Способ определения газовой вредности промышленного взрывчатого вещества
Владельцы патента RU 2407985:
Учреждение Российской академии наук Горный институт Кольского научного центра РАН (RU)
Изобретение относится к взрывным работам и может быть использовано в горнодобывающей промышленности. В предложенном способе определяют количество воздуха, поступающего в тупиковую подземную выработку, проветриваемую способом нагнетания. Взрывают заряд ВВ диаметром не менее 50 мм и длиной не менее 6 диаметров заряда в стальной оболочке с толщиной стенок не менее 5 мм в испытательной камере, которую создают в выработке посредством изолирующей перемычки, имеющей отверстие для выпуска воздуха проветривания. После взрыва воздух проветривания выпускают и посредством газоанализатора непрерывно измеряют концентрацию токсичных газов до уменьшения их содержания до порога чувствительности газоанализатора и рассчитывают газовую вредность. При этом дополнительно в момент взрыва производят измерение скорости детонации заряда ВВ для контроля полноты детонационного процесса. Обеспечивается определение газовой вредности ВВ на местах их потребления. 1 табл.
Изобретение относится к взрывным работам и может быть использовано в горнодобывающей промышленности для определения газовой вредности промышленных взрывчатых веществ (ВВ), изготовленных на местах их потребления.
В продуктах взрыва ВВ, изготовленных на местах их потребления, регистрируется значительное количество токсичных газов (обычно оксиды углерода и азота: СО, NO и NO2). Это обусловлено тем, что для современных промышленных ВВ характерна неидеальная детонация, вследствие неполноты разложения компонентов в зоне реакции детонационной волны. Газовая вредность - это суммарное значение количеств токсичных газов в продуктах взрыва, отнесенное к массе ВВ, с учетом коэффициента токсичности.
Известен лабораторный способ определения газовой вредности путем взрывания заряда ВВ в количестве 100 г, в бумажной оболочке диаметром 36 мм в стальном цилиндре объемом 20 л с глухим днищем и съемной крышкой (Л.В.Дубнов, Н.С.Бахаревич, А.И.Романов. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра. - 1988. - с.323-324).
Современные крупнодисперсные ВВ имеют большой критический диаметр открытого заряда и в бумажной оболочке диаметром 36 мм полностью не детонируют, поэтому для организации стационарного детонационного процесса необходимо работать с зарядами большего диаметра, а значит, и большей массы, что невозможно осуществить в лабораторных условиях.
Наиболее близким к заявляемому способу определения газовой вредности ВВ является взрывание заряда ВВ в шпуре в тупиковой подземной выработке, проветриваемой способом нагнетания (Парамонов П.А. Исследование образования ядовитых газов при ведении взрывных работ в угольных шахтах // Труды МакНИИ, т.XV. Вопросы безопасности в угольных шахтах. Госгортехиздат, 1963. - С.261-300). Перед взрывом определяют количество воздуха, поступающего в выработку на проветривание. Сразу после взрыва специально подготовленные замерщики в выбранных точках, обычно 100 м от места взрыва, дожидаются подхода переднего фронта волны взрывных газов, и с этого момента до полного их исчезновения, по сечению выработки производят отбор проб воздуха. Отбор проб производят в предварительно вакуумированные стеклянные сосуды через определенные интервалы времени. Затем, по данным химического анализа, проведенного в лаборатории, и замерам количества воздуха, пошедшего на проветривание, рассчитывают объем образовавшихся при взрыве токсичных газов. Делением полученных объемов на массу взорванного заряда ВВ получают удельные количества токсичных газов в л/кг. Газовую вредность рассчитывают путем сложения полученных значений, с учетом, коэффициента 6,5 для оксидов азота.
