В качестве источника УВ рассматривается детонационная волна, образующаяся в результате взрыва заряда ВВ. Системами промежуточных сред могут быть любые системы, например, "заряд ВВ - инертная среда - вода - горная порода”, моделирующая переход УВ, образующейся при детонации заряда ВВ в скважине с водой, в горную породу.

В качестве несущей "пробки” (граница раздела заряд - вода) целесообразно использовать отходы обработки древесины в виде опилок или стружек.

Состояние материала пробки и ее несущей способности при контакте с водой определялось путем физического моделирования. В качестве модели скважины использовалась стеклянная труба диаметром, равным диаметру скважины, что соответствовало масштабу геометрического подобия Dскв / Dтр =1.

ВВ имитировала аммиачная селитра, насыпная плотность которой соответствовала насыпной плотности граммонита 79/21.

На первой стадии экспериментов исследовалось поведение самого материала несущей пробки при контакте с водой. Испытывались опилки, полученные при распиловке древесины дисковой пилой. Опилки обладают достаточно хорошей сыпучестью и при высыпании на столб воды образуют компактную пробку. Однако по истечении не большого промежутка времени (2-3 мин) нижний слой опилок начинает впитывать воду, происходит расслоение нижней части пробки и насыщение водой выше лежащих слоев за счет адсорбционных свойств опилок. В дальнейшем скорость адсорбционного процесса падает и наступает режим равновесия, при котором половина высоты пробки насыщена водой.

Стружечный материал был получен при обработке древесины электрическим рубанком. Стружечный материал менее плотный и при равных массах с опилочным материалом занимает объем приблизительно в два раза больший. При этом он обладает худшей сыпучестью и при засыпании в модельную скважину еще больше увеличивает объем пробки. При контакте с водой в стружечном материале также наблюдается явление адсорбции, однако этот процесс идет значительно медленнее и вскоре заканчивается, при этом водой насыщается до 0,25 высоты пробки, На следующей стадии экспериментов собственно несущая способность пробки. Для этого гранулированная аммиачная селитра засыпалась на пробку до тех пор, пока уровень воды вплотную не подходил к границе раздела ВВ-пробка. Результат оценивался по высоте столба, занимаемого аммиачной селитрой.

При использовании опилочного материала процесс выглядел следующим образом. Как уже говорилось, опилочный материал образует компактную пробку, поэтому при засыпании селитры пробка сразу же начала погружаться в воду с постоянной скоростью. Предельная величина столба селитры, удерживаемого пробкой составила примерно 0,7 м, при этом масса селитры равнялась 32 кг.

При использовании стружечного материала несущая пробка под тяжестью селитры вначале уплотнялась, а затем начинала погружаться в воду. В этом случае высота столба селитры при высоте пробки 1,5 м составила 1 м, а ее масса - 50 кг.

Такая масса заряда будет достаточна для заряжания обводненных скважин веневского горизонта при высоте уступа 6 м. Таким образом, можно сделать вывод, что при создании в скважине несущей пробки высотой 1,5 м, она будет обеспечивать удерживание расчетного скважинного заряда для средней высоты уступа веневского горизонта. При большей высоте уступа заряд следует рассредоточивать по принятой в " Типовом проекте " технологии.

При расчете по данной методике получен следующий результат сравнение параметров УВ с числом промежуточных сред 3 и 2 позволяют сделать вывод о целесообразности размещения заряда не водоустойчивого ВВ над столбом воды при разрушении данного типа пород.

Число промежуточных сред 2.

Параметры заряда ВВ: Граммонит 79/21

3.3 Описание рассматриваемого ВВ

Настоящим проектом предусмотрено рассмотреть ВВ игданит и возможность его применения на предприятии. Это ВВ представляет собой смесь 94 гранулированной аммиачной селитры и 6 солярового масла. Он предназначен для использования в сухих забоях или заряжания сухой части скважины при комбинированных зарядах.

В гранулированном состоянии игданит хорошо сыпуч, транспортабелен по пневмомагистралям, не пылит и мало электризуется, уплотняется при пневмозаряжании, вследствие чего удерживается в восстающих скважинах крупного диаметра. Игданит отличается от ВВ заводского производства простотой приготовления и низкой стоимостью. Это ВВ устойчиво детонирует от промежуточного детонатора. С увлажнением зарядов мощность промежуточного детонатора должна быть увеличена.

Благодаря низкой чувствительности к механическим, тепловым и электрическим воздействиям и простоте технологии игданит изготовляется на централизованных стационарных установках, размещенных на специальных площадках при базисных и расходных складах ВВ. Изготовленный на этих установках игданит доставляется к местам ведения взрывных работ зарядно-транспортными машинами.

