Организация и методы буровзрывных работ

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Перечислите механические способы бурения и опишите, как происходит из применяемых способов

Механическое бурение ведут тремя основными способами: вращательным, ударным и вибрационным.

При вращательном способе бурения грунт забоя разрушают вращением бурового инструмента, при ударном способе -- нанося удары по грунту буровым снарядом, при вибрационном -- воздействием колебаний высокой частоты (до 2500 колебаний в 1 мин). В некоторых случаях для получения наибольшей эффективности при бурении пользуются комбинированными способами -- ударно-вращательным или вибровращательным.

Механическое бурение выполняют буровыми станками и машинами. Ручное бурение ведут при незначительных объемах работ, в мягких грунтах с глубиной бурения не более 5 м.

Вращательный способ бурения характеризуется высокой производительностью (в 3...5 раз превышающей производительность ударного бурения), более низкой стоимостью буровых работ, возможностью бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин. При вращательном способе бурения порода забоя истирается, ее режут или скалывают буровым инструментом, жестко закрепленным на нижнем конце вращающейся штанги.

Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.



При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом 1, подвешенным на канате Буровой инструмент включает также ударную штангу 2 и канатный замок 3. Он подвешивается на канате 4, который перекинут через блок 5, установленный на какой-либо мачте (условно не показана). Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок 6.

Рис. 3. Схема ударного бурения:

1 - долото; 2 - ударная штанга; 3 - канатный замок;
4 - канат; 5 - блок; 6 - буровой станок.



2. Как развивалась буровая техника

Для разведки, вскрытия или добычи твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, а также для различных вспомогательных целей в горных породах бурят вертикальные, горизонтальные или наклонные шпуры и скважины. Бурение -- процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы путем разрушения горных пород в торцевом забое. Буровой станок -- буровая машина, установленная на самоходной платформе или передвижной раме, применяемая для бурения взрывных и разведочных скважин и шпуров при открытой и подземной разработке полезных ископаемых, при сплошных камерных и особенно этажно-камерных и блоковых системах разработки для бурения скважин.

Шпуром принято называть искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м. Скважиной называют искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром более 75 мм и глубиной более 5 м.Бурение производится с помощью буровой установки -- комплекса оборудования, включающего буровую вышку (мачту), силовой привод, механизм передвижения, оборудование для механизации спуско-подъемных операций и очистки скважин и др. Для ведения буровзрывных работ бурят шпуры или скважины, в которые помещают взрывчатое вещество (ВВ).

В общей технологии открытых горных работ буровзрывные работы являются одним из основных и трудоемких производственных процессов. На долю буровзрывных работ приходится в среднем от 16 до 32 % всех затрат, необходимых для добычи твердых полезных ископаемых. В нашей стране ежегодно бурятся десятки миллионов метров взрывных скважин и шпуров, и с каждым годом объемы бурения растут. От качества рыхления горных пород зависят производительность погрузочного и транспортного оборудования, его долговечность и эффективность эксплуатации.

Дальнейшее развитие буровой техники предусматривает: создание станков для бурения скважин диаметром до 400 мм шарошечными долотами; разработку новых способов бурения; совершенствование автоматизации управления режимами бурения и вспомогательными операциями; снижение времени на спуско-подъемные операции в 1,5--2 раза; осуществление бурения взрывных скважин глубиной до 18--24 м без наращивания буровых штанг; разработку невращающихся буровых ставов; использование стабилизаторов и амортизаторов; совершенствование и внедрение на станках шарошечного бурения электровибробуров; освоение новых типов шарошечных долот и дополнительных устройств к ним и более интенсивное применение станков комбинированного бурения.

3. Назовите взаимодействие породоразрушающего инструмента с забоем шпура при каждом немеханические способы разрушения горной породы при бурении шпуров

Шпуры бурят с использованием компактных, транспортабельных бурильных машин относительно небольшой мощности. Эти особенности бурильных машин обеспечивают удобство их эксплуатации в горных выработках; в условиях разведки месторождений они облегчают перевозку оборудования к месту производства работ и позволяют бурить шпуры при небольшой энерговооруженности.

Исходя из рассмотренных выше способов бурения шпуров бурильные машины разделяют на следующие классы:

1) ударно-поворотного действия -- перфораторы;

2) вращательного действия -- сверла;

3) вращательно-ударного действия -- колонковые перфораторы и бурильные головки, монтируемые преимущественно на специальных бурильных установках.

При разведке месторождений полезных ископаемых шпуры в подавляющем большинстве случаев бурят перфораторами и сверлами. В геологоразведочных партиях наиболее распространены пневматические перфораторы. В особых условиях проведения горных выработок при отсутствии достаточно мощных энергетических источников применяют перфораторы с двигателями внутреннего сгорания, называемые мотоперфораторами (бензоперфораторы). По характеру разрушения породы, применяемые способы Б. делятся на: механические -- буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, и немеханические -- разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на неё (термическое, взрывное и др.). Механические способы Б. подразделяют на вращательные и ударные (а также вращательно-ударные и ударно-вращательные). При вращательном бурении порода разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В зависимости от прочности породы при вращательном Б. применяют буровой породоразрушающий инструмент режущего типа (см. Долото буровое иКоронка буровая); алмазный буровой инструмент; дробовые коронки, разрушающие породу при помощи дроби (см. Дробовое бурение). Ударные способы Б. разделяются на: Ударное бурение или ударно-поворотное (Б. перфораторами, в том числе погружными, ударно-канатное, штанговое и т.п., при которых поворот инструмента производится в момент между ударами инструмента по забою); ударно-вращательное (погружными пневмо-и гидроударниками, а также Б. перфораторами с независимым вращением и т.п.), при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту; вращательно-ударное, при котором породоразрущающий буровой инструмент находится под большим осевым давлением в постоянном контакте с породой и разрушает её за счёт вращательного движения по забою и периодически наносимых по нему ударов. Разрушение пород забоя скважины производится по всей его площади (Б. сплошным забоем) или по кольцевому пространству с извлечением Керна (колонковое Б.). Удаление продуктов разрушения бывает периодическое с помощью желонки (См. Желонка) и непрерывное шнеками, витыми штангами или путём подачи на забой газа, жидкости или раствора (см. Глинистый раствор). Иногда Б. подразделяют по типу бурового инструмента (шнековое, штанговое, алмазное, шарошечное и т.д.); по типу буровой машины (перфораторное, пневмоударное, турбинное и т.д.), по методу проведения скважин (наклонное, кустовое и т.д.). Технические средства Б. состоят в основном из буровых машин (буровых установок) и породоразрушающего инструмента. Из немеханических способов получило распространение для Б. взрывных скважин в кварцсодержащих породах Термическое бурение, ведутся работы по внедрению взрывного Б.

