Промышленные взрывчатые вещества
Классификация предохранительных ВВ и принципы компоновки их составов
жүктеу/скачать 2,31 Mb.
|
treatise36887
| Классификация предохранительных ВВ и принципы компоновки их составов
Изложенные ранее основные закономерности воспламенения аэрозолей и горючих газов взрывным импульсом и термодинамики взрыва, смоделированных на условии подземных выработок, указывают на следующие способы предупреждение воспламенения горючей шахтной среды и обеспечения надежности детонации предохранительных ВВ: 1) управление энергией взрыва в зависимости от условий взрывания; 2) введение в состав предохранительных ВВ ингибиторов, благодаря чему при заданном уровне антигризутности допускается повышение уровня энергетических характеристик предохранительных ВВ; 3) Путем уменьшения количества твердой фазы в продуктах взрыва повышение термодинамического к.п.д. взрыва В настоящее время введение ингибиторов в состав предохранительных ВВ является общепринятым методом создания предохранительных ВВ. Изменяя содержание таких солей можно одновременно регулировать поверхность отрицательного катализа и тепловые параметры взрыва. Предохранительные свойства таких ВВ с увеличением содержания солей усиливаются из-за возрастания ингибирующего эффекта и из-за снижения температуры взрыва. Ранее, инертные соли вводили в состав ВВ для снижения температуры продуктов взрыва, при первых разработках антигризутных ВВ. Если инертные соли содержали кристаллизационную воду и были еще легкоплавкими, то эффект снижения температуры продуктов взрыва был большим. После опубликования работ, в которых однозначно было выявлено ингибирующее действие многих окислов и солей в реакциях окисления метана и других взвесей горючих и газов, их введение в состав ВВ стало целенаправленным. Памятуя о том, что каждый ингибитор обладает своей ингибирующей активностью появилась возможность при создании предохранительных ВВ пользоваться эффектом ингибирования. Это дает возможность при постоянстве в ВВ массового содержания путем замены в составе ВВ менее эффективного ингибитора на более эффективный повысить степень антигризутности предохранительного ВВ без изменения энергетических характеристик. В составах ВВ наиболее эффективными ингибиторами являются фтористые соли, однако они токсичны. Из хлористых солей наиболее приемлемыми являются соли натрия и калия. Хлористый калий более эффективен, однако он гигроскопичен в большей степени и состав на основе КСl менее водоустойчив, чем хлористый натрий. Увеличивая удельную поверхность ВВ или уменьшая размер частиц можно усилить ингибирующее действие солей, так как скорость гетерогенного катализа прямо пропорциональна поверхности катализатора. Если принять, что коэффициент дробления при взрыве постоянен, то в процессе взрыва после дробления ингибитор с большими первоначальными частицами будет иметь больший размер частиц, и в процессе взрыва после дробления ингибитор с меньшими первоначальными частицами будет иметь меньший размер частиц. Флегматизирующее действие невзрывчатой соли усиливается при чрезвычайно тонком измельчении ингибитора. В состав предохранительных ВВ для нейтрализации флегматизирующего действия тонкоизмельченных ингибиторов часто вводят нитроглицерин или реже гексоген, тэн сенсибилизаторы. В наибольшей мере реализуется в предохранительных ВВ ультратонкое распыление ингибитора, содержащих ионную пару солей, например натриевая или калиевая селитра и хлористый аммоний. Эти соли при взрыве взаимодействуют по реакции с образованием нитрата аммония, который далее разлагается на азот, воду и кислород и хлористого натрия или калия, который является ингибитором. Одной из причин высоких предохранительных свойств ВВ, содержащих ионообменную пару солей (NaNO3+NH4Cl) является образование при взрыве ультрадисперсного ингибитора (NaCl). Идея реализована в комбинированном патроне ВВ, аналогичная ионообменной паре, когда соляной водный раствор ингибитора вынесен на периферию основного заряда ВВ в виде оболочки. В патронах ПВП-1, созданных в МакНИИ, основной заряд заполненная солевым раствором помещен в полиэтиленовую оболочку. Можно повысить эффективность предохранительных ВВ, в зависимости от условий взрывания управляя энергией взрыва. Такая задача решается так называемой селективной детонацией. Режим такой детонации может быть создан с помощью смесевого ВВ, содержащего компоненты различной кинетической способности: детонируют или все компоненты или часть наиболее активных