Химия промышленно-взрывчатых веществ - реферат

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

РЕФЕРАТ

По дисциплине: Химия

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Химия промышленно-взрывчатых веществ.

Выполнил: студент гр. ТО-02 ______________ /Ворона М.А./

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

ОЦЕНКА: _____________

Дата: __________________

ПРОВЕРИЛ:

Руководитель: Доцент ____________ /Липин А.Б./

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2003 год.

Оглавление:

1. Явление взрыва.

2. Взрывчатые вещества.

3. Классификация взрывчатых веществ.

4. Нитросоединения.

5. Аммиачная селитра.

6. Смеси аммиачной селитры с горючими и невзрывчатыми компонентами.

7. Нитроглицериновые ВВ.

8. Оксиликвиты.

9. Дымный порох.

10. Металлические патроны для отбойки угля.

11. Предохранительные промышленные ВВ. Беспламенное взрывание.

12. Расчёт кислородного баланса смеси веществ.

1. ЯВЛЕНИЕ ВЗРЫВА

Взрывом называется чрезвычайно быстрый переход вещества или системы веществ из одного качественного состояния в другое, сопровождающееся таким же быстрым превращением его потенциальной энергии в механическую работу, направленную на разрушение окружающей среды. Механическую работу совершают сжатые газы или пары, имевшиеся до взрыва или образовавшиеся в момент взрыва, а также прилегающие к месту взрыва слои воздуха. Крайняя быстрота выделения энергии и огромное давление (десятки и сотня тысяч атмосфер) сжатых газов предопределяют сильно разрушительный характер механического действия взрыва. Быстро расширяющиеся сжатые газы вызывают в окружающей среде волну возмущения, называемую ударной волной, которая представляет собой скачкообразное изменение давления, температуры и плотности, распространяющееся в среде со сверхзвуковой скоростью. Помимо действия, производимого сжатыми газами, ударная волна также проявляет сильное разрушающее действие, в том числе и на больших расстояниях, где газы взрыва уже не показывают заметного эффекта. Ударная волна постепенно переходит в звуковую.

Взрывы бывают физического и химического порядка. При взрывах физического порядка изменяется лишь физическое состояние вещества (переход жидкости в пар и т.д.). Примерами таких взрывов являются взрывы паровых котлов или баллонов со сжиженными или сжатыми газами. В горной практике примером может служить отбойка угля с помощью металлических патронов, содержащих жидкую углекислоту (Кардокс) или сжатый воздух (Эйрдокс). При взрывах химического порядка изменяется химический состав вещества, например взрыв смеси метана и кислорода, являющийся результатом химической реакции

(1)

Химическое превращение вещества при взрыве характеризуется тремя факторами: крайней быстротой явления, образованием газов или паров в результате реакции и выделением теплоты (экзотермичность реакции). Каждый из названных факторов играет большую роль в процессе взрыва. Значение первых двух факторов ясно из предыдущего. Выделение теплоты проявляется в том, что высокое давление в месте взрыва создается не только за счет малого объема конденсированного ВВ, в котором образовались газы, но и за счет нагревания их до высокой температуры выделившейся теплотой. Если условно принять продукты взрыва за идеальные газы, то по закону Гей-Люссака давление их возрастает пропорционально росту температуры:

где Р — конечное давление, кг/см² ;

— начальное давление, кг/см² ;

t — температура взрыва, град.

Скорость взрыва достигает 8000 м/сек, объем газов (приведенный к 0° и 760 мм давления) колеблется от 600 до 1000 л/кг ВВ, температура достигает 4500°, а давление—десятков и сотен тысяч атмосфер.

Учитывая сказанное, взрыв можно характеризовать как чрезвычайно быстрое химическое превращение вещества, сопровождающееся выделением большого количества тепла (энергии) с образованием сильно нагретых сжатых газов, производящих работу вследствие резкого повышения давления в месте их образования.

2. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Взрывчатыми веществами (ВВ) называют такие химические системы, которые под влиянием внешнего импульса (см. ниже) способны со значительной скоростью переходить в другие системы. С образованием газов или паров и с выделением тепла, нагревающего газы до высокой температуры. ВВ относятся к системам химически мало устойчивым, стремящимся к переходу в системы устойчивые, имеющие несравненно более прочные внутримолекулярные связи.

Характерным признаком ВВ является способность к внутримолекулярным реакциям окисления — восстановления.

Основной реакцией при взрыве наиболее распространенных ВВ является окисление углерода и водорода, входящих в состав ВВ. Если взрывчатая система химически однородна, то молекулы ее в большинстве современных ВВ состоят из углерода, водорода, кислорода и азота. В смесевых ВВ одни компоненты смесей могут быть богаты горючими элементами, а другие — кислородом.

По своему физическому состоянию взрывчатые химические системы могут быть: а) газовыми смесями (метан + воздух; ацетилен + кислород), б) смесями твердых или жидких веществ с газами (угольная, древесная и тому подобная активная пыль, нефть + кислород воздуха), в) жидкими веществами (нитроглицерин, нитрогликоль), г) смесями твердых и жидких компонентов (динамиты: нитроэфиры + селитра; оксиликвиты: жидкий кислород + твердое горючее), д) твердыми взрывчатыми соединениями или смесями (тринитротолуол, аммониты).

