622

Разрушение горных пород взрывом

Лекция

География, геология и геодезия

Понятие о взрыве и взрывчатом веществе. Кислородный баланс. Определение основных констант взрыва и давления продуктов детонации. Давление продуктов взрыва на стенки зарядной камеры. Определение количества теплоты, выделяющейся при взрыве ВВ.

Русский

2013-01-06

45.5 KB

78 чел.

Разрушение горных пород взрывом

ЛЕКЦИЯ Понятие о взрыве и взрывчатом веществе. Кислородный баланс. Определение основных констант взрыва и давления продуктов детонации.

Химическим взрывом называют крайне быстрое самораспространяющееся химическое превращение вещества (системы веществ), протекающее с выделением большого количества теплоты и образованием газообразных продуктов.

Реакция взрывчатого превращения характеризуется такими свойствами:

экзотермичность,

образование газов или паров,

высокая скорость,

способность к самораспространению.

 

Взрывчатым называется вещество (система веществ), способное под влиянием определённого внешнего воздействия к крайне быстрому химическому превращению с выделением большого количества теплоты и образованием газов, способных производить механическую работу.

 Кислородным балансом называется выраженное в процентах избыточное, достаточное или недостаточное количество кислорода во взрывчатом веществе по сравнению с количеством, необходимым для полного окисления содержащихся в нём горючих элементов (углерода, водорода, алюминия и др.). Под полным окислением следует понимать окисление водорода в воду, углерода – в диоксид углерода (углекислый газ), алюминия – в оксид алюминия (азот, как правило, при взрывных реакциях выделяется в свободном виде).

 В зависимости от избытка или недостатка кислорода в ВВ различают нулевой, положительный и отрицательный кислородный баланс.

Численное значение кислородного баланса ВВ определяют по формуле:

 

где      Nк – количество атомов кислорода в молекуле ВВ;

Nк' – количество атомов кислорода, необходимое для полного окисления  горючих элементов (углерода, водорода, алюминия и др.);

а – молярная масса кислорода (а =16 кг/кмоль);

МВВ – молярная масса ВВ, кг/кмоль.

Например, если ВВ имеет элементарный состав в виде CaHbOcNdAle, то Nк=с;

Nк'  = 2а + 0,5b + 1,5е,

где а, b, c, d, e  – количество атомов химического  элемента в молекуле ВВ.

Очевидно, что если Nк > Nк', то кислородный баланс положительный, если Nк< Nк'отрицательный, а если

Nк = Nк'нулевой.

Рассмотрим несколько реакций взрывчатого разложения:

аммиачная селитра (Бк >0);

NH4NO3  2H2O + N2 + 0,5O2;

нитрогликоль (Бк =0);

C2H4 (ONO2)2  2CO2 + 2H2O + N2;

тротил (Бк < 0);

C6H2(NO2)3CH33,5CO+2,5H2O+3,5C+1,5N2;

Основными ядовитыми газами, выделяющимися при взрыве, являются оксид углерода (угарный газ), оксид (NO) и диоксид (NO2) азота.

Оксид углерода (СО) – газ без цвета, вкуса и запаха; относительная плотность 0,97. Окись углерода горит и взрывается при содержании ее в воздухе от 12,5 до 75%. Взрыв наибольшей силы получается при концентрации СО 30%, температура воспламенения газовоздушной смеси в этом случае 630-810оС. Газ весьма ядовит. Легко соединяясь с гемоглобином крови, он вытесняет из нее кислород.

Содержание в рудничной атмосфере СО не должно превышать 0,0016% (по объему).

Оксиды азота образуются при взрывных работах. К ним относятся окись азота NO, двуокись азота NO2; двухчетыреокись азота N2O4, пятиокись азота N2O5. Эти окислы имеют бурый цвет и характерный запах. Они весьма ядовиты, вызывают раздражение дыхательных путей, глаз, а в тяжелых случаях – отек легких. Токсические свойства окислов проявляются через 4-5 часов. Симптомы отравления: кашель, головная боль, рвота, повышение температуры тела.

Содержание окислов азота в рудничной атмосфере не должно быть более 0,00025% в пересчете на NO2.

Требования к ВВ при взрывных работах

при изготовлении промышленных ВВ массу гильзы ограничивают: на 100 г ВВ масса бумажной обёртки не должна превышать 3 г и парафина – не более 2,5 г.

