Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

При взрыве образуется очаг поражения с ударной волной и световым излучением. В очаге взрыва можно выделить три сферических зоны (рисунок 3.15) [14].

 

1 – зависимость (x); 2 – зависимость D1(x), рассчитанная по формуле Садовского [15]   Рисунок 3.14 - Зависимость D1(x) для сосредоточенного заряда

 

Рисунок 3.15 - Очаг поражения при взрыве ВВ

 

Зона I детонационной волны находится в пределах облака взрыва, радиус которого определяется как

,

где m – масса продуктов взрыва, кг.

В пределах зоны I избыточное давление можно считать постоянным и равным 1,7…2,0 МПа.

Зона II – зона действия продуктов взрыва, которая охватывает всю площадь разлета продуктов взрыва ВВ в результате их детонации. Радиус зоны II в 1,7 раза больше радиуса зоны I, т.е. R₂=1,7R₁, а избыточное давление по мере удаления уменьшается до 0,3…0,4 МПа.

Зона III – зона действия УВВ. Здесь формируется фронт УВВ.

Воздействие УВВ на человека может быть косвенным или непосредственным. При косвенном поражении УВВ, разрушая постройки, вовлекает в движение огромное количество твердых частиц, осколков стекла и других предметов массой до нескольких грамм при скорости до 35 м/с. Так, при величине избыточного давления порядка 60 кПа плотность таких опасных частиц достигает 4500…5000 шт./м². Наибольшее число пострадавших – жертвы косвенного воздействия УВВ.

Непосредственное поражение УВВ людей приводит к травмам:

· крайне тяжелые (обычно несовместимы с жизнью) наблюдаются при воздействии избыточного давления величиной свыше 100 кПа;

· тяжелые (сильная контузия организма, поражение внутренних органов, потеря конечностей, сильное кровотечение из носа и ушей) возникают при избыточном давлении от 60 до 100 кПа;

· средние (контузия, повреждение органов слуха, кровотечение, вывихи) имеют место при избыточном давлении от 40 до 60 кПа;

· легкие (ушибы, вывихи, временная потеря слуха, общая контузия) наблюдаются при избыточном давлении от 20 до 40 кПа.

Эти же параметры УВВ приводят к разрушениям, характер которых зависит от нагрузки, создаваемой УВВ, и реакций предмета на действия этой нагрузки. Поражения объектов, вызванные УВВ, можно характеризовать степенью их разрушений в зависимости от расстояния (зоны разрушений).

Зона полных разрушений является зоной, в которой восстановить разрушенные объекты невозможно. Массовая гибель всего живого. Занимает до 13 % всей площади очага поражения. Здесь полностью разрушены строения, до 50 % противорадиационных укрытий, до 5 % убежищ и подземных коммуникаций. Сплошных пожаров не возникает из-за сильных разрушений, срыва пламени ударной волной, разлета воспламенившихся обломков и засыпки их грунтом. Эта зона характеризуется величиной избыточного давления более 50 кПа.

Зона сильных разрушений занимает площадь до 10 % очага поражения. Строения сильно повреждены, убежища и коммунальные сети сохраняются, 75 % укрытий сохраняют свои защитные свойства. Есть местные завалы, зоны сплошных пожаров. Зона характеризуется избыточным давлением от  30 до 50 кПа.

Зона средних разрушений наблюдается при избыточном давлении от 20 до 30 кПа, занимает площадь до 15 % очага поражения. Строения получают средние разрушения, а защитные сооружения и коммунальные сети сохраняются. Могут быть местные завалы, участки сплошных пожаров, массовые санитарные потери незащищенного населения.

Зона слабых разрушений характеризуется избыточным давлением от 10 до 20 кПа и занимает до 62 % площади очага поражения. Строения получают слабые повреждения (разрушения перегородок, дверей, окон), могут быть отдельные завалы, очаги пожаров, а у людей – травмы.

Рельеф местности оказывает влияние на распространение УВВ: на склонах холмов, обращенных в сторону взрыва, давление выше, чем на равнинной местности (при крутизне склона 30 градусов давление на нем на 50 % выше), а на обратных склонах - ниже (при крутизне склона 30 градусов – в 1,2 раза). В лесных массивах избыточное давление может оказаться на 15 % выше, чем на открытой местности, но по мере углубления в лес скоростной напор уменьшается. Метеоусловия оказывают влияние только на слабую УВВ, т.е. с избыточным давлением менее 10 кПа. Летом наблюдается ослабление УВВ по всем направлениям, а зимой – ее усиление, особенно в направлении ветра. Дождь и туман оказывают влияние на УВВ при избыточном давлении до
30 кПа. Снегопад не снижает давления УВВ.

 

Кумулятивное действие взрыва

Действие взрыва можно усилить в определенном направлении, например, в сторону разрушаемого объекта. Такое направленное действие взрыва основано на явлении кумуляции (cumulatio – увеличивать, суммировать), заключающемся в том, что заряды, имеющие на поверхности выемку, обеспечивают в направлении последней повышенный разрушительный эффект (впервые явление кумуляции наблюдалось в 1864 г. русским военным инженером М.М. Божевским).

Если заряд 1 (рисунок 3.16) взрывчатого вещества имеет выемку 2 в виде конуса, то при взрыве заряда 1 газообразные продукты, движущиеся от поверхности конуса по нормали, образуют сходящийся поток, имеющий вид мощной тонкой струи. Сущность явления кумуляции состоит в концентрации, направлении энергии взрыва и создании уплотненного газового потока в области кумулятивной выемки 2. В результате столкновения и сжатия продуктов взрыва кумулятивный поток приобретает высокую плотность, скорость, температуру и давление.

Одним из интереснейших физических эффектов, реализующихся за счет создания условий, обеспечивающих кумуляцию энергии, является формирование высокоскоростных кумулятивных струй при взрыве осесимметричного заряда ВВ с выемкой, облицованной тонкой металлической оболочкой. Благодаря большой скорости (до 10 км/с) такие кумулятивные струи обладают высокой пробивной способностью, определяемой (в соответствии с гидродинамической теорией проникновения) их длиной и плотностью материала.

 

1 – заряд ВВ; 2 – выемка; 3 - детонатор   Рисунок 3.16 - Схема действия кумулятивного заряда

Изменяя форму и размеры заряда ВВ и кумулятивной облицовки, а также материал облицовки, можно реализовать различные режимы кумуляции и варьировать пробивное действие кумулятивных зарядов в широких пределах. Наибольшим пробивным действием обладают кумулятивные заряды, формирующие высокоградиентные кумулятивные струи из достаточно высокоплотных материалов, обладающих хорошей пластичностью. При рациональном выборе конструктивных параметров таких зарядов и прецизионной технологии их изготовления, глубина пробития стальной преграды может составлять свыше десяти диаметров заряда, что близко к ее предельному значению. Дальнейший рост пробивного действия заряда связан с поиском новых нетрадиционных путей управления процессами кумуляции и реализацией новых физических эффектов.

Одним из таких путей, позволяющих «вторгнуться» в физические механизмы процессов, определяющих эффективность функционирования кумулятивного заряда, с целью изменить характер их протекания в нужном направлении, является использование различных вариантов электромагнитных воздействий. В зависимости от решаемой задачи такие воздействия могут приводить как к увеличению, так и к снижению пробивного действия кумулятивного заряда. Данные работы по явлению электромагнитных воздействий на эффект кумуляции проводились в МГТУ им. Баумана (г. Москва) совместно с институтом гидродинамики им. М.А. Лаврентьева (г. Новосибирск) [20]. Электромагнитные воздействия, осуществляемые на различных стадиях функци-онирования кумулятивного заряда, представлены на рисунке 3.17.

Рисунок 3.17 - Варианты электромагнитных воздействий управления кумулятивным эффектом взрыва [20]

 

К числу воздействий, направленных на снижение пробивного действия, относятся создание аксиального магнитного поля в облицовке кумулятивного заряда непосредственно перед его подрывом (см. рисунок 3.17, воздействие 1,), пропускание мощного электрического тока по кумулятивной струе (воздействие 2) и создание поперечного к направлению движение струи магнитного поля в материале проводящей преграды (воздействие 3). На повышение пробивной способности кумулятивного заряда направлены «мягкое» токовое воздействие на струю (воздействие 4), а также варианты создания продольного низкочастотного (воздействие 5) и высокочастотного (воздействие 6) магнитных полей в области деформирования струи в полете до ее взаимодействия с преградой. Воздействия 2, 4, 5 и 6 на сформировавшуюся кумулятивную струю ориентированы на управление процессом ее деформирования и последующего разрушения. Воздействие 1 позволяет влиять на процесс схлопывания облицовки и формирование кумулятивной струи в начальной стадии.

Представление, например, о степени снижения пробития преграды кумулятивным зарядом при электродинамическом воздействии различной интенсивности дает рисунок 3.18, где приведены кривые изменения разрядного тока, протекающего через кумулятивную струю, полученные в экспериментах с зарядом диаметром 50 мм при его действии на стальную (рисунок 3.18 а) и алюминиевую (рисунок 3.18 б) преграды (при размещении одного из электродов непосредственно на преграде).

 

а) – при действии на стальную преграду, б) – при действии на алюминиевую преграду; цифры над кривыми – глубина пробития преграды   Рисунок 3.18 - Эффект пробития кумулятивного заряда диаметром 50 мм при пропускании по струе токовых импульсов различной формы

 

Для каждой кривой указана глубина пробития преграды, соответствующая данному режиму электродинамического воздействия. В отсутствие воздействия глубина пробития стальной преграды составляет 210 мм, а алюминиевой преграды – 365 мм.

Наиболее вероятные физические причины снижения глубины пробития преграды кумулятивной струей при электродинамическом воздействии – это развитие магнитогидродинамической (МГД) неустойчивости перетяжечного типа и объёмное разрушение материала струи. Оба этих механизма обусловлены действующими на струю при протекании по ней тока пондеромоторными нагрузками, эквивалентными приложенному к поверхности струи магнитному давлению

,

где ₀=4p×10^-7 Гн/м – магнитная постоянная;

I – сила тока, протекающего по кумулятивной струе, А;

r - радиус шейки кумулятивной струи, мм.

Объёмное разрушение кумулятивной струи проявляется в виде радиального рассеивания материала струи при ее выходе из межэлектродного промежутка. Это влечет за собой последующее уменьшение средней плотности материала элементов струи и, как следствие, снижение ее пробивной способности.

Таким образом, учеными [20] экспериментально и теоретически показана возможность электромагнитного управления кумулятивным эффектом взрыва. Снижение пробития достигается пропусканием мощного импульсного электрического воздействия по кумулятивной струе, созданием аксиального магнитного поля в кумулятивной облицовке непосредственно перед подрывом заряда, а также созданием поперечного магнитного поля в материале проводящей преграды. На повышение пробивной способности струи за счет увеличения ее предельного удлинения ориентированы варианты воздействия на нее продольного низкочастотного и высокочастотного магнитных полей, а также «мягкое» токовое воздействие.

4 Критерии безопасности ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

 

В технической литературе и научных публикациях к взрывчатым характеристикам ВВ относят чувствительность веществ к различным внешним воздействиям (механическим, тепловым), приводящим, как правило, к их воспламенению. С точки зрения механизма физико-химических процессов, протекающих в них, такая трактовка отражает действительную сущность протекающих реакций в веществах. Однако с точки зрения безопасности процессов при эксплуатации ВВ, в частности, при перевозке, хранении и снаряжении, правильнее будет характеризовать чувствительность к внешним воздействиям как критерий безопасности, что отражает действительную сущность перерабатываемых веществ на стадии эксплуатации. Поэтому такая трактовка более приемлема и понятна для обслуживающего персонала в условиях эксплуатации, где чаще возникают аварийные ситуации непрогнозируемых воздействий на ВВ.

Взрывчатые вещества при обычных условиях обладают определенной степенью устойчивости. Это позволяет сравнительно легко получать ВВ в промышленных масштабах, подвергая их при этом целому ряду как химических, так и физических воздействий. Однако подобная устойчивость ВВ к внешним воздействиям имеет определенную границу. Независимо от того, проявляется ли внешнее воздействие в виде нагревания, удара, трения или иного вида энергии, при переходе определенного предела воздействия во взрывчатом веществе возникает экзотермический процесс распада, который, начавшись хотя бы в одной точке ВВ, распространяется в дальнейшем по всей массе ВВ в виде вспышки, горения или детонации.

Чувствительность ВВ к внешним воздействиям определяется тем минимальным внешним воздействием, которое вызывает в системе ВВ процесс взрывного превращения. Такой минимальный порог инициирования (внешнего воздействия) ВВ и будет являться критерием безопасности вещества по отношению к тому или иному виду воздействия с учётом коэффициента безопасности.