С химической точки зрения ВВ разделяются на следующие группы: а) азотнокислые эфиры спиртов (нитроглицерин, нитрогликоль, тэн), б) азотнокислые эфиры клетчатки (коллодионный хлопок), в) нитросоединения ароматического ряда (тротил, динитронафталин, тенерес, тетрил), г) соли азотной кислоты (различные селитры: аммиачная, калиевая, натровая и др.), д) соли азотистоводородной кислоты (азид свинца), е) соли гремучей кислоты (гремучая ртуть).

К современным промышленным ВВ предъявляется ряд требований, главными из которых являются: 1) достаточная мощность, 2) простота и безопасность при изготовлении, 3) удобство и безопасность в обращении, 4) постоянство свойств, 5) безотказность действия при достаточном начальном импульсе, 6) равномерность действия при взрыве и 7) приемлемая стоимость. Кроме того, к отдельным группам ВВ (в зависимости от их назначения) предъявляются дополнительные требования: малое образование ядовитых газов при взрываний в подземных выработках, безопасность применения в- шахтах, опасных по газу или пыли, и др.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

В соответствии с «Едиными правилами безопасности при взрывных работах» все промышленные ВВ по условиям безопасности применения делятся на следующие группы:

I группа—ВВ, допущенные только для открытых работ;

II группа—ВВ, допущенные для всех подземных и открытых работ, за исключением шахт, опасных по газу или пыли;

III группа—ВВ, допущенные для всех подземных и открытых работ, в том числе и для шахт, опасных по газу или пыли.

Практически каждая группа ВВ применяется почти исключительно в тех условиях, для которых она предназначена. Исключение составляют случаи необходимости или желательности использования ВВ определенных групп в других условиях, но при этом следует учитывать, что ВВ I и II групп нельзя использовать в шахтах, опасных по газу или пыли, а ВВ I группы — в подземных разработках.

ВВ I и II группы называются непредохранительными, а ВВ III группы—предохранительными. Третья группа, в свою очередь, делится на четыре подгруппы: 1) для работ по углю и по породе в угольных шахтах, 2) для работ по породе в угольных шахтах, 3) для работ в серных шахтах и 4) для работ в нефтяных и озокеритовых шахтах.

Для каждого вида ВВ «Едиными правилами безопасности» установлены следующие цвета оболочек патронов или цвета полое на бумажной обертке патронов: а) непредохранительные ВВ для открытых работ — белый; б) непредохранительные ВВ для подземных работ, кроме шахт, опасных по газу или пыли — красный; в) предохранительные ВВ для работ только по породе — синий; г) предохранительные ВВ для работ по углю и по породе — желтый; д) предохранительные ВВ для работ в серных шахтах—зе леный.

ВВ всех групп должны удовлетворять следующим требованиям: 1) иметь достаточную мощность, 2) безотказно детонировать от капсюлей-детонаторов или от промежуточного детонатора 3) быть безопасными в обращении, при хранении и транспортировании.

ВВ II и III групп не должны образовывать при взрыве большее количество ядовитых газов, чем принятые в настоящее время ВВ для подземных работ; кроме того, ВВ III группы должны быть безопасными при взрываний в опасной среде (взвешенной в воздухе горючей пыли или смеси горючего газа с воздухом). Ассортимент промышленных ВВ, допущенных к применению «Едиными правилами безопасности», указан ниже.

ВВ в зависимости от своей природы и входящих в них компонентов могут быть разделены на следующие пять групп: 1) аммиачноселитренные, 2) нитроглицериновые, 3) нитропроизводные ароматического ряда, 4) оксиликвиты, 5) дымный порох. Кроме того для отбойки угля, наряду с ВВ, иногда применяют металлические патроны (кардокс, гидрокс, кемикол, аэрдокс). Ниже излагаются характеристика и общие свойства каждой из перечисленных групп ВВ.

4. НИТРОСОЕДИНЕНИЯ.

Большая часть применяемых на практике ВВ содержит связанные о атомами углерода нитрогруппы или нитратные группы . Взрывчатые соединения, содержащие нитратную группу, называются нитроэфирами (нитрглицерин, нитрогликоль и др.), а соединения, содержание нитрогруппу, называют нитросоедииениями (тротил, гексоген, динитронафталин и др.).

Нитросединения, у которых гитрогруппа связана непосредственно с атомами углерода бензольного кольца отличаются высокой химический стойкостью. Они не способны к самопроизвольному разложению и самовозгоранию, химический состав и физические свойства их весьма стабильны (выдерживают нагревания до температуры плавления без заметного химического разложения). К таким нитросоединениям относится тротил.

