Запобігання запалення метану від заряду, який вигоряє, при підривних роботах у вугільних шахтах вибуховими речовинами V класу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ МАКІЇВСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ З БЕЗПЕКИ ПРАЦІ У ГІРНИЧІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

УДК 622.235.22

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЗАПОБІГАННЯ ЗАПАЛЕННЯ МЕТАНУ ВІД ЗАРЯДУ, ЯКИЙ ВИГОРЯЄ, ПРИ ПІДРИВНИХ РОБОТАХ У ВУГІЛЬНИХ ШАХТАХ ВИБУХОВИМИ РЕЧОВИНАМИ V КЛАСУ

Спеціальність 05.26.01 - Охорона праці

КАЛЯКІН СТАНІСЛАВ ОЛЕКСАНДРОВИЧ

Макіївка - Донбас

2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному Макіївському науково-дослідному інституті по безпеці робіт у гірничій промисловості (МакНДІ) Міністерства палива й енергетики України.

Науковий керівник:

Зенін В.І., кандидат технічних наук. Державний Макіївський науково-дослідний інститут по безпеці робіт у гірничій промисловості, завідувач лабораторією ВР МакНДІ.

Офіційні опоненти:

Кашуба Олег Іванович, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Державний Макіївський науково-дослідний інститут по безпеці робіт у гірничій промисловості, завідувач лабораторією по боротьбі з рудниковим пилом;

Празднікова Тетяна Миколаївна, кандидат технічних наук, Донецький національний технічний університет, доцент кафедри "Хімічна технологія палива".

Ведуче підприємство: Національний гірничій університет, кафедра "Аерологія і охорона праці" (м. Дніпропетровськ).

Захист відбудеться 15.11.2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 12.834.01 Державний Макіївський науково-дослідного інституту по безпеці робіт у гірничій промисловості Міністерства палива й енергетики України за адресою: 86108, м. Макіївка Донецької обл., вул. Лихачова, 60.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Державного Макіївського науково-дослідного інституту по безпеці робіт у гірничій промисловості (86108, м. Макіївка Донецької обл., вул. Лихачова, 60).

Автореферат розісланий 12.10.2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К 12.834.01, доктор технічних наук, с.н.с. Кудінов Ю.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розвиток вугільної промисловості України супроводжується постійним заглибленням розробок та збільшенням багатозагазованості шахт. На сьогодні майже 75% вугільних шахт є шахтами ІІІ категорії та вище. Однією з найважливіших задач у забезпеченні безпеки праці у вугільній промисловості є запобігання вибухів метану та вугільного пилу. Для проведення підготовчих гірничих виробітків та видобутку вугілля буровибуховим способом згідно вимогам "Єдиних правил безпеки при підривних роботах" у шахтах, небезпечних по кількості газу або вугільного пилу, в залежності від ступеню безпеки забоїв виробітків повинні застосовуватися запобіжні ВР (ЗВР) різних класів, умови та область застосування яких зумовлені § 223 названих правил.

ЗВР V класу використовують при підривних роботах по вугіллю та породі в забоях підземних виробітків з підвищеним виділенням метану, що відбувається в умовах, коли виключений контакт бокової поверхні шпурового заряду з метано-повітряною сумішшю (МПС), яка знаходиться у розломах масиву гірських порід, що перетинають шпур, або у виробітках. Згідно аналізу МакНДІ, витрати ЗВР V класу у цих умовах повинні складати майже 30% від загальних витрат ВР при підривних роботах у вугільних шахтах.

ЗВР V класу, яка використовується - вугленіт Е-6 має ряд недоліків з причини низької безпеки та недостатньої ефективності. Аналіз причин аварій, що сталися при підривних роботах в шахтах України в період з 1974 до 1994р., показав, що використання вугленіту Е-6 було причиною 19,1% аварій від загальної їх кількості, пов'язаних з вибухом МПС, з яких 25% сталися внаслідок вигоряння зарядів цієї ВР (вибухів вугільного пилу не було). Крім того, при підривних роботах з використанням вугленіту Е-6 не забезпечувалися планово-нормативні темпи проведення гірничих виробіток з причини його недостатньої роботоздатності. Тому загальні витрати ЗВР V класу - вугленіту Е-6 у 1993р. склали лише 15,8% від загальної кількості ЗВР, що використовуються у вугільних шахтах.

Актуальність роботи зумовлена необхідністю підвищення безпеки підривних робіт шляхом виключення вигоряння шпурових зарядів ЗВР V класу та підвищення їх роботоздатності з метою зниження травматизму й запобігання вибухів МПС у вугільних шахтах України.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, що виконана за матеріалами науково-дослідних робіт МакНДІ (№ держ. реєстрації 01840049626, № держ. реєстрації 01860035549, № держ. реєстрації 0190.0013420), які проводилися за завданням Мінвуглепрому СРСР та Мінвуглепрому України відповідно до тематичного плану МакНДІ.

Мета та задача дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення безпеки підривних робіт у вугільних шахтах України шляхом запобігання запалювання метану від заряду, що вигоряє, за рахунок збільшення стійкості ЗВР V класу проти вигоряння на основі отриманих аналітико-експериментальних залежностей показників ВР (підпалюваємість, запобіжні властивості, роботоздатність та детонаційна здатність) від їх параметрів.

Для досягнення поставленої мети сформульовані та вирішені наступні задачі:

проаналізувати результати, отримані при визначенні стійкості ЗВР проти вигоряння різними методами, на основі зіставлення результатів цього аналізу з даними, що характеризують досвід використання ЗВР, обрати параметр стійкості проти вигоряння, який визначає безпеку їх застосування;

дослідити засоби підвищення стійкості ЗВР проти вигоряння та установити вплив параметрів ЗВР на їх запобіжні властивості та детонаційну здатність;

дослідити засоби підвищення роботоздатності ЗВР та установити вплив параметрів ЗВР на їх запобіжні властивості;

дослідити засоби підвищення водостійкості ЗВР та установити вплив параметрів ЗВР на їх детонаційну здатність й передавання детонації між патронами;

обґрунтувати безпечні та ефективні параметри ЗВР V класу з високою стійкістю проти вигоряння і з більшою роботоздатністю, ніж у вугленіта Е-6.

Об'єктом дослідження є здатність заряду ЗВР V класу запалювати метан під час підривних робіт, що залежить від параметрів ВР: теплоти вибуху, кількості газоподібних продуктів вибуху, кількості інгібітору та сенсибілізатора у складі, підпалюваємості.

Предметом дослідження є процес вигоряння заряду ЗВР та фактори, що впливають на імовірність запалення МПС і залежать від властивостей ЗВР.