4. В чём состоит отличие химического взрыва от физического (охарактеризуйте на примере)?

Взрывы вызывают наиболее тяжелые и трудно предсказуемые ЧС.

Любой взрыв -- это быстрое высвобождение энергии. Взрывы делятся на:

* химические;

* физические.

ХИМИЧЕСКИЙ ВЗРЫВ

При химических взрывах происходит реакция превращения вещества в продукты взрыва. В зависимости от скорости превращения различают детонацию (больше скорости звука) и дефлаграцию

К химическим относятся взрывы:

* конденсированных веществ,

* газо-воздушные смеси,

* пылевоздушные смеси.

Для химического взрыва характерно:

* высвобождение теплоты (энергии);

* образование продуктов взрыва;

* высокая температура;

* образование ударной волны;

* поток воздуха, движущегося за ударной волной.

ФИЗИЧЕСКИЙ ВЗРЫВ К физическим относятся взрывы емкостей, внутри которых находится газ под давлением. Причины разрушения емкости могут быть разными. При взрыве происходит адиабатическое расширение газа, выделяется энергия за короткое время, т.е. мощность взрыва может быть достаточна для разрушения.

5. Какие параметры относятся к основным параметрам взрыва и какая имеется зависимость их от начальных факторов (температуры, давления)?

Взрыв - быстро протекающий процесс физического или химического превращения веществ, сопровождающийся освобождением большого количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна, способная создать угрозу жизни и здоровью людей, нанести ущерб народному хозяйству и окружающей среде, стать источником ЧС.

Взрыв представляет собой широкий круг явлений, связанных с очень быстрым выделением значительного количества энергии, сопровождающимся расширением вещества, обладающего избыточной энергией, в среде с меньшим энергетическим потенциалом. Расширение протекает с настолько большой скоростью (сотни м/с), что приводит к резкому повышению давления, плотности, температуры и сопровождается значительными звуковыми эффектами. Источником энергии при взрыве могут быть как химические, так и физические процессы.

В подавляющем большинстве взрывов, с которыми приходится сталкиваться на практике, источником выделения энергии являются химические превращения веществ. Это относится как к взрывам, предназначенным для достижения определенных целей (например в военной области или производственной сфере), так и к взрывам аварийного характера.

Примерами взрывов, энерговыделение при которых обусловлено физическими процессами, могут служить взрывы сжатых газов или взрывы, связанные с образованием перегретых жидкостей. В этом случае энергия, выделяющаяся при взрыве, определяется процессами, связанными с адиабатическим расширением парогазовых сред и перегревом жидкостей. Так при выливании расплавленного металла в воду испарение протекает взрывным образом вследствие фрагментации капель расплава, быстрой теплоотдачи и перегрева холодной жидкости. Возникающая при этом физическая детонация сопровождается образованием ударной волны.

6. Как влияет плотность, величина кристаллов, физическое состояние и температура на чувствительность ВВ к начальному импульсу

Чувствительность вв характеризует их способность к взрывчатым превращениям под влиянием внешних воздействий. Внешнее воздействие, которое необходимо для возбуждения детонации заряда ВВ называется начальным импульсом. Чем меньше начальный импульс, тем чувствительнее вв. Чувствительность вв различна и зависит от ряда факторов: природы вещества, химического состава и физического состояния, температуры, плотности, формы и величины кристаллов, влажности, примесей и др . Химический состав определяет мощность внутримолекулярных связей ВВ, энергия начального импульса должна быть достаточной для нарушения этих связей хотя бы небольшой части молекул ВВ. С увеличением влажности и плотности восприимчивость ВВ снижается, с уменьшением крупности частиц - повышается. Восприимчивость к начальному импульсу определяется также состоянием ВВ (порошкообразное, гранулированное, литое, прессованое и т.д). Наиболее чувствительные инициирующие ВВ

Физическое состояние. Как правило вв в жидком состоянии более чувствительно, чем в твердом. Например жидкий нитроглицерин более чувствителен, чем твердый( температура плавления стабильной модификации 13.5^оС , лабильной 2.8^оС. Прессованый пирокселин чувствительнее к некоторым видам начального импульса чем желатинированный.

Температура. С повышением температуры чувст-ть вв к внешним воздействиям увеличивается.

Плотность.(отношение массы вв к занимаемому им обьему). С увеличением плотности чувст-ть вв обычно уменьшается. Особенно резко падает восприимчивость к детонации у ВВ типа аммонитов. На плотность вещества влияет величина и характер пористости. Так как горение ВВ , как правило, происходит на поверхности и распространяется послойно, то и скорость горения увеличивается с возрастанием удельной поверхности.

Также на чувств-ть влияют примеси к ВВ и в зависимости от свойств примеси могут увеличивать (сенсибилизаторы) или уменьшать чувст-ть (флегматизаторы).