Соединения, у которых нитрогруппа связана с углеродным атомом через азот, физически и химически менее устойчивы, чем нитросоединения, обладают высокой чувствительностью и повышенной опасностью в обращении. Так, тетрил, имеющий температуру плавления около 128°С, при длительной выдержке при температуре 140°С может воспламениться, а тротил, имеющий температуру плавления около 80°С, выдерживает нагревание в течение нескольких часов при температуре 240°С.

Все нитросоединения нерастворимы или малорастворимы в воде, практически не гигроскопичны, водоустойчивы, с увеличением числа нитрогрупп взрывчатые свойства нитросоединений усиливаются, а токсичнооть - снижается.

Тротил (тринитротолуол или тол) является одним из самых распространенных химических ВВ. Он представляет собой твердое вещество с температурой затвердевания 80,2°С. Тротил получается нитрацией толуола смесями азотной и серной кислот (для обезвоживания) по реакции:

Чистый тротил состоит из кристаллов ромбической формы, имеющих цвет от светло- до темно-желтого. Насыпная плотность порошкообразного тротила 0,9 г/ . При прессовании под давлением около 4000 кг/ плотность достигает 1,6 г/ . Литой тротил имеет плотность 1,54 - 1,59 г/ .

Тротил практически нерастворим в воде, имеет высокую химическую стойкость. Вспышка его обычно не сопровождается взрывом. Температура вспышки тротила 310°С. Переход горения в детонацию наблюдается только при горении тротила в замкнутом пространстве или в очень больших количествах.

Применяют тротил в порошкообразном, прессованном, чешуйчатом, гранулированном виде, а иногда в виде кусков и литых зарядов. При попадании в тротил песка или других твердых примесей резко возрастает его чувствительность к удару и трению, что необходимо учитывать при заряжании скважин. Наиболее восприимчив к инициированию порошкообразный тротил, наименее восприимчив – литой.

Порошкообразный и прессованный тротил взрывается от капосюля-детонатора или от нескольких витков ДШ. Для взрывания гранулированного или литого тротила требуется более мощный промежуточный детонатор из тротиловых шашек или патронов аммонита.

Алюмотол. Для повышения энергии взрыва и работоспособности в тротил вводят алюминиевый порошок. Оптимальным содержанием алюминия в плавленой смеси с тротилом можно считать 15-20%. В выпускаемом нашей промышленностью алюмотоле содержится 15% алюминия. Алюмотол целесообразно применять только в водонаполненном состоянии, а еще лучше в смеси с раствором аммиачной селитры.

Алюмотол - это мощное (теплота взрыва 1240 ккал/кг), водоустойчивое ВВ с удельным весом 1,5 - 1,6 г/ . Скорость детонации 6 км/с, работоспособность 420 . На взрывных работах из-за довольно высокой стоимости (485 рублей за I тонну) алюмотол целесообразно применять совместно с более дешевыми ВВ, используя его для заряжания донной части скважины. Благодаря большой работоспособности и сильному местному действию алюмотола, при его применении в комбинированных зарядах достигается хорошая отработка взрывом подошвы уступа карьера и улучшается качество дробления породы.

Тетрил (тринитрофенилметилнитрамин) - мелкокристаллическое ВВ светло-желтого цвета. Насыпная плотность около 1 г/ , а плотность, достигаемая прессованием, равна - 1,68 г/ . Скорость детонации тетрила при плотности 1,63 г/ составляет 7200 м/с. Температура вспышки тетрила 190 - 194°С. При горении даже в сравнительно небольших количествах тетрил способен взрываться. Тетрил относится к категории ВВ весьма чувствительных к тепловому и механическому воздействию. Примесь даже 0,05% песка резко повышает чувствительность тетрила к удару и трению. Тетрил обладает большой восприимчивостью к детонации и очень хорошо передает ее другим ВВ. Тетрил применяют в основном для снаряжения капсюлей-детонаторов в качестве вторичного инициирующего ВВ. На открытых взрывных работах тетрил в виде шашек применяют в качестве промежуточных детонаторов для инициирования маловосприимчивых ВВ.

Гексоген (циклотриметилентринитрамин) и октоген (циклотетраметилентетранитрамин) по химическому строению и свойствам сходны. Гексоген - белый кристаллический порошок без вкуса и запаха, имеет высокую чувствительность к внешним воздействиям, температура вспышки 290 . Насыпная плотность около 1,1 г/см³ . Температура плавления 203,5 . В воде он почти нерастворим.

Гексоген токсичен, химически стоек: признаки разложения заметны при температуре 200 . Скорость детонации гексогена при плотности 1,7 г/ равна 8600 м/с, работоспособность 475 , теплота взрыва 1500 ккал/кг. Гексоген находит применение для снаряжения капсюлей-детонаторов (в качестве вторичного инициирующего ВВ) и детонирующих шнуров, а также в качестве компонента некоторых сортов аммонитов с целью увеличения их мощности и для изготовления зарядов и торпед, используемых при прострелке нефтяных скважин.

5. АММИАЧНАЯ СЕЛИТРА.

