Учебное пособие: Использование взрывчатых веществ

Исследование опасности ВВ при ударных нагрузках

Ударным нагрузкам могут подвергаться отказавшие заряды, а также патроны ВВ в процессе механизированного заряжания или других взрывных работ. Конструкция стенда для определения опасности взрыва ВВ при ударных нагрузках приведена на рисунке 5.9.

Рисунок 5.9 - Стенд МакНИИ для оценки чувствительности ВВ к ударным нагрузкам

Стенд состоит из бронекабины 1, внутри которой по направляющим с помощью ходового винта 2 перемещается захватывающий механизм 3 с грузом 4. При набегании роликов захватывающего механизма на сбрасывающие кулачки 5, установленные на заданной высоте h , груз 4 освобождается и падает, ударяя по бойку 6, подвешенному на пружинах. Перемещая сбрасывающие кулачки вдоль направляющих, а также изменяя массу груза, можно регулировать энергию удара в пределах от 3 до 70 кгс·м. Под бронекабиной имеется бронениша 7 с массивной дверью. В броненише устанавливаются образцы 8 исследуемых ВВ. При испытании на ударные нагрузки может применяться инструмент с заостренным или плоским торцом. Острый инструмент при ударе обеспечивает более высокие удельные давления на ВВ. Удар по ВВ острым инструментом оказался менее опасным, чем удар плоской поверхностью, вследствие малой площади очагов разогрева ВВ под острием, сравнительно легкого истечения вещества из-под острия и отсутствия замкнутости возникшего очага горения, способствующего ускорению процесса. Поэтому при испытаниях на чувствительность ВВ к ударным нагрузкам предпочтительнее боевик с плоской поверхностью диаметром от 20 до 25 мм.

Исследование условий безопасности при нагрузках трения на ВВ

Для проведения исследовательской работы для узлов трения с высоким удельным давлением при контакте трущихся поверхностей в присутствии ВВ разработана и используется установка (рисунок 5.10) [39].

Рисунок 5.10 - Установка определения чувствительности ВВ к трению при высоких удельных давлениях

Установка позволяет моделировать работу отдельных узлов трения зарядчиков или другого оборудования при удельном давлении в контакте трущихся поверхностей более 1500 кгс/см² , значительно превышающем допустимые напряжения для наиболее широко применяемых конструкционных материалов. Конструкция установки позволяет изменять материалы трущихся пар и обеспечивает постоянное обновление ВВ в зазоре между трущимися деталями.

Установка состоит из рычажной стойки 1, шарнирно закрепленной на основании, сменной пластины 2 и сменного валка 3 диаметром 95 мм, длиной рабочей части 100 мм. Валок вращается электродвигателем через клиноременную передачу. Скорость движения трущихся поверхностей регулируется от 0,1 до 10 м/с. С помощью набора грузов 4 и троса 5 рычажная стойка 1 вместе с закрепленной на ней сменной пластиной 2 постоянно прижимается к вращающемуся валку, образуя рычаг с отношением плечей 1:5. Конфигурация трущейся поверхности валка обеспечивает периодическое поступление новых порций ВВ из бункера 7 в рабочий зазор. Для контроля температуры в сменную пластину вмонтирована термопара 8.

Оценка вероятности взрыва от механических воздействий

На стендах, описанных выше, проводятся исследования опаснос-ти механических воздействий, которым ВВ могут подвергаться при механизированном заряжании. Исследования проводились на широко применяющихся при механизированном заряжании ВВ, а также на некоторых модельных составах.

Опасность ударных нагрузок. Условиями (факторами), от которых зависит возможность взрыва при ударе, помимо природы ВВ, являются конфигурация, размеры, материал, чистота обработки соударяющихся поверхностей, размеры и величина навески ВВ, а также условия истечения ВВ при ударе, так как при механизированном заряжании возможны нагрузки в условиях свободного или стесненного истечения ВВ из-под соударяющихся поверхностей.

При испытаниях чувствительности ВВ к удару моделирование условий удара сводилось к двум крайним случаям - удару острием и плоской поверхностью. В опытах применялись бойки стальные и армированные пластинкой ВК-15 диаметром 25 мм с углом заострения 55^о . В опытах [43] использовались следующие ВВ с навесками от 30 до 40 г: модельный состав №54, имеющий максимально возможное для предохранительных ВВ IV класса содержание гексогена и приготовленный на гранулированной аммиачной селитре; модельный состав «H», подобный составу №54, но содержащий вместо гексогена желатинированные нитроэфиры и приготовленный на мелкокристаллической селитре; порошкообразный аммонит 6ЖВ. Результаты опытов, приведенные в таблице 5.7, показывают, что взрываются при ударах только составы, содержащие гексоген и нитроэфиры, причем составы с нитроэфирами более взрывоопасны и мощность их взрывов выше.

На основании экспериментальных данных сделаны выводы по ориентации на применение тротилосодержащих составов для механизированного заряжания.

При испытании промышленных ВВ ударом плоской поверхностью в определенных условиях происходят вспышки ВВ, что может привести к возбуждению взрыва. Наличие очагов возбуждения установлено опытами, в которых использовались поддоны из дюралюминия, латуни и стали со шлифованными поверхностями, на которых оставались следы микровзрывов.

Вспышка является первой и необходимой предпосылкой возникновения взрыва. Если испытываемое ВВ мало отличается по детонационной способности, частость вспышек может служить показателем опасности их применения. С увеличением площади соударения (диаметра бойка) вероятность взрывов увеличивается: при диаметре бойка 10 мм в опытах не было вспышек и взрывов, а при диаметре бойка

20 мм и энергии удара 65 кгс·м все испытанные ВВ давали взрывы, что объясняется механизмом «горячих точек» при ударе.

