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

81 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

46069. Принципы анализа речевых нарушений 17.5 KB
  Принцип развития предусматривает анализ речевых нарушений в динамике развития ребенка. Анализ речевого дефекта в динамике возрастного развития ребенка оценка истоков его возникновения и прогнозирование его последствий требует знаний особенностей и закономерностей речевого развития на каждом возрастном этапе. Анализ речевых нарушений с позиций развития позволяет выделить ведущий дефект и связанные с ним вторичные нарушения. У детей у которых этот вид деятельности развивается слабо например длительная болезнь предпосылки речевого развития...
46070. История развития учения о классификации речевых нарушений 17.5 KB
  История развития учения о классификации речевых нарушений.Куссмауля который подверг критическому анализу сложившиеся ранее представления о видах речевых нарушений систематизировал их упорядочил терминологию. В этой классификации было много общего: клинический подход связь выделенных нарушений с теми или иными нозологическими формами заболеваний а также язык описания в котором применялись термины составленные из латинских и греческих словообразований. Между классификациями прослеживаются и несовпадения обусловленные разными принципами...
46071. Характеристика основных форм речевых нарушений в соответствии с клинико-педагогической классификацией 34.5 KB
  Рассматриваемых в данной классификации можно подразделить на две большие группы в зависимости от того какой вид речи нарушен: устная или письменная. Нарушения устной речи могут быть разделены на 2 типа: фонационного внешнего оформления высказывания которые называют нарушениями произносительной стороны речи; структурносемантического внутреннего оформления высказывания которые называют системными или полиморфными нарушениями речи. Бывает изолированной или входит в состав ряда других нарушений речи. Брадилалия патологически...
46072. Характеристика основных форм речевых нарушений в соответствии с психолого-педагогической классификацией 25 KB
  Это позволило строить ее на основе лингвистических и психологических критериев среди которых учитываются структурные компоненты речевой системы звуковая сторона грамматический строй речи словарный запас функциональные компоненты речи соотношение видов речевой деятельности устной и письменной. Нарушения речи в данной классификации подразделяются на две группы.Фонетикофонематическое недоразвитие речи нарушение формирования произносительной системы родного языка у детей с различными речевыми расстройствами вследствие дефектов...
46073. Логопедическое воздействие как педагогический процесс. Принципы и методы логопедического воздействия 28.5 KB
  Логопедическое воздействие как педагогический процесс. Логопедическое воздействие представляет собой педагогический процесс в котором реализуются задачи корригирующего обучения и воспитания. Логопедическое воздействие опирается на общедидактические принципы: научности; воспитывающего характера обучения;систематичности и последовательности; доступности; сознательности; активности; индивидуального подхода и др. Логопедическое воздействие опирается на специальные принципы: этиопатогенетический ;системности и учета структуры речевого...
46074. Дислалия. Сведения из истории изучения нарушений звукопроизношения. Характеристика распространенности и симптоматики 14.5 KB
  Дислалия. Дислалия от греческого дис приставка означающая частичное расстройство и лалио говорю нарушение звукопроизношения при нормальном слухе и сохранной иннервации речевого аппарата. Впервые в научное обращение термин дислалия ввел профессор Вильнюсского университета врач И.20 века понятие дислалия претерпело существенные изменения.
46075. Дислалия. Классификация нарушений звукопроизношения 25 KB
  К ней относятся дефекты воспроизведения звуков речи фонем при отсутствии органических нарушений в строении артикуляционного аппарата. При функциональной дислалии несформированными оказываются специфические речевые умения произвольно принимать позиции артикуляторных органов необходимые для произношения звуков. Это может быть связано с тем что у ребенка не образовались акустические или артикуляционые образцы отдельных звуков. Фонемы не различаются по своему звучанию что приводит к замене звуков.
46076. Методика логопедического воздействия при функциональной дислалии (В 65) 25 KB
  Основной целью логопедического воздействия при дислалии является формирование умений и навыков правильного воспроизведения звуков речи. Ребенок должен научиться: узнавать звуки речи отличать один от другого по акустическим признакам; отличать нормированное произнесение звука от ненормированного; осуществлять слуховой контроль и оценивать качество произносимого звука; принимать необходимые артикуляционные позиции обеспечивающие нормированный звук; варьировать артикуляционные уклады звуков в зависимости от их сочетаемости с другими в...
46077. Ринолалия. Причины, механизмы, основные формы нарушения 29 KB
  Такое нарушения резонанса происходит в результате неправильного направления голосовой или дыхательной струи вследствие механического дефекта носовой полости носоглотки мягкого и твердого неба или расстройства функции мягкого неба. Назальный носовой оттенок речи связан с наличием широкого сообщения между ротовой и носовой полостью и недостаточным смыканием носоглоточного прохода изза укороченного мягкого неба. Расстройство звукообразования зависит : от нарушения деятельности мышечного аппарата мягкого неба глотки и языка; от...