EKSPLOZIVI I SREDSTVA ZA PALJENJE

Savremeno rudarstvo, a pogotovo masovna eksploatacija siromašnih metaličnih ležišta‚ ne bi se mogla zamisliti bez primene savremenih rudarskih eksploziva i snažne rudarske mehanizacije. Rudarstvo je privredna grana gde su eksplozivi našli najširu primenu za eksploataciju čvrstih mineralnih sirovina. Ostale privredne grane koriste eksplozive u znatno manjim količinama, pa se zato privredni eksplozivi s pravom nazivaju i rudarski eksplozivi.

Eksplozivi i eksplozivne materije nažalost danas se mnogo koriste i u vojne svrhe. Postoji velika razlika izmedu rudarskih i vojnih eksploziva u sastavu, načinu proizvodnje i primene.

Od svih tehničkih fakulteta samo na rudarskom fakultetu studenti detaljno izučavaju tehnologiju proizvodnje, a naročito primene eksploziva u rudarstvu. Dobro poznavanje organske hemije je od izuzetnog značaja za tehnologiju proizvodnje privrednih eksploziva.

1. DEFINICIJA, PODELA I KARAKTERISTIKE EKSPLOZIVNIH MATERIJA I EKSPLOZIVA

Eksplozivne materije su hemijska jedinjenja ili mehaničke smeše hemijskih jedinjenja u čvrstom ili tečnom stanju, koje u sebi sadrže neophodne elemente za proticanje hemijske reakcije, praćene oslobađanjem toplote i gasnih produkata. Svaka eksplozivna materija nije tehnički upotrebljiva, niti se u tehničkom smislu može nazvati eksplozivom.

Eksplozivi su proste ili složene eksplozivne materije koje se pod uticajem spoljašnjeg impulsa (udar, trenje, toplota) trenutno razlože i pređu u gasovito stanje. Pri eksploziji oslobađa se velika količina gasovitih produkata, usled čega dolazi do naglog porasta pritiska i temperature.

Eksplozija se javlja kao zvučni efekat pri razlaganju eksploziva. Praćena je pojavom gasova koji su pod većim pritiskom od pritiska sredine u kojoj nastaje eksplozija. Usled razlike u pritiscima dolazi do nagle ekspanzije gasova eksplozije, pri čemu se energija eksplozije pretvara u mehanički rad.

Eksploziju ne karakteriše samo količina oslobođene energije, već je mnogo važnija brzina kojom se ova energija oslobađa. Količina oslobođene energije u jedinici vremena predstavlja snagu eksploziva. Pri eksploziji 1kg plastičnog eksploziva oslobodi se oko 4200kJ/kg energije u deliću sekunde.

Da bi nastupio proces hemijskog razlaganja eksplozivne materije molekulima treba saopštiti minamalno potrebnu energiju (energiju aktiviranja) da bi postali aktivniji, jer su samo aktivni molekuli podložni hemijskim promenama. Zavisno od načina na koji se dovodi energija aktiviranja, razlaganje eksplozivnih materija može se obavljati na tri načina: gorenjem, deflagracijom i detonacijom.

Gorenju su podložne sve eksplozivne materije zavisno od temperature i vremena izlaganja visokim temperaturama. Temperatura gorenja je najčešće niža od temperature eksplozije. Gorenje eksploziva odvija se na račun hemijski ugrađenog kiseonika u eksploziv, bez prisustva kiseonika iz vazduha.

Deflagracija je proces razlaganja eksploziva kod koga se energija aktiviranja molekula predaje od sloja do sloja prenošenjem toplote. Brzina hemijskog razlaganja kod deflagracije je relativno niska i iznosi od nekoliko cm do nekoliko stotina metara u sekundi.

Detonacija je proces razlaganja eksploziva kod koga se energija aktiviranja molekula prenosi od sloja do sloja putem udarnog talasa, koji se kroz eksplozivnu materiju kreće nadzvučnom brzinom. Detonaciona brzina razlaganja eksplozivnih materija dostiže vrednost od 1300-9300m/s. Zavisi od hemijskog sastava eksploziva, gustine punjenja, prečnika patrone i dr.