Чувствительность ВВ к таким видам воздействий, как нагрев, удар, трение, достаточно изучены и определяются стандартными методами [5, 7], в то время как информация по чувствительности к электрической искре, вибрации и совместным воздействиям на ВВ крайне ограничена.

Критерии безопасности ВВ, являющиеся основными критериями при оценке эксплуатационной безопасности объектов:

· чувствительность к тепловому импульсу;

· чувствительность к удару;

· чувствительность к трению;

· чувствительность к электростатическому разряду;

· чувствительность к совместным воздействиям.

 

4.1 Чувствительность ВВ к тепловому импульсу

 

Обычно тепловые воздействия подразделяются на гомогенный – равномерный подогрев всей массы ВВ до некоторой критической температуры с развитием процесса разложения ВВ по законам теплового взрыва - и локальный нагрев в виде поджигания со значительным градиентом температуры. Соответственно определяют чувствительность ВВ к прогреву и к поджиганию (воспламеняемость).

Определение температуры вспышки

Мерой чувствительности ВВ к нагреву обычно служит температура их вспышки, устанавливаемая при определенных условиях опыта. Если поместить навеску ВВ в объём с достаточно высокой постоянной или медленно возрастающей температурой, то через некоторое время вещество прогревается до температуры окружающей среды и может произойти вспышка. Механизм вспышки в этих условиях соответствует механизму теплового взрыва и определяется соотношением теп-
лоприхода в результате экзотермических реакций в нагретом веществе и теплоотвода в окружающую среду.

Температура вспышки ВВ зависит от количества испытываемого ВВ, скорости нагрева и других условий опыта, определяющих условия теплоприхода и теплоотвода.

Наиболее распространены два варианта определения температуры вспышки.

1. Определенное количество ВВ (обычно 0,05 г) в пробирке помещают в металлическую баню, заполненную легкоплавким сплавом Вуда (сплав: Bi (50 %), Pb (25 %), Sn (12,5 %) и Cd (12,5 %), имеющий температуру плавления t_пл ~ 68 ⁰С] и предварительно нагретую до 100 ^оС. Дальнейший нагрев производится со скоростью 20 ^оС в минуту. Отмечают температуру сплава в момент вспышки и характер вспышки ВВ.

2. Второй метод заключается в установлении зависимости изменения периода индукции t или задержки вспышки от температуры. По этому методу температуру сплава поддерживают постоянной и в предварительно вставленную нагревшуюся пробирку вводят навеску ВВ, замеряя время с момента помещения ВВ в пробирку до его вспышки. Этот метод позволяет полнее характеризовать отношение ВВ к тепловому воздействию, в частности, найти такие кинетические параметры, как энергия активации E и предэкспоненциальный множитель B, характеризующие тепловую стабильность ВВ исходя из выражения

,                                 (4.1)

где R – универсальная газовая постоянная, равна 8,314 Дж/(Кмоль);

T – температура вспышки, ºС.

В таблице 4.1 приведены известные значения температуры вспышки при нагревании для некоторых ВВ. Зависимость температуры вспышки ВВ от массы заряда объясняется тем, что теплоприход пропорционален объёму ВВ, а теплоотвод – его поверхности. С увеличением массы ВВ температура вспышки снижается. С увеличением скорости нагрева ВВ температура вспышки возрастает. При слишком медленном нагреве бóльшая часть ВВ успевает разложиться при низких температурах без вспышки. При быстром достижении температуры, превышающей температуру кипения ВВ, оно превращается в пар, вспышка вследствие меньшей плотности и меньшего самоускорения распада возникает труднее.

 

Таблица 4.1 – Значения температуры вспышки при нагревании
для некоторых ВВ

Вещество	Температура вспышки (оС) при нагревании
	со скоростью 20 оС в минуту	при постоянной температуре с задержкой
		5 мин.	1 мин.	5 с
Нитроглицерин	200-205	200-205	-	222
Аммонит 6ЖВ	280-320	220-300	336	380-400
Тротил	295-300	300	309	475
Алюмотол	-	-	315	-
Аммонит ПКВ-20	-	-	365	-

 

 

Определение воспламеняемости ВВ

 

Одной из важнейших характеристик чувствительности ВВ к тепловым воздействиям является его способность воспламеняться от внешнего источника тепла. Необходимое количество подводимого тепла Q зависит от свойств ВВ и внешних условий и определяется выражением:

,                               (4.2)

где l - коэффициент теплопроводности ВВ, Вт/(м×К);

U_r – скорость горения ВВ, м/с;

T_n – температура поверхности ВВ, ºС;

T₀ – начальная температура ВВ, ºС.

При порционном подводе тепла существенное значение имеет скорость его подвода к поверхности ВВ с учётом теплоотвода в глубь вещества, определяющего температуру на поверхности ВВ и ее градиент по толщине заряда. Исходя из этого, мерой чувствительности ВВ к поджигающему импульсу может быть либо минимальное количество тепла при заданной скорости его подвода, необходимое для поджигания при постоянных условиях опыта, либо некоторые переменные величины, определяющие режим горения при постоянном значении теплового источника. В качестве таких переменных величин могут быть использованы начальная температура ВВ или давление окружающей газовой среды, поскольку скорость горения большинства ВВ с давлением связана линейной зависимостью. В соответствии с указанным принципом созданы и развиваются экспериментальные методы оценки воспламеняемости ВВ.

Наиболее простым в экспериментальном исполнении является метод определения чувствительности ВВ к лучу огня от огнепроводного шнура. По этому методу в пробирку, укрепленную на штативе, помещают навеску испытываемого ВВ (обычно 1 г), вводят отрезок огнепроводного шнура длиной от 5 до 10 мм так, чтобы он касался поверхности ВВ. После зажигания огнепроводного шнура фиксируют воспламенение или отказ. В другом варианте этого метода отрезок шнура помещают на некотором расстоянии от поверхности ВВ. Мерой воспламеняемости в этом случае служит максимальное расстояние, на котором еще воспламеняется ВВ.

При сравнительной оценке чувствительности к лучу огня, кроме величины температуры вспышки, немаловажную роль играет и то минимальное количество вещества, которое необходимо воспламенить для обеспечения условий распространения процесса по всему объёму.

К.К. Андреевым и П.П. Поповой предложено оценивать воспламеняемость ВВ по его критическому диаметру горения. По этому методу определяется минимальный диаметр заряда исследуемого ВВ в стеклянной оболочке, при котором в подожженном с торца заряде устойчиво распространяется горение. Критический диаметр горения определяют в среде сжатого азота при давлении от 9,8 до 10,8 МПа в стальной бомбе. Заряд ВВ с торцевой поверхностью поджигается нихромовой спиралью накаливания. А.И. Романовым и Л.В. Дубновым предложена методика оценки воспламеняемости ВВ по так называемому давлению поджигания. Согласно этой методике, фиксируется то минимальное (критическое) давление среды, при котором поджигается и горит ВВ. По этой методике (рисунок 4.1) заряд 3 ВВ массой от 100 до 120 г в бумажной или стеклянной оболочке диаметром от 32 до
36 мм помещают в толстостенную манометрическую бомбу 2, в которой с помощью сжатого азота создано некоторое давление. В качестве постоянного источника воспламенения используются прессованные шашки из малогазового состава массой 1 г и диаметром, равным диаметру испытываемого заряда. Воспламенитель поджигается нихромовым мостиком накаливания.

 

1 – датчик давления; 2 – корпус бомбы; 3 – заряд ВВ; 4 – электровывод; 5 – затвор бомбы   Рисунок 4.1 - Схема установки для определения критического давления поджигания

В практике нередко происходит поджигание заряда ВВ взрывными волнами от соседних зарядов, например, при аварийных ситуациях при хранении ВВ, боеприпасов или в шпурах, когда расстояние между зарядами не превышает расстояние передачи детонации. Поэтому представляет интерес оценить воспламеняемость ВВ под воздействием такого рода импульсов. Разработана методика оценки воспламеняемости ВВ под воздействием воздушной волны, получаемой в ударной трубе (рисунок 4.2).

 

Рисунок 4.2 - Принципиальная схема установки для оценки воспламеняемости в ударной трубе

 

По данной методике [7] навеску 3 исследуемого ВВ диаметром
10 мм и массой 10 г помещают в плексигласовую обойму, которую вставляют в секцию 2 низкого давления ударной трубы с внутренним диаметром 50 мм. Длина секций высокого 1 и низкого 2 давлений соответственно 1130 и 2730 мм. На конце секции низкого давления предусмотрен отсек с плексигласовыми смотровыми окнами, через которые вакуумным фотоэлементом СЦВ-4 фиксируется момент вспышки исследуемого ВВ. Сигнал от фотоэлемента 5 через усилитель поступает на двухлучевой катодный осциллограф 7 (ОК-17М). В секции низкого давления размещены также датчики давления 4 из титаната бория для измерения скорости движения ударной волны и запуска осциллографа. Сигналы с пьезодатчиков фиксируются электронным хронографом 6 «Нептун». Скорость ударной волны измеряют на мерной базе длиной 1380 мм, причем последний по ходу ударной волны пьезодатчик служит одновременно для запуска осциллографа ОК-17М, на который подается сигнал с фотоэлемента СЦВ-4. В эксперименте измеряют скорость ударной волны, по которой рассчитывают остальные параметры ударной волны и величину задержки вспышки ВВ.

 

4.2 Чувствительность ВВ к механическим воздействиям

 

При выполнении взрывных работ взрывные материалы подвергаются различного рода механическим воздействиям в процессе испытания, транспортировки, заряжания, нахождения во взорванной породе или массиве в виде отказавших изделий ВВ. При ведении взрывных работ на ВВ и средства взрывания могут оказывать влияние как статические (растирание ВВ между породой и элементами заряжающих устройств, кусками породы), так и динамические воздействия (удары по ВВ при случайном разбуривании патрона, при метании ВВ в шпур или скважину, удары кусков породы при погрузке).

Важнейшим вопросом эксплуатационной безопасности являются не только факт и уровень воздействия, ведущего к началу реакции во взрывчатом веществе, но и то, что эта реакция приводит к взрыву заряда. Известно, что у промышленных ВВ, особенно гранулированных и водонаполненных, критический диаметр заряда от 30 до 40 мм и более, а минимально детонирующая величина заряда на 1-2 порядка больше, чем величины навесок, применяемых в стандартных пробах для определения чувствительности ВВ к внешним механическим воздействиям (трению, удару). Следовательно, стандартные методы испытания ВВ на чувствительность к удару и трению, предназначенные для испытания малых навесок ВВ, неприемлемы для испытания смесевых промышленных ВВ, состоящих из нескольких компонентов, особенно крупнодисперсных. Поэтому рядом институтов и организаций были разработаны специальные пробы для промышленных ВВ и средств взрывания, принцип которых состоит в максимальном приближении условий воздействия на заряд ВВ к реальным условиям, которые могут встретиться при взрывных работах.

Анализируя многообразие факторов, определяющих возможность взрыва в результате механических воздействий на ВВ, К.К. Андреев и другие [21, 22] пришли к выводу, что чувствительность ВВ к механическим воздействиям не может быть охарактеризована одним интегральным показателем. Если при испытаниях в каких-то условиях одно из сравниваемых ВВ окажется чувствительней, чем другое, то при изменении условий испытаний эти ВВ по своей чувствительности могут поменяться местами. Например, известно, что азид свинца является несравненно более опасным по чувствительности к механическим воздействиям, чем тротил. Однако при испытании на удар по стандартной методике в хорошо подогнанном приборчике №1 азид свинца дает значительно меньше взрывов, чем тротил. Это показывает условность результатов, получаемых при испытаниях ВВ по стандартным методам, и объясняется тем, что тротил, имеющий более высокую текучесть, в тех же условиях продавливается в зазоры и взрывается.

Из сказанного следует, что на основании результатов испытания данного ВВ в конкретных условиях далеко не всегда можно предвидеть, как поведет себя это ВВ в каких-то других условиях, например, при тех механических воздействиях, которым оно может подвергнуться в условиях промышленного применения. Поэтому с точки зрения безопасности технологических процессов на всех этапах производства и применения ВВ необходимо иметь полный комплекс критериев безопасности.