Аммиачная селитра выпускается в виде чешуек, гранул или кристаллов и представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, полученное взаимодействием аммиака с азотной кислотой по уравнению:

Насыпная плотность аммиачной селитры в зависимости от формы и размеров частиц находится в пределах 0,8 - 0,9 г/ . Аммиачная селитра обладает гигроскопичностью и слеживаемстью. Слеживаемость создаёт известные трудности при ее обработке в процессе изготовления ВВ и является основным препятствием к изготовлению некоторых ВВ на местах применения. Для уменьшения слеживаемости аммиачную селитру выпускают в виде крупных чешуек или гранул.

Заметно меньшей слеживаемостъю по сравнению с обычной обладает водоустойчивая аммиачная селитра ЖВ, содержащая гидрофобную смесь парафина и железных солей жирных кислот.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде, причем ее растворимость находится в сильной зависимости от температуры.

Растворение селитры в воде происходит со значительный поглощением тепла и понижением температуры замерзания раствора. При растворении 6 частей селитры в 10 частях воды температура понижается примерно на 27 . Раствор содержащий 50 г селитры на 100 г воды, замерзает при температуре около -13°С.

Аммиачная селитра - стойкая в нормальных условиях хранения соль, не взаимодействующая с алюминием и железом.

Расплавленная аммиачная селитра реагирует со многими металлами, в том числе со свинцом, никелем, и цинком. Особенно активно действует селитра на кадмий и медь.

В чистом виде аммиачная селитра является слабым взрывчатым веществом. По энергии взрыва она в три раза слабее большинства промышленных ВВ. В отличие от большинства ВВ аммиачная селитра не взрывается от капсюля-детонатора и требует для возбуждения взрыва применения достаточно мощных промежуточных детонаторов (при этом взрыв чрезвычайно опасен).

Критический диаметр детонации аммиачной селитры в открытых зарядах в зависимости от размеров частиц, плотности и влажности селитры колеблется в широких пределах. Мелко измельченная сухая аммиачная селитра при плотности 0,8 г/ способна к детонации в зарядах диаметром около 10 см; в то же время детонация чешуйчатой селитры с влажностью около 1% затухает в зарядах диаметром 30 см.

Взрывчатое превращение аммиачной селитры протекает по реакции:

Этому уравнению соответствует теплота взрыва 375 ккал/кг.

Вследствие малой чувствительности аммиачной селитры к механическим воздействием с ней обращаются не так осторожно, как с другими ВВ. Для ее измельчения применяют стальные размалывающие аппараты: дезинтеграторы, молотковые мельницы. Однако чувствительность селитры к механическим воздействиям сильно возрастает при повышении температуры.

Кислородный баланс аммиачной селитры положительный: 1 г аммиачной селитры при разложении выделяет 0,2 г кислорода, связанного с азотом в виде окислов, но способного окислить органические добавки, если они примешаны к селитре. Из-за этого свойства аммиачную селитру используют в качестве компонента взрывчатых смесей. От многих других окислителей (нитратов калия и натрия, перхлората калия) аммиачная селитра выгодно отличается тем, что в продуктах ее разложения не содержится твердых веществ, увеличивающих термодинамические потери при взрыве.

Примеси органических веществ, введенные даже в небольших количествах, значительно повышают энергию взрыва аммиачной селитры и чувствительность ее к механическим воздействиям.

6. СМЕСИ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ С ГОРЮЧИМИ И НЕВЗРЫВЧАТЫМИ КОМПОНЕНТАМИ.

Амиачно-селитернные ВВ представляют собой смеси аммиачной селитры со взрывчатыми или невзрывчатыми веществами и являются основными ВВ, применяемыми в настоящее время в горной промышленности. К таким ВВ относятся динамоны, игданиты, гранулиты.

Динамонами называют смеси аммиачной селитры с горючими невзрывчатыми материалами.

Массовый выпуск динамонов был начат в годы Великой Отечественной войны. Динамоны АМ-8 и АМ-10 сняты с производства как устаревшие и признанные нецелесообразными к дальнейшему изготовлению и применению.

Игданиты разработаны Институтом горного дела им.

А. А. Скочинского в 1958 г., откуда и получили свое название. Игданит готовится на месте его применения вручную смешиванием гранулированной аммиачной селитры (~ 94,5%) с соляровым маслом или дизельным топливом (5,5%) в зарядных машинах или на стационарных узлах приготовления ВВ. Ручное приготовление игданита не обеспечивает точной дозировки, тщательности смешивания компонентов и достижения расчетных характеристик ВВ.

Взрывчатые свойства игданита зависят от стабильности его состава. Теплота взрыва 926 ккал/кг. Однако плохая поглощающая способность (4%) обычной гранулированной, особенно увлажнившейся аммиачной селитры является причиной частичного вытекания масла из состава, что влечет за собой уменьшение энергии взрыва и ухудшение состава продуктов взрыва.

Иногда для изготовления игданита используют аммиачную селитру марки ЖВ, которая меньше слеживается и лучше удерживает минеральное масло на своей поверхности.

За рубежом для изготовления ВВ широко применяют специальные сорта пористой гранулированной аммиачной селитры, хорошо удерживающей минеральное масло. Выпуск такой селитры организуется и в СССР.

