Химия промышленно-взрывчатых веществ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет)

Реферат

По дисциплине: Химия

Химия промышленно-взрывчатых веществ

Выполнил:

студент гр. ТО-02

Ворона М.А.

Руководитель:

Доцент Липин А.Б.

Санкт-Петербург

2003 год

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--зеленый.

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.

12. Расчет кислородного баланса смесевого ВВ

Задание

Вычислить кислородный баланс смесевого ВВ заданного состава:

30% NH₄NO₃ + 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 * щ_i)

1) Кислородный баланс NH₄NO₃ равен:

Формула КБ = - расчет КБ для вещества с химической формулой С_aH_bN_cO_d.

Для NH₄NO₃ - a=0, b=4, c=2, d=3. Из этого следует, что:

КБ (NH₄NO₃) = = 20%

2) Кислородный баланс KNO₃ равен:

Формула КБ = - расчет КБ для вещества с химической формулой С_aH_bN_cO_dK_k,

где 1/2k - число атомов кислорода в K₂O. Для KNO₃ - a=0, b=0, c=1, d=3, k=1. Из этого следует, что:

КБ (KNO₃) = = 39,6%

3) Кислородный баланс тротила (C₆H₂(NO₂)₃CH₃) равен:

Формула КБ = - расчет КБ для вещества с химической формулой С_aH_bN_cO_d.

Для C₆H₂(NO₂)₃CH₃ - a =7, b=5, c=3, d=6.

Из этого следует, что:

КБ (C₆H₂(NO₂)₃CH₃) = = -74%

4) Kислородный баланс смесевого ВВ заданного состава по формуле

КБ = ?(КБ_i * щ_i)

равен:

КБ (ВВ) = 0,3*КБ (NH₄NO₃) + 0,2* КБ (KNO₃) + 0,5* КБ (C₆H₂(NO₂)₃CH₃) = 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.

Список литературы

химический взрыв углеродный атом

1. Зуйков А.И., Герасимов В.А. Промышленные взрывчатые вещества.

2. Ассонов В.А. Взрывчатые вещества и их применение в горной промышленности.

3. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С. Промышленные взрывчатые вещества.

Размещено на Allbest.ru

...