Недостатком известного способа является необходимость точно устанавливать момент подхода первой волны взрывных газов и окончания измерений, изменчивость условий проведения испытаний, что не позволяет сравнивать результаты экспериментов, а также большая опасность для замерщиков.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи определения газовой вредности современных промышленных крупнодисперсных ВВ, изготовленных на местах их потребления, в равных условиях, при которых обеспечиваются условия взрывания, сопоставимые с породным массивом, с одновременным контролем полноты протекания детонационного процесса посредством измерения скорости детонации.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе определения газовой вредности взрывчатого вещества, включающем определение количества воздуха, поступающего в тупиковую подземную выработку, проветриваемую способом нагнетания, взрывание заряда взрывчатого вещества известной массы в ней, отбор проб воздуха, выходящего из выработки, и расчет газовой вредности, согласно изобретению взрывают заряд ВВ диаметром не менее 50 мм и длиной не менее 6 диаметров заряда в стальной оболочке с толщиной стенок не менее 5 мм в испытательной камере, которую создают в выработке посредством изолирующей перемычки, имеющей отверстие для выпуска воздуха проветривания, после взрыва воздух проветривания выпускают и посредством газоанализатора непрерывно измеряют концентрации токсичных газов до уменьшения их содержания до порога чувствительности газоанализатора, причем дополнительно в момент взрыва производят измерение скорости детонации заряда ВВ для контроля полноты детонационного процесса.
Заряд смесевого крупнодисперсного взрывчатого вещества, изготовленного на месте его применения, диаметром не менее 50 мм, помещенный в стальную оболочку, детонирует полностью со скоростью соответствующей стационарному детонационному процессу, что свидетельствует о превышении критического диаметра детонации. Использование заряда диаметром менее 50 мм даже в стальной оболочке не приводит к достижению стационарности детонации, о чем свидетельствует низкая скорость процесса, близкая к дефлаграционному горению.
Использование в качестве оболочки бесшовной трубы с толщиной стенки не менее 5 мм снижает критический диаметр детонации испытуемого ВВ и моделирует взрывание в окружении горной породы. Использование оболочки с толщиной стенки менее 5 мм не обеспечивает развития стационарного детонационного процесса, при котором достигается максимальное выделение энергии взрыва.
Использование оболочки длиной не менее 5 диаметров заряда позволяет производить измерение газовой вредности в условиях, когда детонация заряда происходит в стационарном режиме, а свойства промежуточного детонатора не оказывают влияния на величину скорости детонации исследуемого ВВ.
Создание изолированной испытательной камеры в тупиковой подземной выработке позволяет точно определять количество воздуха, поступающего в камеру на проветривание. И, кроме того, позволяет выпускать воздух проветривания с продуктами взрыва только через отверстие, в которое вставлен зонд газоанализатора для непрерывного отбора проб воздуха с одновременным их анализом.
Измерение скорости детонации дает возможность контроля протекания детонационного процесса, при стационарности которого происходит максимальное выделение энергии при минимальном содержании токсичных продуктов взрыва.
Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты могут быть более наглядно пояснены нижеследующими примерами.
При реализации способа в качестве оболочки используют стальную бесшовную трубу с внутренним диаметром d, в которой находится заряд ВВ и размещены датчики для измерения скорости детонации. Поверхность раздела между зарядом ВВ и промежуточным детонатором принимают за плоскость инициирования. До взрыва вычисляют количество воздуха в м3/с, поступающего в испытательную камеру на проветривание и определяют массу заряда ВВ в кг. Далее заряд в оболочке помещают в камеру, подключают расположенные в нем датчики к прибору измерения скорости детонации и производят взрывание. Сразу после взрыва включают нагнетательный вентилятор, подающий воздух для проветривания выработки, закрывают изолирующую перегородку, в отверстие которой вставлен зонд газоанализатора для отбора проб. После окончания проветривания с учетом массы ВВ, количества воздуха, пошедшего на проветривание, и определенных количеств токсичных газов высчитывают их удельные количества в л/кг. В качестве испытуемого используют смесевое ВВ местного изготовления гранулит-5МП. Количество воздуха, поступающего на проветривание выработки, - 2,3 м3/с. Газовую вредность рассчитывают сложением удельных количеств определяемых газов, с учетом коэффициентов токсичности: для оксида углерода - 1, для оксидов азота - по 6,5.