1.1. PODELA EKSPLOZIVA Eksplozivi su prosta hemijska jedinjenja ili mehaničke smeše hemijskih jedinjenja, koja se pod uticajem

spoljašnjeg impulsa trenutno razlože i pređu u gasovito stanje. Podela eksploziva i eksplozivnih materijala vrši se na sledeće načine: − po hemijskom sastavu, − po agregatnom stanju, − po relativnoj konzistenciji, − prema brzini razlaganja, − prema nameni. Po hemijskom sastavu eksplozive delimo na: − čista hemijska jedinjenja, − mehaničke smeše hemijskih jedinjenja. U čista hemijska jedinjenja spadaju eksplozivi koji imaju jedinstvene molekule u kojima su komponente

(ugljenik, vodonik, kiseonik, azot i dr.) međusobno hemijski vezani u jedinstven sistem (trotil, nitroglicerin, pentrit, heksogen, fulminat žive i dr.).

2Mehaničke smeše više hemijskih spojeva predstavljaju eksplozive kod kojih su ulazne

komponente međusobno pomešane u mehaničku smešu, koja ne predstavlja hemijsko jedinjenje. Pri homogenizaciji ovih eksploziva vrši se mehaničko mešanje ulaznih komponenti bez hemijske reakcije.

Prema agregatnom stanju i opštim fizičkim osobinama, eksplozive i eksplozivne materije delimo na: − gasovite eksplozivne smeše (metan-vazduh, acetilen-vazduh), − eksplozivne smeše čvrstih i tečnih materija sa gasovima (ugljena prašina-vazduh, derivati nafte-

vazduh i dr.), − tečne eksplozivne smeše (nitro-benzo-azotna kiselina i dr.), − smeše čvrstih i tečnih eksplozivnih materija (nitroglicerin- amonijumnitrat, amonijumnitrat-dizel

gorivo), − čvrsta eksplozivna jedinjenja ili smeše (trinitrotoluol, heksogen, amonijumnitrat, trinitrotoluol i dr.). Prema relativnoj konzistenciji eksplozive delimo na: − praškaste, − poluplastične, − plastične, − vodoplastične - kašaste, − granulirane, − presovane, − livene. Prema brzini razlaganja i načinu delovanja eksplozive delimo na: − brizantne, i − deflagrantne. Prema nameni eksplozivi se dele na: − eksplozive za radove na površini, − eksplozive za radove pod zemljom, − eksplozive za rad u rudnicima sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine (metanski

sigurnosni eksplozivi), − eksplozive za specijalne svrhe.

1.2. KARAKTERISTIKE EKSPLOZIVA Karakteristike rudarskih eksploziva zavise od sastava i kvaliteta sirovina za dobijanje eksploziva.

Sastav eksploziva mora biti takav da pri eksploziji ne oslobađa štetne gasove ili ostavlja čvrste ostatke. Osobine rudarskih eksploziva mogu se grupisati u dve osnovne grupe i to: − fizičko – hemijske osobine, i − tehničko - minerske osobine. Između ovih osobina postoji međusobna zavisnost o čemu se pri proizvodnji eksploziva mora voditi

računa. Rudarskim stručnjacima je od izuzetne važnosti dobro poznavanje svih osobina eksploziva, a naročito

tehničko-minerskih, radi njihove što pravilnije i efikasnije primene u eksploataciji. Ispitivanje tehničko-minerskih osobina rudarskih eksploziva vrši se obavezno pri proizvodnji eksploziva, a i kasnije u toku njihove upotrebe.

Uslovi za izradu i isporuku rudarskih eksploziva dati su u JUS-u H.D1.020. U daljem tekstu obradiće se važnije fizičko-hemijske i tehničko-minerske karakteristike eksploziva.

Postupci njihovog određivanja detaljno su obrađeni u Praktikumu - Metode ispitivanja.

1.2.1. Fizičko-hemijske karakteristike eksploziva Najvažnije fizičko-hemijske osobine eksploziva su: gustina, bilans kiseonika, hemijsko razlaganje

eksploziva, brzina razlaganja, hemijska stabilnost, granični prečnik eksplozivnog punjenja, osetljivost na iniciranje, pritisak eksplozije, toplota i temperatura eksplozije, gustina patrone, vodootpornost i dr.

