Промышленные взрывчатые вещества
Воспламенение взрывным импульсом горючих шахтных сред
жүктеу/скачать 2,31 Mb.
|
treatise36887
| 6.4. Воспламенение взрывным импульсом горючих шахтных сред
Механизм возбуждения пылевых и газовых взрывов при детонации зарядов взрывчатых веществ имеет сложный характер. При взрыве воспламенение шахтной среды определяется формой и количеством энергии, сообщаемой среде при взрыве, условиями и природой взаимодействия переносчиков энергии с самой средой. Эта энергия должна быть достаточна начала самоускоряющейся реакции окисления и для преодоления термодинамического барьера в некотором объеме среды, заканчивающейся взрывом. Первоначальный очаг, в котором возникает вспышка, должен быть достаточным для распространения пламени по среде. Так как взрывное окисление развивается во времени и имеет цепно-тепловую природу, на его ход влияют каталитические свойства газообразных и твердых продуктов детонации, кинетические характеристики самой смеси, смешивающихся со средой, характер и условия смешения газов, условия отражения ударных волн, режим горения частиц. Минимальное количество энергии, выделяемое при взрыве взрывчатого материала, т.е. критическая величина взрывного импульса, достаточное для воспламенения горючей среды, может быть рассчитана только в связи с конкретными условиями взаимодействия взрыва со средой в конкретном пространстве. Любой из перечисленных поджигающих агентов (раскаленные твердые частицы, газообразные продукты взрыва, ударные волны и др.) может воспламенить горячую среду. О механизме воспламенения горючих шахтных сред под воздействием взрыва взрывчатых материалов (Е.Одибер, К.Бейлинг и др.) были высказаны гипотезы главным образом качественного характера. У. Шефферд предположил, что возгорание метановоздушной смеси возникает при столкновения ударных волн, отраженных от стенок штрека. В последующем другие исследователи (К.Бейлинг и др.) отводили ударной волне роль косвенного фактора, способствующего воспламенению. Е.Одибер сделал продолжение, а К.Бейлинг подтвердил, что воспламенение метано-воздушной смеси вызывается твердыми нагретыми частицами, при этом основная роль отводится дефлагрирующим частицам. Эти горящие частицы имеют высокую температуру, при которой задержка вспышки настолько мала, что она успевает произойти при даже большой скорости полета частиц. Е. Одиберу принадлежит механизм процесса воспламенения метана при взрыве заряда взрывчатого материала: «механизм воспламенения путем смешения». При взрыве заряда ВВ метано- воздушная смесь смешивается с продуктами взрыва. Если в процессе разбавления продуктов взрыва метано-воздушной смесью будет достигнута температура вспышки, то произойдет воспламенение метано-воздушной смеси. Невозможность получения воспламенения по Е. Одиберу при взрывании в угле определяется следующим неравенством: q<21,5-0,94n, (6.1) где q – удельная энергия, приходящаяся на единицу объема продуктов взрыва (ккал/моль), n – содержание кислорода в продуктах взрыва в % масс. Опыты Е. Одибера показали, что взрывчатые вещества с отрицательным и положительным кислородным балансом являются опасными в отношении воспламенения метана. Наименьшую опасность имеют составы, кислородный баланс которых близок к нулю. Чтобы взрывчатые вещества удовлетворяли критерию Е. Одибера, для снижения удельной теплоты взрыва они должны были содержать в своем составе большое количество инертных добавок. В 60-70 гг. 20 века исследования процесса воспламенения показали, что воспламенение метано-воздушной смеси вызывается комплексом факторов, т.е. совместным воздействием нескольких воспламеняющих агентов, при этом расчет такого совместного воздействия в конкретных условиях представляет большие трудности. Тем не менее по механизму воспламенения, экспериментальный материал дает возможность предопределять безопасные условия выполнения взрывных работ в шахтах и создавать специальные предохранительные ВВ. Важнейшими качественными безопасными условиями являются следующее: 1. Воспламеняющее действие взрыва относительно горючих шахтных сред определяется как удельными тепловыми характеристиками ВВ, выраженными, например, температурой продуктов взрыва - Т1=Q/nc или теплотой взрывчатого превращения - Q (ккал/кг), так и суммарной энергией заряда - Е=GQ (ккал, где