1. POJĘCIE MATERIAŁÓW WYBUCHOWYCH, DEFINICJA WYBUCHU (FIZYCZNY, CHEMICZNY)
Ładunek MW – określona, całkowita masa materiału wybuchowego (wraz z nabojem udarowym) umieszczony w jednym wyrobisku strzałowym. Wyrażany w kilogramach. Ładunki mogą być produkowane luzem (płynne, proszkowe lub granulowane) lub porcjowane i dostarczane w odpowiednich opakowaniach. Do robót strzałowych używa się odpowiednio skonstruowanych ładunków MW.
Nabój MW – pewna, najczęściej wykonana przez producenta, ilość materiału wybuchowego w postaci (najczęściej) walca o odpowiedniej średnicy, w odpowiednim opakowaniu fabrycznym.
Wyrobisko strzałowe – pusta przestrzeń w górotworze powstała wskutek urobienia i usunięcia skał, przeznaczona dla ładunku MW. W górnictwie wyrobiskiem tym jest najczęściej otwór strzałowy.
Otwór strzałowy – odwiert przeznaczony do umieszczenia w nim ładunku materiału wybuchowego bądź nabojnicy z innym środkiem strzałowym.
Współczynnik załadowania – stosunek masy ładunku do objętości komory.
Impuls początkowy wybuchu – energia niezbędna dla zapoczątkowania wybuchu MW.
Materiał wybuchowy – jednorodny związek chemiczny lub ich mieszaniny, które pod wpływem czynników zewnętrznych, takich jak uderzenie, tarcie lub zapalenie, ulega gwałtownej przemianie chemicznej, wydzielając wielkie ilości gazów o wysokiej temperaturze. Ta przemiana chemiczna polega najczęściej na gwałtownym połączeniu się składników materiału wybuchowego z tlenem.
Właściwości materiałów wybuchowych: - wielka prędkość przebiegu reakcji,- egzotermiczność reakcji chemicznej,- tworzenie się dużej ilości par lub gazów.
Ciało wybuchowe – substancja zdolna do reakcji wybuchowej pod wpływem bodźców zewnętrznych w obecności tlenu.
Środki strzałowe – środki służące do zainicjowania materiału wybuchowego w sposób racjonalny i bezpieczny.
Wybuch – gwałtowna zmiana stanu równowagi układu przebiegająca z wytworzeniem pracy mechanicznej, efektem dźwiękowym i świetlnym.
Wybuch fizyczny – reakcja w której zachodzi gwałtowna fizyczna zmiana równowagi układu, bez chemicznej reakcji. Źródłem może być energia elektryczna, kinetyczna lub cieplna.
Wybuch chemiczny – gwałtownie przebiegająca reakcja chemiczna, powodująca przemianę (rozkład lub spalanie) niektórych substancji lub ich mieszanin z wydzieleniem dużej ilości gazów lub par, wykonaniem pracy mechanicznej i efektem dźwiękowym oraz świetlnym.
2. RODZAJE ROZKŁADU MATERIAŁÓW WYBUCHOWYCH (DETONACJA, EKSPLOZJA, DEFLAGRACJA, SPŁON)
Detonacja – szybka reakcja rozkładu MW przebiegająca z prędkością 1000-9000 m/s, której towarzyszy bardzo silny huk oraz silne działanie kruszące i burzące skierowane we wszystkie strony. Górnicze MW detonują z prędkością 1500-6500 m/s. Prędkość detonacji jest wartością stałą zależną od energii pobudzenia, średnicy naboi oraz gęstości MW. Detonacja nie zależy od temperatury i ciśnienia zewnętrznego, rozprzestrzenia się ze stałą prędkością i amplitudą. Istota detonacji polega na spalaniu warstwowym MW i przekazywaniu od warstwy do warstwy ściskowej fali uderzeniowej z prędkością ponaddźwiękową.
Eksplozja – rozkład MW przebiegający z prędkością 300-1000 m/s. Jest charakterystycznym przykładem wolno działającego materiału wybuchowego (miotającego). Rozkład wybuchowy jest zdolny do wykonania pracy mechanicznej jeśli MW jest umieszczony w przestrzeni zamkniętej (otworze strzałowym). Zjawisku towarzyszy efekt dźwiękowy.