Игданит на пористой аммиачной селитре обладает более высокой детонационной способностью. Несмотря на меньшую плотность гранул, игданит на пористой аммиачной селитре при пневматическом заряжании хорошо уплотняется (1-1,2 г/ ).

Игданит отличается низкой чувствительностью к инициирующему импульсу, и для возбуждения его детонации требуется применение промежуточных детонаторов. Важным достоинством игданита является его более низкая стоимость по сравнению с ВВ заводского изготовления. К числу достоинств игданита и аналогичных ему ВВ относят малое местное действие его при взрыве, вследствие чего уменьшаются потери энергии на пластические деформации и переизмельчение прилегающих к заряду частей массива.

Недостатки игданитов: нестабильность взрывчатых характеристик ВВ; ухудшение качества ВВ при неблагоприятных метеорологических условиях (дождь, ветер, мороз); низкое качество дробления вязких крупноблочных пород особенно в нижней части уступа при завышенных сопротивлениях по подошве пласта.

Перспективы широкого применения игданита на открытых работах неразрывно связаны с повышением качества выпускаемой заводами-изготовителями химической промышленности аммиачной селитры и с механизацией приготовления игданита.

7. НИТРОГЛИЦЕРИНОВЫЕ ВВ.

Нитроглицериновые ВВ отличаются содержанием нитроглицерина (или смеси нитроглицерина с другими нитроэфирами, включаемыми для понижения температуры замерзания смеси) и разделяются на динамиты и низкопроцентные нитроглицериновые ВВ. Будучи известными в продолжение ста лет, они завоевали доминирующее положение в горном деле и продолжают оставаться основными в большинстве зарубежных стран. Определенное значение нитроглицериновые ВВ имеют и в отечественном ассортименте. Основные свойства нитроглицериновых ВВ определяются свойствами нитроглицерина и других нитроэфиров.

Нитроглицерин является продуктом нитрации (обработки смесью азотной и серной кислот) глицерина и в чистом виде представляет собой бесцветную маслообразную прозрачную жидкость; технический нитроглицерин имеет слабожёлтую окраску. Он обладает жгуче-сладким вкусом; удельный вес при 15° -

1,6 г/ . При температуре более 50° летуч. Хорошо растворим в большинстве органических растворителей; хорошо растворяет коллодионный хлопок, на чем основано получение желатинированного нитроглицерина для пластичных динамитов. Заключает в себе большой запас энергии: его работоспособность по Трауцлю 590 , бризантность по Гессу 24—26 мм. Является сильнодействующим ядом, вызывая острые головные боли при вдыхании его или при соприкосновении с кожей. При взрыве он полностью превращается в газообразные продукты. От пламени загорается с некоторым трудом; легко воспламеняется искрой огнепроводного шнура. В небольших количествах (до 2 кг) сгорает спокойно. Горение больших количеств переходит во взрыв. Замерзает при +13,2°. Хорошо отмытый от кислот химически стоек при комнатной температуре. Содержащий следы кислот способен постепенно разлагаться, причем разложение заканчивается самовзрывом.

Нитрогликоль - продукт нитрации этиленгликоля; хорошо растворяется в большинстве органических растворителей. По своим свойствам во многом сходен с нитроглицерином. Очень летуч; его летучесть в три раза больше, чем нитроглицерина. Способность к желатинизации выше нитроглицерина: способен желатинизироваться даже при 0°. Температура замерзания - 22°. Легко смешивается с нитроглицерином в любых соотношениях. При соотношении 30/70 замерзает при - 20°; при 20/80 замерзает при -5°.

Нитродигликоль - продукт нитрации диэтиленгликоля, жидкости с удельным весом 1,39 г/ . Температура замерзания -11,3°. В смесях с нитроглицерином замерзает при тех же соотношениях и температуре, что и нитрогликоль.

По новым данным в США для понижения температуры нитроглицерина применяют тетранитродиглицерин, представляющий собой сильновзрывчатую вязкую практически не замерзающую жидкость. Динамиты, изготовленные с добавками тетранитродиглицерина, не замерзают до температуры -35°.

Динамитами называют смеси желатинированного нитроглицерина (или смесей его с другими нитроэфирами) с калиевой, натровой или аммиачной селитрами, с добавкой древесной муки и мела в качестве стабилизатора. Нитроглицерин входит в динамиты, как правило, в желатинированном виде, древесная мука - в качестве горючего и разрыхлителя, уменьшающего свойства старения. Стабилизаторы (сода или мел) добавляются в высокопроцентные динамиты для связывания кислотности (на случай ее проявления) и тем самым предотвращения понижения химической стойкости динамитов. Для определения степени химической стойкости введена проба Абеля . В СССР в настоящее время выпускается 62%-ный пластичный труднозамерзающий (-19,6°) динамит.