7. Как объясняется современная гидродинамическая теория детонации

Согласно современной гидродинамической теории детонации, детонация обусловлена распространением по ВВ ударной волны, вызывающей мгновенное возмущение среды , когда все параметры состояния вещества на фронте волны меняются скачкообразно. (плотность, температура, давление).Скорость распространения этой волны превышает скорость распространения звука в среде. При этом на фронте волны происходит интенсивное разогревание тонкого слоя ВВ и протекает ускоренная химическая реакция, за счет энергии которой поддерживается постоянство параметров волны и стационарный характер детонационного процесса в целом. Ударная волна и прилегающая к ней зона реакции взрыва превращения обобщаются под названием детонационная волна. Энергия химической реакции непрерывно поддерживает детонационную волну и не дает ей затухать. Ударной волной называется скачкообразное изменение давления, распространяющееся в среде со сверхзвуковой скоростью, уд.волна обладает свойствами: скорость сверхзвуковая; при прохождении ударной волны в газообразной среде наблюдается движение потока газов вслед за ударной волной; очень большое давление, нарастание которого происходит мгновенно, скачкообразно.

8. Как расчитывать кислородный баланс

Кислородный баланс - это физико -химическая характеристика ВВ. Его можно качественно оценить по взрывной реакции, т.е. по составу газообразных продуктов взрыва. Точное численное значение кислородного баланса ВВ определяют по уравнению :

Б_к=((N_к-N^,_к)а/Мвв)*100%,

Где N_к - количество атомов кислорода в молекуле ВВ;

N^, _к - количество атомов кислорода, необходимое для полного окисления горючих элементов (углерода, водорода, алюминия и др.)

а - молярная масса кислорода (а=16 кг/кмоль)

Мвв - молярная масса ВВ кг/моль

Если ВВ имеет элементарный состав в виде C_a, Н_b O_c N_d Al_e, то

N^, _к =2_а + 0,5_b + 1,5_e ,

Где a,b,c,d,e - количество атомов химического элемента в молекуле ВВ

Очевидно, что если NkN^, _k , то кислородный баланс положительный, если NkN^, _k - отрицательный, а если NkN^, _k - нулевой.

ВВ с нулевым кислородным балансом наиболее эффективны, поскольку при полном окислении горючих элементов выделяется максимальное количество теплоты, что обеспечивает максимальное выделение энергии в момент взрыва

9. История развития и применение ВВ в горном деле

История практического применения взрыва начинается с 10 в., когда в первые был изобретен черный порох. На протяжении сотен лет с момента изобретения пороха и до 1863 г. Человечество не имело представление о нпстоящей силе взрыва, скрытой во ВВ. Во время Петра 1 были созданы приборы для определения удельной энергии взрыва черного пороха. Для отделения горной массы от массива энергию взрыва впервые применили в 1627 г., когда тирольский горняк Каспар Вейндаль, произвел взрывы черного пороха на руднике. История создания современных ВВ отмечена первой вехой в 1846 г, когда итальянский ученый Асканио Собреро, открыл нитроглицерин. Однако до промышленного применения открытого вещества оставалось еще около 18 лет, так как полученное вещество отличалось громадной чувствительностью к удару, трению, что совершенно не позволяло использовать его в сколько-нибудь значительных количествах. В 1887 г. А. Нобель изобрел бездымный порох на основе которого производтится современные бездымные пороха для всех видов оружия. В 1863 г открыт тротил, в 1883 открыт тетрил. В 1897 впервые было получено мощное ВВ гексоген, а в 1941 октоген. После изобретения Нобелом капсюля-детонатора, позваляющего возбуждать взрыв во многих потенциальных ВВ, были предложены и применены на практике, как и в военном деле, так и в промышленности известные ВВ как: пирокселин,пикриновая кислота, гексоген, октоген и др. Работы немецких ученых в области химии связанного азота дали возможность получить ВВ без участия минеральных и ископаемых видов сырья, то есть практически из воздуха, поскольку действующее начало таких ВВ амиачная силитра может быть получена из воздуха и воды. Параллельно с гранулированными ВВ, не содержащими нитросоединения, развивались тротилосодержащие ВВ. Первыми в России водоустойчивыми гранулированными ВВ были гранулотол и алюминотол. Другими современным типои промышленных ВВ явл. Текучие водосодержащие суспензионные ВВ. В последние годы интенсивно развивается производство ВВ непосредственно на местах с их применением. В качестве ВВ стали применяться взрывчатые элементы, извлекаемые из устаревших боеприпасов.

Широкое распространгение взрывных работ в промышленности что взрывчатые вещества являются чрезвычайно компактными носителями энергии. С применением ВВ ежегодно в угольной промышленности проходится около 10 тыс. км. Горных выработок, добывается четверть всего угля. Взрывные работы широко используются Министерством по чрезвычайным ситуациям. С помощью взрыва предупреждают, управляют и борются с наводнениями, тушат пожары . Немаловажной областью применения взрывных работ является строительство магистральных трубопроводов. В настоящее время ВВ используют в мирных целях более 150 направлений: горнодобывающая промышленность, машиностроение, борьба с пожарами и стихийными бетствиями, добыча нефти и газа, сельское хозяйство, энергетическое и транспортное строительство.

10. Назовите обязательные условия протекания химического взрыва

Химическим взрывом называют самораспространяющееся химически быстрое разложение вв с выделением тепла и сильно нагретых газообрахных продуктов, способных производить разрушение и перемещение окружающей среды.

4 условий:

- экзотермичность

- образование газов

- высокая скорость

- способность к саморпспространению

Экзотермичность реакции Для совершения при взрыве механичемской работы необходимо затратить эквивалентное количество энергии, источником которой является теплота химической реакции. Взрывчатыми веществами могут быть , те при химическом превращении которых выделяется теплота.

образование газов и паров Что бы выделявшая энергия могла осуществлять механическое действие, нужно рабочее тело, т.е. вещество, которое могло бы произвести достаточно большое давление на окружающую среду. такими веществами являются газы и пары, выделяющиеся при взрыве.