Deflagracja – spalanie się MW połączone z lekkim sykiem i szmerem. Prędkość rozkładu wynosi od kilki do kilkunastu m/s. Deflagracja nie daje żadnej pracy mechanicznej. Charakteryzuje się powolnym i egzotermicznym rozkładem MW bez konieczności doprowadzenia tlenu do MW. Powoduje szybkie spalanie się trujących gazów zawierających znaczne ilości tlenków azotu i tlenku węgla, opóźnienie odstrzału (do 10s na jeden nabój) i wyrzucenie przybitki.
Spłon – rozkład MW połączony z sykiem i gwizdem, prędkość rozkładu to kilkadziesiąt m/s i nie daje użytecznej pracy mechanicznej. Jest spowodowane użyciem zepsutych MW lub też nieprawidłową inicjacją lub niewłaściwym załadowaniem MW.
3. RÓŻNICA MIĘDZY FALĄ DETONACYJNĄ A FALĄ UDERZENIOWĄ
Fala detonacyjna – specyficzny rodzaj fali uderzeniowej, która rozprzestrzenia się w ładunku MW, wywołuje gwałtowny wzrost ciśnienia na czole fali. Energia fali uderzeniowej uzupełniana jest energią rozpadu chemicznego, dzięki czemu fala przebiega ze stałą prędkością. Fala detonacyjna po wyjściu z MW wywołuje falę uderzeniową, która traci swoją energię wraz z odległością.
Fala uderzeniowa – cienka warstwa, w której następuje gwałtowny wzrost ciśnienia gazu, rozchodząca się szybciej niż dźwięk. Fale uderzeniowe powstają podczas silnego wybuchu, ruchu ciała z prędkością ponaddźwiękową. Powoduje trwałe zaburzenie środowiska, gdyż cząstki jego nie powracają do poprzedniego stanu równowagi. Fale przenoszą duże ilości energii. Przechodzenie fali uderzeniowej powoduje skokowy wzrost ciśnienia, temperatury oraz gęstości.
Różnica pomiędzy falą uderzeniową a detonacyjną: fala uderzeniowa traci wraz z odległością swoją energię, natomiast fala detonacyjna przebiega ze stałą prędkością, ponieważ jej energia jest uzupełniana energią rozpadu chemicznego.
4. ROZKŁAD DETONACYJNY MW, PARAMETRY FIZYCZNE (CIŚNIENIE, PRĘDKOŚĆ)
Prędkość detonacji – prędkość związana ze sposobem przekazywania energii wybuchu do ośrodka. Prędkość determinuje wartość ciśnienia detonacji w czole fali oraz gazów wybuchowych, a także czas działania tych ciśnień na ośrodek. Prędkość detonacji dla danego MW jest wartością stałą i zależy od gęstości, średnicy ładunku oraz zamknięcia w otworze strzałowym.
Ciśnienie detonacji – związane jest z rozkładem MW i może wynosić 1,28-20,45 GPa. Ciśnienie samych gazów nie przekracza 10 GPa. Ciśnienie detonacji niszczy strukturę skały, a produkty detonacji wykorzystują ten stan, rozsadzają powstałe szczeliny i pęknięcia i tworzą własne.
5. SPOSOBY OKREŚLANIA PRĘDKOŚCI DETONACJI
Pomiar prędkości detonacji polega na wyznaczeniu wartości prędkości średniej lub maksymalnej przebiegu tego procesu. W praktyce stosuje się metodę Dautriche’a, która nie wymaga aparatury pomiarowej (warunki polowe). Ponad to stosuje się metody: fotograficzną oraz oscylograficzną.
Podział metod pomiaru prędkości detonacji:- metoda umożliwiająca wyznaczenie prędkości w każdym punkcie badanego ładunku,- metoda umożliwiająca pomiar średniej prędkości detonacji na długości ładunku MW,
6. PRĘDKOŚĆ DETONACJI – ZALEŻNOŚCI
Zależność prędkości detonacji od gęstości MW jest różna dla związków chemicznych i mieszanin. Można tu wyróżnić:- dolną gęstość graniczną, poniżej której MW nie jest zdolny do detonacji, - gęstość krytyczną, przy której prędkość detonacji jest największa,- górną gęstość graniczną, powyżej której MW już nie detonuje (MW zaprasowany na martwo).