4.2.1 Чувствительность к удару

Чувствительность ВВ к удару определяют в основном на копрах, состоящих из двух, иногда из трех строго параллельных вертикальных направляющих, по которым свободно перемещается груз, производящий удар по ВВ. Груз в верхней части снабжен механическими или электромагнитными захватами, фиксирующими его на определенной высоте. На прочном фундаменте (рисунок 4.3) помещается массивная наковальня 1, на которой располагается штемпельный прибор (№1 или №2) с навеской ВВ 5. Прибор №1 состоит из металлического поддона 2, направляющей обоймы (муфты) 3 и двух поршеньков 4, между торцами которых помещена навеска (обычно от 0,02 до
0,05 г) исследуемого ВВ. В качестве поршеньков применяют ролики от подшипников, отличающиеся высокой степенью постоянства механических свойств и точности размеров. Ролики в приборчике №1 точно пригнаны к каналу обоймы и не имеют фасок на торцах, так что ВВ при ударе будет сжиматься, не имея возможности свободно течь. Прибор №2, предложенный Н.В. Холево [27], отличается от прибора №1 наличием кольцевой канавки в обойме на уровне расположения навески ВВ, что позволяет оценить чувствительность ВВ в условиях его истечения.

 

а) прибор №1; б) прибор №2   Рисунок 4.3 - Штемпельные приборы для размещения навески ВВ

Некоторые малотекучие, непластичные ВВ, такие, например, как пироксилин, не дающие взрывов в приборе №1, т.е. в условиях затрудненного течения, обнаруживают высокую частость взрыва в приборе №2. Напротив, ВВ, обладающие высокой текучестью, могут проявлять большую чувствительность в приборе №1, чем в приборе №2. При испытании жидких ВВ навеску помещают в чашечку из мягкого металла, чтобы исключить выплескивание ВВ из прибора №2 при
ударе.

Критерием чувствительности при испытаниях на копрах считают минимальную высоту падения груза, при которой происходит взрыв, или частость взрыва при постоянной высоте груза. Эти методы определения чувствительности к удару позволяют выявить влияние условий деформации вещества на вероятность возбуждения взрыва и правильно оценить условия безопасности ВВ при ударе.

При определении чувствительности к удару по нижнему пределу навеску вещества (0,12 г) подпрессовывают в штемпельном приборе под давлением до 300 МПа. По этому методу определяют максимальную высоту падения груза массой 10 кг (нижний предел), при которой получаются все отказы или не более одного взрыва из 25 определений. Взрывом обычно считают звуковой эффект, вспышку, дымообразование или обугливание ВВ. В том случае, когда при падающем грузе
10 кг нижний предел меньше 30 мм, определяют нижний предел с грузом массой 2 кг. Если отсутствуют взрывы при падения груза с высоты 500 мм, испытания прекращают и указывают, что нижний предел для испытываемого образца составляет более 500 мм.

При определении чувствительности к удару по частости взрывов испытания выполняют при постоянной высоте падения груза, равной 250 мм. Навеска ВВ составляет от 0,050 до 0,005 г. По этому методу чувствительность ВВ характеризуется частостью взрывов Х (%).

 

,                                           (4.3)

где N – число взрывов;

n – число определений.

Результаты определения чувствительности некоторых веществ по описанным методикам приведены в таблице 4.2 [7].

Зависимости частости взрывов от давления прижатия, полученные на копре Боудена‑Козлова [23], приведены на рисунке 4.4. Как видно из зависимостей величины давлений прижатия для вторичных ВВ, соответствующие 100 % взрывов на кривой частости лежат в интервале от 5000 (ТЭН) до 11000 атмосфер (тротил).

Для характеристики относительной чувствительности ВВ при имитации условий эксплуатации (падение на жесткое основание, защемление между жесткими поверхностями и др.) испытания проводят на большом копре БК-6. В этом случае используют навеску исследуемого вещества массой 3 г, диаметром 41 мм и толщиной 10 мм. В качестве характеристики чувствительности принят нижний предел, выраженный максимальной высотой падения груза массой 24 кг, при которой не наблюдается разложения ВВ в 25 опытах. Характеристики относительной чувствительности некоторых веществ, определенные на большом копре БК-6, по частости взрывов (%) при высоте падения груза 2000 мм массой 24 кг приведены в таблице 4.3.

 

Таблица 4.2 – Чувствительность ВВ к удару

Вещество	Ниж­ний пре­дел в при­бо­ре №2 при гру­зе мас­сой 10 кг, мм	Частость взрывов при высоте падения груза 250 мм, %
		Масса прибора №2			Масса стандартного прибора
		10 кг	5 кг	2 кг	10 кг	5 кг	2 кг
Детонит М	70	100	96	4	52	-	-
Динамит  62%‑й	30	4	-	-	100	90	40
Тетрил эта  лонный	150	24	-	-	44	-	-
Аммонит  ПЖВ-20	250	12	-	-	12	-	-
Тротил по-  рошко-  образный	500	0	-	-	28	-	-
Алюмотол	500	0	-	-	44	-	-
Аммонит  6ЖВ	500	0	-	-	20	-	-
Граммонит  79/21	500	0	-	-	4	-	-

 

Таблица 4.3 – Относительная чувствительность некоторых ВВ
на копре БК-6

ВВ	Частость, %	ВВ	Частость, %
ТЭН	100	Тротил чешуированный	20
Динамит 62%‑й	100	Тротил порошкообразный	24
Алюмотол	84	Аммонит ПЖВ-20	28
Детонит	84	Аммонит 6ЖВ-24	24
Граммонит 79/21	48	Аммиачная селитра	0-4

 

1 – гремучая ртуть; 2 – тетразен; 3 – ТНРС; 4 – азид свинца; 5 – ТЭН; 6 – гексоген; 7 – тетрил; 8 – пикриновая кислота; 9 - тротил   Рисунок 4.4 - Зависимости частости взрывов Х/ от давления прижатия, полученные на копре Боудена‑Козлова

 

Для большинства испытанных ВВ относительная чувствительность, определенная при испытаниях на большом копре БК-6, согласуется с рядом по чувствительности, полученным при испытаниях на копре с малыми навесками. В то же время у некоторых ВВ, например, алюмотола, чувствительность к удару при испытаниях на большом копре БК-6 выше, чем при испытании на копре с малыми навесками.

В последнее время рядом исследователей разработаны методы оценки характеристик чувствительности ВВ к удару, связанных с передачей взрыва из-под бойка несжатому веществу. По этому методу навеску ВВ помещают в приборчик таким образом, чтобы она полностью заполняла кольцевой канал и пространство между роликами. При ударе под бойком ВВ сжимается и вытесняется в кольцевой канал. Между роликами остается тонкий слой ВВ, в котором и возникает первичный очаг разложения. Показателями чувствительности ВВ по этому методу служат предельный диаметр и минимальный подпор. Предельным диаметром называют минимальный диаметр ролика, при котором хотя бы в одном из десяти испытаний происходит взрыв. Подпор Р характеризует сопротивление ВВ вытеканию из-под роликов, его изменяют варьированием массы навески m₁ исследуемого ВВ, при которой получены взрывы:

,

где m_min – минимальная навеска исследуемого ВВ, при которой происходит полный взрыв, г;

V_К – объём кольцевого канала, мм³;

r - плотность кристаллов ВВ, г/см³.

Для приборов с роликами диаметром 10, 20, 40 мм значение m₁ равно соответственно 0,1; 0,3; 0,9 г.

Наиболее объективную информацию о безопасных величинах ударных нагрузок при механическом воздействии на ВВ можно получить при испытаниях, приближенных к реальным условиям эксплуатации. В МакНИИ (Украина) разработаны стенды [24] для определения чувствительности ВВ к ударным нагрузкам. Ударным нагрузкам при эксплуатации могут подвергаться отказавшие заряды, а также патроны ВВ в процессе механизированного заряжания. Конструкция стенда для определения опасности взрыва ВВ при ударных нагрузках показана на рисунке 4.5.

 

Рисунок 4.5 - Стенд МакНИИ для оценки чувствительности ВВ к ударным нагрузкам

Стенд состоит из бронекабины 1, внутри которой по направляющим с помощью ходового винта 2 перемещается захватывающий механизм 3 с грузом 4. При набегании роликов захватывающего механизма на сбрасывающие кулачки 5, установленные на заданной высоте, груз 4 освобождается и падает, ударяя по бойку 6, подвешенному на пружинах. Цикличность воздействий осуществляется реверсивным двигателем 7. Перемещая сбрасывающие кулачки вдоль направляющих, а также изменяя массу груза, можно регулировать энергию удара в пределах от 3 до 70 кгс·м. Под бронекабиной имеется бронениша 8 с массивной дверью. В броненише устанавливаются образцы ВВ 9.

 

1 – корпус; 2 - ролик	1 – основание; 2 – оболочка; 3 – навеска ВВ
Рисунок 4.6 – Конструкции бойка (а), навески ВВ (б)

 

В качестве бойков 10 используются стандартные ролики подшипников (рисунок 4.6 а). Навеска ВВ (рисунок 4.6 б) помещается в бумажный цилиндр, надетый на стальной диск-подложку. В качестве диска также используется ролик от роликоподшипника. Диаметр диска от 40 до 50 мм. Величина навески ВВ принимается такой, чтобы ее высота при насыпной плотности была равна 35 мм, что соответствует диаметру патронов, применяемых на практике. По навеске ВВ с помощью бойка наносится удар, который может вызвать полный взрыв или вспышку. В разделе 5 приведена оценка безопасности при механическом воздействии на данном стенде.

4.2.2 Чувствительность к трению

 

Чувствительность ВВ к трению определяют применительно к требованиям техники безопасности при изготовлении и использовании ВВ. Применяемые методы в той или иной мере имитируют трение ВВ при смешивании, патронировании, транспортировании по трубам и шнекам и выполнении других технологических операций.

В лабораторных условиях чувствительность к трению определяют в основном тремя методами: при помощи фрикционного маятника (рисунок 4.7); на приборе Боудена-Козлова [7]; истиранием ВВ между двумя стальными поверхностями, одна из которых вращается, например, на приборе И-6-2 [25].

 

 

Рисунок 4.7 - Схема фрикционного маятника

 

 

Фрикционный маятник состоит их стальной наковальни 1, на которой помещается навеска испытываемого вещества 2 (обычно 7 г), и маятника в виде стального стержня с укрепленным на конце его башмаком 3. На наковальне имеются три поперечные канавки, в которых удерживается ВВ при прохождении над ней башмака маятника. Силу трения между башмаком и наковальней можно регулировать изменением высоты подъема маятника, массой добавочного груза и применением башмаков с трущейся поверхностью из различных материалов. ВВ считается выдержавшим испытание, если оно в десяти опытах при башмаке из твердой фибры с дополнительным грузом массой 20 кг и высоте подвеса маятника 1,5 м не взрывается и не горит. Результаты сравнительных испытаний некоторых веществ по этому методу приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 – Результаты испытаний чувствительности некоторых ВВ к трению

Вещество	Тротил	Тетрил	Гексоген		ТЭН	Нитрогли­коль	Нитрогли­церин
Чис­ло взры­вов из 10 опы­тов	0	0	2	5		7	10

 

При испытании на приборе Боудена и Гартона навеску ВВ к верхней поверхности прямоугольного стержня прижимают стальным роликом, который, в свою очередь, прижимается болтом. Груз маятника поднимают на определенную высоту и затем дают ему свободно ударить по стержню, подвергая ВВ быстрому сдвигу. В видоизмененном приборе Козлова для поджатия ВВ применяется гидравлический пресс. Навеска ВВ сжимается между двумя стальными роликами диаметром 10 мм. Удар маятника передается верхнему подвижному ролику, который перемещается между неподвижными упорами и нижним роликом, закрепленным в муфте. Характеристикой чувствительности при этом испытании является давление прижатия ВВ при заданной частости взрывов или же частость воспламенения от работы трения. Работа трения A (кг·см) вычисляется по формуле В.С. Козлова [5]:

,                                    (4.4)

где m - коэффициент внешнего трения между поверхностью ролика и ВВ;

Р_пр – усилие нормального прижатия (давление), кг/см²;

S – площадь ролика, см²;

– величина смещения ролика, см.

Определение чувствительности ВВ к трению на приборе И-6-2 основано на истирании навески ВВ, помещенной в специальный прибор между двумя стальными плоскими или шарообразными поверхностями, одна из которых вращается с частотой 5,4 с^-1. При таком испытании навеску вещества в измельченном виде массой 0,30±0,05 г помещают в сборку, закрепляемую в держателе. При этом создается нужное давление прижатия, измеряемое динамометром, после чего включают вращение пуансона, которое автоматически выключается по истечении 3 с. За характеристику чувствительности ВВ к трению принимают максимальное давление прижатия, при котором еще не возникает взрывного разложения в 10 последовательных определениях. В случае отсутствия взрывов при давлении 300 МПа испытания повторяют в более жестких условиях – с добавкой к ВВ кварцевого песка (в количестве 0,01 г). Результаты испытаний некоторых веществ с кварцевым песком по этому методу приведены в таблице 4.5.