Ідея роботи полягає у підвищенні безпеки підривних робіт шляхом зниження підпалюваємості ЗВР, покращення їх детонаційної здатності, виключення стаціонарного горіння зарядів у шпурах і збільшенні роботоздатності ЗВР за рахунок енергетичного внеску утвореного під час вибуху інгібітору та ефективного пального, запровадженого у склад ЗВР, що не впливає на підпалюваємість, на корисну роботу вибуху.

Методи дослідження. Дослідження властивостей ЗВР проведені з використанням стандартних методів випробувань ВР, теорій детонації, горіння та фізики вибуху. Математичні моделі для дослідження взаємодії продуктів детонації та горіння ВР з МПС розроблені з використанням методів, визнаних в теоретичній фізиці вибуху та теорії детонації ВР.

Адекватність розроблених моделей дійсним результатам використання ЗВР оцінювалася шляхом порівняльного аналізу результатів моделювання з експериментальними даними, отриманими та обробленими математичними методами (ймовірний метод, регресійний аналіз).

Основні наукові положення, розроблені дисертантом:

1. Механізм запалення МПС зарядом, що детонує, залежний від швидкості та енергії детонації ЗВР, який відрізняється від відомих урахуванням критичного об'єму МПС, необхідного для стійкої реакції окислення при запалюванні метану, що дозволяє визначити кількість сенсибілізатора у складі ЗВР.

2. Залежність впливу енергії вибуху ЗВР та інгібітору в її складі на запобіжні властивості та роботоздатність ЗВР, що відрізняється від відомої урахуванням впливу природи утворення інгібітору та його енергії на корисну роботу вибуху, а також концентрації інгібітору в продуктах вибуху ЗВР на її запобіжні властивості, що дозволяє підвищити роботоздатність ЗВР без зниження її запобіжних властивостей.

3. Експериментальна залежність імовірності вигоряння заряду ЗВР у шпурі від підпалюваємості ЗВР та кількісного вмісту в її складі потрійної суміші солей (нітрат натрію + хлористий амоній + вуглекислий кальцій), що забезпечують запобігання запалення метану іонообмінними ЗВР.

Наукова новина отриманих результатів.

В дисертаційній роботі вперше виявлені:

аналітична залежність величини енергії детонації ЗВР, що зумовлює її рівень запобіжних властивостей, від критичного об'єму МПС, необхідного для її запалення, та утвореної при цьому швидкості детонації;

емпірична залежність маси граничного заряду ЗВР від концентрації інгібітору в її продуктах вибуху та роботоздатності ЗВР;

емпірична залежність імовірності вигоряння заряду ЗВР у шпурі від підпалюваємості ЗВР.

Обґрунтованість та достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій дисертаційної роботи підтверджуються:

застосуванням фундаментальних положень теорій детонації, горіння, фізики вибуху;

застосуванням стандартних методів дослідження і засобів випробування промислових ВР;

достатнім ступенем кореляції результатів досліджень та задовільним збігом їх емпіричних залежностей;

збігом результатів лабораторно-полігонних досліджень з результатами виробничих випробувань дослідних зразків та партій ЗВР V класу при підривних роботах у вугільних шахтах.

Наукове значення роботи полягає у розвитку теорії ЗВР, заряди яких є стійкими проти вигоряння у шпурах, на основі розроблених математичних моделей, що описують можливість запалення МПС зарядами ЗВР, які детонують та вигоряють, і обґрунтованості безпечних та ефективних параметрів ЗВР, стійких проти вигоряння, більш потужних, ніж існуючі нестійкі, внаслідок урахування впливу природи утворення інгібітору під час вибуху та його енергетичного внеску в корисну роботу вибуху.

Практичне значення отриманих результатів полягає у зниженні кількості вигорянь зарядів ЗВР V класу у шахтах, в обґрунтуванні безпечних та ефективних параметрів ВР цього класу - вугленітів 13П та 13П/1. Використання цих ВР у вугільних шахтах України забезпечило безпечні умови праці при підривних роботах за рахунок запобігання запалення метану від заряду, що вигоряє, та підвищило ефективність буропідривних робіт. Спираючись на позитивні результати приймальних випробувань, названі вугленіти допущені Держгіртехнаглядом України до постійного використання для підривних робіт у вугільних шахтах, безпечних по газу або таких, що розроблюють пласти, безпечні по вибухам пилу, в умовах, де повинні застосовуватися ЗВР V класу.

Результати дисертаційної роботи дозволяють:

забезпечити стійкість шпурових зарядів проти вигоряння, залежну від величини підпалюваємості ЗВР;

визначити необхідну кількість сенсибілізатора у складі ЗВР для забезпечення її високої детонаційної здатності в залежності від рівня запобіжних властивостей ЗВР;

визначити вплив підвищення роботоздатності ЗВР на її запобіжні здатності;

на основі математичної моделі, що описує вплив інгібітору на роботоздатність та запобіжні властивості ЗВР, виявити необхідну кількість інгібітору у складі ЗВР.

Основні результати наукових досліджень використані:

МакНДІ при розробці технічних умов на нові ЗВР V класу, стійкі проти вигоряння: ТУ 1270174086-002-92 "Речовини вибухові промислові. Запобіжні патроновані вугленіти 1ЗП та 1ЗП/1";

Хімічним казенним об'єднанням (ХКО) ім. Г.І. Петровського при організації серійного випуску ЗВР V класу - вугленітів 1ЗП та 1ЗП/1, що допущені листом Держгіртехнагляду УРСР від 26.06.1992р. №8-9а/618 до постійного використання.

Особистий внесок автора. Результати досліджень, що приведені в дисертаційній роботі, отримані особисто автором. Авторові належать і основні ідеї побудови ЗВР, стійких проти вигоряння, розробка математичних моделей для дослідження залежності запобіжних властивостей ЗВР, їх роботоздатності від параметрів ВР, отримання залежності стійкості ЗВР проти вигоряння, що характеризується величиною частини заряду, що згоріла, від підпалюваємості ЗВР, розробка рекомендацій по безпечному та ефективному використанню ЗВР V класу.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи обговорювалися і були схвалені на Міжнародній науково-промисловій конференції "Проблеми виробництва промислових ВР на сучасному етапі та утилізація боєприпасів" в ВО "Павлоградський хімічний завод" (Україна, м. Павлоград, 1997 р.), науково-технічних радах ХКО ім. Г.І. Петровського (м. Петровське, 1993 р.) і Донецького казенного заводу хімічних виробів (м. Донецьк, 1995р.), вчених радах МакНДІ.

Публікації. Основні наукові і практичні результати роботи надруковані в 9 наукових статтях, 8 з яких - в центральних видавництвах, рекомендованих ВАК України, і приведені в 2 патентах України на винахід.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновку, списку використаної літератури (114 джерел) та 3 додатків. Дисертація викладена на 147 сторінках, містить 3 малюнки, 39 таблиць, 33 сторінки додатків, загальний обсяг 193 сторінки.

