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

79 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

57797. Параллельность прямых и плоскостей в пространстве 118 KB
  Цели урока: обучающая: формировать предметные компетентности по математике: процедурную умение использовать разные информационные источники для поиска решения типовых задач; логическую использование математической и логической символики на практике при оформлении математических текстов...
57798. Паралельні та перпендикулярні прямі. Ознаки та властивості паралельних прямих 254.5 KB
  Мета: узагальнити й систематизувати знання учнів з теми; закріпити вміння застосовувати отримані знання під час розв’язування задач; розвивати логічне та наочно-образне мислення; навички самостійної роботи...
57799. У ЦАРСТВІ ПТАХІВ 140 KB
  Мета: продовжити знайомство учнів з особливостями байки навчити виразно читати розвивати способи й види читання байки вчити передавати шляхом інтонації характери дійових персонажів; збагатити знання учнів про життя птахів...
57800. Загальна характеристика класу Птахи 107.5 KB
  Мета: розширити знання учнів про різноманітність представників класу Птахів або Пернатих; показати особливості зовнішньої будови у звязку з польотом; вивчити будову піряного покриву типи піря їх будова та призначення;...
57801. Розмноження та розвиток птахів 83 KB
  Мета уроку. Сформувати поняття про поведінку птахів під час розмноження, звернути увагу складність будови пташиного яйця на типи розвитку птахів, ознайомити з різноманітністю гнізд, з’ясувати риси ускладнення розмноження та розвитку птахів порівняно з плазунами...
57802. Різноманітність птахів, їх значення для людини. Охорона птахів 119 KB
  Узагальнити та систематизувати знання знання учнів про птахів; розкрити їх роль у екосистемах та господарстві людини; перевірити рівень засвоєння матеріалу; продовжити формувати вміння узагальнювати...
57803. Інтегрований урок з математики та біології. Відсотки. Розв’язування задач на відсотки 44 KB
  Мета уроку: формувати практичні вміння і навички учнів застосовувати набуті знання до розвязування різних типів задач на відсотки; розвивати логічне мислення творчі та інтелектуальні здібності учнів...
57804. Раціональні числа. Порівняння, додавання та віднімання раціональних чисел 59 KB
  Вчитель повідомляє тему та мету уроку ставить завдання перед учнями на даний урок Слайд 4 ІІІ. Актуалізація опорних знань Повторення вивченого матеріалу Перевірка домашнього завдання в усній формі або ш ляхом...
57805. Умножение рациональных чисел 84.5 KB
  Цели урока: Образовательные: организовать деятельность учащихся по общению и систематизация знаний в рамках темы Умножение положительных и отрицательных чисел повысить уровень осмысления учащимися изученного материала.