Prędkość detonacji zależy od: - własności fizycznych MW- chemicznych właściwości domieszek,- gęstości ładunku,- średnicy ładunku,- zamknięcia w otworze strzałowym.
7. GĘSTOŚĆ DOLNA GRANICZNA, KRYTYCZNA I GÓRNA GRANICZNA
Gęstość MW – stosunek masy MW do jego objętości.
Dolna gęstość graniczna – gęstość poniżej której MW nie jest zdolny do detonacji.
Gęstość krytyczna – gęstość, przy której prędkość detonacji jest największa. Jest to gęstość maksymalna, przy której rozkład wybuchowy jest jeszcze możliwy. Po przekroczeniu gęstości krytycznej rozkład wybuchowy MW może zaniknąć, powodując niewypał. Gęstość krytyczna zależy od stanu fizycznego, składu, stopnia rozdrobnienia i wilgotności MW oraz od średnicy ładunku.
Górna gęstość graniczna – gęstość powyżej której MW już nie detonuje.
8. ŚREDNICA KRYTYCZNA DETONACJI ŁADUNKU, A ŚREDNICA GRANICZNA ŁADUNKU
Średnica krytyczna detonacji ładunku – średnica, poniżej której detonacja nie jest możliwa. Średnica ta zależy od stanu fizycznego MW (gęstości, wilgotności) i fizykomechanicznych właściwości ośrodka, w którym dokonuje się odstrzału. Poniżej średnicy krytycznej detonacji straty energii fali detonacyjnej wzrastają w takim stopniu, że fala nie dociera do dalszych warstw MW i detonacja zanika.
Średnica graniczna detonacji ładunku – średnica, powyżej której prędkość detonacji jest stała.
Prędkość graniczna – prędkość detonacji ładunku o nieskończenie dużej średnicy, tj. granica, do której zmierza prędkość detonacji przy powiększeniu średnicy ładunku.
9. SPOSOBY OKREŚLANIA SKUTECZNOŚCI MW (BLOK TRULZLA, WAHADŁO BALISTYCZNE)
Skuteczność MW – zależy od dwóch parametrów: ciśnienia detonacji i ciśnienia gazów powybuchowych.
Ciśnienie detonacji – powoduje spękanie górotworu
Ciśnienie gazów powybuchowych – powoduje zagęszczenie szczelin oraz ich rozszerzenie.
Metody określania skuteczności MW:- Metoda Trulzla – określenie przyrostu komory strzałowej w bloku ołowianym po zdetonowaniu w nim odpowiedniej masy ładunku badanego MW,- Metoda wahadła balistycznego – skuteczność określana jest na podstawie kąta wychylenia wahadła i na tej podstawie wyliczenia energii potrzebnej do takiego wychylenia. - Metoda zabiorowa i wciosowa – pozwala określić skuteczność MW na podstawie maksymalnej wielkości zabioru lub wcięcia przy strzelaniu w górotworze.
10. ZDOLNOŚĆ PRZENOSZENIA DETONACJI
Zdolność przenoszenia detonacji – zjawisko inicjowania przemiany wybuchowej ładunku biernego oddzielonym od ładunku czynnego przegrodą. Zdolność przenoszenia detonacji jest określona maksymalną odległością ładunku czynnego od biernego. Miarą przenoszenia detonacji jest najmniejsza odległość rozdzielająca ładunek bierny od czynnego wyrażona w centymetrach. Przy wybuchu ładunku MW powstają powietrzne fale uderzeniowe, które przy dostatecznej intensywności zdolne są do wywołania detonacji drugiego ładunku, znajdującego się nieopodal pierwszego. Im większy odstęp, przez który następuje przekazanie detonacji, tym pewniejszy jest MW i jego stosowanie w robotach strzelniczych.
Przenoszenie detonacji – zjawisko inicjowania przemiany wybuchowej (detonacji) w ładunku biernym, oddzielonym od ładunku czynnego przegrodą.