Критические параметры детонации и взрывчатые характеристики игданита при диаметре заряда меньше предельного в сильной степени зависят от свойств гранул селитры, их пористости, впитывающей способности относительно дизельного топлива, удельной поверхности и др.

При содержании дизельного топлива более 6 у игданита резко снижается чувствительность к детонации и даже от мощного инициатора он не взрывается. При меньшем содержании солярового масла (2 - 3) смесь наиболее чувствительна и может детонировать от ЭД или КД.

Бризантность игданита возрастает с увеличением количества мелких фракций селитры, ее удельной поверхности. При изготовлении игданита на микропористой селитре критический диаметр снижается до 16 мм, скорость детонации составляет 2,8 км/c при диаметре 28 мм, 4,5 км / с - при диаметре 50 мм. Для игданита, изготовленного на непористых гранулах селитры, при применении в мягких грунтах и слабых породах рекомендуются скважинные заряды диаметром не менее 100 мм, в твердых породах - шпуровые и скважинные заряды диаметром не менее 30 мм. Физическую стабильность игданита на непористой селитре повышает введение в его состав поверхностно-активных и пористых веществ.

При увеличении содержания влаги в игданите детонационная способность его падает, увеличивается критический диаметр и минимальный инициирующий заряд. При содержании воды более 6 % необходимо применять усиленные промежуточные заряды. В сухом состоянии надежно инициируется от взрыва патронов аммонитов, тротиловых шашек-детонаторов.

Игданиты безопасны в обращении, имеют низкую стоимость, удобны для механизированного заряжания.

Недостатками игданитов являются: возможность применения только в сухих скважинах, частичная потеря взрывчатых свойств при длительном заряжании (более 5 - 6 часов) из-за стекания солярового масла в нижнюю часть заряда с гладких гранул аммиачной селитры, флегматизация сердцевины шнура марки ДША соляровым маслом, разрушение оболочки ДШ, изготовленного из маслонеустойчивого полиэтилена, из-за чего происходят отказы, низкое качество дробления крепких крупноблочных пород, недостаточный запас энергии для дробления таких массивов.

Введение в состав игданита аэросила (тонкодисперсная аморфная двуокись кремния) путем его предварительного смешивания с соляровым маслом в количестве 0,05 - 2 резко повышает удерживающую способность гранул и исключает стекание горючей добавки в течение 3 - 5 суток.

Игданит относится к ВВ с невысокими энергетическими параметрами и предназначен преимущественно для взрывания некрепких пород и средней крепости. Область его применения расширяется. С выпуском гранулированной пористой селитры, способной длительно удерживать соляровое масло, качество игданитов повысится, а область применения существенно расширится как на открытых, так и на подземных работах.

В настоящее время серийные детонирующие шнуры ДША и ДШЭ могут находиться в заряде игданита не более 3,5 - 5 м. При большем времени пребывания соляровое масло разрушает оболочку и флегматизирует взрывчатую сердцевину, особенно на сгибах и узлах, из-за чего происходят отказы. Для выпуска маслоустойчивых детонирующих шнуров заряжание и взрывание зарядов игданита должны выполняться в сжатые сроки, что усложняет технологию работ и ограничивает область его эффективного применения на карьерах.

За счет механизированного заряжания игданитов на крупных карьерах можно значительно уменьшить объем использования тротилосодержащих ВВ и снизить стоимость взрывных работ.

Характеристика игданита

Состав,:

аммиачная селитра гранулированная 94

соляровое масло 6

Взрывчатые характеристики:

теплота взрыва, кДж/кг 3800

объем газов, л/кг 990

бризантность в стальном

кольце, мм 15 - 20

скорость детонации, км/с 2,2 - 2,7

насыпная плотность, г/ 0,85

кислородный баланс, +0,12

минимальный инициирующий

импульс (тротил), г 20 - 30

чувствительность:

к удару, % 0

к трению с примесью 5 %

песка, Мпа (не менее) 300

3.4 Свойства компонентов игданита

3.4.1 Аммиачная селитра и ее свойства

Взрывчатые смеси на основе аммиачной селитры являются наиболее распространенными промышленными ВВ. Это объясняется доступностью самой селитры как исходного материала, широкой производственной базой ее изготовления, низкой стоимостью, а также сравнительной безопасностью переработки смесей на ее основе. Во взрывчатых смесях аммиачная селитра выполняет функцию окислителя, а горючим могут быть различные органические соединения, в том числе взрывчатые с отрицательным кислородным балансом, такие как тротил, динитронафталин и другие, а также металлические порошки алюминия.

Аммиачная селитра представляет собой белое кристаллическое вещество, получаемое воздействием аммиака с азотной кислотой по уравнению:

NH3 + HNO3 NH4NO3.

Выпускается в виде гранул, чешуек или кристаллов.