Пример 1.
В испытательную камеру помещают трубу диаметром 50 мм, с толщиной стенки 5 мм с зарядом ВВ длиной 500 мм (~10 d), в котором на расстоянии больше 5 d от плоскости инициирования размещены датчики для измерения скорости детонации.
Масса заряда ВВ 883 г.
Скорость детонации 3650 м/с.
Удельное количество СО 11,7 л/кг.
Удельное количество NO 7,6 л/кг.
Удельное количество NO2 0,6 л/кг.
Газовая вредность 65,0 л/кг.
Пример 2.
В испытательную камеру помещают трубу диаметром 64 мм, с толщиной стенки 5 мм с зарядом ВВ длиной 750 мм (~11,5 d), в котором на расстоянии больше 7 d от плоскости инициирования размещены датчики для измерения скорости детонации.
Масса заряда ВВ 2604 г.
Скорость детонации заряда ВВ 3700 м/с.
Удельное количество СО 12,6 л/кг.
Удельное количество NO 7,3 л/кг.
Удельное количество NO2 0,4 л/кг.
Газовая вредность 62,65 л/кг.
Пример 3.
В испытательную камеру помещают трубу диаметром 98 мм, с толщиной стенки 5 мм с зарядом ВВ длиной 500 мм (~5 d), в котором на расстоянии 4 d от плоскости инициирования размещены датчики для измерения скорости детонации.
Масса заряда ВВ 3770 г.
Скорость детонации 4200 м/с.
Удельное количество СО 12,1 л/кг.
Удельное количество NO 7,1 л/кг.
Удельное количество NO2 0,4 л/кг.
Газовая вредность 60,9 л/кг.
Пример 4.
В испытательную камеру помещают трубу диаметром 98 мм, с толщиной стенки 5 мм с зарядом ВВ длиной 850 мм (~9 d), в котором на расстоянии 4 d от плоскости инициирования размещены датчики для измерения скорости детонации.
Масса заряда ВВ 5767 г.
Скорость детонации 4200 м/с.
Удельное количество СО 11,9 л/кг.
Удельное количество NO 7,0 л/кг.
Удельное количество NO2 0,5 л/кг.
Газовая вредность 60,65 л/кг.
Пример 5.
В испытательную камеру помещают трубу диаметром 40 мм, с толщиной стенки 5 мм с зарядом ВВ длиной 500 мм (~13 d), в котором на расстоянии 7 d от плоскости инициирования размещены датчики для измерения скорости детонации.
Масса заряда ВВ 656 г.
Скорость детонации 2900 м/с.
Удельное количество СО 15,2 л/кг.
Удельное количество NO 8,8 л/кг.
Удельное количество NO2 1,3 л/кг.
Газовая вредность 80,9 л/кг.
Пример 6.
В испытательную камеру помещают трубу диаметром 56 мм, с толщиной стенки 3 мм с зарядом ВВ длиной 560 мм (~10 d), в котором на расстоянии 6 d от плоскости инициирования размещены датчики для измерения скорости детонации.
Масса заряда ВВ 1241 г.
Детонация заряда не полная, скорость детонации не измерить.
Удельное количество СО 48,1 л/кг.
Удельное количество NO 14,7 л/кг.
Удельное количество NO2 5,5 л/кг.
Газовая вредность 179,4 л/кг.
Пример 7.
В тупиковую выработку, проветриваемую способом нагнетания, помещают трубу диаметром 98 мм, с толщиной стенки 5 мм с зарядом ВВ длиной 900 мм (~9 d), в котором на расстоянии 6 d от плоскости инициирования размещены датчики для измерения скорости детонации. Зонд газоанализатора устанавливают на расстоянии 100 м от места взрыва. После взрыва система газоанализатора производит автоматический отбор и анализ проб на количественное содержание токсичных газов.
