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

26663. Географическая оболочка 31.5 KB
  Взаимное проникновение друг в друга слагающих географическую оболочку Земли газовой водной живой и минеральных оболочек и их взаимодействие определяет целостность географической оболочки. Знание закона целостности географической оболочки имеет большое практическое значение. Изменение одной из оболочек географической оболочки отражается и на всех других. Он характеризовался ведущей ролью живых существ в развитии и формировании географической оболочки.
26664. Географи́ческая оболо́чка 45 KB
  Земная кора Земная кора это верхняя часть твёрдой земли. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 065 100 м За нормальные условия у поверхности Земли приняты: плотность 12 кг м3 барометрическое давление 10134 кПа температура плюс 20 C и относительная влажность 50 . Гидросфера Гидросфера совокупность всех водных запасов Земли.
26665. Геосистема 28 KB
  σύστημα целое составленное из частей фундаментальная категория геоэкологии обозначающая совокупность компонентов географической оболочки объединённых потоками энергии и вещества. Геосистемы – это природногеографические единства всех возможных категорий от планетарной геосистемы географической оболочки до элементарной геосистемы физикогеографической фации определение В. Сочавы Масштаб геосистем Выделяют три уровня геосистем: Глобальная геосистема синоним географической оболочки. Региональная геосистема представляет собой...
26666. Эстетическая ценность урбанизированного ландшафта 1.67 MB
  Нами было выявлено несколько конструктивных ошибок большинства авторов: склонность к популяризации научных изысканий изложения работ отталкивание от философских категорий непрактичный аспект конфликтность оперируемых понятий игнорирование факта раздела восприятия человека на три уровня. В частности в медицине и психологии уже существуют некоторые представления о психофизическом воздействии цвета на организм человека.3 Оперирование древними инстинктами человека в современном рекламном дизайне Глава 3. Интерпретировать факторы восприятия...
26667. Экологические проблемы нефтедобывающей промышленности 8.38 MB
  Историческая справка о нефти. Возникновение нефти . Добыча нефти и газа . Современная технология добычи нефти .
26668. Утилизация и захоронение РАО в Архангельской области (Миронова гора) 12.32 KB
  Об этом на последнем заседании координационного совета по вопросам организации мероприятий по охране окружающей среды сообщил начальник отдела ядерной и радиационной безопасности Севмашпредприятия Михаил Малинин. Горожанам думается небесполезно узнать что специалистами ФГУП ВНИИпромтехнологии в свое время были разработаны мероприятия по организации санитарнопропускного режима и созданию системы непрерывного радиационного контроля физической защиты систем энергопитания и связи на Мироновой горе. В частности член координационного...
26669. Антропогенные опасности на территории Архангельской области 74.84 KB
  Ломоносова Естественногеографический факультет Географии и геоэкологии Реферат на тему: Антропогенные опасности на территории Архангельской области Выполнил: студент 4 курса отделения природопользования ...
26670. Воздействие нефтедобычи в НАО на многолетние мерзлые породы 17.11 KB
  В Государственном докладе О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2005 году отмечается что наибольший суммарный объем выбросов в атмосферу зафиксирован для предприятий по добыче сырой нефти и нефтяного попутного газа – 41 млн. м свежей воды в том числе при добыче сырой нефти и природного газа – 7015 млн. Аэробная зона – источник выделения углекислого газа образующегося при разложении органики в кислородной среде а анаэробная зона продуцирует метан. Парниковый эффект метана превышает действие равного количества...
26671. Проблемы освоения и добычи углеводородов в НАО 16.34 KB
  Основные технологические проблемы освоения морских нефтегазовых месторождений связаны со спецификой технологических условий на этапах обустройства месторождения и добычи. Вместе с тем существенных усилий требуют подготовка и транспортировка углеводородов