 

Таблица 4.5 – Результаты определения чувствительности к трению
некоторых ВВ

Вещество	Нижний предел чувствительности, МПа	Вещество	Нижний предел чувствительности, МПа
ТЭН	31	Аммонит ПЖВ-20	215
Гексоген	49	Детонит М	231
Тетрил	65	Граммонит 79/21	250
Динамит	88,5	Аммонит 6ЖВ	250
Тротил	190	Аммиачная селитра	300
Алюмотол	210

 

Без кварцевого песка для ТЭНа, гексогена и тетрила нижний предел чувствительности составил соответственно 170, 150 и 250 МПа, для остальных веществ – 300 МПа.

 

4.2.3 Чувствительность к разбуриванию

 

Чувствительность ВВ к разбуриванию имеет особенно важное значение, так как при взрывании в шахтах зачастую остаются так называемые «стаканы» с остатками отказавшего ВВ, не обнаруживаемые при осмотре забоя. При попадании бура на остатки ВВ во время бурения возможен взрыв ВВ. В МакНИИ предложен метод оценки чувствительности промышленных ВВ к разбуриванию, по которому в шпур, пробуренный в блоке песчаника, помещают патрон испытываемого ВВ массой от 100 до 200 г. Сверху по направляющим в шпур опускается буровая штанга со стандартными угольными или породными коронками, приводимая во вращение электродвигателем. Установка позволяет вести разбуривание с частотой вращения 8,3; 16,6; 25 с^-1, т.е. позволяет испытывать ВВ при нормальных и форсированных режимах работы. Осевое усилие регулируется сменными грузами.

Первоначальное осевое усилие (масса подвижной системы 35 кг) подобрано таким образом, что обеспечивается максимальная возможная нагрузка на сверло, при которой частота вращения еще не снижается. Результаты испытаний определяются частостью взрывов, число опытов выбирается в зависимости от требуемой точности оценки.

 

4.3 Критерии оценки взрывоопасности при вибрации

 

Критерии оценки взрывоопасности при получении и переработке взрывчатых материалов с применением вибрации существенно отличаются от рассмотренных выше критериев механических воздействий. Оценка критических и безопасных параметров механического воздействия на ВВ часто проводятся по критериям, взятым из тепловой теории воспламенения [4], или по критериям, определяющим переход горения во взрыв [3, 26]. При этом не учитывается специфика процесса разложения ВВ под действием механической нагрузки, в частности, возможность ускорения разложения твердых ВВ за счет механоактивации их частиц, понижения химической и физической стабильности ВВ при достаточно длительной обработке.

Одной из главных причин возникновения нештатных ситуаций при работе с взрывоопасными материалами является способность ВВ разлагаться, загораться или взрываться под действием внешних механических и тепловых нагрузок. Длительная практика обращения с ВВ позволила установить их относительную взрывоопасность при механических воздействиях и расположить их в ряд по мере возрастания взрывоопасности при изготовлении и применении. В результате получен опорный ряд ВВ (гремучая ртуть, азид свинца, ТЭН, октоген, гексоген, тетрил, тротил [3, 20, 23]), который построен преимущественно по оценкам чувствительности к удару и трению.

Разные методы оценки с применением различных типов испытательных устройств и приборов часто дают неоднозначные ряды чувствительности, не совпадающие с опорным рядом. Причинами такого несоответствия являются разные условия нагружения ВВ, что приводит к различию деформационных и усталостных процессов и механизмов их разрушения. При этом во многих случаях не учитываются химическая стойкость, кинетические, физико-химические и электрические характеристики ВВ, а о чувствительности к удару и трению судят по частости появления взрывов, по высоте падения груза определенной массы в заданных конструкциях роликовых приборов (см. рисунок 4.3), на которой взрыв еще не возбуждается (нижний предел); по удельной работе удара или трения (4.4) либо напряжению, способному вызвать взрыв при ударе по открытому объёму ВВ [7]. Механизмы возбуждения взрыва при разных видах воздействия существенно отличаются и остаются еще не изученными, но ясно одно: из-за неоднородности твердых и жидких ВВ имеет место локализация деформационных и тепловых процессов на дефектах кристаллической структуры твердых ВВ, на пустотах и пузырьках газа в объёме жидких ВВ, при высокой неоднородности смесевых ВВ.

Взрывоопасность ВВ зависит не только от способности к возбуждению взрыва, но и от способности к его распространению, т.е. от передачи химической реакции на другие участки образца, находящиеся под нагрузкой, или на ненагруженную часть, расположенную рядом с образуемой. Существующие методы оценки чувствительности, рассмотренные выше (к удару, сдвигу, трению) неприменимы для оценки чувствительности ВВ к вибрации, поскольку не учитывают ее основных особенностей: периодичности изменения напряжений и деформаций, большой общей продолжительности процесса и малой длительности каждого цикла нагружения.

При работе с ВВ необходимо надежно определить параметры внешнего механического воздействия, при которых возникают прогрессивное разложение, горение и взрыв, т.е. установить зависимости степени разложения a и вероятности взрыва W_i от частоты w, амплитуды A, ускорения колебаний , динамической нагрузки Р_Д и ее отношения к статической составляющей общей нагрузки (Р_Д/Р_СТ), энергии вибрации Е, поглощенной образцом, общего времени вибрации t [28]:

Wi=U1(w, A, , РД, РД/РСТ, Е, t),	(4.5)
a =U2(w, A, , РД, РД/РСТ, Е, t).

 

Для нахождения этих зависимостей Н.П. Логиновым разработана и предложена следующая методика. Навеска ВВ массой 0,05 г подвергается воздействию вибрационной и статической нагрузок с заданными параметрами на вибростенде. Перед началом испытаний ВВ помещают между двумя стальными роликами в роликовом приборе (см. рисунок 4.3), подпрессовывают до определенного статического давления и включают вибратор, который в течение некоторого времени создает циклическую нагрузку с заданными параметрами. В процессе эксперимента с помощью термопары, введенной через нижний ролик или муфту в зону контакта ВВ с поверхностью ролика или муфты, непрерывно измеряют температуру образца. Вероятность взрыва W_i определяют по результатам десяти параллельных опытов, в которых регистрируются взрыв или отказ.

Степень разложения a определяют по результатам опытов с образцами ВВ путем размещения роликового прибора в герметичной камере, установленной на вибростенде. Камера обеспечивает накопле-ние газообразных продуктов, выделяющихся из образцов ВВ в ходе его разложения, вызванного вибрацией, при заданных параметрах вибрационного, статического и термического воздействий.

Для ускорения определения W_i при массовых испытаниях время вибронагружения ограничивалось до 30 с. В проведенных опытах установлена зависимость вероятности взрыва от определяющих параметров некоторых широко используемых ВВ. Исходя из этих данных установлены критические параметры вибрации для сравнительно чувствительных к вибрации ВВ, способных взрываться при частотах колебаний от 40 до 200 Гц, амплитудах колебаний от 0,05 до 6 мм. Но некоторые ВВ, например, тринитротолуол (ТНТ), тринитробензол (ТНБ), аммонит 6ЖВ, игданит, аммиачно-селитренные ВВ с добавлением нефтепродуктов в указанных условиях механического воздействия не взрываются. Поэтому для них вместо вероятности возникновения взрыва использованы в качестве критериев степень (a) или скорость (da/ dt) разложения с целью классификации их по чувствительности к вибрации. Степень разложения a находят из уравнения

a=(DP_i/DP_П)×100%,                                (4.6)

где DP_i – избыточное давление газов за определенное время (с точностью до 10 Па);

DP_П - избыточное давление газов при полном разложении того же количества ВВ в такой же герметичной камере или при его полном сгорании.

Некоторые данные по оценке чувствительности ВВ к вибрации представлены в таблице 4.6.

Из таблицы 4.6 следует, что чувствительность гексогена, ТНТ и аммонита 6ЖВ зависит от частоты, амплитуды, ускорения колебаний и отношения динамической нагрузки к статической. При высоких значениях этих параметров достигаются пороговые значения параметров вибронагружения, при которых происходит переход медленного разложения во взрыв. Однако до достижения критических значений указанных параметров вибронагружения классификация ВВ по чувствительности к вибрации, не превышающей критических значений ее параметров, неосуществима, потому что эти ВВ не взрываются при реально достижимых значениях параметров вибрации.

 

 

Таблица 4.6 – Чувствительность некоторых ВВ к вибрации

ВМ	w, Гц	А, мм	а, м/с2	РД, МПа	РСТ, МПа	РД / РСТ	Wi, %	a, %
Гексоген	150	0,60	13,5	350	21	16,7	100	100
	135	0,62	11,4	364	42	8,7	80	80
	135	0,52	9,6	347	67	5,2	10	10
	135	0,40	7,3	342	84	4,1	0	1,7
	100	0,15	1,5	300	600	0,5	0	0,7
Тротил	150	0,60	13,5	350	21	16,7	0	1,1
	135	0,65	11,9	58	12	4,8	0	0,7
	135	0,50	9,1	58	24	2,5	0	0,5
	90	0,65	5,3	26	12	2,2	0	0,3
	50	0,40	3,2	26	36	0,7	0	0,2
Аммонит  6ЖВ	150	0,60	13,5	350	21	16,7	0	0,7
	135	0,62	11,4	58	12	4,7	0	0,3
	90	0,65	5,2	26	12	2,2	0	0,2
	50	0,65	3,2	26	21	1,2	0	0,1

 

Из данных таблицы 4.6 следует также, что только гексоген при частоте w от 135 до 150 Гц имеет вероятность взрывов W_i от 0 до
100 %, а ТНТ и аммонит 6ЖВ не взрываются даже при повышении частоты колебаний до 150 Гц, но все они при вибронагружении даже с низкими параметрами вибрации химически разлагаются. Поскольку степень разложения для любого ВВ можно измерить предлагаемым в данной методике способом, этот показатель вполне пригоден для определения безопасных или критических параметров вибровоздействия при использовании вибрационной технологии в ходе получения и переработки ВВ. По аналогии со степенью разложения ВВ при тепловых воздействиях, используемой в качестве характеристики химической стабильности ВВ при нагревании, допустимое значение степени разложения за время пребывания ВВ в активной зоне виброустановки не должно превышать 1 % массы единовременной загрузки ВВ. Вибрационную нагрузку, способную вызвать разложение более 1 % ВВ в ходе технологической операции, следует считать недопустимой по соображениям безопасности и сохранения эксплуатационных свойств ВВ.

В качестве характеристики безопасности технологических операций с ВВ при вибрационном воздействии Н.П. Логиновым [28] предложен новый критерий, называемый коэффициентом взрывобезопасности К_б, который характеризует степень удаленности энергетических показателей, соответствующих конкретному виду механического воздействия, от критических значений энергетических параметров, найденных для данного ВВ при испытаниях на виброустановке.

Для определения энергонапряженности работы любой виброустановки необходимо установить средний уровень затрат энергии на совершение определенной работы, достаточной для достижения требуемого технического эффекта, а затем сравнить его с критическим уровнем энергонапряженности, который соответствует уровню энергонапряженности, вызывающему разложение более 1 % ВВ за время воздействия вибронагрузки на одну и ту же порцию ВВ либо вызывающему воспламенение или взрыв. Кроме того, коэффициент безопасности должен учитывать физические, физико-химические, механические свойства конкретных ВВ или их наиболее взрывоопасных компонентов.

В общем виде предполагаемый коэффициент безопасности выражается зависимостью

К_б=К_э×К_в×К_т×К_м,                                    (4.7)

где К_э – коэффициент энергонапряженности при вибрационной обработке;

К_в – коэффициент, учитывающий удаленность заданной температуры от начальной температуры ВВ и температуры его вспышки;

К_т – коэффициент, который учитывает удаленность фактической температуры переработки от температуры плавления ВВ;

К_м - коэффициент, учитывающий изменение механических характеристик ВВ при вибрационной обработке.

Коэффициенты рассчитывают по следующим зависимостям:

,                              (4.8)

для виброустановки с электромеханическим вибратором

W_кр=2m_eАw_кр²,                                         (4.9)

W_ф=2m_eАw_ф.                             (4.10)

где W_кр и W_ф – соответственно критическое и фактическое значение энергии, затраченной при виброобработке ВВ, отнесенной к его массе, кДж/кг;

m_e – масса дисбаланса вибратора (масса эксцентрикового вала, центр тяжести которого смещен от его горизонтальной оси вращения на величину эксцентриситета), кг;

w_кр, w_ф - соответственно критическое и фактическое значение угловой частоты колебаний, Гц;

А – амплитуда, м;

m₁ – масса ВВ в испытательном приборе на виброустановке, кг;

m₂ – масса ВВ в натурном виброаппарате, кг.