Odległość przenoszenia detonacji zależy od:- wielkości ładunku i rodzaju MW,- sposobu jego umieszczenia (otwarta przestrzeń, otwór strzałowy),- gęstości MW,- materiału wypełniającego przegrodę (woda, powietrze, węgiel),- warunków zewnętrznych (temperatura, ciśnienie).
11. EFEKT KANAŁOWY
Efekt kanałowy – specyficzny wpływ przestrzeni między ładunkiem MW, a ściankami otworu strzałowego prowadzący do zaniku detonacji. Wzrost gęstości detonacji rośnie powyżej górnej granicy wybuchowości, co prowadzi do zerwania detonacji. Im większa chropowatość ścianek, tym mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia efektu kanałowego. Zjawisko to bardzo często występuje w otworach wydłużonych. By uniknąć efektu kanałowego optymalizuje się wielkość otworu strzałowego i średnice MW. Uniknąć efektu kanałowego można, zmniejszając odstęp między nabojem a ścianką otworu do możliwego minimum. Można zastosować też lont detonacyjny wzdłuż całego ładunku.
Zanikanie fali detonacyjnej – powodowane jest przez falę uderzeniową, która wyprzedza falę detonacyjną (w naboju) w sierpowej przestrzeni między ładunkiem MW i ściankami otworu strzałowego. Fala uderzeniowa o stromym froncie oraz gorące gazy przemieszczające się za nią powodują, że zmniejsza się objętość ładunku i zwiększa gęstość do wartości bliskiej lub większej od krytycznej, co powoduje zwiększenie prędkości detonacji lub jej zanik.
12. BILANS TLENOWY
Bilans tlenowy – określa stopień utleniania składników lub pierwiastków wchodzących w skład MW. Określa nadmiar lub niedomiar tlenu w procentach pozostały po całkowitym utlenieniu węgla, wodoru i innych pierwiastków zawartych w 100g MW na CO2, H2O z uwzględnieniem N.
Bilans zerowy – zrównoważony, jest wówczas gdy produktami rozkładu są CO2, H2O i N2.
Bilans dodatni – ilość tlenu w MW przekracza zapotrzebowanie na całkowite utlenienie składników palnych. W tym przypadku w produktach wybuchu są znaczne ilości tlenku azotu.
Bilans ujemny – ilość tlenu zawarta w MW jest niewystarczająca do całkowitego utlenienia składników palnych. Powstają większe ilości CO i dodatkowo produkty detonacji, które przedostają się do wyrobiska po urobieniu skały i wychwytują tlen z atmosfery, utleniają się do CO2, co może spowodować zapalenie się pyłu węglowego i metanu.
13. CIEPŁO WYBUCHU I JEGO ZNACZENIE (TRÓJKĄT HESSA)
Ciepło detonacji (wybuchu) MW – ilość ciepła, jaka wydziela się podczas przemiany wybuchowej 1kg MW. Ciepło detonacji jest więc miernikiem jego energii potencjalnej, gdyż im więcej ciepła się wydziela przy wybuchu, tym wyższa jest zdolność pracy MW. Ciepło wybuchu może być obliczone teoretycznie lub oznaczone doświadczalnie w bombie kalorymetrycznej. Według prawa Hessa ciepło wybuchu zależy od początkowego i końcowego stanu układu, a nie zależy od stanów przejściowych.
Stan 1 – początkowy – substancje wyjściowe, z których tworzony jest MW,Stan 2 – pośredni – MW,Stan 3 – końcowy – gazy odstrzałowe,
Ciepło tworzenia – ilość ciepła, która wydziela się lub zostaje pochłonięta przy tworzeniu 1 mola MW z substancji podstawowych.
Ciepło spalania – ilość ciepła wydzielająca się przy spalaniu się 1 mola substancji podstawowych. Ciepło to można wyznaczyć doświadczalnie w bombie kalorymetrycznej.
14. TEMPERATURA WYBUCHU
Temperatura wybuchu – maksymalna temperatura, do której ogrzewają się podczas wybuchu produkty rozkładu MW. Temperatura wybuchu jest wprost proporcjonalna do ciepła wybuchu i odwrotnie proporcjonalna pojemności cieplnej produktów wybuchu. Znajomość temperatury wybuchu jest ważna przy decydowaniu o możliwości stosowania MW w danym środowisku wybuchowym.