Пластичные динамиты обладают как положительными, так и отрицательными свойствами. Плотность их очень высокая, что имеет большое преимущество при взрывании по крепким породам, так как при одном и том же объеме шпура в нем поместится большее количество ВВ. Эта особенность заставляет прибегать к применению 62%-ного динамита. Кроме того, они имеют большую мощность и очень хорошую водоустойчивость. Отрицательным свойством пластичных динамитов является высокая опасность в обращении: они взрываются от удара, трения, искры. Обыкновенные динамиты замерзают при +10° и становятся в замерзшем виде еще более опасными в обращении. Для труднозамерзающих динамитов снижение температуры также нежелательно, так как они при этом теряют или понижают восприимчивость к детонации. Все пластичные динамиты проявляют свойство «старения», выражающееся в том, что под влиянием некоторых факторов они самоуплотняются и в более плотном виде становятся мало чувствительными к начальному импульсу, сохраняя высокую чувствительность к внешним воздействиям.

Низкопроцентные нитроглицериновые ВВ представляют собой аммиачноселитренные ВВ, сенсибилизированные небольшим количеством нитроэфиров для повышения чувствительности к начальному импульсу. К таким относятся ВВ, содержащие не более 15% нитроэфиров. В СССР применяются два типа ВВ этого класса: победиты (для шахт, опасных по газу или пыли) и детониты

(для прочих шахт). Детониты получили широкое распространение в подземных выработках, в шахтах, не опасных по газу или пыли, так как они обладают высокой мощностью, а также высокой восприимчивостью к детонации, позволяющей свободно применять их в патронах уменьшенного (20—28 мм) диаметра. Их опасность в обращении (так же, как и победитов) приравнивается к аммонитам.

За рубежом нитроглицериновые ВВ имеют большее удельное значение, чем в СССР, но и там отмечается стремление к снижению процентного содержания нитроэфиров в составе ВВ и доминирующее положение занимают динамиты с 20% нитроэфиров, изготовленные на аммиачной селитре - аммонжелатины.

Желатинированные ВВ являются чрезвычайно выгодными при взрывных работах, так как они обладают большой плотностью (порядка 1,5 г/ ) и легко деформируются, благодаря чему заполняют все сечение шпура и дают очень высокие плотность и коэффициент заряжания.

Однако, применение желатинированных ВВ, содержащих нитрон эфиры, имеет ряд весьма отрицательных особенностей, как-то: чрезмерно повышенная опасность в обращении, эксудация, старение и т.д., что весьма осложняет применение этих ВВ.

За последние годы отмечается стремление к созданию желатинированных ВВ, не содержащих нитроэфиров. Эти попытки завершены положительно. Так в Швеции недавно разработаны пластичные ВВ для подземных работ, - секюриты, - в которых в качестве жидкой основы—желатинизатора используется раствор нитрата кальция. В СССР разработаны желатинированные пластичные ВВ, содержащие раствор нитрата кальция и аммиачной селитры. Добавка последней снижает температуру замерзания раствора, что позволяет применять новые ВВ - акваниты при низких температурах. Из числа этих ВВ акванит № 1 имеет большую липкость, отрицательный кислородный баланс (-25,6%) и предназначен для использования в форме накладных зарядов для вторичного дробления негабаритных кусков на открытых работах. Другой сорт - акванит № 2 - пластичный состав для шпуровых зарядов, имеет нулевой кислородный баланс и может быть использован в подземных работах. Для инициирования акванита № 1 требуется промежуточный детонатор; акванит № 2 хорошо детонирует от капсюля- детонатора № 8. В данное время акваниты проходят промышленные испытания.

8. ОКСИЛИКВИТЫ.

Оксиликвитами называются горючие пористые вещества (называемые в данном случае поглотителями), пропитанные жидким кислородом. Жидкий кислород - весьма подвижная жидкость голубоватого цвета, кипящая при температуре -182,5°. Вследствие чрезвычайно низкой точки кипения жидкий кислород хранится и перевозится в специальных двустенных металлических сосудах, из междустенного пространства которых выкачан воздух. В качестве поглотителей используются сажа, древесный уголь, а также различные целлюлозные материалы (молотые торф, камыш, солома и пр.). Наименее опасными считаются оксиликвиты на целлюлозных поглотителях. Характерной особенностью этих ВВ является непостоянство их состава вследствие непрерывно испаряющегося жидкого кислорода. Раздельно жидкий кислород и поглотители безопасны. После пропитывания чувствительность оксиликвитов приближается к таковой для динамитов. По окончании испарения жидкого кислорода поглотитель вновь становится совершенно безопасным. Время, в продолжение которого оксиликвит сохраняет взрывчатые свойства, называется временем жизненности. Различают жизненность до точки и до точки СО. Это время сравнительно невелико, что обусловливает четкую и быструю работу с оксиликвитами по окончании пропитывания. В СССР в настоящее время оксиликвиты не применяются.

9. ДЫМНЫЙ ПОРОХ.

Дымный (черный) порох представляет собой механическую смесь серы, селитры и угля. В порохе применяется калиевая (иногда натровая) селитра, служащая окислителем для серы и угля. Сера служит цементатором, связывающим селитру с углем, а также горючим, облегчающим воспламенение пороха, так как сера воспламеняется легче угля. Уголь играет роль горючего.