Учёт свойств и реакционной способности ВВ при определении значения К_б осуществляется путем введения коэффициента К_в, связанного с температурой вспышки Т_в, начальной Т₀ и максимальной Т _i температурами вибрационной обработки:

.                         (4.11)

Таким же образом с помощью коэффициента К_т учитывается влияние перехода из твердого фазового состояния ВВ (или его компонентов) в жидкое или пластическое состояние, что может привести при вибрации к появлению кавитационного эффекта в жидкой среде, схлопыванию газовых полостей и к локальному резкому повышению температуры и давления с нежелательными последст-виями для данного производства:

,                             (4.12)

где Т_пл – температура плавления ВВ, К;

Т_ф – фактически достигаемая температура ВВ.

Коэффициент K_м оказывает влияние таких физико-механических показателей ВВ, как предел прочности при растяжении, сжатии, сдвиге, а также относительной неупругой деформации образца ВВ до момента разрушения:

,               (4.13)

где s_пр – предел прочности при растяжении, Н/м²;

s₀ – начальное напряжение, действующее на образец ВВ до вибрации, Н/м²;

s_i – максимальное напряжение, действующее при виброобработке, Н/м²;

e₀, e_i – относительная деформация образца ВВ в начальный момент времени и в текущий момент виброобработки;

e_п – предельная относительная деформация ВВ перед разрушением.

При подстановке значений коэффициентов в уравнение (4.7) получен обобщенный коэффициент взрывоопасности для различных технологических операций с применением вибрации.

Экспериментально установлено, что при К_б>>1 технологическая безопасность обеспечивается полностью, с большим запасом, а при 1<К_б<10 ее недостаточно для обеспечения безаварийной работы с ВВ, и поэтому необходимо либо уменьшить параметры вибронагрузки и температуру, либо заменить технологическое оборудование более безопасным.

Результаты экспериментов и вычисленные значения К_б с учётом уравнений (4.7)‑(4.13) приведены в таблице 4.7 для некоторых ВВ.

 

Таблица 4.7 – Параметры некоторых взрывчатых веществ
при вибротранспортировании

Номер опыта	ВМ	w, Гц	А, мм	а, м/с2	РД, МПа	РСТ, МПа		t, c	m, г	Wi, %	а, %	Кб
1	Гексо­ген	110	1,5	18,2	23,6	12	1,90	30	0,1	10	3	0
2		80	0,8	5,1	6,7	12	0,56	30	0,5	0	0,72	15,2
3		50	0,8	2,0	2,6	12	0,22	60	0,5	0	0,42	58,5
4		30	1,5	1,8	2,3	12	0,19	60	0,5	0	0,12	76
5	ТНТ	150	1,5	33,7	43,8	24	1,80	30	0,1	0	1,2	1
6		110	0,8	9,7	12,6	12	1,05	30	0,5	0	0,28	12,4
7		80	1,0	6,4	8,3	12	0,69	30	0,5	0	0,24	19,7
8		50	2,0	5,0	6,5	8	0,81	30	0,5	0	0,20	25,8
9	Аммонит 6ЖВ	150	1,5	33,7	42,0	24	1,68	30	0,1	0	1,0	1
10		80	1,0	6,4	8,2	12	0,68	30	0,5	0	0,28	20
11	Гексоген	50	3,0	7,5	1,75	0,01	175	30	10	0	0,02	210
12	ТНТ	50	3,0	7,5	1,75	0,01	175	30	10	0	0,01	316

 

Критические параметры вибрационной нагрузки и тепловой энергии для гексогена, способные вызывать прогрессивное разложение с переходом его во взрыв, составляют:

w_кр=110 Гц, А=1,5 мм, m_е=0,23 Н×м, Т₀=323 К, К_б=15,2.

 

При данных параметрах вибропрессование является безопасным, но близким к границе предельных параметров нагружения. Поэтому для повышения коэффициента К_б желательно уменьшить частоту или амплитуду колебаний, либо то и другое вместе. Использование коэффициента К_б для оценки взрывобезопасности при вибротранспортировании ВВ (см. таблицу 4.7) показало, что при отсутствии больших динамических и статических нагрузок на ВВ и при сравнительно низких частотах и амплитудах колебаний вибротранспортирование может быть взрывобезопасным. Но в этом случае необходимо учитывать возможность электризации частиц ВВ и их пыления при периодическом отрыве слоя ВВ от грузонесущего элемента установки.

В связи с такими особенностями при определении безопасных условий, нужно предусмотреть меры по снятию зарядов статического электричества [29] и обеспечению необходимой влажности воздушной среды.

Таким образом, Н.П. Логиновым [28] впервые предложен новый критерий взрывобезопасности и способ расчета коэффициента взрывобезопасности переработки ВВ при использовании вибрационной технологии, основанной на сравнении экспериментально найденных критических параметров вибрационного воздействия на ВВ с учётом вероятности их взрывов и степени разложения с параметрами разрабатываемого или используемого вибрационного оборудования, что позволяет повысить уровень безопасности и оптимизировать технологию вибрационной обработки ВВ с учётом их физико-химических и механических свойств.

 

4.4 Чувствительность ВВ к разрядам статического
электричества

 

Многие производственные процессы, особенно с применением диэлектрических материалов, сопровождаются образованием и накоплением электростатических зарядов. Статическая электризация чаще всего наблюдается при трении или скольжении поверхностей диэлектриков друг относительно друга или по поверхности металлов, при механическом разрушении диэлектриков, отрыве поверхностей одна от другой, распылении твердых и жидких аэрозолей, движении частиц в газовом потоке и пр. [29, 30, 31].

Пневматическое транспортирование промышленных ВВ и заряжание ими взрывных полостей сопровождаются электризацией. Уровень электризации в основном определяется состоянием контактирующих поверхностей и зависит от многочисленных факторов, в том числе от состава, дисперсности и влажности ВВ, скорости пневмотранспортирования, материала и электрического сопротивления трубопровода, влажности воздуха и т.п. Возникающие электростатические разряды при этом могут стать источниками воспламенения пылевоздушных смесей (ПВС), особенно при пневмозаряжании, когда образование пылевоздушных смесей возможно и вне трубопроводов. Наибольшей чувствительностью к искровым разрядам отличаются пылевоздушные смеси ВВ, они же отличаются и высокой электризуемостью, особенно пыли диэлектриков. Поэтому критерий чувствительности ВВ к электрической искре является основополагающим критерием с точки зрения электростатической безопасности, по которому можно оценить степень опасности воспламенения и разработать соответствующие меры.

Определение минимальной энергии зажигания пылевоздушных смесей проводится в основном по методу подачи заданной энергии искрового разряда в известный объём концентрации порошка. Один из вариантов установки определения чувствительности к искровому разряду представлен на рисунке 4.8.

Рисунок 4.8 - Схема установки для определения минимальной энергии зажигания ПВС

Установка состоит из камеры 1, в которой распыляется и поджигается пылевоздушная смесь; киловольтметра 2; блока зарядки рабочего конденсатора 3; блока управления 4, с помощью которого автоматически синхронизируется работа распылителя 5 и искрообразующего устройства; счетного механизма 6, предназначенного для регистрации числа искровых разрядов. Дозатор (распылитель) 5 предназначен для создания и поддержания заданной концентрации ПВС исследуемого вещества до образования в ней искрового разряда. Искровой разряд образуется в момент выхода заслонки 7 из межэлектродного пространства под действием электромагнита 8. Искровой разряд формируется в межэлектродном промежутке (высоковольтный электрод 9 - заземленный электрод 10) с конденсатора С через индуктивность L от блока заданного напряжения 3.

Минимальная энергия воспламенения W_мин (Дж) рассчитывается из уравнения

,                            (4.14)

где С – ёмкость разрядной цепи, Ф;

U₁ и U₂ – напряжение на разрядной емкости соответственно до и после пробоя искрового промежутка, В.

Минимальная энергия зажигания пылевоздушных смесей может быть также рассчитана аналитически по формуле, полученной на основе обработки экспериментальных данных:

,                       (4.15)

где U (м/с)– скорость распространения пламени, определяемая как

,                                 (4.16)

где S_уд – удельная поверхность дисперсной фазы, мм²/г;

К – параметр, определяемый теплофизическими свойствами горючей ПВС.

Зависимость (4.16) качественно подтверждается экспериментально.

Поскольку чувствительность ВВ к искровому разряду зависит от их физического состояния и может колебаться в широких пределах при изменении влажности, плотности, дисперсности порошков, то ее принято определять для наиболее опасной аэровзвеси. Значения минимальных энергий воспламенения аэровзвесей некоторых взрывчатых веществ в зависимости от дисперсности приведены в таблице 4.8 [32].

 

Таблица 4.8 – Значения минимальных энергий воспламенения
аэровзвесей ВВ в зависимости от дисперсности

Вещество	Дисперсность, мкм	Минимальная энергия воспламенения, мДж
Гексоген	150	3
Тротил	100-300	2,8-3
Алюминиевая пудра	50-100	9,6-60
Аммонит 6ЖВ	125	1500
Гранулит АС-8	200-300	1600
Игданит	200-300	1900
Аммиачная селитра	100-300	2000

 

Из компонентов промышленных ВВ наибольшей чувствительностью характеризуется гексоген, тротил и алюминиевая пудра.

Для поиска минимальных пределов воспламенения от электростатических разрядов при разбавлении ПВС инертными газами или при разрежении среды используют установку, позволяющую проводить исследование зависимости чувствительности к искре в замкнутом пространстве (рисунок 4.9).

В этой установке, в отличие от установки, представленной на рисунке 4.8, где концентрация пылевоздушной смеси (ПВС) создается при свободном падении частиц, заданная концентрация достигается за счет взвешивания.

 

Рисунок 4.9 - Принципиальная схема установки определения чувствительности к электрическому разряду в зависимости от различных факторов

ПВС создается в известном объёме (4 см³) в диэлектрической сборке 1, которая установлена на якоре электромагнита 2, управляемого источником питания G₂. Электростатическая энергия от конденсатора С_к поступает в межэлектродное пространство с помощью вакуумного выключателя ВВ-20 от высоковольтного источника G₁ через ограничительное сопротивление R. Полное смешивание газовой смеси с частицами достигается при помощи вентилятора 3 через крышку сборки из мелкоячеистого капронового сита. Сборка 1, электромагнит 2 и вентилятор 3 размещены в герметичной стальной испытательной камере 4, из которой воздух откачивается вакуумным насосом 5.

Результаты испытаний на данной установке порошкообразного циркония, используемого как один из компонентов для инициирующих составов, приведены на рисунках 4.10 и 4.11.

Нижним пределом содержания кислорода в среде азота является 10 % при оптимальной для воспламенения концентрации порошка в смеси 50 кг/м³, при других концентрациях порошка такая смесь не воспламеняется (см. рисунок 4.10). При снижении остаточного давления в камере от значения атмосферного до 400 мм. рт. ст. (при содержании кислорода 21 %) минимальная энергия зажигания циркония увеличивается на несколько порядков, что снижает чувствительность циркония при использовании. Результаты испытаний порошкообразного циркония на данной установке позволили разработать рекомендации по безопасной технологии переработки порошка в производстве (см. рисунок 4.11).

Рисунок 4.10 - Чувствительность к искре ПВС циркония в зависимости от концентрации К (кг/м3) и остаточного давления Р (мм. рт. ст.)

 

Рисунок 4.11 – Возможность воспламенения циркония в зависимости от содержания кислорода в среде азота и массовой концентрации порошка в смеси газов

 

Для пастообразных взрывчатых веществ, например, гексопласта, или литых твердых образцов сборка для испытаний представляет несколько иную конструкцию, изображенную на рисунке 4.12. Устройство позволяет определить чувствительность к сканирующему разряду за счет вращения подложки 1 с образцом 2 относительно подвижного высоковольтного электрода 3. Кроме того, за счет смещения осевого центра заземленного электрода 4 относительно центра вращающейся подложки, одновременно можно выявить оптимальную величину разрядного промежутка l (мм) при воспламенении образцов.

 

1 – подложка; 2 – ВВ; 3 – высоковольтный электрод; 4 – заземленный электрод; 5 – генератор высоковольтного напряжения; 6 – блок синхронизации   Рисунок 4.12 - Устройство определения чувствительности к сканирующему разряду

Для оценки электризуемости ВВ наиболее важными характеристиками являются их удельное объёмное (r_V, Ом×м) и поверхностное (r_S, Ом) электрические сопротивления, которые определяются в соответствии с ГОСТ 6433.2-81 по схеме измерения (рисунок 4.13). В качестве измерительного прибора используется тераомметр типа ЕК6-7.

 

Удельные сопротивления веществ определяются по следующим формулам:

, ,                     (4.17)

где R_V и R_S – соответственно измеренное объёмное и поверхностное сопротивление материала, Ом;

D₀ – диаметр измерительного электрода, м;

h – толщина исследуемого образца, м;

d - зазор между измерительным и охранным электродами, м.