Аммиачная селитра ранее применялась в чистом виде как малочувствительное ВВ при массовых взрывах; теплота взрывчатого превращения селитры 1600 кДж / кг, работоспособность в свинцовой бомбе 165 - 230 . Теплота образования - 355 кДж / моль, молекулярная масса - 80.

При взрыве селитра разлагается по уравнению

NH4NO3 = N2 + 2H2O + 1/2O2.

При недостаточном инициировании, а также при тепловом взрыве она может разлагаться и по другим уравнениям с меньшими тепловыми эффектами и с выделением токсичных оксидов азота, например по реакциям:

4 NH4NO3 = 3N2 + 2NO2 + 8H2O + 444 кДж

или 8 NH4NO3 = 2NO2 + 4NO + 5N2 + 16H2O + 572 кДж.

Этим, в частности, объясняется выделение оксидов азота при неполноценных взрывах ВВ на основе аммиачной селитры.

Гранулы аммиачной селитры, образующиеся при кристаллизации ее расплава, представляют собой капиллярно-пористое тело.

В зависимости от формы и размеров частиц насыпная плотность аммиачной селитры составляет 0,8 - 0,9 г / . В процессе хранения в условиях частого и резкого перепада температур происходит значительное увеличение ее объема, особенно при высокой влажности. Совершенно сухая аммиачная селитра даже при резких колебаниях температуры сохраняет свой первоначальный объем.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде, причем ее растворимость находится в сильной зависимости от температуры. Плотность насыщенных растворов аммиачной селитры также зависит от температуры.

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

Безводная аммиачная селитра плавится при температуре 169,4С. При увлажнении температура плавления значительно снижается:

tкр = 169,4 - 13,2X,

где X - содержание влаги, %.

Термическое разложение селитры в присутствии продуктов разложения при низких температурах (около 180) и больших отношениях массы ыещества m к объему реакционного сосуда V имеет самоускоряющийся характер, а при высоких температурах (около 260) и малых отношениях m / V отвечает реакция первого порядка. Изменение характера термического разложения можно объяснить ускоряющим или активизирующим действием некоторых продуктов разложения, например азотной кислоты. С увеличением содержания кислых продуктов в жидкой фазе происходит ускорение термического разложения. Зависимость константы скорости разложения аммиачной селитры от температуры описывается выражением

Вычисленные по формуле значения констант для температур 225, 250 и 275С составляют соответственно .

Действие различных примесей на разложение селитры разнообразно: хлориды, хроматы и соединения кобальта действуют каталитически, карбамид и сульфаты проявляют ингибирующее действие, нитраты металлов, окись алюминия, двуокись кремния влияния не оказывают.

Вводимые в промышленные сорта гранулированной селитры добавки сульфата аммония примерно в 1,5 раза снижают скорость термического разложения селитры, а добавки доломита и фосфатов увеличивают скорость в 2 - 3 раза. Водоустойчивая селитра марки ЖВК, содержащая металлическую соль жирных кислот, по термической стабильности несколько уступает кристаллической.

Добавка к селитре веществ, которые могут разлагаться с выделением аммиака (например, карбамид или ацетамид), тормозит разложение. Обнаружено влияние на терморазложение селитры добавок других хлоридов.

Снижают термическую стойкость селитры органические вещества, такие как углеводы, крахмал, сахариды, глюкоза, а также материалы из целлюлозы - бумага, картон, древесина, обычно применяемые для укупорки аммиачной селитры. Из целлюлозных материалов, предназначенных для укупорки селитры, наиболее приемлема плотная бумага.

С селитрой легко взаимодействуют сера и сернистые соединения, сульфиды, азотная кислота и окислы азота, серная и фосфорная кислоты, многие металлы, особенно в виде тонкодисперсных порошков (цинк, медь и сплавы, кадмий, никель, магний, висмут) и некоторые соединения, в частности, соли меди, марганца, хрома. Особенно опасно присутствие в селитре нитритных солей.

Не взаимодействуют с селитрой и не снижают ее термической стойкости алюминий, железо, их окислы и соли.

При хранении больших масс селитры в определенных условиях может произойти самовозгорание с переходом во взрыв.

На основе теории стационарного теплового взрыва можно рассчитать критические массы селитры в зависимости от температуры и геометрической формы бурта, а также период индукции для различных критических масс. Такой расчет проведен на основе уравнения Франк-Каменецкого:

где кр - безразмерный параметр, зависящий от геометрии бурта селитры; Q - суммарный тепловой эффект реакции терморазложения; - насыпная плотность; A - предэкспоненциальный множитель; Е - эффективное значение энергии активации терморазложения нитрата аммония; R - универсальная газовая постоянная; T0 - начальная температура; r - характерный размер для бурта селитры; - теплопроводность селитры.