Дымный порох - характерный представитель группы ВВ, обладающих четко выраженным метательным действием. При взрывании от искры или пламени порох дает скорость 400 м/сек. При инициировании детонатором или детонирующим шнуром порох детонирует со скоростью до несколько тысяч м/сек.

В СССР дымный порох в основном применяется для изготовления огнепроводного шнура и в ограниченном количестве при добыче штучного камня. Порох для шнура состоит из 78% калиевой селитры, 12% серы и 10% угля; он готовится в виде мельчайших зерен: число зерен в 1 г пороха 4000—7000 шт. Порох для взрывных работ содержит 75% калиевой селитры, 10% серы и 15% угля. Зерна пороха имеют размеры (в ребре) 0,5-2,0 мм.

Дымный порох опасен в обращении. Зажженный на воздухе он взрывается даже в небольших количествах. От удара или трения пороховая пыль (всегда содержащаяся в порохе) легко взрывается. Искра от удара железа о камень легко взрывает порох. Порох сравнительно легко увлажняется и теряет взрывчатые свойства. Максимально допустимое содержание влаги 1%. При хранении порох следует оберегать от влаги.

10. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПАТРОНЫ ДЛЯ ОТБОЙКИ УГЛЯ.

Принцип физического взрыва применен в металлических патронах, используемых для отбойки подрубленного угля в лавах при двух открытых поверхностях. Иногда такие патроны применяются в забоях с одной открытой поверхностью, но эффективность их в этих условиях невелика. Устройство различных патронов примерно одинаково: в патроне, выполненном из толстостенной (3—5 мм) металлической трубы герметически закрытой с обоих концов, внезапно под влиянием внешнего импульса повышается давление, разрушающее наиболее слабую часть ее, которая выполнена в разрядной головке патрона в виде разрядного диска, имеющего меньшую толщину и прочность по сравнению с корпусом патрона. Образовавшиеся сжатые газы имеют большое давление и стремятся к расширению до нормального объема: через образовавшийся проход и отверстия в разрядной головке они вырываются в шпур и разрушают уголь. Степень дробления при отбойке патронами более крупная, чем при отбойке ВВ, так как рабочее давление находится в пределах 700—1500 ат., что в десятки, раз меньше, чем при взрыве ВВ.

В зависимости от принципа, положенного в основу создания давления внутри патрона, они могут быть разделены на: углекислотные (кардокс), патроны с химически активными веществами (кемикол, гидрокс английский) и патроны со сжатым воздухом (айрдокс, армстронг). В патроны кардокс снаряжается жидная углекислота и помещается нагревательный элемент, который, сгорая, превращает жидкость в газ, имеющий очень большое давление (нагревание выше критической температуры). В патроны с химически активными веществами снаряжаются минимум два порошкообразных вещества (например, нитрит натрия и хлористый аммоний), которые при нагревании специальным элементом реагируют с образованием хлористого натрия, паров воды и азота, также приобретающих большое давление. В патронах третьей группы находится воздух, сжатый до 600-700 кг/ , который мгновенно выпускается в шпур и разрушает уголь. Эти способы получили собирательное название беспламенного взрывания, считаются безопасными и допущены для шахт, опасных по газу или пыли.

11. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВВ.

БЕСПЛАМЕННОЕ ВЗРЫВАНИЕ.

Одно из главных требований к предохранительным ВВ - ограничение энергии (теплоты) взрыва до 900 ккал/кг. Для уменьшения теплоты взрыва в состав предохранительных ВВ вводят инертные добавки, которые снижают температуру взрыва вследствие поглощения тепла на свое нагревание, плавление и испарение. Тонкое измельчение инертных добавок улучшает предохранительные свойства ВВ, но снижает их детонационную способность.

В обычных предохранительных ВВ пламегаситель равномерно перемешан с массой ВВ (аммониты, АП-5ЖВ и ПЖВ-20).

ВВ в оболочках представляют собой патрон более мощного предохранительного ВВ с оболочкой, которая может целиком состоять из пламегасителя (пассивная оболочка), обладать слабыми взрывчатыми свойствами (активная оболочка) или содержать повышенное количество пламегасителя. Оболочку, как правило, изготовляют толщиной не более 5 мм. Наиболее перспективными считаются предохранительные ВВ в жестких оболочках.

Разрабатываются ВВ повышенной критической плотности, устойчивые в отношении переуплотнения при динамических нагрузках от ударных волн. Это мипориты, аналогичные по составу аммониту ПЖВ-20 с добавкой мипоры (очень легкого полимера с удельным весом 0,02 - 0,08 г/ ), придающей ВВ упругоэластичные свойства, вследствие чего мипорит менее склонен к уплотнению. Из-за недостатков, обнаруженных при промышленных испытаниях мипорита, его пока не применяют в угольной промышленности.

Эффективно применение патронов ВВ в водонаполненных полиэтиленовых оболочках. Патрон ПВП-1У состоит из двух ампул. Внутренняя ампула заполнена зарядом ПЖВ-20 массой 120 - 150 г, а промежуток между внутренней и наружной ампулами - раствором аммиачной селитры концентрацией до 60%.