Gustina je osobina od koje u velikoj meri zavise karakteristike eksploziva. Postoji nekoliko gustina eksploziva, kao što su: gustina punjenja, kritična gustina, nasipna gustina, gustina minskog punjenja i dr.

Gustina punjenja predstavlja odnos mase eksploziva i ukupne zapremine, uključujući sve pore i šupljine među kristalima koje ostaju nakon patroniranja, presovanja ili livenja eksploziva. Kod rudarskih eksploziva kreće se oko 1,0g/cm3 za praškaste vrste i oko 1,5g/cm3 za plastične vrste eksploziva.

Kritična gustina je maksimalna gustina pri kojoj eksploziv sigurno (stabilno) detonira. Pri daljem povećanju gustine iznad kritične eksplozija izostaje.

Nasipna (gravimetrijska) gustina je gustina koja se postiže pri sobodnom padu eksploziva. Izražava se u kg/l. Zavisi od veličine i oblika kristala, visine sa koje eksploziv pada, sadržaja vlage i dr.

Gustina minskog punjenja je odnos mase eksploziva i zapremine dela minske bušotine u koju se stavlja eksploziv.

3Bilans kiseonika predstavlja razliku količine kiseonika koja se nalazi u sastavu eksploziva

(hemijski vezanog) i količine koja je potrebna za potpunu oksidaciju (sagorevanje) ugljenika, vodonika i drugih alkalnih metala.

U zavisnosti od toga da li u gasovitim produktima razloženog eksploziva ima molekula kiseonika ili nema, razlikuju se tri slučaja:

− pozitivan bilans kiseonika, − uravnotežen (nulti) bilans kiseonika, − negativan bilans kiseonika. Eksploziv ima pozitivan bilans kiseonika kada u produktima sagorevanja ima slobodnog kiseonika, koji

je preostao posle potpune oksidacije ugljenika u CO2 i vodonika u H2O. Jako pozitivan bilans kiseonika je štetan, jer dolazi do njegovog gorenja i stvaranja azotnih oksida.

Eksploziv ima nulti (uravnotežen) bilans kiseonika kada u produktima sagorevanja nema slobodnih molekula kiseonika. Takav odnos sastavnih komponenti naziva se stehiometrijskim.

Eksploziv ima negativan bilans kiseonika kada je količina ugrađenog kiseonika nedovoljna za potpunu oksidaciju svih sagorljivih elemenata iz eksploziva. Tada se u produktima sagorevanja pojavljuje veća količina otrovnih gasova zbog nepotpune oksidacije, kao što su: ugljenmonoksid, oksidi azota, sumporni gasovi itd., koji su veoma opasni po zdravlje ljudi.

Eksplozivi namenjeni za podzemnu eksploataciju moraju imati pozitivan bilans kiseonika, a eksplozivi namenjeni za površinsku eksploataciju mogu imati i negativan bilans kiseonika.

Bilans kiseonika za standardnu eksplozivnu materiju CaHbNcOd dat je izrazom:

K d ab M

MbO

E= − +

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥ ⋅2

21002 %

gde je: d - broj molekula kiseonika u eksplozivu, a – broj molekula ugljenika u eksplozivu, b – broj molekula vodonika u eksplozivu, MO2

– molekulska masa kiseonika, ME – molekulska masa eksploziva. U tabeli 1. dat je bilans kiseonika nekih eksplozivnih materija.

Tab. 1. Bilans kiseonika nekih eksplozivnih materija Eksplozivna materija

Bilans kiseonika, %

Eksplozivna materija

Bilans kiseonika, %

natrijumnitrat +47,1 aluminijum -89,0 kalijumnitrat +39,6 drveno brašno -127,4 amonijumnitrat +20,0 trotil -74,0 nitroglicerin +3,52 papir -130,0 nitroglikol 0,00 drveni ugalj -191,0 heksogen -21,6 parafin -346,0 tetril -47,4 - -

Hemijsko razlaganje eksploziva predstavlja oksidaciju sagorljivih elemenata u masi eksploziva, pri čemu nastaju produkti eksplozije.