 

1 – охранный электрод; 2 - исследуемый материал; 3, 4 – измерительные электроды   Рисунок 4.13 - Схема измерения удельных электрических сопротивлений ВВ

 

Установлено, что материалы и продукты способны электризоваться в том случае, если удельное объёмное сопротивление их превышает 10⁶ Ом×м. При оценке сравнительной электризации различных ВВ обычно используют установки [7], основанные на принципе образования электростатических зарядов при ударе частиц пылегазовоздушной струи о наклонную преграду, выполненную из различных конструкционных материалов.

Электризуемость выражают потенциалом (В) или удельным зарядом вещества (Кл/кг), находящегося в металлической емкости, после ссыпания в него контактируемых частиц порошка. Электрические характеристики и сравнительная способность к электризации некоторых ВВ приведены в таблице 4.9 [7].

 

Таблица 4.9 – Электростатические характеристики некоторых ВВ

Вещество	Влажность, j, %	Электрические характеристики		Электризуемость при ударе о пластину, В
		rV, Ом×м	rS, Ом	латунь	алюминий
Гексоген	0,01	1015	1016	5000-7000	-
Тротил	0,01	2×1013	1011	4000	-
Аммонит 6ЖВ	0,04	5,7×1010	7,5×1010	650	1000
	0,03	9,6×105	2,1×107	900	1500
Аммонал	0,16	1,2×106	108	900	1100
	0,47	1,5×105	2×107	500	800
Аммонит скальный №1	0,05	1,7×107	1,5×107	2000	1900
Гранулит АС-8	0,33	3,5×108	2,7×108	50	50
	0,77	2,8×107	1,6×107	0	0
Гранулит М	0,08	2,1×107	1,5×107	90	-
	0,50	1,1×105	1,3×106	0	-

 

Наиболее высокую электризуемость имеют гексоген и тротил. Существенно меньше электризуется аммиачная селитра, особенно в гранулированном виде. Диэлектрические свойства и соответственно электризуемость промышленных ВВ, основным компонентом которых является гигроскопичная аммиачная селитра, как правило, снижаются при повышении их влажности и увеличении размеров частиц. На электризуемость ВВ влияют следующие факторы: относительная влажность воздуха, концентрация ВВ и скорость его перемещения в пневмопотоке, профиль пневмотранспортной линии (число поворотов и крутизна) и материал ее внутренней поверхности.

Интенсивность электризации в пневмотранспортных магистралях пропорциональна скорости потока в степени 1,8 и определяется как [29]:

J = æpDLmu^1,8_,

 

где J – ток электризации, мкА;

æ – коэффициент электризации, мкКл×с^0,8/м^3,8;

m - массовая концентрация транспортируемого материала в потоке, кг/кг;

u - средняя по сечению скорость транспортируемого воздуха, м/с;

D и L – диаметр проходного сечения и длина трубы, м.

Большие электростатические заряды могут образовываться в потоке ВВ, поступающего из пневмопровода в приемный бункер или зарядную полость, а также в облаке пыли, выходящем с отработанным воздухом из устья шпура или скважины. Поэтому при оценке электростатической безопасности процессов транспортирования ВВ необходимо иметь данные по параметрам электризации, полученные на производственных установках или приближенных к ним.

4.5 Чувствительность ВВ к совместному воздействию

Кроме достаточно изученных и описанных выше воздействий на ВВ в процессе подготовки, переработки и эксплуатации, могут возникать сопутствующие воздействия, например, возникновение электростатического разряда с одновременным механическим воздействием при защемлении, ударе или других механических нагрузках на ВВ. Хотя такие факторы имеют малую вероятность появления, тем не менее, исключать их из оценки комплексной безопасности нельзя, поскольку в современных условиях разработка новых более эффективных и мощных ВВ (угленитов, граммонитов и др.) с использованием более чувствительных компонентов требует всестороннего подхода к условиям их безопасной переработки. На рисунке 4.14 представлена схема модельной установки определения чувствительности ВВ совместного воздействия факторов (электростатический разряд и скользящее трение).

Рисунок 4.14 - Схема установки определения чувствительности ВВ к совместному воздействию

 

Конструктивно устройство представляет элемент фрезерного станка, на станине которого закреплена диэлектрическая подложка 1 с исследуемым веществом 2. На вещество воздействует стальной заземленный имитатор скольжения 3 с определенной скоростью движения и заданным давлением прижатия Р (кг/см²). В подложку введен высоковольтный электрод 4, на который электростатический разряд синхронно поступает с генератора импульсов 5 при замыкании контактной группы SA, механически связанной с имитатором. В качестве исследуемого вещества был испытан состав ВВ на основе граммонита с различными флегматизирующими и горючими добавками. Чувствительность совместного воздействия (механическое трение и электрический разряд) оценивалась частостью ,%.

В таблице 4.10 приведены результаты экспериментов, из которых следует, что при определенных факторах механической нагрузки и электрического разряда (V= 1,8 м/с, W =162 мДж) при раздельном их воздействии, образец не воспламеняется ( =0). При совместном же воздействии данных факторов (Р, V, W) существует пропорциональная зависимость вероятности воспламенения от энергии электрического разряда при варьировании электрической емкости и напряжения на конденсаторе С генератора 5.

 

Таблица 4.10 – Экспериментальные данные по чувствительности
состава ВВ к совместному воздействию

Вид воздействия	V, м/с	C, пФ	U, кВ	W, мДж	, %
Механическое	0,8	-	-	-	0
Электрический  разряд	-	20×103	7,5	112	0
Совместное	0,8	20×103	7,5	112	100
Механическое	1,8	-	-	-	0
Электрический разряд	-	20×103	9,0	162	0
Совместное	1,8	20×103	6,5	92	100
Совместное	1,8	10×103	5,0	47	14
Совместное	1,8	10×103	5,5	57	25
Совместное	1,8	10×103	6,5	68	40
Совместное	1,8	10×103	7,0	93	50
Совместное	1,8	4,7×103	5,0	33	9
Совместное	1,8	2,8×103	6,0	31	16
Совместное	1,8	7,8×102	9,0	27	50
Совместное	1,8	7,8×102	9,5	20	100

Учитывая, что значения W_мин определялись в окрестности пробивного напряжения, для качественного объяснения полученных результатов может быть применена модель электромеханического пробоя [33], согласно которой электрическая прочность материала пропорциональна механической прочности. В рамках этой модели и объясняется влияние сопутствующего механического воздействия имитатора на воспламеняемость от искровых разрядов. Сопутствующие механические воздействия совершают часть работы, необходимой для пробоя, понижают значение пробойного напряжения U_пр, а следовательно, и минимальную энергию зажигания W_мин.

5 обеспечение безопасности при эксплуатации ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

 

Эксплуатационная безопасность заключается в совокупности всех мероприятий по обеспечению безопасности работ с ВВ на всех этапах, начиная со стадии изготовления опытных образцов в лабораторных условиях на ручных операциях и заканчивая уничтожением неиспользованных ВВ и их остатков после проведения взрывных работ. Перечень работ при обращении с ВВ, когда требуется обеспечение безопасности, можно охарактеризовать следующими образом:

· отработка опытных образцов, макетов и изделий на стадии проектирования;

· лабораторные испытания образцов на заданные характеристики;

· натурные испытания готовых изделий и полуфабрикатов на испытательных стендах и полигонах;

· собственно эксплуатация ВВ и изделий на их основе;

· сбор и уничтожение неиспользованных ВВ и их остатков.

При транспортировке, хранении, эксплуатации ВВ, человек непосредственно контактирует как с малыми навесками, так и с крупногабаритными изделиями, измеряемыми десятками тонн. На всех перечисленных этапах разработаны и действуют различные инструкции, правила, нормы, стандарты, наставления [34-37], которые регламентируют условия безопасного обращения с взрывчатыми материалами (ВМ). Практически все регламентирующие материалы разработаны на основе критериев безопасности, характеризующих чувствительность ВМ к тем или иным видам воздействий. Но, несмотря на обеспечение каждого рабочего места, участка, цеха инструкциями и наставлениями, проведение инструктажей и дополнительного обучения, аварии на объектах с использованием ВВ, приносящие разрушения и гибель людей, продолжают происходить.

Иногда человек нарушает требования безопасности, не понимая особенностей технологического процесса и результатов последствий таких нарушений. Анализ аварийных ситуаций показывает значимость человеческого фактора. Коэффициент травматизма и аварийности значительно снижается, когда человек, работая на опасных и особо опасных операциях, понимает сущность производственных операций и результаты последствий нарушений технологического процесса. Исходя из этого, ниже рассмотрены некоторые вопросы эксплуатационной безопасности, позволяющие более глубоко освоить существующие рекомендации по технике безопасности при обращении с ВВ.

 

5.1 Оценка разрушающей способности взрывов
и безопасности человека от ударной волны

 

На основании значительных исследований на базе реальных повреждений типовых зданий и промышленных сооружений, вызванных ударными волнами при взрывах ВВ, широко используется в мировой практике формула, устанавливающая зависимость массы заряда взрывчатого вещества m (эквивалентна энергии взрыва Е) от расстояния R, соответствующего расстоянию от места взрыва до объекта разрушения:

,                       (5.1)

 

где К – константа соответствующего уровня разрушения.

При массе m>5000 кг формула (5.1) принимает вид

 или .                   (5.2)

 

Известные и найденные по характеру разрушений тротиловые эквиваленты позволяют определить энергию взрыва Е различных ВВ. Однако при этом следует учитывать и конкретные условия взрыва.

Известно, что первоначально вся энергия сосредоточена в источ-нике в форме потенциальной энергии. В момент взрыва она переходит как в тепловую и кинетическую энергию различных областей и фрагментов системы, так и в энергию излучения.

Энергия волны взрыва как движущейся части газовой среды складывается из тепловой энергии

                             (5.3)

 

и кинетической

,                                (5.4)

где r - плотность ВВ;

С – теплоёмкость;

q₀, q - начальная и конечная температуры;

V – объём волны.

 

На поздней стадии развития процесса суммарная энергия волны Е=Е_Т+Е_К оказывается величиной постоянной и не изменяется во времени. Это постоянство на стадии слабого взрыва характерно для всех взрывных процессов. При взрывах конденсированных ВВ на образование воздушной ударной волны расходуется практически вся (более
90 %) энергия взрыва.

Ориентировочные значения энергетических показателей взрывоопасности Е, m, Q_В и R₀ определяют по зависимостям, приведенным в [34], или другими уточненными методами, исходя из конкретных условий. Из уравнения энергетического баланса ударной волны с учётом конкретных условий определяют реально возможный эквивалент ТНТ (тринитротолуола), а по закономерностям «кубического корня» (зависимость (5.2)) - реальные расстояния R соответствующих уровней разрушения, площади, описываемые этими радиусами, а также другие параметры воздействия ударной волны на объекты.

Выделяется пять зон опасности, соответствующих следующим значениям константы К (формула (5.1)):

1) К=3,8 – полное разрушение зданий;

2) К=5,6 – 50%-ное разрушение зданий;

3) К=9,6 – разрушение зданий без обрушения;

4) К=28 – умеренное разрушение зданий с разрушением дверей, оконных переплетов, кровли, внутренних перегородок;

5) К=56 – малые повреждения с разрушением »10 % остекления.

Более точно разрушающую способность взрывов можно характеризовать избыточным давлением, воздействующим на объект. В таблице 5.1 приводятся уровни разрушения некоторых зданий и соответствующие им избыточные давления, при которых достигается данная степень разрушения.

На рисунке 5.1 изображена соответствующая зависимость избыточного давления и приведенных расстояний [2]. Определение разрушающей способности по тротиловому эквиваленту и совмещению зависимостей радиуса разрушения и избыточного давления от приведенного расстояния является приемлемым и широко используемым для оценки взрывов.

Несмотря на некоторую неадекватность высвобождения энергии различными энергоносителями, метод совмещения энергетического эквивалента ТНТ и основных принципов «кубического корня» позволяет достаточно точно прогнозировать уровни возможного разрушения при взрывах на технологических объектах.