высокая скорость химической реакции Если выполняются два первых условия, а скорость реакции мала, то взрыва не будет, так как только большая скорость реакции обеспечивает ту огромную мощность, которая является характерной для взрыва. Что бы обеспечить сильное нагревание выделившихся при взрыве газов и создать в них высокое давление, необходимо, что бы энергия выделилась либо в этих газах, либо была передана им до того, как еще не произошло заметных потерь энергии и заметного увелечения их объема. Это значит, что процесс выделения или передачи энергии должен распространятся со скоростью, заметно превосходящую скорость расширения взрывных газов.

Обычно при взрыве начальная скорость расширения газов достигает около одного км в секунду. Скорости распространения процесса взрыва, называемого детонацией, у вв несколько больше и находится в пределах от двух до восьми км.

11. Кислородный баланс

Кислородным балансом называется выражение в процентах избыточное, достаточное или недостаточное количество кислорода во ВВ по сравнению с количеством, необходимым для взрывчатом веществе по сравнению с количеством, необходимым для полного окисления содержащихся в нем горючих элементов (углерода, водорода, аллюминия и др.) под полным окислением следует понимать окисление водорода в воду углерода - в диоксид углерода, аллюминия - в оскид аллюминия.

12. Какие ядовитые газы выделяются при взрыве?

В основном это оксид углерода(газ без цвета, вкуса и запаха безвреден лишь при содержании менее 0,0016%) и оксиды азота(газ красно-бурого цвета, предельно допустимая норма 0,0001%). Однако при разрушении г.п., содержащих серу и сернистые соединения, образуются также сернистый ангидрит(безцветен, с резким раздражающим запахом, предельно допустимая концентрация -0,0007) и сероводород(безцветен с запахом тухлых яиц) во много раз токсичне, чем оксид углерода

13. Что такое критический диаметр заряда?

Критический диаметр заряда - наименьший диаметр цилиндрического заряда ВВ, при котором возможно распространение детонации. При диаметре заряда менее критического детонация либо затухает. Диаметр заряда, выше которого скорость детонации не увеличивается , называется предельным диаметром, а скорость - предельной или оптимальной скоростью детонации.

Для бризантных индивидуальных взрывчатых химических соединений критический диаметр обычно составляет несколько мм, для инциирующих - сотые доли мм, для гранулированных промышленных ВВ - 150 мм. Использование ВВ с большим критическим диаметром детонации не имеет практического смысла.

На величину критического диаметра детонации влияют состав, степень измельчения, физическое состояние ВВ, влажность, температура, плотность заряжания и другие параметры. Значительно снизить критический диаметр может прочная оболочка заряда.

Критический диаметр детонации обычно определяют путем подрыва модельных зарядов длиной не менее пяти диаметров заряда. Наличие и отсутствие детонации определяют по следам от взрыва.

11. Какие существуют режимы химического разложения ВВ?

Процесс разложения ВВ может происходить относительно медленно - путем горения, когда наблюдается послойный разогрев ВВ за счет теплопроводности, и относительно быстро - посредством детонации (сверхзвуковое ударно-волновое разложение химического, взрывчатого вещества). Если скорость первого процесса измеряется сантиметрами, иногда - сотнями метров в секунду (у черного пороха - 400 м/с), то при детонации скорость разложения ВВ измеряется тысячами метров в секунду (от 1 до 9 тыс. м/с). Огромное разрушающее действие взрыва обуславливается тем, что энергия при взрыве выделяется очень быстро.. ВВ обладают способностью к быстрому разложению, при котором энергия межмолекулярных связей выделяется в виде теплоты, причем -при повышений температуры скорость разложения ВВ увеличивается. При сравнительно низкой температуре скорость разложения ВВ невелика и ВВ в течении длительного времени может не претерпевать заметного изменения в своем состоянии. В этом случае между ВВ и окружающей средой устанавливается тепловое равновесие. Если создаются условия, при которых теплота, выделяемая ВВ, не успевает отводится в окружающую среду, то благодаря повышению температуры развивается процесс самоускоряющегося химического разложения ВВ, который называется тепловым взрывом.

Виды химического превращения ВВ: 1) детонация- распространение взрыва по массе ВВ со сверхзвуковой, постоянной для данного ВВ и диаметра заряда, скоростью.2) горение - переменная по скорости реакция окисления , протекающая при высокой температуре.3) термическое разложение- медленная реакция, протекающая во всем объеме вещества, находящаяся при одинаковой температуре окружающей среды.

12. По каким признакам классифицируют промышленные ВВ?

Промышленные ВВ классифицируют по ряду признаков:

1)По характеру воздействия на окружающую среду. 2) Агрегатному состоянию, 3) химическому составу. 4) условиям применения. 5) степени опасности при хранении и транспортировке

1)подразделяются на высокобризантные ВВ, бризантные, низкобризантные и метательные.

2) делятся на порошкообразные, гранулированные, прессованные, литые, водосодержащие.

3)классифицируют на аммиачно-селитренные , нитропроизводные и их сплавы, ВВ на основе жидких эфиров и пороха.

4) делится на 7 классов и один специальный.(непредохранительные и предохранительные ВВ )

5) подразделяют на 5 групп

I- ВВ с содержанием жидких нитроэфиров более 15%, нефлегматизированный гексоген, тетрил

II- аммиачно- селитренные ВВ, тротил и сплавы его с др. нитросоединениями, ВВ с содержанием жидких нитроэфиров не выше 15%, флегматизированный гексоген, детонирующий шнур.

III - пороха дымные и бездымные

IV - детонаторы, пиротехнические замедлители

V перфораторные заряды и снаряды с установленными в них взрывателями.

13. Какие ВВ относятся к инициирующим

Инициирующие ВВ

Они обладают высокой чувствительностью к внешним воздействиям и их взрыв, (детонация) оказывает детонационное воздействие на бризантные и метательные ВВ, которые обычно к остальным типам внешнего воздействия не чувствительны вовсе или же обладают неудовлетворительной чувствительностью. Поэтому, инициирующие вещества и применяют только для возбуждения взрыва бризантных или метательных ВВ. Для обеспечения безопасности применения инициирующих ВВ, их упаковывают в защитные приспособления (капсюль, капсюльная втулка, капсюль - детонатор, электродетонатор, взрыватель). Типичные представители инициирующих ВВ: гремучая ртуть, азид свинца, тенерес (ТНРС).