компонентов. Например, смесь, состоящая из хлористого аммония, нитроглицерина и натриевой селитры типа угленитов, взрывается с полным выделением энергии только в замкнутой камере с прочными стенками. При взрывании такой смеси на воздухе малоактивные соли разбрасываются как инертные вещества поскольку не успевают прореагировать в детонационной волне создаваемой нитроглицерином, детонируют только нитроглицерин. Возможен и промежуточный режим. Выраженную селективность детонации также имеют смеси нитроглицерина, тэна и гексогена с аммиачной селитрой, с увеличением размеров частиц селитры степень селективности такой смеси возрастает. Селективностью могут обладать и водонаполненные ВВ, в которых часть – осталась в твердом состоянии, а часть окислителя перешла в водный раствор. Наиболее опасными по воспламенению газа и пыли являются условия, в которых энергия взрыва в основном сосредоточена в нагретых до высокой температуры продуктах взрыва и механическая работа взрыва минимальная. Этим условиям отвечает взрыв частично или полностью «обнаженного» заряда. В этих условиях выделение тепла минимальное, что неопасно в плане воспламенения горючих газов и пыли и детонация селективных ВВ происходит не полностью. Одним из эффективных методов повышения работоспособности предохранительных ВВ может стать уменьшение количества твердой фазы в продуктах взрыва, при этом не должны уменьшаться их предохранительные свойства. Понизить температуру и теплоту продуктов взрыва можно, если использовать компоненты окислитель и горючее с высокой теплотой образования. Исходя из вышеизложенного необходимо руководствоваться следующим, при составлении композиций современных предохранительных ВВ: предохранительные ВВ должны образовывать или содержать при взрыве по возможности наиболее каталитически активные ингибиторы с частицами минимальных размеров, опытным или расчетным путем определять предельный для данного класса ВВ уровень энергии предохранительного ВВ, регламентированный условиями испытаний, задаваемый уровень энергии с известными термохимическими константами обеспечивать соответствующим подбором активных компонентов ВВ, а при необходимости – также вводить в состав вещества, охлаждающие продукты взрыва, учитывать тепло при расчете теплового баланса взрыва, поглощаемое ингибитором, минимальное массовое содержание ингибитора, обеспечиваемое большой удельной поверхностью диспергируемого взрывом ингибитора, будет способствовать увеличению термодинамического к.п.д. взрыва, предпочтительны такие предохранительные ВВ, которые образовывают продукты взрыва с минимальным количеством твердой фазы при взрыве тонкодисперсной взвеси из высокоактивных ингибиторов, а также ВВ, имеющие способность к селективной детонации, благодаря чему в зависимости от условий взрывания могут обладать свойствами, соответствующими различным по предохранительности классам предохранительных ВВ. Для предохранительных ВВ при решении вышеизложенных положений нельзя игнорировать и общие требования, предъявляемые к промышленным ВВ: морозоустойчивость, физическая и химическая стабильность, технологичность и безопасность производства, чувствительность к инициирующим импульсам, экологическая безопасность. При классификации предохранительных ВВ по составу и свойствам по области применения необходимо учитывать, что они тесно связаны между собой, так как условия и область применения определяют свойства и состав ВВ. По области применения предохранительные ВВ подразделяются на следующие группы: ВВ для серных и колчеданных шахт и других горных разработок, опасных по сернистым соединениям и серной пыли, ВВ для угольных шахт и других горных разработок, опасных по угольной пыли или метану, ВВ для нефтяных, озокеритовых шахт и других горных разработок, опасных по тяжелым углеводородам и парам бензина. В каждой группе предохранительные ВВ различают по опасности горных выработок по газу и пыли и условиям применения. В соответствии с принятой классификацией предохранительные ВВ подразделяют на классы. Предохранительные ВВ для породных забоев опасных по метану, и специального назначения – ВВ III класса. ВВ этого класса не должны воспламенять метано-воздушную смесь при прямом инициировании и при взрывании в канале мортиры. Типичными представителями ВВ этого класса являются победит ВП-4 и аммонит АП-5ЖВ. К ВВ III класса относятся также ВВ, предназначенные для колчеданных, серных, нефтяных и озокеритовых шахт, а также других горных разработок, опасных по тяжелым углеводородам и парам