Im niższa temperatura wybuchu, tym bezpieczniejsze stosowanie MW w górnictwie podziemnym.
Temperaturę wybuchu można określić ze wzoru T= Qv/Cv, gdzie: Qv – ciepło wybuchu w stałej objętości, Cv – średnie ciepło właściwe produktów wybuchu w stałej objętości.
Temperatura pobudzenia – temperatura, przy której może być zapoczątkowana samorzutna przemiana wybuchowa określonego MW.
15. BILANS ENERGETYCZNY MW
16. CO TO JEST WRAŻLIWOŚĆ MW I RODZAJE BODŹCÓW
Wrażliwość – podatność z jaką MW wybucha pod wpływem bodźców zewnętrznych. Mierzy się najmniejszą ilość energii wywołującą przemianę wybuchową. Wrażliwość MW na impuls zależy od czynników tak fizycznych jak i chemicznych. Wrażliwość zmienia się z gęstością, stanem skupienia, budową fizyczną i chemiczną MW, temperaturą otoczenia MW, postacią krystaliczną i wielkością cząstek MW lub ziaren substancji, obecności zanieczyszczeń.
Rodzaje bodźców zewnętrznych: - termiczne – nagrzewanie lub bezpośrednie działanie płomienia lub iskry,- mechaniczne – uderzenie, ukłucie, przebicie, tarcie,- elektryczne – wyładowanie elektryczne lub podgrzewanie drutem oporowym,- wybuchowe – działanie fali detonacyjnej lub fali uderzeniowej innego MW.
Bodziec początkowy – pewna ilość energii zewnętrznej doprowadzona do MW w celu wywołania przemiany wybuchowej.
Inicjacja – zapoczątkowanie wybuchu (celowe lub przypadkowe) za pomocą bodźca określanego inicjatorem (zapalnika).
17. ODDZIAŁYWANIE WYBUCHU NA OŚRODEK OTACZAJĄCY – SYPKI, ZWIĘZŁY (W FUNKCJI ODLEGŁOŚCI OD PŁASZCZYZNY ODSŁONIĘCIA)
Środowisko sypkie: piasek, żwir, glina, iły – cechuje się mniejszą wytrzymałością mechaniczną. Detonacja ładunku MW w takim ośrodku powoduje powstanie kawerny powybuchowej na skutek działania wysokiego ciśnienia gazów odstrzałowych. W przypadku umieszczenia ładunku w pobliżu swobodnej powierzchni (płaszczyzny odsłonięcia), gazy te wyciskają warstwę skały w kierunku zgodnym z linią najmniejszego oporu.
Środowisko zwięzłe: zdetonowanie ładunku MW powoduje gwałtowne uderzenie ciśnienia gazów odstrzałowych co wywołuje powstanie fali uderzeniowej o bardzo dużej amplitudzie, która miażdży skałę w bezpośrednim sąsiedztwie MW. Za strefą miażdżenia, w odległości od 5 do 6 promieni ładunku MW, w czole fali uderzeniowej panuje jeszcze duże ciśnienie, co powoduje zmianę struktury skały, która zachowuje się jak środowisko plastyczne. W odległości od 10 do 12 promieni ładunku MW, w skutek zmniejszenia się prędkości i ciśnienia, fala uderzeniowa przechodzi w falę naprężeń. Powstają obwodowe naprężenia, które powodują powstanie promieniowych spękań. Po nagłym spadku ciśnienia w otworze, w którym znajdował się ładunek MW, bezpośrednio otaczająca go warstwa skały, która wcześniej stała się plastyczna, traci teraz swoje właściwości i odpręża się do wewnątrz. Z kolei gazy odstrzałowe wypełniają powstałe spękania i poszerzają je. W odległości większej od 150 promieni ładunku MW naprężenia obwodowe nie powodują już spękań, powstają jedynie fale sprężyste.