 

Таблица 5.1 – Уровни разрушения некоторых зданий при
соответствующем избыточном давлении ударной волны

Категория повреждения	Характеристика повреждения здания	Избыточное давление, кПа	К
A	Полное разрушение здания	70	3,8-5,6
B	Тяжелые повреждения, здание подлежит сносу	33	5,6-9,6
C	Средние повреждения, возможно восстановление здания	25	9,6-28
D	Разбито 90 % остекления	4	28-56
E	Разбито 50 % остекления	0,2	>56
F	Разбито 5 % остекления	0,05	>56

 

Рисунок 5.1 - Зависимость давления Р на фронте ударной волны при взрыве ВВ от приведенного расстояния (R/m1/3)

 

 

Для практических расчетов безопасности в конкретных условиях можно оценить максимальное избыточное давление, при котором объект (здание, сооружение) будет сохранять еще необходимую устойчивость. Непревышение этого давления может быть обеспечено соответствующим безопасным расстоянием R_В (от источника взрыва до объекта) или при известном расстоянии R_В уменьшением энергетического потенциала. При этом для больших значений массы m>4000 кг используется принцип Хопкинсона R_В=К m^1/3. Однако при малых значениях m показатель степени существенно изменяется в зависимости от массы m и находится в пределах от 1/3 до 2/3. Этим объясняется то, что в ряде стран (США, Англия, Франция) используют показатель степени 1/2 при определении безопасных расстояний R_В.

При зарядах ВВ меньше нескольких тонн расстояния R_В будут несколько меньше расстояний, рассчитанных по кубической зависимости. Так, для m<100 кг расстояния R_В почти не имеют значения в целом. На рисунке 5.2 приведена зависимость значений безопасных расстояний R_В для зданий от массы m, которая может быть использована для выбора безопасных условий в случае конкретных технологических объектов.

 

Рисунок 5.2 - Зависимость безопасных расстояний R В от массы взрывающихся зарядов m

Для оценки предполагаемого уровня разрушений широко применяют графический метод оценки разрушающей способности ударных волн с помощью диаграмм влияния давления взрыва Р (кПа) и импульса взрыва i (кПа·с), построенных с помощью уравнения (5.3). Примером такой диаграммы является диаграмма P- i (рисунок 5.3) для трех степеней разрушения кирпичных зданий: 1 – минимальные пов-реждения; 2 – значительные разрушения; 3 – частичные разрушения (от 50 до 75 % стен разрушено или находится на грани разрушения). Степень повреждения объекта увеличивается с ростом давления и импульса; при этом не обязательна конкретизация источника, от которого получена ударная волна. Диаграмма P- i применима для оценки возможного уровня разрушения кирпичных зданий, административных построек, легких промышленных сооружений каркасной конструкции с прочностными характеристиками, приближающимися к характеристикам кирпичных зданий. По диаграмме P- i можно установить степень повреждения конструкции при известных комбинациях значений P и i. Кривые на диаграмме представляют собой линии равной степени повреждения объектов и определяют комбинацию этих значений, необходимую для получения заданной деформации. Если на объект действуют нагрузки со значениями амплитуды и импульса, изображаемыми точкой, расположенной выше кривой, то данный объект будет поврежден, так как в этом случае деформация превысит критические значения. Для выбора безопасных условий точка, отражающая соответствующие значения давления Р и импульса i, должна лежать ниже кривой. Вертикальная часть кривой характеризует импульсный режим нагружения (А), и для того, чтобы отклониться от линии равных степеней повреждения, необходимо изменить импульс i, поскольку изменение амплитуды нагружения не влияет на состояние объекта. Горизонтальная часть кривой – квазистатический режим нагружения (В), и здесь для отклонения от линии равных степеней повреждения необходимо изменение амплитуды.

 

1 – граница минимальных повреждений; 2 – граница значительных повреждений; 3 – частичное разрушение зданий (от 50 до 75 % стен разрушено)   Рисунок 5.3 - Диаграмма Р- i

В области низких давлений взрыва (Р<40 кПа) преобладает квазистатический режим нагружения объектов, и за основной критерий опасности их разрушения необходимо принимать избыточное давление ударной волны. В областях высоких давлений при i>0,6 кПа×с, когда преобладает импульсный режим нагружения объектов, за основной критерий следует принимать импульс взрыва.

Для оценки разрушающей способности ударных волн и устойчивости объектов широко используют P- i диаграммы в сочетании с кривыми зависимости параметров взрывных волн от тротилового эквивалента d_т (энергетического потенциала Е) и расстояния от энергоносителя до объекта R, нанесенными в виде сетки на диаграммы. Сетка кривых R- d_т, как показано на рисунке 5.4, позволяет определять различные комбинации энергии взрыва и расстояния от энергоносителя, соответствующие нагрузкам, при которых достигается заданный допустимый уровень повреждения зданий (конструкций). Кривая равной степени повреждения 1 на диаграмме P- i (см. рисунок 5.4) показывает, что к одинаковому разрушающему эффекту приводят энергоносители, эквивалентные 1/8, 1/7, 1/2, 1 и 2 кг ТНТ на расстояниях соответственно R=0,43; 0,85; 1,33; 2 и 3 м.

 

Рисунок 5.4 - Зависимости избыточного давления Р и импульса взрыва i от массы ВВ m и расстояния от энергоносителя до объекта R [2]

 

Такие диаграммы справедливы только для данной степени повреждения конструкции. В сложных объектах для каждого элемента конструкции, который имеет свой уровень устойчивости, на графике наносят несколько диаграмм P- i (рисунок 5.5) различных уровней повреждения (например, I и II). Это необходимо для того, чтобы учесть уровень всех возможных повреждений и предусмотреть меры, исключающие развитие аварий.

 

Рисунок 5.5 - Диаграмма Р- i для оценки устойчивости (уровней разрушений) сложных объектов с разнопрочными элементами (конструкциями)

Таким образом, безопасные расстояния по действию воздушной ударной волны от взрыва заряда ВВ на земной поверхности регламентируются Едиными правилами безопасности и могут быть вычислены по формулам (5.1), (5.2).

Радиус зоны безопасности  по действию воздушной ударной волны на человека определяется как

,                                         (5.5)

где m – масса заряда, кг.

При наличии блиндажа радиус r_min может быть уменьшен в 1,5 раза. Предельная величина заряда при ведении взрывных работ вблизи зданий и сооружений

,                            (5.6)

где r _ф – фактическое расстояние от места взрыва до охраняемого объекта, м.

При подземных массовых взрывах опасные расстояния по действию воздушной ударной волны могут быть определены в зависимости от величины давления в ней [38]:

,        (5.7)

где m – масса заряда, кг;

h _у – коэффициент перехода энергии взрыва в воздушной ударной волне, значение h _у от 0,005 до 0,1;

R – длина выработки, м;

Ss – суммарная площадь сечения выработок, сообщающихся с выработкой, в которой размещен заряд, м²;

b - коэффициент сопротивления выработки;

 - приведенный диаметр выработки, м;

n – показатель действия взрыва.

Формула (5.7) справедлива для промышленных ВВ с удельной энергией взрыва около 4300 кДж/кг (аммонит 6ЖВ). Для других ВВ массу заряда следует умножить на отношение удельных энергий используемого ВВ и аммонита 6ЖВ. Если принять максимально допустимую для человека величину давления воздушной ударной волны равной 20 кПа, то из выражения (5.7) может быть также найдено минимальное безопасное расстояние по действию ее на человека.

Зоны, опасные для людей по разлету отдельных кусков взорванной породы, в зависимости от показателя взрыва n и линии наименьшего сопротивления (ЛНС) приведены в таблице 5.2.

 

Таблица 5.2 – Зоны, опасные для людей по разлету породы,
в зависимости от показателя взрыва n и ЛНС

ЛНС	Радиус опасной зоны (м) при значении показателя действия взрыва n
	для людей				для механизмов и сооружений
	1,0	1,5	2,0	2,5	1,0	1,5	2,0	2,5-3,0
1,5	200	300	350	400	100	150	250	300
2	200	400	500	600	100	200	350	400
4	300	500	700	800	150	250	500	550
8	400	600	800	1000	200	300	600	700
12	500	700	900	1200	250	400	700	800
20	700	800	1200	1500	350	400	800	1000
30	800	1000	1700	2000	400	500	1000	1200

 

Безопасные расстояния при передаче детонации между зарядами ВВ при взрывных работах рассчитываются по формуле, предложенной И.И. Таммом и М.Л. Радовским:

,                                  (5.8)

где К  - коэффициент, зависящий от типов ВВ активного и пассивного зарядов (для тротила К =1,5, для аммонита 6ЖВ К =0,65);

m – масса активного заряда, кг;

D_э – эффективный размер пассивного заряда, принимаемый равным его ширине при удвоенной высоте, м.

5.2 Токсичность взрывчатых веществ и продуктов взрыва

Важной мерой промышленной санитарии при эксплуатации ВВ является защита людей от токсичного действия ВВ и продуктов их взрыва. Контакт с ВВ и их компонентами, как и со многими другими химическими соединениями, при отсутствии защитных мер оказывает вредное воздействие на организм человека. При кратковременном их воздействии симптомы отравления могут проявляться в головокружении, головных болях, тошноте; при длительном воздействии малых концентраций развиваются хронические заболевания печени, легких и других органов. В большинстве случаев вредные вещества попадают в организм в виде пыли или паров через дыхательные пути, реже – через пищеварительный тракт или кожные покровы.

Характер воздействия вредных веществ на организм и общие требования безопасности регламентируются  ГОСТ 12.0.003-84, который подразделяет вещества:

· на токсичные, вызывающие отравление всего организма или поражающие отдельные системы (ЦНС, кроветворения), вызывающие патологические изменения печени, почек;

· раздражающие, вызывающие раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, глаз, легких, кожных покровов;

· сенсибилизирующие, действующие как аллергены (формальдегиды, растворители, лаки на основе нитро- и нитрозосоединений);

· мутагенные, приводящие к нарушению генетического кода, изменению наследственной информации (свинец, марганец, радиоактивные изотопы);

· канцерогенные, вызывающие злокачественные новообразования (циклические амины, ароматические углеводороды, хром, никель, асбест).

О сравнительной токсичности различных ВВ судят по величине предельно допустимой концентрации (ПДК) их паров или пыли в воздухе. Все вредные вещества по степени воздействия на организм человека в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 подразделяются на классы:
1 – чрезвычайно опасные, 2 – высокоопасные, 3 – умеренно опасные,
4 – малоопасные. Опасность устанавливается в зависимости от величины ПДК, средней смертельной дозы и зоны острого или хронического действия. Если в воздухе содержится вредное вещество, то его концентрация не должна превышать величины ПДК. При одновременном присутствии в воздушной среде нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, должно соблюдаться условие:

,       (5.9)

где С₁, С₂, С₃, ..,.С _n – фактические концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м³;

ПДК₁, ПДК₂, ПДК₃,…, ПДК _n – предельно допустимые концентрации этих веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м³.

Значения ПДК некоторых вредных ВВ и их составляющих приведены в таблице 5.3.

 

Таблица 5.3 – Значения ПДК некоторых взрывчатых веществ

Вещество	ПДК, мг/м3
Тротил	1
Нитроглицерин	2
Гексоген	1
Алюминий	2
Индустриальные масла (пары, туман)	10-300
Окислы азота	5
Окись углерода	20-30
Сероводород	10-15
Пары ртути	0,01
Пары свинца	0,01
Аммиачная селитра	10

 

Опасность отравления пылью и парами ВВ возрастает при выполнении операций с неснаряженными и непатронированными ВВ и особенно при механизированных способах их растаривания, транспор-тирования и заряжания.

Кроме пыли и паров ВВ вредное действие на человека оказывают некоторые продукты взрыва – окислы азота, окись углерода, сернистые соединения и другие. Первоначально образующаяся бесцветная окись азота NO, соединяясь с кислородом воздуха, переходит в двуокись NO₂, окрашенную в бурый цвет, которая легко адсорбируется разрыхленной горной массой, а в процессе погрузочных работ выделяется из нее. Она медленно действует на организм (скрытый период от 4 до
6 ч), вызывая отек легких.

Окись углерода (угарный газ) – бесцветный газ, несколько легче воздуха, плохо растворимый в воде. Легко адсорбируется разрыхленной породой. При непродолжительном вдыхании вызывает головные боли, тошноту, сонливость. При длительном вдыхании или выдыхании большой дозы наступает потеря сознания, удушье. Первая помощь при отравлении угарным газом – вынос пострадавшего на свежий воздух и искусственное дыхание.

Ядовитые газы в больших или меньших количествах образуются при взрыве всех промышленных ВВ. Как показано в работах Б.Д. Росси [41] и других исследователей, количество вредных веществ зависит от химического состава ВВ, его детонационной способности и других факторов, определяющих полноту химических реакций при взрывчатом превращении.

Определенное влияние могут оказывать химические, физико-механические и теплофизические свойства взрываемых горных пород. Состав продуктов взрыва в сильной степени зависит от кислородного баланса ВВ. Промышленные ВВ с положительным кислородным балансом образуют при взрыве окислы азота, причем их количество возрастает с увеличением избытка кислорода в составе ВВ. При отрицательном балансе образуется токсичная окись углерода и тем в большем количестве, чем меньше кислородный баланс ВВ.