для взрывных работ в угольных шахтах допускаются ВВ, при взрыве которых выделяется не более 80 л/кг условного оксида углерода. Пересчёт оксидов азота на условный оксид углерода производится умножением количества оксидов азота на коэффициент, равный 6,5. т.к. 1 дм3 оксидов азота приблизительно эквивалентен по токсичности 6,5 дм3 угарного газа.

1. Определение объёма газов, выделяющихся при взрыве ВВ.

Количество газов, выделяющихся при взрыве ВВ, можно определять на основании закона Авогадро (при н.у.: температура 273 К и давление 101325 Па).

Объём газов взрыва 1 кмоля ВВ:

V0 = 22,4 n,                    

                                                       

где   n – суммарное число киломолей газов взрыва, образующихся при взрыве 1 кмоля ВВ.

Удельный объём ВВ (V0' ), т.е объем газов, выделяющихся при взрыве 1 кг ВВ:

V0' = V0  / МВВ.

          

где МВВ – молярная масса ВВ, кг/кмоль.

Если требуется вычислить удельный объём для других температурных условий, то пользуются уравнением:

2. Определение количества теплоты, выделяющейся при взрыве ВВ.

Количество теплоты при взрыве 1 кмоля ВВ можно определять на основании закона Гесса:

Qт = QпвQВВ,

где  Qт – молярная теплота взрыва 1 кмоля ВВ, которая выделяется после расширения продуктов           

                             взрыва до нормального давления (101325 Па) и температуры 288 К, кДж/кмоль;

Qпв  – молярная теплота образования продуктов взрыва 1 кмоля ВВ, кДж/кмоль;

QВВ – молярная теплота образования 1 кмоля ВВ, кДж/кмоль.

Очевидно, что

Qпв = q1 n1 +  q2 n2 + ,..., + qn nn,

          

где  q1, q2,…, qn – молярная теплота образования одноимённых продуктов

                 взрыва (при Т=288 К и Р0 =101325 Па), кДж/кмоль;

 n1, n2,…, nn  –  количество кмолей одноимённых продуктов взрыва.

Удельная теплота взрыва ВВ, кДж/кг,  определяется по формуле

Молярная теплота образования некоторых ВВ и продуктов взрыва при нормальном  давлении и температуре 15˚С приведена, например в табл. 2.1 [1].

В расчётах параметров взрыва используют величину, называемой общей энергией химического превращения ВВ или потенциальной энергией взрыва QV.

Молярная теплота взрыва при постоянном объёме больше значения QТ, , на количество теплоты QТ, расходуемой на  расширение газов, т. е.

QV = QT + QТ ,

QТ = nRT ,

где R – универсальная газовая постоянная, равная 8,32 кДж/кмоль˚С.

3. Максимальную температуру, до которой могут нагреваться при взрыве продукты взрывчатого превращения ВВ, называют температурой взрыва.

температура взрыва, 0С может быть вычислена по формуле

           

где  CV – молярная теплоёмкость газов взрыва, кДж/(кмольºС).

Молярная теплоёмкость CV для газов в момент взрыва, т. е. до их расширения, берётся при постоянном объёме. Для реальных газов CV – величина переменная, зависящая от температуры, и различная для разных газов. Малляр и Ле-Шателье (Франция) предложили для её определения уравнение:

CV = a + bt,

 

где        a – молярная теплоёмкость продуктов взрыва при 0ºС (273 К);

 b – приращение  молярной теплоёмкости при повышении температуры на 1ºС.

 a и b – справочные величины (см. например табл. 2.2 [1])

Подставив указанное значение CV в формулу температуры взрыва, получим

4. Давление, Па, продуктов взрыва на стенки зарядной камеры рассчитывают по упрощённому уравнению Ван-дер-Ваальса. Формула применительно к взрыву 1 кг ВВ

где   Р0 – нормальное атмосферное давление при температуре 0ºС, примерно равное                

                               1,01·105 Па;

V0' – объём газов взрыва 1 кг ВВ при нормальных условиях  (при 0ºС и давлении 1,01·105 Па);

 t– температура взрыва ВВ, К;

V – объём зарядной камеры, м3;

 – коволюм газов взрыва, т. е. несжимаемый объём молекул газов взрыва, м3;

 – объём твёрдых компонентов продуктов взрыва 1 кг ВВ (твёрдый остаток), м3.

Для упрощения расчётов целесообразно объём зарядной камеры заменить в формуле  плотностью заряжания:

Δзар = mBB / V ,

где  mВВ  - масса заряда ВВ, кг.