Автор вважає за належне висловити глибоку вдячність науковому керівникові, в минулому зав. лабораторією ВР МакНДІ, кандидатові технічних наук Зеніну Валерію Івановичу за цінну допомогу при виконанні роботи. Автор також вдячний ведучим спеціалістам відділу підривних робіт та вибухових матеріалів МакНДІ Толстих К.С., Песоцькому М.К., Манжос Ю.В., всім співробітникам відділу, які допомагали при виконанні роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ дисертації присвячений аналізу актуальної проблеми підвищення безпеки підривних робіт у вугільних шахтах України за рахунок підвищення стійкості ЗВР V класу проти вигоряння.

Основи розвитку та побудови запобіжних ВР базуються на роботах радянських вчених К.К. Андрєєва, А.І. Гольбіндера, Б.Д. Россі, А.П. Глазкової, Л.В. Дубнова, Н.С. Бахарєвіч, В.Ф. Старокожева, М.О. Анаскіна, В.Є. Олександрова, Б.М. Кукіба. Великий внесок у розвиток запобіжних ВР зробили українські вчені О.І. Селезньов, Ф.М. Галаджий, М.Л. Росинський, В.І. Зенін, В.М. Расторгуєв, М.К. Песоцький, Б.І. Вайнштейн.

Завдяки зусиллям вищеназваних вчених були розроблені та упроваджені у 1962-1963рр. вугленіт Е-6, пізніше - запобіжні патрони ЗВП-1, на початку 70-х років - вугленіт 7у та селектіт, в кінці 70-х років - високозапобіжні патрони СП-1, вугленіти №8 та 12ЦБ. З усіх названих ЗВР найпоширенішим (за об'ємом використання) був вугленіт Е-6, який відноситься до ЗВР підвищеної запобіжності та застосовується в умовах, де дозволене використання V класу. Аналіз тридцятирічного досвіду використання вугленіту Е-6 показав, що ця ЗВР має два суттєвих недоліки: низьку стійкість шпурових зарядів проти вигоряння та недостатню роботоздатність. Крім того, патрони вугленіту Е-6 мають низьку водостійкість, що часто призводить до відмови детонації шпурових зарядів в умовах, коли шпур у воді. В результаті використання вугленіту Е-6 у вугільних шахтах мали місце запалення метану при підривних роботах.

Зарубіжні ЗВР мають переваги порівняно з вугленітом Е-6: вищі водостійкість, роботоздатність (Польща, Чехія, Англія) і стійкість проти вигоряння (Англія, Німеччина, Бельгія).

Аналіз травматизму при вибухових роботах за кордоном показав, що в умовах, приблизно ідентичних до умов застосування вугленіту Е-6, де використовуються аналоги зарубіжного асортименту ЗВР, причиною аварій були тільки ЗВР, що не мали достатньої стійкості проти вигоряння.

Упровадження в 1965-1968рр. спеціальних ЗВР, що стійкі проти вигоряння, відбулося в Англії, Бельгії, Німеччині. В інших країнах ЗВР не мали спеціального захисту від вигоряння, а основна увага приділялася підвищенню їх детонаційної здатності. В результаті в Англії, Бельгії, Німеччині протягом наступних 25 років після упровадження названих ЗВР не було жодної аварії, пов'язаної з запаленням метану при підривних роботах.

Таким чином, основним напрямком підвищення безпеки підривних робіт у вугільних шахтах є збільшення стійкості проти вигоряння ЗВР V класу, що використовуються.

У другому розділі при вирішенні задачі підвищення стійкості ЗВР проти вигоряння був проведений аналіз методів її визначення. Виявилося, що методи визначення стійкості проти вигоряння в Англії, Бельгії, Німеччині базуються на здатності заряду ЗВР підпалюватися від теплового джерела. Так визнається, бо вважається, що здатність ЗВР вигоряти цілком визначається зниженням і навіть втратою його детонаційної здібності, а також недостатністю ініціюючого імпульсу для збудження нормальної детонації заряду. Зниження детонаційної здатності заряду ЗВР відбувається в результаті динамічного переущільнення патронів, виявлення канального ефекту, зволоження ЗВР в шпурах, що у воді, злежалості. Недостатність ініціюючого імпульсу пов'язана з неякісними детонаторами, роздвиганням патронів в шпурі, присутністю вугільного пилу між патронами, незадовільною заробкою торців патронів при їх виготовлені. Ще одним важливим фактором, що впливає на здатність ЗВР вигоряти, є безпосередній контакт між ЗВР та вугільним пилом у шпурі. Тому всі методи виявлення стійкості проти вигоряння враховують цю особливість. Найбільш характерними методами випробувань ЗВР на стійкість проти вигоряння є методи, які прийняті в Бельгії та Німеччині. В принципі, там прийнятий один метод, основи якого розробили Одибер та Дельмас. Пізніше він був удосконалений в Німеччині Аренсом, а в Бельгії Гоффардом. Основною його відміною від іншого поширеного методу, яким користувалися у Франції - Сарторіус, в Англії - Плант, в СРСР - Галаджий, Дубнов та Романов, є те, що для його здійснення не потрібні важкі мортири, в яких проводяться підривання зарядів ЗВР для отримання вигоряння. Суть методу полягає у запаленні патрону ЗВР, який оточує вугільна оболонка, за допомогою нагрівального елемента. Ступінь герметизації камери, в якій відбувається запалення, змінюється за допомогою спеціальної кришки, що знімається, в якій є каліброване сопло. В Німеччині вважається, що якщо при діаметрі сопла 2мм патрон ЗВР вигорів більш, ніж на 1см, така ЗВР не має достатнього для безпечного застосування рівня стійкості проти вигоряння. В Бельгії - більш практичний підхід. Там при діаметрі сопла 1,5-2мм ЗВР, що випробовується, зрівнюється з еталоном - шарбритом 4/50 (ЗВР ІV класу). Довжина вигорівшої частини патрону не повинна бути більшою, ніж у патрона - шарбрита.

В Україні застосовують метод визначення підпалюваємості, який розроблений спільно МакНДІ та МХТІ ім. Д.І. Мендєлєєва. Він заснований на визначені маси навіски запалювача, яка підпалює зразок ЗВР (показник підпалюваємості П 50), оточений вугільною оболонкою, розташований в герметичній манометричній бомбі. За допомогою параметра П 50 розраховується відносний показник стійкості проти вигоряння:

, (1)

де Ув - відносний показник стійкості проти вигоряння;

НОП, НЕТ - кількість неповних детонацій, зафіксованих при випробуванні дослідної та еталонної ЗВР відповідно;

АОП, АЕТ - кількість підірваних зарядів дослідної та еталонної ЗВР відповідно;

П 50оп, П 50ЕТ - показник підпалюваємості дослідної та еталонної ЗВР відповідно.