G – масса заряда), при этом каждая из этих характеристик может иметь независимое значение. Это означает, что равенство общей энергии зарядов, состоящих из ВВ с разной температурой или теплотой взрыва, еще не обусловливает их одинаковую воспламеняющую способность. Как правило, взрывчатые вещества обладают большей воспламеняющей способностью с большей удельной тепловой энергией. И, напротив, при любых удельных характеристиках, может быть найдена такая масса заряда, при которой может воспламениться горючая среда. Это объясняется существованием различных механизмов воспламенения, в которых определяющими факторами являются либо суммарная либо удельная теплота взрыва. Так, при воспламенении газообразными продуктами взрыва в потоке с раскаленными твердыми частицами определяющими является их температура или их теплосодержание в единице объема газов, а при воспламенении отраженными ударными волнами – общая энергия взрыва, с которой связаны параметры волны, падающей на преграду. Суммарная энергия может быть определяющей характеристикой и в случае воспламенения с ограниченным объемом шахтной среды при гомогенном смешивании продуктов взрыва. Удельные тепловые характеристики служат основой для отбора и классификации ВВ по степени антигризутности и отображают индивидуальные свойства предохранительных ВВ. Общая энергия лежит в основе ограничений зарядов по массе, различных для предохранительных ВВ различной степени антигризутности. 2. Критические значения тепловых характеристик взрыва зависят взаимодействия продуктов взрыва (ударно-воздушных волн) со средой (ВВ, заряда) и от условий взрывания зарядов, вызывающего воспламенение шахтной среды. Вследствие этого целесообразно ограничить предохранительные ВВ степени антигризутности и по мощностным характеристикам. Чем выше вероятность воспламенения газа или пыли в шахтной выработке и опасны условия взрывания, тем выше должен быть класс ВВ по предохранительности. 3. Критические значения энергетических характеристик предохранительных взрывчатых веществ всех классов, т.е. независимо от механизма воспламенения и от условий взаимодействия продуктов взрыва с горючей средой повышаются, если в среде распределены равномерно ингибиторы. Чем выше концентрация ингибитора в среде и он более каталитически активен р и, тем выше параметры воспламенения горючей среды (индукционный период и температура вспышки) и соответственно выше допустимый уровень энергии ВВ (удельная энергия) или заряда (общая энергия). Экспериментальные исследования Е.Одибера, К.Бейлинга по влиянию скорости детонации на воспламенение энергетических характеристик ВВ, плотности и бризантности ВВ, массы, диаметра и плотности заряжания, горючей оболочки патронов и состава продуктов взрыва, влажности ВВ показали, что из всех свойств ВВ на воспламенение метано-воздушной смеси при взрыве ВВ наиболее сильно влияют каталитические (ингибиторные) свойства содержащихся в составе ВВ солей - пламегасителей и энергия (теплота взрыва) ВВ. Скорость детонации, состав газообразных продуктов взрыва, плотность, влажность и другие свойства ВВ влияют в меньшей мере или в той мере, в какой они влияют на энергию взрыва. Бензиновые смеси с воздухом поджигаются взрывчатым веществом с меньшими энергетическими затратами. Бензино-метано-воздушные смеси занимают по воспламеняемости промежуточное положение между бензино-воздушными и метано-воздушными смесями. Водородно-воздушная смесь значительно более чувствительна к взрывному импульсу, чем метано-воздушная смесь. Некоторые взрывчатые вещества, содержащие в своем составе щелочно-земельные и щелочные нитраты, будут антигризутными относительно метано-воздушной смеси, в то же время недостаточно предохранительны в отношении угольной пыли. Предполагается, что повышенная воспламеняющая способность взрывчатых веществ, содержащих нитраты металлов, связана с двухстадийным процессом воспламенения взвеси пыли, где первой стадией является газификация частиц угля. Горящие частицы термически стойких нитратов металлов, разлетающихся при взрыве, попадают в газифицированное облако пыли и поджигают его. Наиболее эффективными пламегасителями относительно угольной пыли оказались NaF и КCl, менее эффективными NH4Cl и NaCl. жүктеу/скачать 2,31 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|