Опытные данные по составу продуктов взрыва смесей с различным кислородным балансом, определенные в лабораторных и производственных условиях, приведены соответственно в таблицах 5.4 и
5.5 [7].

 

Таблица 5.4 – Состав продуктов взрыва смесей аммиачной селитры
с тротилом

Состав смеси, %		Кислородный баланс, %	Содержание газов в ПВ, %
аммиачная селитра	тротил		CO2	CO	NO	H2	CH4	N2
95	5	+18	16,6	4,55	-	0,55	1,2	76,1
88	12	+8,7	27,9	4,9	3,2	0,5	1,6	61,9
83	17	+4	32,1	5,3	2,4	1,7	1,6	57
79	21	+0,3	32,3	5,7	2,7	1,9	1,8	55,6
70	30	-8,2	26,6	13,9	0,7	2,3	2,2	54,4

 

Таблица 5.5 – Состав продуктов взрыва смесей тротила, аммиачной селитры и калиевой селитры
Состав смесей, %			Кислородный баланс, %	Количество ядовитых газов, л/кг
тротил	аммиачная селитра	калиевая селитра		СО	окислы азота	сумма в пе­ре­­счете на СО
37,6	62,4	-	-15,3	125	2,7	142,6
22	78	-	-0,7	30,4	5,5	66
17,6	82,4	-	+3,5	20	13,3	106,5
17,6	62,4	20	+7,4	16,6	5,3	51,1

При взрывании в лабораторных условиях в вакуумированном сосуде (бомбе Бихеля) [5] образуется бесцветная моноокись азота (NO), которая при контакте с воздухом переходит в окрашенные окислы: азотистый ангидрид, двуокись азота, четырехокись азота (N₂O₃, NO₂, N₂O₄). Например, в шахтных условиях образуются одновременно и примерно в равных количествах NO₂ и NO. Последняя в течение довольно долгого времени может сохраняться в разрыхленной породе и постепенно переходит в двуокись. Двуокись азота легко растворяется в воде, и поэтому ее концентрация в атмосфере влажных забоев шахт быстро падает. Окись углерода в воде растворяется плохо.

В связи с сильным влиянием кислородного баланса на образование ядовитых газов, при взрывах в подземных условиях применяют ВВ с кислородным балансом, близким к нулевому.

Исследования влияния горючей оболочки патронов на образование ядовитых газов показали, что степень такого взаимодействия зависит от кислородного баланса ВВ и температуры взрыва. С увеличением этих параметров доля сгоревшей оболочки возрастает и соответственно увеличивается образование окиси углерода. Для ВВ с нулевым кислородным балансом влияние оболочки патронов невелико. Так, увеличение массы парафинового покрытия на патронах аммонита 6ЖВ с 2,3 до 4,8 г на 100 г ВВ привело к увеличению содержания CO в продуктах взрыва от 30,1 до 34,1 л на 1 кг ВВ. Тем не менее нормативными документами на патронированные ВВ ограничивается масса бумаги до
2 г и масса гидроизолирующего покрытия на патронах до 2,5 г на 100 г ВВ.

Таким образом, одной из причин образования токсичных газов – окиси углерода и окислов азота – является избыток или недостаток кислорода в составе ВВ. Однако и ВВ с близким к нулевому кислородным балансом образуют при взрыве некоторое количество ядовитых газов. Так, хорошо изготовленный аммонит 6ЖВ в патронах диаметром от 32 до 36 мм образует при взрыве около 30 л/кг окиси углерода и до 5 л/кг окислов азота. Наличие этих газов в продуктах взрыва ВВ с нулевым кислородным балансом является следствием того, что окислы азота, первоначально образовавшиеся при взрывном разложении селитры, и окись углерода, образовавшаяся при разложении тротила и других нитросоединений, при быстром охлаждении продуктов взрыва не успевают полностью прореагировать между собой с образованием нетоксичной двуокиси углерода. Часть их остается в первоначальном виде.

Описанный механизм образования ядовитых газов позволяет объяснить зависимость этого процесса от качества изготовления смесевого ВВ, диаметра патронов, величины инициирующего импульса, дисперсности ВВ и других факторов, влияющих на полноту химических реакций при взрыве, а также зависимость образования продуктов взрыва от свойств взрываемых горных пород. Так, по данным Б.Я. Светлова, в лабораторных условиях крупнодисперсный аммонит 6ЖВ (размер частиц от 0,2 до 0,5 мм) образовывал почти в пять раз больше окислов азота, чем тонкодисперсный (размер частиц менее 0,2 мм). Им же установлено, что некоторые вещества способны снижать образование ядовитых газов при взрыве ВВ, каталитически воздействуя на вторичные реакции в продуктах взрыва с участием окислов азота. К таким веществам, в частности, относятся соли или окислы щелочных металлов. Из таблицы 5.5 видно, что в составе, содержащем нитрат калия, несмотря на положительный кислородный баланс, образуется окислов азота значительно меньше, чем в составе без калиевой соли.

Свойства горных пород также могут влиять на конечный состав продуктов взрыва в результате химического воздействия вещества породы на продукты реакции, связывания или растворения их (грунтовыми водами), физического воздействия на процесс охлаждения газов, закалку и установление ложного равновесия в охлажденных газах.
В этой связи Б.Д. Росси предложил классифицировать горные породы по признаку их влияния на образование ядовитых газов при взрыве ВВ. К группе I отнесены апатиты, нефелины, калийные руды, молибденовые руды, некоторые медные и полиметаллические руды, при взрывании которых аммонитом 6ЖВ количество ядовитых газов в пересчете на условную окись углерода (для окислов азота переводной коэффициент равен 6,5) составляет мене 40 л на 1 кг ВВ. К группе II отнесены угли и вмещающие породы, свинцово-цинковые, мартитовые железные и золотоносные руды, в которых аммонит 6ЖВ образует при взрыве от 40 до 100 л/кг ядовитых газов. К группе III отнесены джеспилитовые железные руды, в которых образуется более 100 л/кг ядовитых газов.

Свойства некоторых пород могут оказывать большее влияние на образование ядовитых газов, чем свойства самого ВВ. Например, чем выше коэффициент крепости, тем больше образуется окиси углерода и в ряде случаев меньше окислов азота (таблица 5.6) [41].

 

Таблица 5.6 – Количество ядовитых газов в различных породах
при их взрывании

Горная порода	Состояние породы	Коэффици­ент крепости	Количество ядовитых газов, л/кг
			CO	NO2	CO+6,5NO2
Мартитовая руда	Влажная	4	10,3	5,1	43,5
Гидрогематитовая	Сухая	4	7,0	5,4	42,1
Хлоритовые  сланцы	Сухие	6	18,6	1,3	27,0
Гидрогематитовые  мартитовые  роговики	Сухие	8	29,8	1,2	37,6
Джеспилиты  сильно­  трещиноватые	Сухие	12	20,4	4,5	49,7
Джеспилиты  трещиноватые	Сухие	12	34,1	1,2	41,9
	Влажные	14	33,4	1,6	43,8

 

В связи с сильным влиянием свойств горных пород на образование ядовитых газов при взрывах нет единой нормы по этому показателю для различных ВВ, но соблюдается правило, что в одинаковых условиях взрывания каждое новое ВВ, предназначенное для работ в подземных условиях, должно выделять при взрыве ядовитых газов в расчете на один килограмм не больше, чем аммонит 6ЖВ, принятый за эталон.

Наиболее эффективной и необходимой мерой борьбы с образовавшимися ядовитыми газами в забое является достаточно хорошее проветривание его непосредственно после взрыва и во время уборки взорванной горной массы. На отдельных горных предприятиях для нейтрализации ядовитых газов используют водяные завесы, заслоны, а также комбинированные перемычки (воздушно-водяные перемычки). Например, на Шерегешской шахте (Кузнецкое рудоуправление) при проведении опытно-промышленных испытаний способов и средств гашения ударных воздушных волн и нейтрализации продуктов взрывания при массовых взрывах использовали водяные и комбинированные перемычки в горных выработках бурового и откаточного горизонтов [42].

Водяную перемычку (рисунок 5.6) возводили в выработке на определенном расстоянии от места взрывания. Она представляла собой деревянный каркас в виде емкости (внутри проложена полиэтиленовая пленка), наполненный водой. В нижней части каркаса располагали заряды ВВ (аммонит 6ЖВ), которые взрывали от общей коммутационной сети с зарядами массового взрыва при нулевом замедлении, что обеспечивало достаточно эффективное гашение ударной воздушной волны.

УВВ

1 – горная выработка; 2 – вода; 3 - заряды ВВ; 4 – деревянный каркас; 5 – полиэтиленовая пленка; 6 – коммутационная сеть   Рисунок 5.6 - Схема водяной перемычки в горной выработке

При установке воздушно-водяной перемычки (рисунок 5.7) отдельные полиэтиленовые мешки, определенной формы и объёма, наполняли водой и укладывали друг на друга от почвы до кровли выработки. Емкости с водой устанавливали вогнутой стороной перемычек навстречу УВВ. В нижней части емкости размещали заряды ВВ, соединяя их общей коммутационной сетью с зарядами, расположенными в воздушной перемычке, и зарядами массового взрыва. Воздушная перемычка устанавливалась непосредственно за водяной перемычкой, со стороны, противоположной направлению ударной волны, с использованием емкостей, заполненных сжатым воздухом через клапаны из шахтной сети до избыточного давления 0,03…0,05 МПа. Воздушная перемычка взрывалась в первую очередь для образования воздушной «пробки». При взрыве водяной перемычки во вторую очередь или одновременно с воздушной образовывалась воздушно-водяная смесь, которая устремлялась направленным потоком в сторону ведения взрывных работ для нейтрализации энергии ударной волны.

В емкостях с водой размещался химический поглотитель для нейтрализации продуктов взрыва, состоящий из окиси кальция и алюминия и гидроокиси натрия в соотношении 0,5:0,3:0,2. Состав и количество химического поглотителя, который применялся для нейтрализации токсичных веществ, образовавшихся при взрывных работах, были определены по химическому составу и количеству ВВ, использованных при взрыве. Токсичные вещества, выделившиеся в результате взрыва, соприкасались с частицами химического поглотителя, распределенными равномерно по всему потоку воздушно-водяной смеси, вступали с ними в химическую реакцию и нейтрализовывались.

 

1 – горная выработка; 2 – вода; 3 - заряды ВВ; 4 – емкость со сжатым воздухом; 5 – клапан; 6 – химические поглотители; 7 – коммутационная сеть; 8 – емкости с водой   Рисунок 5.7 - Схема воздушно-водяной перемычки в горной выработке

 

В результате проведенных в Шерегешской шахте [42] опытно-промышленных испытаний способов защиты горных выработок и нейтрализации продуктов взрыва путем применения водяных и воздушно-водяных перемычек при массовых взрывах установлено: разрушения горных выработок отсутствовали; нарушений электроснабжения, воздушных и водяных коммуникаций не обнаружено; скважины в смежных блоках остались в рабочем состоянии; химические поглотители, размещенные в емкостях с водой, позволили нейтрализовать до 90 % токсичных веществ, выделившихся в результате взрыва, что дало возможность сократить время проветривания шахты с 72 до 19 часов.
Таким образом, показана высокая эффективность нейтрализации токсичных продуктов взрыва и защита от ударной волны методом исполь-зования водяных и воздушно-водяных перемычек в горных выработках при массовых взрывах.

5.3 Оценка безопасности при механических воздействиях

В разделе 4.2 изложены общепринятые методы определения чувствительности к различным механическим воздействиям на ВВ, применяемые в лабораторных условиях, которые позволяют проводить оценку с учётом коэффициентов безопасности на различных операциях с ВВ. Однако на практике, например, при разбуривании или других видах работ, заряды ВВ испытывают нагрузки, намного превышающие лабораторные, поэтому исследования механических воздействий при нагрузках, превышающих нагрузки в реальных процессах, позволяют дополнительно определить безопасность воздействий и соответственно выдать рекомендации на проведение работ.

Методы исследования механического воздействия
на заряды ВВ

Для изучения механических нагрузок на ВВ, которые могут возникнуть при операциях с ВВ во время ведения взрывных работ, испытательные стенды должны воспроизводить основные типы механических напряжений, возникающих при работе. При этом величины напряжений необходимо изменять в возможно более широких пределах. Максимальные величины нагрузок должны быть выше, чем в реальных процессах. Эксперименты на стендах должны выполняться с достаточно большими навесками ВВ, обеспечивая имитацию натурных работ и в то же время полную безопасность проведения испытаний. Разработанные стенды для данных работ в Северокавказском горно-металлур-гическом институте (СКГМИ) и МакНИИ (г. Макеевка, Украина) удовлетворяют этим требованиям [39].