У рівнянні (1) перший множник характеризує детонаційну здатність, а другий - підпалюваємість ЗВР відносно еталону.

Як бачимо, проаналізовані методи різні. Враховуючи те, що в Німеччині та Бельгії є ЗВР, стійкі проти вигоряння, запровадження яких повністю виключило запалення метану при підривних роботах, а на Україні таких ЗВР немає, необхідно було виявити можливість переходу від зарубіжного методу визначення стійкості проти вигорання до вітчизняного методу визначення підпалюваємості. При цьому виникла необхідність оцінки безпеки застосування ЗВР, спроможної до горіння, з метою виявлення достатнього рівня стійкості проти вигоряння та його оформлення як критерію.

Основна безпека вигоряння ЗВР полягає в тому, що процес горіння заряду дуже довгий, до 10 хвилин, а процес вибуху - надзвичайно швидкий, тривалістю буквально мілісекунду. Тому за час горіння заряду в забої гірського виробітку може утворитися вибухонебезпечна концентрація метану, крім того, може запалитися відбите вибухом вугілля. В той же час енергетика процесу горіння ЗВР не набагато відрізняється від енергетики процесу детонації, і агресивність продуктів горіння ЗВР відносно до МПС надто велика.

Враховуючи зміни газового оточення в забої гірського виробітку (внаслідок зростання концентрації метану до вибухонебезпечних меж та досягнення необхідного для запалення МПС часу індукції) та маси ЗВР, яка горить, в залежності від швидкості її горіння, вдалося оцінити небезпеку заряду, що вигоряє. Критерій небезпеки його застосування має вигляд:

, (2)

тобто час горіння заряду ЗВР - tг повинно бути більшим або рівним t - часові утворення вибухонебезпечної концентрації МПС з урахуванням часу індукції, а величина частини заряду ЗВР, що згоріла - lвг повинна бути більшою або ж рівною певній критичній величині lкр, що визначається швидкістю горіння, часом утворення вибухонебезпечної МПС, її складом та часом індукції.

Аналізуючи критерій (2), можна зробити висновок, що метод Одибера - Дельмаса дозволяє оцінювати безпеку застосування ЗВР у співвідношенні до його стійкості проти вигоряння. Дійсно, цим методом визначається, яка частина заряду ЗВР вигоряє при наявності каліброваного сопла, тобто можна визначити величину lвг. Якщо величина lвг <lкр, то ЗВР має достатню стійкість проти вигоряння, що забезпечує його безпечне використання. Величину lкр можна визначити, проаналізувавши досвід використання ЗВР у шахтах. З цією метою в таблиці 1 зібрані всі відомі ЗВР, що використовувалися або проходили випробування у вугільних шахтах, для яких є дані по стійкості проти вигоряння, що визначається за методом Одибера - Дельмаса та методом підпалюваємості МХТІ-МакНДІ. Додатково обома методами була виявлена стійкість проти вигоряння ряду експериментальних зразків ЗВР.

Таблиця 1. Результати порівняльних випробувань ЗВР на стійкість проти вигоряння за методом Одибера - Дельмаса та методом МХТІ - МакНДІ.

При визначенні lкр були використані ЗВР, що у вугільних шахтах достовірно давали вигоряння шпурових зарядів. Виявилось, що в усіх цих ЗВР вигоряння зарядів за методом Одибера - Дельмаса відбувалося при довжині вигорівшої частини більше 4,0 см (шарбрит 418 і вугленіт 12ЦБ), а ЗВР, у яких горіння по заряду поширювалося на величину менше 4,0см, виявилися стійкими проти вигоряння і в шахтах вигоряння не давали. Таким чином, величина lкр =4,0 см обрана як критерій безпечності використання ЗВР, стійких проти вигоряння. Далі було визначено відносний показник стійкості проти вигоряння у вигляді критерію безпеки l0=lкр/lвг (табл.1): l0 <1 - використання ЗВР небезпечне, l0>1 - використання ЗВР безпечне. Було зроблено кореляційний аналіз залежності відносного показника стійкості проти вигоряння від величини навіски, що характеризує підпалюваємість ЗВР - П 50. Такий аналіз можливий, якщо припустити, що у рівнянні (1) множник, що характеризує стійкість детонації, постійний або мало відрізняється для ряду високозапобіжних ВР. Тоді їх стійкість проти вигоряння визначається виключно здатністю підпалюватися. Це буде цілком коректно, якщо зробити висновок про те, що стійкість детонації для цих ЗВР цілком залежить від виду та кількості сенсибілізатора в їх складі. Всі високозапобіжні ВР вітчизняного виробництва як сенсибілізатор містять суміш нітроефірів: 60 % нітрогліцерину і 40 % діетіленглікольдінітрату, зарубіжні - суміш нітрогліцерину та нітрогліколю, а кількість сенсибілізатора в ЗВР знаходиться у достатньо вузькому інтервалі: 11-14%. Тому можливість кореляції цих величин цілком імовірна і дозволяє зробити коректний перехід від стійкості проти вигоряння за методом Одибера - Дельмаса до підпалюваємості за методом МХТІ-МакНДІ. Це необхідно для того, щоб знайти зв'язок показника стійкості проти вигоряння з показником П 50, який нормується діючими технічними вимогами на ЗВР V класу. Для кореляційного аналізу було взято відносний показник підпалюваємості П 0=1,2г/П 50, де 1,2г - норма величини підпалюваємості для ЗВР V класу, стійких проти вигоряння, згідно діючим технічним вимогам. Виявилося, що величини l0 та П 0 корелюють між собою і мають сильний кореляційний зв'язок. Після зведення рівняння l0 = ц(П 0) до лінійного вигляду шляхом функціональних перетворень =lgl0 та =lgП 0, отримаємо коефіцієнт кореляції r =0,83, достовірність якого оцінювалася величиною стандартної помилки коефіцієнта кореляції та критерієм достовірності t - Стьюдента для умови значимості 0,05. Цей результат дозволяє отримати емпіричне рівняння переходу від підпалюваємості до стійкості проти вигоряння за методом Одибера - Дельмаса у вигляді:

. (3)

Отримана залежність (3) дозволяє визначити, чи є розроблені вітчизняні ЗВР достатньо стійкими проти вигоряння, шляхом зіставлення їх показника П 0 з відомим показником l0 зарубіжних ЗВР, стійких проти вигоряння, визначеним за методом Одибера - Дельмаса. Як показали дослідження, найбільш прийнятним засобом забезпечення стійкості проти вигоряння виявився засіб, розроблений у Німеччині. Він заснований на введені у склад ЗВР потрійної суміші солей NaNO₃ - NH₄Cl - CaCO₃. Враховуючи те, що вугленіт Е-6 містить у своєму складі NaNO₃, NH₄Cl і 7% хлористого натрію, було запропоновано замінити останній на СaCO3. Ефект від такої заміни, як показали розрахунки, підвищує стійкість проти вигоряння більш, ніж у 2 рази.