Масса заряда ВВ 6359 г.
Скорость детонации 3950 м/с.
Удельное количество СО 1,7 л/кг.
Удельное количество NO 0,6 л/кг.
Удельное количество NO2 0,1 л/кг.
Газовая вредность 6,3 л/кг.
Пример 8 (По прототипу).
В шпур длиной 3,5 м, диаметром 105 мм, пробуренный в подземной тупиковой выработке, заряжают взрывчатое вещество и производят взрывание. После взрыва на выбранной замерной станции в 100 м от места взрыва, подготовленные специалисты-замерщики, используя средства защиты органов дыхания и глаз, отбирают пробы воздуха по сечению выработки через выбранные интервалы времени. Пробы на оксиды азота берутся в предварительно вакуумированные стеклянные сосуды, дальнейший анализ проводится в лабораторных условиях. Концентрацию угарного газа СО определяют экспрессивным линейно-колористическим методом с момента подхода переднего фронта волны взрывных газов до полного их исчезновения. По данным химического анализа, замеров количества воздуха и, зная массу взорванного ВВ, получают удельные количества токсичных газов.
Масса заряда ВВ 13120 г.
Скорость детонации 3950 м/с
Удельное количество СО 10,1 л/кг.
Удельное количество NOx 6,2 л/кг.
Газовая вредность 50,4 л/кг.
Как следует из вышеприведенных Примеров 1-4,8 (таблица), предложенный способ позволяет определить газовую вредность крупнодисперсного ВВ в условиях, при которых обеспечиваются условия взрывания, сопоставимые с породным массивом с одновременным контролем полноты протекания детонационного процесса. Газовая вредность для испытуемого гранулита-5МП составляет 60-65 л/кг, скорость детонации 3650-3950 м/с, что соответствует взрывчатым веществам данного типа.
| Длина заряда, ~d | Толщина стенки, MM | Диаметр заряда, мм | Масса заряда, г | Скорость детонации, м/с /на расстоянии d от плоскости инициирования/ | Газовая вредность, л/кг | |
| 1 | 10 | 5 | 50 | 880 | 3650/>5 d | 65,0 |
| 2 | 12 | 5 | 64 | 2170 | 3700/>5 d | 62,65 |
| 3 | 5 | 5 | 98 | 3390 | 4200/<5 d | 60,9 |
| 4 | 9 | 5 | 98 | 5770 | 4200/<5 d | 60,65 |
| 5 | 13 | 5 | 40 | 500 | 2900/>5 d | 80,9 |
| 6 | 10 | 3 | 56 | 1240 | детонация не полная | 179,4 |
| 7 | 9 | 5 | 100 | 6360 | 3950/>5 d | 6,3 |
| 8 | 29 | шпур в породе горной выработки | 105 | 29400 | 3950/>5 d | 50,4 |
Способ определения газовой вредности взрывчатого вещества, включающий определение количества воздуха, поступающего в тупиковую подземную выработку, проветриваемую способом нагнетания, взрывание заряда взрывчатого вещества (ВВ) известной массы в ней, отбор проб воздуха, выходящего из выработки, и расчет газовой вредности, отличающийся тем, что взрывают заряд ВВ диаметром не менее 50 мм и длиной не менее 6 диаметров заряда в стальной оболочке с толщиной стенок не менее 5 мм в испытательной камере, которую создают в выработке посредством изолирующей перемычки, имеющей отверстие для выпуска воздуха проветривания, после взрыва воздух проветривания выпускают и посредством газоанализатора непрерывно измеряют концентрацию токсичных газов до уменьшения их содержания до порога чувствительности газоанализатора, причем дополнительно в момент взрыва производят измерение скорости детонации заряда ВВ для контроля полноты детонационного процесса.
