Учебное пособие: Использование взрывчатых веществ

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 Сгенератора 5.

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

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 зажиганияW_мин .

5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

взрывчатое вещество токсичность безопасность

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 R ₀определяют 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

Рисунок 5.1 - Зависимость давления Р на фронте ударной волны при взрыве ВВ от приведенного расстояния (R /m ^1/3 )

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 расстоянийR_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 массывзрывающихся 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.

1 - граница минимальных повреждений; 2 - граница значительныхповреждений; 3 - частичное разрушение зданий(от 50 до 75 % стен разрушено)