Іншою важливою задачею, що розглядалася у другому розділі, є підвищення детонаційної здатності ЗВР. Відомо, що підвищення детонаційної здатності негативно впливає на запобіжні властивості ЗВР під час вибуху їх у кутовій мортирі. Тому, щоб отримати високі детонаційні властивості та зберегти рівень запобіжних властивостей, необхідний ЗВР V класу, треба було визначити, яку кількість сенсибілізатора - нітроефірів можна ввести у склад ЗВР.

До сьогодні запобіжні властивості ЗВР ототожнювалися із здатністю не запалювати МПС при детонації. При цьому, як правило, виділяють два основних фактори, які можуть бути причиною запалення МПС - ударну хвилю і продукти вибуху, що утворилися при детонації ВР. Ударна хвиля при проходженні по МПС стискує її та нагріває до параметрів запалення, що визначаються умовами теплового вибуху. Аналогічно, продукти вибуху, які мають високу температуру, в процесі змішування з МПС нагрівають її до тих же параметрів.

В дисертаційній роботі доведено, що на практиці реалізується і інший механізм запалення МПС. Основна його концепція полягає у радикально-ланцюговому ініціюванні реакції окислення метану. При цьому ударна хвиля розглядається як джерело утворення активних радикалів. При проходженні по МПС сильної ударної хвилі за її фронтом в результаті дисоціації метану і кисню утворюються високоефективні радикали, які потім викликають запалення МПС. При цьому критичними величинами є величина концентрації радикалів та деякий критичний об'єм, у якому може реалізуватися незгасаюча цепна реакція окислення метану.

Викладені розрахунки дозволили визначити критичний параметр - радіус rкр об'єму МПС, в якому може розвиватися запалення по радикально-ланцюговому механізму. Цей об'єм дуже малий, тому може бути охоплений ударною хвилею, що поширюється по МПС. В результаті в даному об'ємі ударна хвиля викликає дисоціацію CH₄ та О₂, після чого утворюються радикали, які здійснюють запалення за ланцюговим механізмом. Об'єм, охоплений ударною хвилею, повинен бути більш критичного, а концентрація радикалів при дисоціації - достатня для розвитку ланцюгового вибуху. Ці умови запишемо наступним чином:

V/Vкр і 1; С/Скр і 1. (4)

В результаті розв'язання у загальному вигляді задачі переходу детонаційної хвилі в МПС, що оточує заряд, з урахуванням зародження реакції в критичному об'ємі було виявлено критичне значення швидкості детонації ЗВР - Dкр, при якому буде здійснюватися вищеописаний механізм запалення та детонації МПС:

Dкр = (Dмпс /и)(n+1)(k+1), (5)

де n- показник політропи ЗВР;

Dмпс - швидкість детонації МПС;

k= сp /сv - показник адіабати продуктів вибуху МПС;

cp та с v - теплоємкість продуктів вибуху МПС при постійних тискові та об'ємі відповідно;

и - критичний параметр, що дорівнює:

q = 1 + 2n/(n-1) [1 - {(rз/rкр)n}(n-1)/2n];

rз - радіус заряду ЗВР,

rкр = rз + rкр,

rкр - критичний радіус МПС.

При цьому критичне енерговиділення при детонації ЗВР складатиме:

Qкр = [Dмпс/q(n+1)/(k+1)]2 / 2(n2-1). (6)

За рівняннями (5) та (6) розраховані критичні значення швидкості детонації ЗВР та енерговиділення, які характеризують безпечність запалення МПС відкритим зарядом. Таким чином, конкретні величини Dкр і Qкр характеризуватимуть рівень запобіжних властивостей відкритого заряду ЗВР у МПС.

Для ЗВР V класу, у якій показник політропи n =2,0, діаметр патрону 36?10-3м і густина 1150-1300 кг/м 3, критичні значення швидкості детонації та енерговиділення складають Dкр=2270 м/с, Qкр =858 кДж/кг. Оскільки відомо, що основну енергію під час вибуху заряду ЗВР V класу у відкритому вигляді виділяє сенсибілізатор (нітроефіри), виявляємо відсоток його складу в речовині, виходячи з величини критичного енерговиділення. Була обрана суміш нітроефірів, яка складається з 71,13% нітрогліцерину, 27,18% динітрату діетіленгліколю та 1,69% колоксиліну з найбільшим значенням теплоти вибуху 6227,5 кДж/кг. Тоді ЗВР V класу повинно вміщувати нітроефірів не більше Сне=858/6227,5Ч 100%=13,8%. Враховуючи прийняті допущення нітроефірів на заводі, який виготовляє ВР, можна установити номінальне значення нітроефірів - 13%, а з урахуванням допусків - 13,0±1,0%. Цей рівень вміщення нітроефірів забезпечить максимально можливу детонаційну здатність, яка обумовлюється швидкістю детонації. Остання розраховується за формулою:

D = В r а, (7)

де D - швидкість детонації ВР;

В, а - коефіцієнти, отримані експериментальним шляхом;

с - густина ВР в патроні діаметром 36мм.

Розрахунок всіх параметрів детонації ЗВР базується на основних положеннях гідродинамічної теорії детонації. Дійсно, знаючи вид функції (7), отримаємо:

lnD/lnr = а і (8)

(а+1)a2 + (2а + 1 - g)a-g = 0, (9)

де г - коефіцієнт Грюнайзена;

.

Якщо знайти значення б, можна розрахувати тиск детонації Рн:

Pн = rD2/{(2+a)[1+(lnD/lnr)]}. (10)

Таким чином, визначення Рн дозволяє зробити вибір ЗВР V класу з більш високою детонаційною здатністю, ніж у вугленіта Е-6.