Гремучая ртуть (фульминат ртути) получается из металлической ртути путем обработки ее азотной кислотой и этиловым спиртом в присутствии некоторых добавок (соляной кислоты и медных опилок). Представляет собой мелкокристаллическое сыпучее вещество белого или серого цвета. Ядовита, плохо растворяется в холодной и горячей воде.К удару, трению и тепловому воздействию гремучая ртуть наиболее чувствительна по сравнению с другими инициирующими ВВ, применяемыми на практике. При увлажнении гремучей ртути ее взрывчатые свойства и восприимчивость к начальному импульсу понижаются (например, при 10 % влажности гремучая ртуть только горит, не детонируя, а при 30 % влажности не горит и не детонирует). Гремучая ртуть при отсутствии влаги не взаимодействует химически с медью и ее сплавами. С алюминием же она взаимодействует энергично с выделением тепла и образованием невзрывчатых соединений (происходит разъединение алюминия). Поэтому гильзы гремучертутных капсюлей изготовлены из меди или мельхиора, а не из алюминия.

Гремучая ртуть разлагается в кислотах и щелочах, также при нагревании до температуры +50°С и более, а концентрированная серная кислота вызывает ее взрыв. Применяется для снаряжения также капсюлей-воспламенителей.

Азид свинца (азотистоводородный свинец) получается из металлического натрия и свинца в результате взаимодействия их с аммиаком и азотной кислотой. Азид свинца - единственное из применяемых ВВ, не содержащее кислород. Он представляет собой белый негигроскопичный мелкокристаллический порошок. При воздействии на него влаги и низких температур не снижает своей чувствительности и способности детонировать.

Кислоты, щелочи, углекислый газ (особенно в присутствии влаги) и солнечный свет медленно разлагают азид свинца. Температурные колебания не влияют на его стойкость, но при нагревании до +200°С он начинает разлагаться. Азид свинца по сравнению с гремучей ртутью менее чувствителен к искре, лучу пламени и удару: но инициирующая способность азида свинца выше, чем у гремучей ртути. Так, например, для инициирования одного грамма тетрила нужно 0,29 г гремучей ртути и только 0,025 г азида свинца. Для надежности возбуждения детонации азида свинца от искры и накола его покрывают, соответственно, слоем тенереса или специального накольного состава. Азид свинца химически не взаимодействует с алюминием, но взаимодействует с медью и ее сплавами, с образованием азида меди, который во много раз чувствительнее азида свинца, поэтому гильзы капсюлей снаряжаемых азидом свинца, изготовляются из алюминия, а не из меди. Применяется для снаряжения капсюлей-детонаторов.

ТНРС, представляет собой свинцовую соль стифниновой кислоты и называется стифнатом свинца, или тринитрорезорцинатом свинца. Это несыпучий мелкокристаллический порошок желтого цвета, малогигроскопичный и не взаимодействующий с металлами. Кислоты его разлагают. Под действием солнечного света тенерес темнеет и разлагается. Температурные колебания на тенерес действуют так же, как и на азид свинца. Растворимость тенереса в воде незначительна. Инициирующая способность тоже весьма незначительна (даже 2 г тенереса не вызывают детонации тетрила), поэтому тенерес как самостоятельное инициирующее вещество не применяется, а вследствие своей большей чувствительности к искре и лучу пламени по сравнению с азидом свинца идет вместе с ним на снаряжение капсюлей-детонаторов.

К вторичным инициирующим ВВ относят: тетрил, гексоген, тэн.они относятся к бризантным, основной формой которой является детонация (более безопасны).

14. Классификация вв по химическому составу

По химическому составу взрывчатые вещества подразделяют на индивидуальные соединения и взрывчатые смеси. В первых химические превращения при взрыве происходят в форме реакции мономолекулярного распада. Конечные продукты -- устойчивые газообразные соединения, такие, как азот, окись и двуокись углерода, пары воды.

Во взрывчатых смесях процесс превращения состоит из двух стадий: распада или газификации компонентов смеси и взаимодействия продуктов распада (газификации) между собой или с частицами неразлагающихся веществ (например, металлов). Наиболее распространённые вторичные индивидуальные взрывчатые вещества относятся к азотсодержащим ароматическим, алифатическим гетероциклическим органическим соединениям, в том числе нитросоединениям (тротил, тетрил, нитрометан), нитроаминам (гексоген, октоген), нитроэфирам (нитроглицерин, нитрогликоли, нитроклетчатка, тэн). Из неорганических соединений слабыми взрывчатыми свойствами обладает, например, аммиачная селитра.

15. Классификация ВВ по степени опасности при хранении и перевозке

В соответствии с ГОСТ P 51615-2000 к классу I относятся:

* взрывчатые вещества, т. е. твёрдые или жидкие вещества или смеси веществ, которые способны к химической реакции с выделением газов с такими интенсивностью, температурой и давлением, что это вызывает повреждение окружающих предметов, за исключениемтех веществ, которые не допускаются к транспортированию (особо опасные ВВ, т. е. слишком чувствительные или легко подвергающиеся самовозгоранию);

* изделия, содержащие одно или несколько ВВ с такими свойствами, что их случайное воспламенение и инициирование при транспортировании не приведёт к разбрасыванию или проявлениям огня, дыма, тепла и звукового эффекта вне упаковки;

* пиротехнические вещества или изделия их содержащие, т. е. вещества или смеси веществ, предназначенные для производства внешних эффектов (огня, звука, газа или дыма, либо их комбинации) в результате недетонирующих экзотермических реакций. 263

ВМ класса I подразделяются на пять подклассов:

1. (ВВМ) - вещества или изделия, способные взрываться всей массой. Взрыв массой - это такой взрыв, который одновременно охватывает весь груз.

2. (БВР) - вещества или изделия, не взрывающиеся всей массой, но имеющие опасность разбрасывания и существенного повреждения окружающих предметов.

