скважин).

 

Расчет параметров взрывания

 

Расчет параметров взрывания сводится к обоснованию и выбору глубины шпуров, определению их необходимого количества, а также величины заряда в них.

Глубина шпуров l_шп зависит от крепости взрываемых пород, сечения выработки, типа применяемого ВВ и принимается из справочных данных. При применении буровых установок глубина шпуров ограничивается ходом подачи бурильной головки и составляет 2,2 - 3,0 м.

Для определения удельного расхода ВВ используют эмпирическую формулу Н.М.Покровского

 

, (11.1)

 

где q ₁ = 0,1 f - расход ВВ при стандартных условиях взрывания;

f - коэффициент крепости породы;

f ₀ - коэффициент структуры породы, принимающий следующие значения: вязкие, упругие и пористые породы - 2,0; с неправильным залеганием и мелкой трещиноватостью - 1,4; сланцевые с напластованием, перпендикулярным направлению шпура - 1,3; мелкослоистые - 0,8;

v - коэффициент зажима породы, при одной обнаженной поверхности , при двух обнаженных поверхностях v = 1,1-1,5;

S_вч - сечение выработки в черне, м²;

- коэффициент работоспособности ВВ;

А_ВВ - работоспособность применяемого ВВ, см³;

- коэффициент, учитывающий диаметр патрона ВВ, для патронов диметром 24, 32, 36, 40 и 45 мм соответственно равен 1,33; 1,0; 0,89; 0,8; 0,71.

Общее количество ВВ для отбойки определяется по формуле

 

, (11.2)

 

Число шпуров определяется по формуле

 

, (11.2)

 

где Δ - плотность ВВ в патронах, кг/м³;

- диаметр патрона ВВ, м;

а - коэффициент заполнения шпуров, который равен 0,4-0,5 при диаметре шпуров 32 и 36 мм и 0,5-0,65 при диаметре шпуров 40-45 мм;

k - коэффициент уплотнения ВВ при заряжании, равный для обычных патронов 1,1 и для надрезанных патронов 1,2.

Средняя величина заряда в шпурах определяется по формуле

 

(11.3)

 

Полученную среднюю величину заряда умножают на следующие поправочные коэффициенты — для врубовых шпуров на 1,2; для отбойных шпуров, оконтуриващих, боковых и верхних — на 0,8-0,9 и корректируется с учетом веса одного патрона ВВ (0,2; 0,25; 0,3 кг).

Окончательно общий расход ВВ на цикл взрывания рассчитывается по формуле

 

, (11.4)

 

где Q_вр, Q_отб, Q_ок - величина заряда соответственно во врубовых, отбойных и оконтуривающих шпурах;

N_вр, N_отб, N_ок - количество врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров.

Вычисленные параметры проверяют опытными взрывами.

 

 

Понятие о взрыве

 

Классификация взрывов

 

По своей природе взрывы делятся на:

физические, при которых происходят только физиче­ские преобразования веществ (беспламенное взрывание с помощью жидкой углекислоты и сжатого воздуха, взрывы паровых котлов, баллонов со сжиженным газом, электрические разряды и т. д.);

химические, при которых происходят чрезвычайно бы­стрые химические реакции окисления с вы­делением тепла и газов (взрывы взрывчатых веществ, метана, угольной или другой органической пыли);

ядерные, при которых происходят цепные реакции деле­ния тяжелых ядер, либо термоядерной реакцией синтеза с образованием новых элементов.

При производстве взрывных работ в основном используют химические взрывы.

Хи­мическим взрывом называют крайне быстрое самораспространяющееся превращение некоторых хи­мических веществ или смесей с выделением тепла и образованием газообразных продуктов, при котором выделяется энергия и совершается работа.

Существенным признаком взрыва является резкое увеличение давления, вызывающее возникновение в окружающей среде ударной волны.

Вещества или смеси, способные при воздействии на них начального импульса к самораспространяю­щимся химическим превращениям в форме взрыва, называют взрывчатыми веществами (ВВ).

 

Детонация ВВ, определение параметров детонационных волн

 

Известны три основные формы химического превращения ВВ.

Медленное химическое превращение протекает при относительно низких температурах по всему объему вещества. Этот процесс может протекать при неблагоприятных условиях хранения ВВ и недостаточной его химической стойкости.

Горение протекает в довольно узкой зоне фронта химической реакции, в котором температура достигает некоторого критического значения и который перемещается по ВВ. Скорость его перемещения определяется величиной выделяющейся энергии и способом передачи ее к соседним слоям вещества. При горении энергия передается путем теплопередачи и диффузии. Это сравнительно медленный процесс, поэтому и скорость горения может быть от долей сантиметра до десятков метров в секунду.