У третьому розділі розглянута задача підвищення роботоздатності ЗВР. Відомі засоби її підвищення, засновані на збільшенні енергії вибуху або газовості (кількості газоподібних продуктів вибуху) ЗВР. Проте ці засоби не можуть застосовуватися до ЗВР, тому що перший призводить до різкого погіршення їхніх запобіжних властивостей, а другий потребує зменшення кількості інгібітору, який уявляє собою конденсовану фазу, що врешті-решт теж знижує запобіжність. Засобом, що відрізняється від перших двох, є засіб застосування комбінованого заряду, в якому передбачається поєднання ВР: потужного з низькою запобіжністю та високозапобіжного. Так, комбінований заряд з 0,6кг амоніту ПЖВ - 20 та 0,4кг вугленіту Е-6 має високу ефективність вибуху та не запалює метан масою 1,0кг із каналу мортири. Проте отримати еквівалентну ЗВР, відповідну за ефективністю та безпечністю такому комбінованому зарядові, не вдалося, хоча така ЗВР дозволила б отримати роботоздатність на 17% більшу, ніж у вугленіта Е-6. Причина невдачі була пов'язана з тим, що до кінця не були відомі умови впливу інгібітору окислення МПС на безпечність та ефективність вибуху ЗВР.

В даній роботі в результаті експериментальних досліджень вплив інгібітору був виявлений. З усіх відомих експериментальних методів визначення роботи вибуху ВР тільки метод балістичного маятника дозволяє кількісно прорахувати значення цього показника. Тому на двох- маятниковій балістичній установці було проведене дослідження по визначенню роботи вибуху ряду ВР, одні з яких не вміщали в собі конденсованої фази (інгібітору), інші вміщали її у вигляді баластного інертного додатку, а у третіх інгібітор утворювався в результаті хімічної реакції між компонентами, що входять у склад. В результаті обробки результатів експериментів вдалося виявити вплив природи утворення конденсованої фази в продуктах вибуху на роботоздатність ВР. Виявилося, що якщо конденсована фаза додається до складу ВР як інертний баластний додаток, то її вплив на роботу вибуху враховується коефіцієнтом, що дорівнює з =1 - еб, якщо конденсована фаза утворюється в результаті хімічної реакції, то її вплив враховується коефіцієнтом, що дорівнює з = (1- еР)0,5, де еб та еР - відносне вміщення конденсованої фази в продуктах вибуху 1кг ВР в першому та другому випадках відповідно. Обробка результатів визначення роботи вибуху ЗВР - АЗВР дозволила отримати емпіричну залежність цієї роботи від параметрів ЗВР:

, Дж, (11)

де Qv - теплота вибуху 1кг ВР, Дж;

Nг - кількість газоподібних продуктів вибуху 1кг ВР, моль;

D - швидкість детонації ВР, м/с;

k - показник адіабати продуктів вибуху, k = сР/сV.

Найбільш прийнятним напрямком підвищення роботоздатності ЗВР V класу, є, як було відзначено вище, заміна у вугленіті Е-6 хлористого натрію на вуглекислий кальцій, щоб отримати потрійну суміш NaNO₃-NH₄Cl-CаCO₃. При рівних теплотах вибуху та детонаційних властивостях запропонованого складу та вугленіту Е-6 роботоздатність першого згідно з рівнянням (11) буде на 2-18 % більшою ніж роботоздатність другого. Щоб теплота вибуху запропонованого складу була не меншою, ніж у вугленіту Е-6, до нього додавалося високоефективне пальне полістирол.

Для ЗВР такого типу була отримана залежність роботоздатності, що була визначена за методом Трауцля (у свинцевій бомбі), від параметрів ЗВР: Qv - питома теплота вибуху (кДж/кг), Nг - кількість молів газоподібних продуктів вибуху (моль/кг), е - кількість інгібітору в продуктах вибуху (кг/кг). Це було необхідно з тієї причини, що величина роботоздатності має велике практичне значення, тому що її використовують для розрахунку питомої витрати ВР та маси шпурового заряду при складенні паспортів БВР на шахтах. Обробка результатів випробувань 70-ти зразків ЗВР в бомбі Трауцля дозволила отримати емпіричну залежність розширення свинцевої бомби ДV від параметрів ВР:

. (12)

Таким чином, отримані математичні моделі повністю описують вплив інгібітору, теплоти вибуху та кількості газоподібних продуктів вибуху на роботоздатність ЗВР. Проте тепер необхідно виявити, як збільшення роботоздатності ЗВР на 15-16% (за аналогією до комбінованого заряду) вплине на запобіжні здатності ЗВР V класу.

З цією метою було розглянуто можливий механізм запалення МПС зарядом ЗВР з каналу мортири без набійки. В результаті були отримані критерії впливу продуктів вибуху заряду ЗВР на безпеку вибуху. Виявилося, що, якщо час індукції МПС (t) більший або рівний часові витікання вибуху ЗВР з каналу мортири (t), а швидкість продуктів вибуху ЗВР (Uзвр) більша або рівна швидкості продуктів реакції окислення МПС (Uр), то при умові, що концентрація інгібітору в продуктах вибуху (вінг) більша або рівна деякій величині, що забезпечує вибухозаглушування МПС (во), вибух безпечний. У вигляді критерія умови безпеки вибуху в каналі мортири можна записати так:

;. (13)

Зразки ЗВР були випробувані у дослідному штреку. На основі кореляційного аналізу результатів випробувань (коефіцієнт кореляції r = 0,9) була отримана залежність показника, що характеризує запобіжні властивості ЗВР під час вибуху в канальній мортирі (Пк.м.), від концентрації інгібітору (е /Nг) в продуктах вибуху та теплоти вибуху ЗВР:

, (14)

а також отримана емпірична залежність маси граничного заряду ЗВР (Мгр) під час вибуху його в каналі мортири від цього показника:

Мгр = 406000,0Пк.м.1,06, кг. (15)

Використовуючи залежності (12), (14) і (15) для рівня безпеки, який визначається граничним зарядом з Мгр = 1,0 кг, розраховано значення кількості інгібітору е в ЗВР, яка розробляється, при умові отримання роботоздатності на 15% більшої, ніж у вугленіта Е-6: 0,31кг/кг.

У четвертому розділі розглядається збільшення водостійкості ЗВР V класу з підвищеною стійкістю проти вигоряння. Ця задача вирішується шляхом запроваджування у склад ЗВР спеціальної гідрофобізованої селітри ЖВК та заміни деревинного борошна на полістирол. Наявність гідрофобізатора та відсутність розпушувача - деревинного борошна підвищать детонаційну здатність ЗВР та значно покращать його здатність протистояти попаданню води у середину патрону.

В результаті розв'язання задач, які виникли при реалізації обраних напрямків підвищення безпеки підривних робіт ЗВР V класу, обґрунтовані безпечні та ефективні параметри засобу підвищення стійкості цих ВР проти вигоряння, які стали основою при розробці технічних умов на нові ЗВР V класу. безпека підривна запобіжна вибухова

У п'ятому розділі роботі вищевказані технічні умови втілені у дослідні зразки ЗВР V класу. В результаті їх випробувань були відібрані два, які відповідають діючим технічним вимогам на ЗВР V класу - вугленіти 13П та 13П/1.