3. (ВВП) - вещества или изделия, выделяющие при горении большое тепловое излучение или разрушающиеся с незначительным эффектом взрыва или разбрасывания, или того и другого одновременно.

4. (ВВНО) - вещества и изделия, представляющие незначительную опасность взрыва во время перевозки (только в случае воспламенения или инициирования). Действие взрыва большей частью ограничивается самой упаковкой. Значительного разбрасывания элементов упаковки или изделия на существенные расстояния не наблюдается.

Внешний огонь не вызывает мгновенного взрыва содержимого.

5. (ВВНЧ) - вещества, которые настолько нечувствительны, что принормальных условиях транспортирования инициирование или переход от горения к детонации маловероятен.

По степени опасности при хранении и перевозке применяемые в промышленности взрывчатые материалы (ВМ) делятся на следующие группы:

I. ВВ с содержанием жидких нитроэфиров более 15 %, нефлегматизированный гексоген, тетрил.

II. ВВ на основе аммиачной селитры, тротил и его сплавы с другими нитросоединениями. ВВ с содержанием жидких нитроэфиров до 15 %, флегматизированный гексоген, ДШ.

III. Пороха дымные и бездымные.

IV. Все детонаторы и пиротехнические замедлители КЗДШ.

V. Перфораторные заряды и снаряды с установленными в них взрывателями для работы в глубоких скважинах. ВМ различных групп следует перевозить и хранить отдельно. Допускается в отдельных случаях совместная перевозка ВВ и СИ. Это регламентировано Едиными правилами безопасности при взрывных работах

15. Какие взрывчатые вещества, применяют в сейсморазведке?

При сейсморазведке могут быть использованы почти все ВВ. чаще всего используются тротиловые прессованные шашки массой 0,4 кг. Имеющую форму прямоугольной призмы, а также выпускаемые для целей сейсморазведки цилиндрические заряды из литого тротила массой по 2,5 гк при диаметре 80мм и высоте 350 мм. В последние годы в сейсморазведке широко применяются заряды из утилизованных ВВ, в качестве взрывчатого ВВ в котором используется тротил-УД и смесь тротила с пироксилиновым порохом. Заряд сейсмических ЗСК изготавливается из утилизованных прессованных шашек диаметром 32-80 мм, массой ВВ от 0,12 до 2,0 кг. При сейсморазведке допустимо применение аммиачно- селитровых ВВ в случаях если не требуется гидроизоляция зарядов и при использовании очень малых зарядов, гидроизоляция которых может быть осуществлена простейшим способом- при помощи резиновых или полиэтиленовых мешочков.

16. Какие взрывчатые вещества, применяют при прострелочно-взрывных работах?

Из большого перечня взрывчатых веществ в геофизике применяют те, которые отвечают специфическим требованиям к прострелочно-взрывным работам в скважинах. Так, пороха используются для изготовления зарядов пулевых и снарядных перфораторов, грунтоносов, пороховых генераторов давления, предназначенных для разрыва пласта, а также при термогазохимической обработке пласта.

Для глубоких высокотемпературных скважин разработан ряд термостойких порохов. В стреляющих грунтоносах и пулевых перфораторах при температуре в скважине до 100 °С применяются преимущественно заряды из штатного пороха. Разработаны также термостойкие пороха, имеющие порог термостабильности до 250 °С. В производственных условиях в стреляющих грунтоносах применяют пороховые заряд переменной массы, величина которых обусловливается гидростатическим давлением в скважине и твёрдостью отбиваемой породы.

Бризантные ВВ применяются для изготовления зарядов кумулятивных перфораторов и торпед. Имеющиеся ВВ используются для изготовления средств инициирования. Применяются очень редко также пиротехнические составы. Самостоятельное значение имеют термостойкие пороха, используемые в грунтоносах и перфораторах, применяемых в высокотемпературных скважинах.

25. Какими могут быть ВВ по физическому состоянию?

Известно большое число химических соединений и смесей, которые способны под действием внешнего импульса взрываться; они могут называться взрывчатыми системами. По своему физическому состоянию они бывают:

* твёрдыми однокомпонентными химическими соединениями (гексоген,тэн, тротил) или смесями (аммиачная селитра + тротил и т. д.);

* смесями жидких и твёрдых веществ (нитроэфиры + аммиачная селитра; соляровое масло + аммиачная селитра);

* смесями газов (метан + воздух, ацетилен + кислород и т. д.);

* смесями твёрдых и жидких веществ с газами (угольная, древесная или другая органическая пыль + парыкеросина, бензина + воздухит. д.);

* жидкими веществами (тринитроглицерин, динитрогликоль);

* смесями жидких веществ (тетранитрометан + бензол, четырёхоксид азота + керосин и т. д.).

17. В каких физических состояниях могут находиться промышленные ВВ?

По физическому состоянию промышленные ВВ могут быть следующими: порошкообразными, шнекованными, прессованными, литыми, гранулированными (чешуйчатыми), водонаполненными, льющимися, горячельющимися, пластичными.



18. В каких физических состояниях могут находиться промышленные ВВ?

По физическому состоянию, промышленные ВВ классифицируются следующим образом:

- порошкообразные;

- гранулированные;

- прессованные;

- литые;

- водосодержащие (льющиеся).

19. У каких смесевых ВВ основной частью является аммиачная селитра? Приведите примеры

Аммиачная селитра является основным компонентом многих промышленных ВВ. Это объясняется доступностью исходного сырья, простотой и безопасностью технологии получения и переработки аммиачной селитры.

Смесевые ВВ на основе аммиачной селитры представляют собой механические смеси аммиачной селитры с другими ВВ или с горючими невзрывчатыми материалами. Во втором случае аммиачная селитра выполняет роль окислителя.

Смесевые ВВ на основе аммиачной селитры делят на несколько групп: аммоналы, граммоналы, аммониты, граммониты, гранулиты, динамоны, игданиты, водонаполненные.