18. ROZKŁAD NAPRĘŻEŃ PRZY FALI UDERZENIOWEJ PIERWOTNEJ I WTÓRNEJ
19. ROZKŁAD NAPRĘŻEŃ PRZY RÓWNOCZESNEJ DETONACJI DWÓCH ŁADUNKÓW MW
20. ROZKŁAD NAPRĘŻEŃ PRZY ODPALENIU MILISEKUNDOWYM
21. ZASADA DZIAŁANIA ŁADUNKU KUMULUJĄCEGO, PRZYKŁADY ZASTOSOWANIA
22. CO TO JEST ZABIÓR, WŁOM, PŁASZCZYZNA ODSŁONIĘCIA I DODATKOWA PŁASZCZYZNA ODSŁONIĘCIA?
Zabiór – określona część calizny urobiona za pomocą kombajnu lub robót strzałowych
Rodzaje zabioru: - liniowy,- przestrzenny,
Zabiór liniowy – najkrótsza odległość powierzchni przodku do ładunku MW (prostopadła),
Zabiór przestrzenny – część calizny, która podlega działaniu MW. Zabiór ten będzie większy im więcej będzie odsłoniętych płaszczyzn calizny.
Włom – oddzielenie za pomocą kilku ładunków MW części calizny w celu stworzenia dodatkowych odsłonięć płaszczyzny i ułatwienie działania dalszych ładunków, których zadaniem jest oberwanie i rozkruszenie reszty skały na głębokość włomu.
Płaszczyzna odsłonięcia – powierzchnia calizny powstała po odstrzale bądź wykonaniu wrębu, od której prowadzi się dalej drążenie wyrobiska.
23. ZASADA WŁOMOWANIA I RODZAJE WŁOMÓW
Podział włomów:- klinowe,- piramidalne,- stożkowe,- wachlarzowe,- szczelinowe
Włom klinowy: stosuje się w skałach o wyraźnych płaszczyznach uwarstwienia. W zależności od usytuowania tych płaszczyzn względem czoła przodku rozróżnia się kilka odmian włomów klinowych.
Włom piramidalny: otrzymywany jest przez odpalenie czterech otworów wywierconych zbieżnie do środkowej części przodku. Stosuje się go w skałach jednolitych o dużej zwięzłości bez wyraźnego uławicenia.
Włom stożkowy: ma kształt stożka, którego oś pokrywa się z osią chodnika, a podstawa leży w płaszczyźnie czoła przodku. Wykonuje się go za pomocą 6 do 8 otworów strzałowych, odwierconych zbieżnie ku środkowi. Stosuje się go w takich samych warunkach jak włom piramidalny.
Włom wachlarzowy: stosowany, gdy skała jest uwarstwiona oraz gdy jedna z warstw ma mniejszą wytrzymałość, np. cienki pokład węgla. Otwory włomowe zakłada się w tej właśnie warstwie. Może być poziomy lub skośny, może być wykonany pod stropem, w środku lub przy spągu chodnika, zależnie od nachylenia i położenia warstwy nadającej się do tego celu.
Włom szczelinowy: pionowy lub poziomy, wykonuje się go poprzez odwiercenie szeregu otworów usytuowanych w linii prostej, z których co drugi załadowuje się MW. Odległość między otworami to od 5 do 20 cm, zależnie od własności skał. Można go stosować skałach jednolitych bez uławicenia.
24. RODZAJE ŁADUNKÓW MW I ZASADY ICH ROZMIESZCZENIA
Rodzaje ładunków MW:- wewnętrzne - zewnętrzne
Ładunek wewnętrzny MW – ładunek umieszczony wewnątrz calizny skalnej.
Podział ładunków wewnętrznych MW:- kolumnowe,- skupione,- rozłożone,- z pustą przestrzenią- członowe
Ładunek zewnętrzny MW – ładunek przyłożony do powierzchni skały. Ładunek zewnętrzny również trzeba przykryć materiałem przebitkowym.
Podział ładunków zewnętrznych MW:- nakładane,- podkładane,- przykładane
Ładunek wewnętrzny kolumnowy – ładunek umieszczony w otworze strzałowym. Ładunki te mają kształt wydłużony i cylindryczny.
Ładunek wewnętrzny skupiony – stosunek szerokości do długości ładunku wynosi 1:2. Stosuje się go przeważnie w robotach kamiennych lub w górnictwi...
pitol23