Jednačina hemijskog razlaganja za standardnu eksplozivnu materiju CaHbNcOd data je izrazom:

C H N O aCOb

H Oc

N db

a Oa b c d = + + + − −⎛⎝⎜

⎞⎠⎟2 2 2 22 2

12 2

2

Na osnovu jednačine hemijskog razlaganja eksploziva vidi se da se u gasovitim produktima potpune detonacije nalaze: ugljendioksid, vodonik, kiseonik, azot, voda ili vodena para, kao i smeše zasićenih i nezasićenih ugljovodonika. U produktima nepotpune detonacije pojavljuju se jako otrovni gasovi uglenmonoksid, azotovi oksidi i dr. Svaku eksploziju prati i izdvajanje velike količine toplote.

Sastav gasovitih produkata nastalih pri hemijskom razlaganju eksploziva zavisi od hemijskog sastava, brzine razlaganja eksploziva i sredine u kojoj se eksplozija odvija (zatvorena ili otvorena).

U tabeli 56. (v. Praktikum-Metode ispitivanja) dat je udeo pojedinih produkata eksplozije nekih eksplozivnih materija i sastavnih komponenti eksploziva.

Brzina hemijskog razlaganja predstavlja brzinu provođenja energije aktiviranja kroz masu eksploziva. Na osnovu brzine hemijskog razlaganja eksplozivi se dele na: deflagrantne i brizantne. Kod deflagrantnih eksploziva energija aktiviranja prenosi se kroz masu eksploziva provođenjem

toplote, dok kod brizantnih eksploziva putem detonacionog-udarnog talasa. Prenošenje energije aktiviranja putem detonacionog talasa je mnogo brže nego provođenjem toplote.

4Kriva udarnog talasa pri detonaciji shematski je data na sl. 1.

Sl. 1. Kriva udarnog talasa pri detonaciji:

p-pritisak eksplozije; v-brzina rasprostiranja Deflagrantni eksplozivi imaju relativno malu brzinu razlaganja do 1000 m/s (npr. brzina razlaganja

crnog baruta je oko 400m/s), dok brzina detonacije brizantnih eksploziva dostiže više hiljada metara u sekundi (kod privrednih eksploziva najčešće od 3000-7300m/s, a vojnih do 9300m/s).

Granični prečnik eksplozivnog punjenja predstavlja minimalni prečnik punjenja ispod koga se ne može izazvati detonacija eksploziva. Pri manjem prečniku od graničnog prečnika detonacije, hemijski gubici usled bočnog rasipanja dovode do znatnog smanjenja energiju udarnog talasa, a samim tim i brzine proticanja udarnog talasa kroz eksplozivnu masu. Ovako oslabljena energija talasa više nije u stanju da izazove hemijsko razlaganje u ostalim delovima eksplozivnog punjenja, pa detonacija prestaje.

Veličina kritičnog prečnika detonacije zavisi od sastava i vrste eksploziva. Ukoliko eksploziv ima veći procenat senzibilizatora kritični prečnik je manji. Male kritične prečnike imaju vrlo osetljivi i jako brizantni eksplozivi.

Početni inicijalni impuls predstavlja neophodan i dovoljno snažan impuls za početak razlaganja eksploziva, kako bi se eksploziv potpuno razložila sa najvećom brzinom detonacije. Za svaki eksploziv određena je minimalna količina inicijalnog eksploziva koja izaziva potpuno razlaganje.

Početni inicijalni impuls može biti: − toplotni (plamen, zagrevanje, snop zraka i sl.); − mehanički (udar, trenje i dr.); − hemijski (reakcije sa oslobađanjem toplote). Veličina početnog inicijalnog impulsa zavisi od osetljivosti eksplozivne materije, gustine patroniranja,

homogenosti mase, vlažnosti i dr. Osetljivost (senzitivnost) eksploziva predstavlja otpornost eksploziva prema spoljnim faktorima, kao

što su: vlaga, povišena temperatura, udar, potres, trenje itd. Higroskopnost je osobina pojedinih eksploziva da na svojim kristalnim površinama apsorbuju molekule

vode iz vazduha, usled čega postaju praktično neupotrebljivi. Manji kristali eksploziva apsorbuju više molekula vode iz vazduha. Higroskopnost je karakteristična za praškaste eksplozive: amonijumnitrat, praškaste amonijum-nitratske eksplozive i dr. Ovi eksplozivi kad se jače ovlaže teško detoniraju ili u opšte ne mogu detonirati.