бензина. В настоящее время ВВ III класса в угольных шахтах имеют ограниченное применение. ВВ IV класса – предохранительные ВВ для смешанных забоев шахт, опасных по газу или пыли и угольных. Эти ВВ применяют для забоев выработок, проводимых по углю и по породе на негазовых пластах, опасных по взрыву пыли, а также на пластах с небольшим газовыделением, когда в процессе взрывных работ исключена возможность образования в забое взрывоопасной метано-воздушной смеси. Типичным представителем ВВ этого класса является аммонит ПЖВ-20. При испытаниях в опытном штреке ВВ IV класса не должны воспламенять: пылевоздушную при прямом инициировании смеси при взрывании в канале мортиры без забойки заряда массой 0,7 кг. метано-воздушную смесь при взрывании в канале мортиры с забойкой (10 см) заряда массой 0,6 кг при прямом инициировании, В угольных шахтах в настоящее время ВВ IV класса находят широкое применение. ВВ V класса – ВВ повышенной предохранительности для смешанных и угольных забоев и специальных работ в шахтах всех категорий. Эти ВВ применяют для забоев выработок, проводимых по углю и породе или по углю при одной поверхности обнажения, в которых в процессе взрывных работ возможно образование взрывоопасной метано-воздушной смеси. Представителями этого класса ВВ являются угленит №5, угленит Э-6 и патроны ПВП-1-У и ПВП-1-А. При испытании в опытном штреке ВВ этого класса не должны воспламенять пылевоздушную и метано-воздушную смеси при взрывании в канале мортиры без забойки заряда массой 0,6 кг при обратном инициировании и заряда массой 1,0 кг при прямом инициировании. В угольных шахтах ВВ этого класса находят широкое применение. ВВ VI класса – высокопредохранительные ВВ для специальных работ в шахтах, особо опасных по газу и отбойки угля. ВВ этого класса применяют для забоев выработок, проводимых по углю или по углю и породе с двумя или более поверхностями обнажения, где в процессе взрывных работ возможно образование взрывоопасной метано-воздушной смеси, а заряды ВВ могут быть обнажены с боковой поверхности через трещины или непосредственно. При испытании в опытном штреке ВВ этого класса не должны воспламенять: пылевоздушную и метано-воздушную смеси при взрывании в уголковой мортире (с отраженной стенкой на расстоянии 0,6 м ) заряда массой 1,4 кг. пылевоздушную и метано-воздушную смеси при взрывании в канале мортиры без забойки заряда массой 1 кг при прямом и обратном инициировании, Таким условиям удовлетворяют патроны в растворонаполненных полиэтиленовых оболочках – патроны СП-1. Появление новых знаний в области изучения причин аварий в шахтах при взрывании приводило и к практическим результатам: разработке новых рецептур с использованием компонентов, которые повышали предохранительные свойства применяемых ВВ. Хронологично появились следующие взрывчатые смеси: взрывчатые смеси на основе аммиачной селитры, имеющие большой отрицательный кислородный баланс (вследствие низкой температуры продуктов взрыва) или большой положительный, взрывчатые смеси, содержащие инертные в отношении взрывчатого превращения добавки, на эндотермическое разложение или нагрев которых расходуется часть тепловой энергии, выделяемой при взрыве, взрывчатые смеси в предохранительных оболочках из инертных веществ, в которых одновременно обеспечивается высокая антигризутность и высокая детонационная способность, ингибитор непосредственно вводился в состав ВВ, взрывчатые смеси с каталитически активными веществами ингибиторы, пламегасителями – эквивалентные предохранительные ВВ. взрывчатые смеси, обладающие в зависимости от условий взрывания селективной детонацией селективные предохранительные ВВ, взрывчатые смеси, содержащие обменную пару (NaNO3 + NH4Cl), получившие название ионообменных ВВ. Взрывчатые и физико-химические свойства современных предохранительных ВВ представлены в таблице 8.1. Все они выпускаются на водоустойчивой аммиачной селитре ЖВ, обладают сравнительно высокой водоустойчивостью, стабильны при хранении и могут применяться во всех климатических зонах. Таблица 8.1 Физико-химические свойства предохранительных ВВ
* - диатомит может быть заменен поливинилхлоридом В технологическом процессе изготовления предохранительных ВВ для увеличения их детонационной способности введена фаза интенсивного измельчения активных компонентов (тротил, селитра). Многие предохранительные ВВ содержат в своем составе нитроглицерины, нитрогликоль и жидкие нитроэфиры. жүктеу/скачать 2,31 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||