При взрыве 1 кг ВВ, т. е. для условий расчёта давления

V = 1 / Δзар ,

где dп – диаметр патронов (заряда) ВВ, мм;

 dш – диаметр зарядной камеры (шпура), мм;

 ВВ – плотность патронирования ВВ, кг/м3.

Подставив значение V в уравнение Ван-дер-Ваальса и сделав преобразования, получим «приведенное» уравнение Ван-дер-Ваальса :


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15713. ОСНОВНІ ТЕОРЕМИ І ФОРМУЛИ ТЕОРІЇ ЙМОВІРНОСТЕЙ 97.5 KB
  Дисципліна: МАТЕМАТИЧНА СТАТИСТИКА ТА ОПРАЦЮВАННЯ СПОСТЕРЕЖЕНЬ Модуль 2. ОСНОВНІ ВИЗНАЧЕННЯ ПРИКЛАДНОЇ СТАТИСТИКИ Лекція 7: ОСНОВНІ ТЕОРЕМИ І ФОРМУЛИ ТЕОРІЇ ЙМОВІРНОСТЕЙ План лекції 5: 7.1. Теорема додавання ймовірностей подій. 7.2. Теорема множення ймовірностей по...
15714. ВИПАДКОВІ ВЕЛИЧИНИ І ЗАКОНИ РОЗПОДІЛЕННЯ 56.5 KB
  Дисципліна: МАТЕМАТИЧНА СТАТИСТИКА ТА ОПРАЦЮВАННЯ СПОСТЕРЕЖЕНЬ Модуль 2. ОСНОВНІ ВИЗНАЧЕННЯ ПРИКЛАДНОЇ СТАТИСТИКИ Лекція 8. ВИПАДКОВІ ВЕЛИЧИНИ І ЗАКОНИ РОЗПОДІЛЕННЯ План лекції 8: 8.1. Дискретні і неперервні випадкові величини. 8.2. Числові характеристики випадков
15715. Проектування чоловічих напівчеревиків з боковими резинками, клейового методу кріплення підошов 1.4 MB
  Стратегія державної промислової політики в галузі легкої промисловості передбачає випередження темпів випуску, конкурентної спроможності та ефективності виробника яка спрямована на задоволення потреб внутрішнього ринку та нарощування експертного потенціалу.
15716. ГІСТОГРАМИ РОЗПОДІЛУ ВИПАДКОВИХ ВЕЛИЧИН 1.22 MB
  Дисципліна: МАТЕМАТИЧНА СТАТИСТИКА ТА ОПРАЦЮВАННЯ СПОСТЕРЕЖЕНЬ Модуль 2: ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРОБЛЕННЯ ДАНИХ Лекція 10. ГІСТОГРАМИ РОЗПОДІЛУ ВИПАДКОВИХ ВЕЛИЧИН План лекції 7: 10.1. Щільність ймовірності випадкових величин 10.2. Числові характеристики випадкови
15717. Эдвардс Деминг и философия управления качеством 81 KB
  Эдвардс Деминг и философия управления качеством Долгие годы отечественные промышленные предприятия находились в условиях когда заказы на продукцию и ее продажу распределялись в плановом порядке исключая при этом конкуренцию. Отсутствие конкуренции позволяло предпр...
15718. Анализ затрат на качество 247.5 KB
  Анализ затрат на качество В данном разделе мы поставили цель объяснить экономические аспекты Обеспечения Качества. Вы найдете в нем ответы на вопрос как идентифицировать Затраты на Качество и увидите способы с помощью которых можно использовать Затраты на Качество ка...
15719. История возникновения, развития и использования метода развертывания функции качества 95.5 KB
  История возникновения развития и использования метода развертывания функции качества А.М. Кузьмин Современное состояние РФК Первый двухдневный семинар по РФК в Японии был организован в 1983 г. Японским центром производительности Japan Productivity Center...
15720. Кружки качества на Японских предприятиях 32.1 KB
  Кружки качества на Японских предприятиях Важную роль в формировании системы комплексного управления качеством в Японии сыграли кружки качества. Современная организация управления качеством потребовала новой по сравнению с классической схемы действий. Поступление ...
15721. Основы стандартизации, сертификации и метрологии 710.62 KB
  Стандартизация основывается на последних достижениях науки, техники и практического опыта и определяет прогрессивные, а также экономически оптимальные решения многих народнохозяйственных, отраслевых и внутрипроизводственных задач