Угленит Э-6 имеет работоспособность 130 - 170 ,содержит нитроэфиры и обменные соли, характеризуется пониженной склонностью к выгоранию по сравнению с аммонитом ПЖВ-20. При взрыве таких ВВ протекает реакция, при которой пламегаситель NaCl выделяется в молекулярном виде. В состав таких ВВ можно ввести до 60% пламегасителя.

Угленит № 5 имеет еще более низкую работоспособность (50 - 90 ) и не детонирует в открытых зарядах.

Ни одно из рассматриваемых ВВ не обеспечивает полной гарантии невоспламенения взрывоопасной рудничной атмосферы. Поэтому для ведения взрывных работ разработан комплекс мероприятий, предотвращающих воспламенение метано-пылевоздушной смеси.

Для повышения безопасности работ по отбойке угля в особо сложных условиях вместо ВВ используется высокое давление инертных газов или воздуха, вытекающих в забойную часть шпура из специальных металлических патронов. Существуют следующие способы беспламенного взрывания:

1) кардокс, при котором образование газов происходит в результате быстрого испарения жидкой углекислоты при нагревании;

2) гидрокс, при котором образование газов происходит вследствие возбуждения в смеси твердых веществ при нагревании интенсивной химической реакции. В качестве компонентов смеси используют аммиачную селитру, гексогидрат нитрата магния и древесную муку; при реакции образуется ;

3) эрдокс, при котором в патрон, размещенный в шпуре, подается от специального компрессора воздух под давлением 700 - 800 кг/ .

Патрон для беспламенного взрывания состоит из полого стального цилиндра, зарядной и разрядной головок. При пропускании тока через мостик накаливания нагревательного элемента последний нагревает углекислоту или другой состав, вызывая бурное выделение газов. При этом давление в патроне может достигать 5000 кг/ .

Величина давления регулируется толщиной стального диска в разрядной головке. Обычно патроны для беспламенного взрывания используются многократно (200 раз и более).

Длина патрона 1,2 - 1,6 м, диаметр 44-64 мм, масса 6 - 12 кг, масса заряда 380 - 480 г.

В СССР для беспламенного взрывания по способу гидрокс созданы патроны БВ-48 и комплекс необходимого оборудования. Промышленными испытаниями патронов БВ-48 на шахтах установлено, что их целесообразно применять в сверхкатегоных шахтах при добыче сортового угля с коэффициентом крепости f не выше 1,5.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

• Зуйков А. И., Герасимов В. А. Промышленные взрывчатые вещества.
• Ассонов В. А. Взрывчатые вещества и их применение в горной промышленности.
• Дубнов Л. В., Бахаревич Н. С. Промышленные взрывчатые вещества.

РАСЧЕТ КИСЛОРОДНОГО БАЛАНСА СМЕСЕВОГО ВВ.

ЗАДАНИЕ

Вариант № 3

Вычислить кислородный баланс смесевого ВВ заданного состава:

30% NH₄ NO₃ + 20% KNO₃ + 50% тротила

РЕШЕНИЕ

Решение этой задачи проводится по величине кислородного баланса и доле по массе каждого компонента смесевого ВВ. формула для расчета кислородного баланса в этом случае имеет вид:

КБ = ∑(КБ_i * ω_i )

1) Кислородный баланс NH₄ NO₃ равен:

Формула КБ = - расчет КБ для вещества с химической формулой С_a H_b N_c O_d . Для NH₄ NO₃ – a=0, b=4, c=2, d=3. Из этого следует, что:

КБ (NH₄ NO₃ ) = = 20%

2) Кислородный баланс KNO₃ равен:

Формула КБ = - расчет КБ для вещества с химической формулой С_a H_b N_c O_d K_k , где 1/2k – число атомов кислорода в K₂ O. Для KNO₃ – a=0, b=0, c=1, d=3, k=1. Из этого следует, что:

КБ (KNO₃ ) = = 39,6%

3) Кислородный баланс тротила (C₆ H₂ (NO₂ )₃ CH₃ ) равен:

Формула КБ = - расчет КБ для вещества с химической формулой С_a H_b N_c O_d . Для C₆ H₂ (NO₂ )₃ CH₃ - a =7, b=5, c=3, d=6.

Из этого следует, что:

КБ (C₆ H₂ (NO₂ )₃ CH₃ ) = = -74%

4) Kислородный баланс смесевого ВВ заданного состава по формуле КБ = ∑(КБ_i * ω_i ) равен:

КБ (ВВ) = 0,3*КБ (NH₄ NO₃ ) + 0,2* КБ (KNO₃ ) + 0,5* КБ (C₆ H₂ (NO₂ )₃ CH₃ ) =

0,3*20% + 0,2*39,6% + 0,5*(-74%) = 6% + 7,9% - 37% = -23,1%.

ОТВЕТ: -23,1%. Кислородный баланс ВВ данной смесевого состава имеет отрицательный КБ.