Osetljivost prema toploti je naročito velika kod baruta, fulminata žive i azida olova, koji eksplodiraju pod dejstvom povišene temperature (iskra, plamen i sl.). Mnogi brizantni eksplozivi (praskavi želatin, dinamit, amonal i dr.) kad dođu u kontakt sa plamenom samo se upale i gore bez eksplozije.

Osetljivost eksploziva prema udaru i potresu kreće se u vrlo širokim granicama. Fulminat žive, azid olova i drugi inicijalni eksplozivi veoma su osetljivi na udar i potres, zbog čega se koriste za izradu sredstava za paljenje eksploziva. Dinamiti na temperaturama ispod +80C "smrzavaju se" i postaju vrlo osetljivi na potres i trenje. Stepen zbijenosti praškastih eksploziva smanjuje njihovu osetljivost ako se pređe izvesna granica. Prisustvo oštrih čestica u eksplozivu (pesak, čestice metala, stakla i sl.) jako povećavaju osetljivost eksploziva prema udaru. Primese uljanih i voštanih materija umanjuju osetljivost eksploziva pri potresu.

Toplota eksplozije je količina toplote koja se oslobodi pri potpunom eksplozivnom razlaganju 1kg ili 1mola eksploziva, pri stalnoj zapremini. Izražava se u kJ/molu ili kJ/kg. Određuje se eksperimentalno pomoću kalorimetra za eksplozive ili računskim putem. Ukoliko je veća količina oslobođene toplote pri eksploziji utoliko je veća i radna sposobnost eksploziva.

Temperatura eksplozije predstavlja maksimalnu temperaturu do koje se pri eksploziji zagreju produkti eksplozije. Zavisi od hemijskog sastava eksploziva i dobijenih produkata eksplozije. Određuje se eksperimentalno spektografskom metodom ili računskim putem. Što je temperatura eksplozije niža, to je opasnost od detonacije eksploziva veća i obratno.

Pritisak eksplozije predstavlja zbir pritiska gasova i pritiska detonacije. Kod brizantnih eksploziva razlikuju se: − pritisak gasova ostvaren neposredno posle eksplozije eksploziva u određenom prostoru, i − pritisak detonacije ostvaren u sloju eksploziva zahvaćenog talasom detonacije. Kod brizantnih eksploziva udarnim dejstvom pritisaka detonacije stena se zdrobi, a zatim se pritiskom

gasova razdrobljeni materijal razbaca. Kod deflagrantnih eksploziva dolazi do izražaja samo pritisak gasova. U tabeli 5. date su vrednosti pritiska eksplozije nekih eksploziva.

Tab. 5. Pritisak eksplozije nekih eksploziva Eksploziv

Gustina

Brzina detonacije

Pritisak detonacije

Pritisak gasova

5kg/l m/s MPa MPa

crni barut 1,2 do 400 - 340 minerska želatina 1,63 7800 16800 5680 dinamit 1,53 6500 11000 2900

1.2.2. Tehničko-minerske karakteristige eksploziva Najvažnije tehničko-minerske osobine eksloziva su: radna sposobnost, brizantnost, brzina detonacije,

prenos detonacije, veličina i trajanje plamena eksplozije, osetljivost na udar, relativna radna sposobnost, sigurnost na metan i eksplozivnu ugljenu prašinu i dr.

Radna sposobnost i brizantnost spadaju u grupu najvažnijih tehničko-minerskih karakteristika eksploziva, na osnovu kojih se u praksi najčešće vrši izbor eksploziva.

Radna sposobnost se definiše kao ukupno dejstvo pritiska gasova i pritiska detonacije, ili ukratko kao jačina eksploziva.