Аммониты - порошкообразные смеси аммиачной селитры с тротилом (реже с гексогеном, динитронафталином) и невзрывчатыми горючими компонентами.

Граммониты - смеси гранулированной аммиачной селитры и тротила.

Гранитолы - водоустойчивые составы, в которых гидроизоляция водорастворимых компонентов достигается в результате образования эмульсий солей-окислителей в тротиле в присутствии поверхностно-активных веществ (пластификаторов и полимеров).

Аммоналы - смеси порошкообразной аммиачной селитрой и тротила с металлической горючей добавкой - алюминиевой пудрой.

Граммоналы - аммоналы в гранулированном состоянии.

Динамоны - смеси аммиачной селитры с невзрывчатыми жидкими или твердыми горючими добавками (соляровое масло, древесная мука, сажа, алюминиевая пудра и т.д.).

Гранулиты - динамоны в гранулированном состоянии.

Акватолы - водосодержащие суспензионные ВВ текучей консистенции, твердой фазой которых является граммонит или граммонал, а жидкой - насыщенный загущенный раствор аммиачной селитры.

Карбатолы - горячельющиеся ВВ, густые, текучие при температуре выше 50°С, суспензии, отвердевающие при остывании в скважине.

Акванал - водосодержащее, горячельющиеся ВВ, отвердевающие при остывании в скважине. Содержит алюминиевый порошок или силикоалюминий и представляет собой смесь металлизованной сухой фазы с насыщенным водным раствором аммиачной селитры.

Акванит - состоит из смеси аммиачной селитры, алюминиевого порошка и водорастворимого загустителя.

20. Что такое игданиты? Как и где их изготавливают?

Игданиты по принципу построения рецептуры относят к динамонам (смеси аммиачной селитры с невзрывчатыми жидкими или твердыми горючими добавками). Это простейшие ВВ, изготавливаемые непосредственно на местах работы и состоящие из гранулированной (или чешуйчатой) аммиачной селитры, пропитанной небольшим количеством жидкого горючего (солярового масла или дизельного топлива). Жидкое горючее тонкой пленкой покрывает гранулы аммиачной селитры, повышая чувствительность и мощность ВВ.

Приготавливают игданит, заливая соляровое масло в мешки с аммиачной селитрой или смешивая селитру с жидкой добавкой в процессе засыпки в скважины, а также с помощью специального зарядного агрегата. Игданиты самые дешевые из всех применяемых в горной промышленности и пригодны для механизированного заряжания. Взрывчатые свойства игданитов уступают свойствам аммонитов.

21. Какие ВВ называют нитроглицериновыми?

Нитроглицериновые взрывчатые вещества -- смесевые бризантные промышленные взрывчатые вещества, содержащие нитроглицерин. По содержанию нитроглицерина подразделяют на низкопроцентные, среднепроцентные и высокопроцентные; по консистенции -- на порошкообразные, полупластичные и пластичные (последние две группы называются динамитами). К ним относятся детониты, предохранит, угленит.

Порохами называют ВВ, способные в определенных условиях к взрывному горению и детонации.

Пороха представляют собой твердые многокомпонентные системы, содержащие горючие вещества и окислители. Вид и мощность начального импульса оказывают существенное влияние на начальную скорость взрывчатого разложения порохов.

Во взрывном деле находят применение дымный и бездымный пороха. В горной промышленности применяют специально выпускаемый для горных работ гак называемый минный порох, который является разновидностью дымного пороха. Он представляет собой зернистую массу: величина зерна крупного пороха (3--8,5 мм, мелкого-- 1,5--3 мм). Плотность действительная 1.6--1,75 г/см3, насыпная 0,9 -- 1,0 г/см3.

Дымный порох состоит из калиевой селитры, древесного угля и серы. Он гигроскопичен, чрезвычайно чувствителен к огню, является опасным в обращении ВВ. Дымный порох разлагается в форме взрывного горения со скоростью до 400 м/с. Его взрыв воздействует на среду менее жестко, чем взрыв бризантного ВВ. Поэтому его применяют при добыче штучного камня и в тех случаях, когда требуется обеспечить минимальное нарушение отбиваемого массива, а также для изготовления огнепроводных шнуров. В последних опасность пороха значительно снижается за счет тканевой оболочки.

Бездымными порохами называются ВВ, изготовленные из нитратов целлюлозы с различным содержанием азота путем растворения их во взрывчатых и невзрывчатых растворителях. В состав этих порохов вводятся пламсгасящие добавки, от чего при использовании не видно пламени и дыма.

Различают пироксилиновые и нитроглицериновые пороха. Первые получают обработкой нитрата целлюлозы летучим растворителем, а вторые -- слаболетучим нитроглицерином. Выпускаются такие пороха в виде элементов различных форм и размеров. Бездымные пороха чувствительны к механическим воздействиям и огню. Высокой детонационной способностью обладают пироксилиновые пороха, особенно в воде. Нитроглицериновые пороха детонируют в воде хуже.

Бездымные пороха в зависимости от состояния, условий взрыва и вида начального импульса способны к горению или детонации. Скорость детонации 3500--8000 м/с. Температура вспышки 180--200 °С. Они в основном водоустойчивы, поэтому их используют при взрывах на выброс в обводненных породах средней крепости. Бездымные пороха имеют специальную маркировку. Их цвет зависит от состава и режима приготовления При хранении бездымные пороха медленно разлагаются с выделением эфиров и оксидов азота, способны к экссудации и электризации.

Нитроглицериновые пороха, полученные при пластификации коллоксилина (разновидность нитроцеллюлозы), называется баллнетитами. Пороха, полученные при пластификации высокоазотной нитроцеллюлозы нитроглицерином и спиртоэфирной смесью, называют кордитами. Составы баллнетитов и корди- тов приведены в табл. 5.2.

22. Предохранительные ВВ

Предохранительные ВВ предназначены для ведения взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли. Основными представителями рассматриваемых ВВ являются, например, предохранительные аммониты, которые относятся к взрывчатым веществам III и IV классов.