Детонация это распространение взрыва по заряду ВВ с по­стоянной сверхзвуковой (до 8 км/с) скоростью.

Согласно гидродинамической теории детонации, распространение взрыва по ВВ обусловлено распространением по нему ударной волны.

Ударная волна — волна сжатия, распространяющаяся по среде (воздуху, воде, породе) со сверхзвуковой скоростью, на переднем фронте которой мгновенно (скачкообразно) изме­няются давление, плотность и температура среды.

Ударная волна характеризуется следующими особенностями:

1. Скорость ее распространения всегда выше скорости звука в данной среде (заряде ВВ).

2. На фронте волны происходит скачкообразное изменение давления, плотности и температуры.

3. Частицы среды (продукты взрыва) движутся вслед за фронтом ударной волны.

4. Скорость ударной волны зависит от величины давления (амплитуды) на фронте волны.

Совокупность ударной волны и следующей за ней зоны взрывчатого химического превращения ВВ называется детонационной волной.

Фронт детонационной волны представляет собой сильную ударную волну, которая разрушает молекулы ВВ, рисунок 1.1.

 

 

Рисунок 1.1 - Схема детонации открытого заряда

 

Освободившись от первоначальных связей, нагретые до высокой температуры горючие элементы и кислород вступают в зоне за фронтом детонационной волны 1 в бурную химическую реакцию с выделением тепла и превращением ВВ в газообразное состояние. Фронт детонационной волны движется со скоростью несколько километров в секунду. За фронтом ударной волны движется фронт расширения продуктов взрыва 3, а к центру (оси) заряда — фронт волны разряжения 4. Условие стабильности процесса детонации обеспечивается наличием зоны нерасширившихся газов 5. При выходе детонационной волны за пределы заряда она распространяется как ударная волна 2, со снижением ее скорости и амплитуды.

Основы теории детонации твердых ВВ созданы Л. Д. Ландау и К. П. Станюковичем. Они установили, что давление во фронте детонационной волны пропорционально кубу плотности ВВ ρ или квадрату скорости детонации

 

, (1.1)

, (1.2)

 

где В — коэффициент.

Скорость движения газов взрыва за фронтом детонационной волны

 

. (1.3)

 

Основное уравнение определения скорости детонации имеет вид

 

, (1.4)

 

где с — скорость звука в продуктах детонации, км/с.

Скорость детонации может быть определена в зависимости от энергетической характеристики ВВ по формуле

 

, (1.5)

 

где Q_v — теплота взрыва ВВ при постоянном объеме, кДж/кг.

Значение k для Q_v = 4190 кДж/кг принимается в зависимости от начальной плотности ВВ

 

ρ _о, г/см³ 0,1 0,25 0,5 0,75 1,0

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

 

Из вышесказанного следует, что детонация является сверхзвуковым процессом и ее величина непосредственно зависит от энергетических характеристик ВВ.

В теоретических исследованиях принято, что плоский фронт детонационной волны, распространяясь по заряду, сжимает находившиеся впереди слои ВВ, вызывая их химические превращения. Такой механизм детонации называется однородным (гомогенным), он может иметь место для однородных мощных ВВ (гексоген, ТЭН) при скоростях детонации 6—7 км/с.

Промышленные ВВ являются физически и химически неоднородными системами, чем объясняются особенности их детонации по сравнению с классической теорией.

В промышленных ВВ могут содержаться высокоактивные индивидуальные ВВ, реагирующие в детонационной волне с большой скоростью (нитроглицерин, гексоген, ТЭН), и менее активные, но с сильно выраженными взрывчатыми свойствами (тротил); вещества со слабо выраженными взрывчатыми свойствами (аммиачная селитра), разлагающиеся при детонации со скоростью существенно (в 2—4 раза) меньшей, чем мощные ВВ; горючие материалы, не обладающие взрывчатыми свойствами (алюминий, древесная мука, парафин и др.), и совершенно инертные вещества, не принимающие участия в реакциях и претерпевающие лишь переходы из твердого или жидкого состояния в газообразное (пламегасители, вода в водосодержащих ВВ). Поэтому химические реакции промышленных смесевых ВВ происходят в несколько стадий.

Типичной для промышленных ВВ схемой взрывчатого превращения является первоначальное разложение или газификация в детонационной волне исходных компонентов (первичные реакции) и последующее взаимодействие продуктов разложения между собой или с веществами, не претерпевшими на первой стадии химических или фазовых превращений, например, алюминий и др. (вторичные реакции).

На детонационную способность промышленных ВВ существенно влияет равномерность размещения компонентов в заряде. Объясняется это тем, что общее время и полнота завершения реакции зависят не только от скорости сгорания отдельных частиц (первичные реакции), но и о