Вугленіти 13П і 13П/1 за стійкістю проти вигоряння знаходяться на рівні ЗВР, що застосовують в Англії, Бельгії, Німеччині. Крім того, в зрівнянні з вугленітом Е-6, який вони замінили у 1994р., вугленіт 13П має більш високу роботоздатність (на 15%), у 2-3 рази більшу передачу детонації між патронами після витримки їх у воді на глибині 1м протягом 0,5 години (водостійкість), а вугленіт 13П/1 має більш високі запобіжні властивості: граничний заряд у кутовій мортирі, що не підпалює МПС, в 2 рази більший. Розроблені ЗВР V класу дозволяють забезпечити безпеку проведення підривних робіт у вугільних шахтах, небезпечних по газу або пилу, на такому високому рівні, що їх гарантійний строк збільшений з 6 до 9-12 місяців.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі подане нове рішення актуальної наукової задачі підвищення безпеки підривних робіт у вугільних шахтах шляхом запобігання запалення метану від вигоряючого заряду за рахунок збільшення стійкості ЗВР V класу проти вигоряння на основі установлених аналітико-експериментальних залежностей показників підпалюваємості, запобіжних властивостей, роботоздатності та детонаційної здатності ВР від її параметрів.

Основні висновки та результати роботи зводяться до наступного:

1. Аналіз причин аварій, пов'язаних з використанням вугленіту Е-6 у вугільних шахтах, показав, що дана ЗВР при підривних роботах може запалювати вибухонебезпечне середовище у гірських виробітках, де допущені до застосування ВР V класу. Однією з основних причин вибухів МПС є шпурові заряди вугленіту, що вигоряють.

2. Доведено, що основними напрямками підвищення безпеки підривних робіт є досягнення необхідного рівня стійкості ЗВР V класу проти вигоряння, збільшення їх роботоздатності та водостійкості.

3. Розглянутий механізм запалення МПС зарядом, що вигоряє, який дозволив виявити критерій безпеки застосування ЗВР, кореляційний зв'язок цього критерія з методами випробувань ЗВР на стійкість проти вигоряння та підпалюваємість.

4. Був обраний засіб підвищення стійкості ЗВР проти вигоряння, заснований на використанні у складі ВР потрійної суміші солей - NaNO3-NH4Cl-CaCO3, для якого виявлені необхідні співвідношення зазначених солей у суміші і підпалюваємість ЗВР.

5. Запропонований метод визначення кількості сенсибілізатора у складі ЗВР, яка необхідна для забезпечення високої детонаційної здатності останньої, на основі математичної моделі процесу запалення МПС детонуючим зарядом з урахуванням критичного об'єму МПС, необхідного для її запалення, при витіканні продуктів детонації ВР на межі розділу "заряд ЗВР-МПС".

6. Розроблена математична модель, що описує вплив інгібітору у складі ЗВР та енергії його вибуху на запобіжні властивості та роботоздатність з урахуванням природи утворення інгібітору, його концентрації та енергетичного внеску в корисну роботу вибуху. Використання цієї моделі дозволило підвищити роботоздатність ЗВР V класу на 10…15% при зберіганні нормативного рівня запобіжних властивостей.

7. Підвищено водостійкість ЗВР V класу шляхом заміни в його складі деревинного борошна на полістирол та введення спеціальної гідрофобізованої аміачної селітри марки ЖВК, що дозволило зберегти цей та інші детонаційні показники ЗВР V класу на нормативному рівні протягом всього гарантійного строку зберігання.

8. Проведено експериментальні дослідження, результати яких підтверджують правильність отриманих аналітичних залежностей та математичних моделей. В результаті цього вдалося обґрунтувати безпечні та ефективні параметри ЗВР V класу. Розроблені зразки таких ЗВР, які пройшли промислові випробування на відповідність технічним вимогам.

9. Основні положення роботи використані при створенні ЗВР V класу - вугленітів 13П та 13П/1. В результаті розроблені технічні умови "Речовини вибухові промислові. Запобіжні патроновані вугленіти 13П та 13П/1" (ТУ 1270174086-002-92), ХКО ім. Г.І. Петровського запроваджений серійний випуск названих ЗВР. Використання з 1994р. нових ЗВР на вугільних шахтах України дозволило запобігти запалення МПС, тобто підвищити безпечність підривних робіт в умовах вугільних шахт, де дозволене застосування ЗВР V класу.

Результати роботи можуть бути використані спеціалізованими науково - дослідними інститутами, які займаються розробкою безпечних засобів ведення підривних робіт у вугільних шахтах, а також заводами - виробниками запобіжних підривних речовин.

СПИСОК НАДРУКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Калякин С.А., Расторгуев В.М. О критических параметрах антигризутности предохранительных ВВ // Снижение травматизма при взрывных работах в угольных шахтах / Сб. научн. тр. МакНИИ. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. - 1987. - С.41-49.

2. Калякин С.А., Расторгуев В.М. К вопросу воспламенения метано-воздушной смеси зарядами ПВВ, взрываемыми в канале мортиры //Снижение травматизма при взрывных работах в угольных шахтах / Сб. научн. тр. МакНИИ. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. - 1989. - С.45-51.

3. Калякин С.А., Песоцкий М.К., Грицюк И.С. О методах испытаний ВВ на работоспособность // Снижение травматизма при взрывных работах в угольных шахтах / Сб. научн. тр. МакНИИ. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. - 1985. - С.157-163.

4. Калякин С.А., Расторгуев В.М. Исследование энергетических показателей высокопредохранительных ВВ // Снижение травматизма при взрывных работах в угольных шахтах / Сб. научн. тр. МакНИИ. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. - 1988. - С.40-47.

5. Калякин С.А., Расторгуев В.М. Исследование скорости детонации ПВВ V и VІ классов в зависимости от плотности патронов и условий взрывания // Снижение травматизма при взрывных работах в угольных шахтах / Сб. научн. тр. МакНИИ. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. - 1990. - С.58-64.

6. Калякин С.А., Песоцкий М.К., Грицюк И.С. О новом методе испытаний ВВ на работоспособность // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах / Сб. научн. тр. МакНИИ. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. - 1991. - С.105-114.

7. Песоцкий М.К., Калякин С.А., Расторгуев В.М., Белодед А.В. О создании новых высокопредохранительных ВВ для угольных шахт. // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах / Сб. научн. тр. МакНИИ. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. - 1996. - С.176-181.

8. Калякин С.А., Шевцов Н.Р., Лабинский К.Н., Купенко И.В. Влияние забойки на процесс поджигания и выгорания шпурового заряда ВВ. // Научные труды ДонДТУ. Серия горно-геологическая, выпуск 36: - Донецк: ДонДТУ. - 2001. - С.18-26.