Из таблицы 5.7 видно, что испытанные ВВ в результате ударов плоской поверхностью по свободно лежащему заряду дают вспышки или взрывы. Наиболее безопасными, как и при ударах заостренным бойком, оказались ВВ, не содержащие гексогена и нитроэфиров.

Из приведенных опытов сделан вывод, что для снижения травматизма целесообразно ориентироваться на применение ВВ, не содержащих чувствительных сенсибилизаторов.

На различных операциях с ВВ при эксплуатации, в том числе операции заряжания ВВ в скважины, широко применяют материалы из различных сплавов на основе алюминия и меди. В таблице 5.8 приведены результаты оценки влияния материала и чистоты его обработки на частость вспышек и взрывов [43] в опытах с зерногранулитом 79/21 на поддонах с относительно «чистой» поверхностью (R_aот 2,5 мкм до 0,63 мкм), имеющих царапины и вмятины глубиной до 1 мм. При каждом значении энергии удара проводилось от 100 до 180 опытов.

В результате анализа данных таблицы 5.9 авторами [43] сделаны выводы:

· при соударении деталей, изготовленных из стали, дюралюминия или латуни, с энергией удара до 10 кгсЧм случаев вспышек зерногранулита 79/21 не было;

· для стали, дюралюминия и латуни повышение чистоты обработки соударяющихся поверхностей снижает вероятность вспышек;

· при соударении стальных деталей с шероховатой поверхностью вероятность вспышки выше, чем при соударении деталей из дюралюминия и латуни.

5.4 Оценка электростатической безопасности при эксплуатации ВВ

Одним из перспективных направлений в области совершенствования техники и технологии взрывных работ, повышения производительности труда является механизация процессов заряжания зарядов ВВ с использованием пневмотранспорта, когда ВВ движется по шлангам к зарядным камерам потоком сжатого воздуха во взвешенном состоянии. При этом процессе возникает ряд нежелательных и опасных явлений: образование пылевого облака с различным фракционным спектром из частиц ВВ, при движении которых образуются заряды статического электричества, разряд которых может привести к вспышкам взвешенной пыли ВВ.

Обеспечение электростатической безопасности основывается на данных по электростатическим показателям, характеризующих чувствительность ВВ и средств взрывания к воздействию разрядов статического электричества (см. раздел 4) и выявлению параметров электростатических полей в производственных условиях. Явления и теоретические основы электризации пневмотранспорта изложены сотрудниками ВНИИПО, МИХМа в монографии [29] на основе работ, проводимых в лабораторных условиях на различных диэлектрических материалах. На натурных установках исследования пневмотранспорта с ВВ проводились в секторе физико-технических горных проблем Института физики Земли АН СССР, ИГД им. А.А. Скочинского, Северокавказском горно-металлургическом институте (СКГМИ), МакНИИ (г. Макеевка), Казахском политехническом институте и других предприятиях [7, 44-46].

5.4.1 Исследование опасности электростатических разрядов в пневмозаряжающих устройствах

В процессе пневмотранспорта сыпучих ВВ за счет накопления зарядов могут возникать следующие электрические разряды.

1. Искровые разряды, при которых возможен электростатический пробой диэлектрической стенки шланга. В этом случае условие пробоя материала шланга будет [29, 47]

s Ј ee_о Е_пр , (5.10)

где s - максимальная плотность электростатических зарядов на поверхности материала, мкКл/см² ;

e, e_о - диэлектрическая проницаемость материала и вакуума соответственно;

Е_пр - пробивная напряженность материала (электрическая прочность), кВ/см.

2. Разряды, имеющие место при резком нарушении механической целостности пневмотранспортирующей магистрали. Пробой возможен с наэлектризованного материала на заземленные части оборудования. Тогда в выражении (5.10) значение пробивной напряженности Е_пропределяется свойствами газа (воздуха), в котором транспортируется ВВ. Максимальное значение пробивной напряженности для воздуха равно Е_пр =3Ч10⁶ В/м.

3. Искровые разряды с проводящих элементов (металлические соединительные муфты) магистральных шлангов на заземленные элементы оборудования. Энергия электростатических зарядов, накапливаемых на проводящих элементах, определяется как энергия заряженного конденсатора

, (5.11)

где С - электрическая емкость металлических элементов, относительно земли, пФ;

U - потенциал на элементе, В.

4. Разряды с внутренней поверхности шланга на заземленные предметы. Условием отсутствия скользящих разрядов в соответствии с ГОСТ 12.1.018 [46] является

s Ј 0,4ЧК Чs_пр , (5.12)

где s - плотность зарядов на поверхности шланга, мкКл/см² ;

К - коэффициент безопасности;

s_пр - плотность зарядов, соответствующая диэлектрической прочности материала шланга, мкКл/см² .

5. Электрические разряды, происходящие внутри шланга. Например, между разнополярными объёмами концентраций взвешенных частиц.

Наиболее опасными являются последние три вида разрядов, так как в этих случаях искра имеет непосредственный контакт с пылевоздушной смесью ВВ. Среди электростатических разрядов внутри шланга следует выделить разряды, скользящие по внутренней поверхности шланга, и разряды, происходящие в потоке транспортируемого материала.

На рисунке 5.11 схематично показаны искровые разряды (1, 2, 3, 4, 5), возможные при пневмотранспортировании сыпучих ВВ, а также приведена схема исследований условий образования искр с проводящих элементов пневмотранспортирующих шлангов.