Предохранительные свойства этих ВВ достигаются благодаря введению в состав взрывчатых смесей пламегасителей (обычно это хлориды натрия или калия). При введении в состав ВВ пламегасителей содержание активных компонентов в единице массы ВВ снижается, что уменьшает удельную теплоту взрыва.

При взрыве пламегасители с высокой теплоемкостью поглощают тепло от продуктов взрыва. В результате уменьшения удельной теплоты взрыва и поглощения тепла на нагревание пламегасителей температура взрыва значительно снижается. Это существенно уменьшает опасность воспламенения метано- или пылевоздушной смесей.

Кроме того, пламегасители по отношению к взрывоопасной шахтной атмосфере являются антикатализаторами (ингибиторами). Они существенно понижают нижний предел температуры вспышки и удлиняют задержку вспышки. Содержание пламегасителей в предохранительных аммонитах составляет 12--20%.

Увеличение содержания пламегасителя в составе предохранительных ВВ способствует повышению их предохранительных свойств, однако при этом снижается детонационная способность. Поэтому при большом содержании пламегасителя возможны неполные взрывы, выгорание ВВ, что не только резко снижает эффективность взрывов, но и может привести к воспламенению метановоздушной смеси.

Улучшение детонационной способности ВВ достигается введением в их состав добавок жидких нитроэфиров, а также применением специальных конструкций патронов предохранительных ВВ -- патронов с предохранительными оболочками. Сердцевина этих патронов представляет собой предохранительное ВВ с небольшим содержанием пламегасителя. Основная часть пламегасителя размещается в оболочке. В этом случае обеспечиваются высокие предохранительные свойства ВВ и хорошая его детонационная способность.

В классификации промышленных ВВ (см. табл. 5.1) предохранительные ВВ отнесены к III--IV классам. В основе такой классификации лежит опасность подземных взрывов газа или пыли при взрывных работах. Химический состав шахтной атмосферы, газоносность пластов, возможность внезапных выбросов газа, характер взрывных работ, горно-геологические особенности выработок и т. п. способствуют возникновению взрывоопасных ситуаций.

Приведем в качестве примеров некоторые предохранительные В В III--VII классов.

К третьему классу предохранительных ВВ отнесен аммонит АП-5ЖВ, содержащий аммиачную селитру, тротил и хлористый натрий. Следует отметить, что это В В является мощным предохранительным BB и применяется в чистопородных забоях угольных шахт, опасных по газу или пыли. Однако при этом должно полностью исключаться попадание из других забоев угольной пыли, а содержание метана не должно превышать 1%.

К четвертому классу предохранительных ВВ отнесен аммонит Т-19, который имеет тот же, что и аммонит АП-5ЖВ, химический состав, но в другом соотношении. Имеет среднюю мощность и обладает высокой детонационной способностью. Его применение позволяет повысить надежность короткозамед- ленного взрывания.

К пятому классу предохранительных В В относится угленнт Э-6, который применяется при взрывании угля любой крепости и пород слабых и средней крепости только при наличии двух свободных (открытых) поверхностей в забое.

К шестому классу предохранительных ВВ отнесен угленит 12ЦБ сложного состава. Он применяется при взрывной отбойке угля и породы в забоях выработок шахт, опасных по газу всех категорий и опасных по пыли, кроме особых восстающих забоев по углю и особо опасных комбайновых ниш с одной плоскостью обнажения.

Примером предохранительного В В седьмого класса может служить ионит, который допущен к взрыванию в виде накладных зарядов массой не более ООО г при ликвидации заторов негабаритных кусков в углеспускных выработках, а также при взрывном разрушении деревянных стоек, распылении воды, находящейся в полиэтиленовых оболочках. В последних двух случаях масса накладного заряда ионита не должна превышать 150 г.

Некоторые показатели предохранительных ВВ приведены ниже. В зарубежной практике насчитывается большое количество предохранительных ВВ, которые в различных странах подразделяются на разнос число классов. Так, в ФРГ выделяют три класса предохранительных ВВ, в Бельгии -- четыре, в Великобритании -- пять и т. д.

Как правило предохранительные ВВ содержат в качестве сенсибилизатора нитроглицерин. Вместе с тем немало предохранительных В В имеют аммначно-селнтренные составы: бал- каннт '(Болгария), юниред, тринит (Великобритания) и др. Однако необходимо отметить, что предохранительные В В не полностью удовлетворяют требованиям безопасности, особенно в выработках с большой газообильностью и концентрацией угольной пыли. В таких условиях весьма эффективным является беспламенное взрывание. Сущность беспламенного взрывания заключается в том, ч- превращение потенциальной энергии в кинетическую энергп производящую разрушение массива, осуществляется без обр зования пламени и при сравнительно низкой температуре. П] этом продуктами превращения являются пары воды и инер ные газы. В качестве средства беспламенной отбойки лепол зуют патроны гидрокс.

Принцип действия таких патронов основан на превращен в металлической гильзе порошкообразного состава заряда газы -- пары воды, углекислый газ и азот, с увеличением да 1ення до 2000 МПа, а затем в выпуске этих газов из патро в шпур, где создается высокое давление.

Пели давление газового потока превышает предел прочное отбиваемого массива, то происходит его разрушение.

Принципиальная схема патрона гидрокс показана рис. 5.1.

23. Основные параметры электродетонаторов

Под параметрами электродстонаторов понимают величины, которые характеризуют их основные свойства. К параметрам элсктродетопаторов относят импульс воспламенения, сопротивление, безопасный ток, длительный воспламеняющий ток, гарантийный ток, импульс плавления и др.

Импульс воспламенения К_в -- наименьшее значение постоянного тока, при котором взрывается электродетонатор:

К_в=I²t_в

где I-- ток, А; t_в -- время воспламенения, т. е. время от момента включения тока до момента воспламенения электровоспламеиителя, с.

Величина, обратная импульсу воспламенения, называется чувствительностью электродетонатора: S=1/K_B