9. Калякин С.А. Пути совершенствования предохранительных ВВ на современном этапе. // Матер. межд. научн. конф. "Проблемы производства промышленных взрывчатых веществ на современном этапе и утилизация боеприпасов". - Павлоград: ПО "Павлоградский химический завод", -1997, - С.31.

10. Пат. 155 Украина, С 06В 31/20. Предохранительное взрывчатое вещество // Расторгуев В.М. (Украина), Калякин С.А. (Украина), Песоцкий М.К. (Украина), Зенин В.И. (Украина), Бутуков А.Ю. (Украина), Анаскин Н.А. (Россия), Шевцов В.А. (Украина). № заявки 4337921/SU; заявлено 21.09.87., получено 30.12.92., опубл. 30.04.93. Бюл. №1.

11. Пат. 156 Украина, С 06В 31/20. Предохранительное взрывчатое вещество // Песоцкий М.К. (Украина), Калякин С.А. (Украина), Расторгуев В.М. (Украина), Вайнштейн Б.И. (Украина), Анаскин Н.А. (Россия), Шевцов В.А. (Украина). № заявки 4131394/SU; заявлено 09.10.86. получено 30.12.92. опубл. 30.04.93. Бюл. №1.

Особистий внесок автора у роботах, що надруковані у співавторстві:

[1] - отриманий показник, що характеризує запобіжність ВР, як функція, що залежить від маси інгібітору, який запроваджується у склад ВР, теплоти та об'єму газоподібних продуктів вибуху;

[2] - виявлені особливості та закономірності взаємодії інгібітору в продуктах вибуху з МПС;

[3] - виявлений вплив інгібітору окислення МПС на теплоту та роботу вибуху;

[4] - обґрунтовані засоби підвищення енергетичних показників ЗВР без зниження досягнутого рівня запобіжних властивостей;

[5] - розраховані аналітичні залежності швидкості детонації від густини та проведений розрахунок основних показників, що характеризують детонаційні властивості ВР;

[6] - отримані результати дослідження впливу природи утворення інгібітору в продуктах вибуху на роботоздатність ВР;

[7] - узагальнені результати досліджень по утворенню нових ЗВР V класу, стійких проти вигоряння;

[8] - дослідженні умови вигоряння шпурових зарядів ВР;

[9] - виявлена необхідність підвищення стійкості ЗВР ІV, V, VІ класів проти вигоряння;

[10] - обґрунтована гранична кількість сенсибілізатора у ЗВР;

[11] - обґрунтовані межі кількості карбонату кальція у складі ЗВР.

АНОТАЦІЯ

Калякін С.А. Запобігання запалення метану від заряду, який вигоряє, при підривних роботах у вугільних шахтах вибуховими речовинами V класу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 "Охорона праці" - Державний Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки праці у гірничій промисловості (МакНДІ), м. Макіївка, 2002. Дисертація присвячена питанням безпеки підривних робіт запобіжними вибуховими речовинами V класу.

У дисертації встановлено, що основними напрямками підвищення безпеки підривних робіт є збільшення стійкості ЗВР проти вигоряння за рахунок зниження їх підпалюваємості, поліпшення детонаційної здатності та водостійкості ЗВР за умови більш високої роботоздатності, ніж у вугленіта Е-6. У дисертації обґрунтовано спосіб зниження підпалюваємості за рахунок введення до складу ЗВР вуглекислого кальція. Розроблено математичну модель, що описує запалення метано-повітряної суміші (МПС) під час підривних робіт, яка дозволила установити граничну кількість сенсибілізатора (13%) у складі ЗВР, котра забезпечує максимально можливу детонаційну здатність останнього.

Установлено оптимальну кількість інгібітору у складі ЗВР з позиції підвищення рівня запобіжності та роботоздатності.

Доказано підвищення водостійкості ЗВР заміною деревної муки полістиролом. Основні результати роботи знайшли застосування в технічних умовах на нові ЗВР V класу - вугленіти 13П і 13П/1, застосування цих ЗВР у вугільних шахтах забезпечило безпеку підривних робіт за рахунок запобігання запалення метану від заряду, який вигоряє.

Ключові слова: безпека, підривні роботи, запобіжна вибухова речовина, метано-повітряна суміш, вигоряння, запалення, стала детонація, водостійкість.

АННОТАЦИЯ

Калякин С.А. Предотвращение воспламенения метана от выгорающего заряда при взрывных работах в угольных шахтах взрывчатыми веществами V класса. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 "Охрана труда" - Государственный Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в угольной промышленности, г. Макеевка, 2002.

Актуальность работы обусловлена необходимостью исключения выгораний шпуровых зарядов при взрывных работах и повышения работоспособности ПВВ V класса для обеспечения безопасных условий труда и повышения эффективности взрывных работ в угольных шахтах Украины.

Анализ причин аварий, происшедших при взрывных работах на шахтах Украины за период с 1974 по 1994гг., показал, что применение ПВВ V класса - угленита Э-6 явилось причиной 19,1% аварий от общего их числа, из которых 25% произошли вследствие выгорания шпуровых зарядов угленита Э-6.

При решении задачи повышения устойчивости против выгорания проведен анализ методов её определения. В результате исследований установлено, что метод Одибера-Дельмаса в полной мере позволяет оценить безопасность применения ПВВ по его устойчивости против выгорания. Для установления влияния относительного показателя устойчивости против выгорания на величину навески воспламенителя, которая характеризует поджигаемость ПВВ - П 50, был сделан корреляционный анализ. В результате установлена сильная корреляционная связь между поджигаемостью ПВВ и его устойчивостью против выгорания. Это позволило использовать практические результаты, полученные с помощью способов достижения устойчивости против выгорания, которые применяются в Англии, Бельгии, Германии, при обосновании безопасных и эффективных параметров отечественного ПВВ V класса. Предпочтительным оказался способ обеспечения устойчивости против выгорания, основанный на применении тройной смеси солей NaNO₃ - NH₄Cl - CaCO₃.

Введение в состав ПВВ V класса углекислого кальция повысит их устойчивость против выгорания более чем в 2 раза.

Другой важной задачей достижения устойчивости ПВВ против выгорания является повышение детонационной способности. Автором была получена математическая модель, описывающая воспламенение МВС детонирующим зарядом в зависимости от скорости и энергии детонации ПВВ. Эта модель учитывает критический объем МВС, вовлекаемый при истечении продуктов детонации в реакцию окисления, которая позволяет определить количество сенсибилизатора в составе ПВВ. При этом максимально возможное содержание сенсибилизатора (нитроэфиров) в составе ПВВ V класса не должно быть более 13,8%, что обеспечит высокую детонационную способность ПВВ.