Teorijski, po Kast-u, radna sposobnost se računa po formuli: R = ρ . p . v gde je: ρ - gustina eksploziva; p - specifični pritisak; v - brzina detonacije. Eksperimentalno radna sposobnost se može odrediti na sledeće načine: proširenjem standardnog

olovnog bloka-metoda Traucla, balističkim klatnom (tzv. relativna radna sposobnost), podvodnom eksplozijom, krater testom i drugim metodama.

Metoda proširenja standardnog olovnog bloka, Traucl test, predstavlja jednu od najstarijih i najčešće primenjivanih metoda za ispitivanje efikasnosti eksploziva. Radna sposobnost po ovoj metodi predstavlja proširenja cilindrične rupe u olovnom bloku prečnika 200mm i visine 200mm. Izražava se u cm3.

Brizantnost je mera moći drobljenja (rasprskavanja) i svodi se uglavnom na detonacioni pritisak. Brizantnost se određuje po metodi Hesa, rede po metodi Kasta. Po Hesu brizantnost se određuje na

osnovu zbijanja standardnih olovnih valjčića, koje izvrši eksploziv pri detonaciji iznad valjaka. Izražava se u mm.

Brzina detonacije predstavlja brzinu detonacionog talasa koji se kreće kroz masu eksploziva konstantnom brzinom.

Detonaciona brzina kod brizantnih eksploziva menja se sa promenom gustine, tj. sa povećanjem gustine povećava se i detonaciona brzina, ali ne kod svih.

Brzina detonacije određuje se po metodi Dotriša (Dautrich), svetlosnim ili optičkim hronografom i elektronskim brojačem.

Najčešće korišćena metoda za određivanje brzine detonacije eksploziva je metoda po Dotrišu, koja se zasniva na upoređenju brzine detonacije detonirajućeg štapina i brzine detonacije ispitivanog eksploziva. Brzina se izražava u m/s.

Razorna snaga eksploziva zavisi od brzine detonacije. Ukoliko je detonaciona brzina veća i razorna snaga eksploziva je veća i obratno.

Prenos detonacije je sposobnost eksploziva da se energija aktiviranja sa udarne patrone prenese na susednu pasivnu patronu eksploziva. Predstavlja maksimalno rastojanje u cm na kome dolazi do potpune detonacije pasivne patrone. Ukoliko je rastojanje na kome dolazi do prenosa detonacije veće, to je eksploziv pouzdaniji pri upotrebi.

Veličina i trajanje plamena eksplozije su važne osobine eksploziva za rudnike sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine.

Veličina plamena eksplozije raste sa količinom oslobođene toplote eksplozije. Eksplozivi sa velikom toplotom eksplozije (dinamiti i crni barut) proizvode veliki plamen, dok oni sa srazmerno malom toplotom eksplozije (amonijumnitratski, metanski eksplozivi i dr.) proizvode mali plamen.

Trajanje plamena eksplozije kreće se između 0,0002s i 0,25 sekundi i raste sa količinom oslobođene toplote.

2. KOMPONENTE KOJE ULAZE U SASTAV EKSPLOZIVA Svi privredni eksplozivi su mehaničke smeše više hemijskih jedinjenja. Ulazne komponente su

međusobno pomešane u mehaničku smešu, koja ne predstavlja hemijsko jedinjenje. Ovakve smeše sadrže u sebi sve neophodne elemente za odvijanje procesa hemijskog razlaganja.

Eksplozivi i eksplozivne materije izrađuju se od različitih komponenti, koje imaju određene uloge u sastavu eksploziva:

Potencijalni nosioci kiseonika ulaze u sastav eksploziva sa ciljem da obezbede potpuno sagorevanje komponenti eksploziva. Kao potencijalni nosioci kiseonika najčešće se koriste nitrati kalijuma i natrijuma.

Senzibilizatori su materije koje se dodaju radi povećanja osetljivosti i radne sposobnosti eksploziva (trotil, nitroglikol, želirani nitroglicerin i dr.).

6Sagorljive materije potpomažu sagorevanje i povećavaju količinu oslobođene energije. Mogu

biti u čvrstom ili tečnom stanju (metalni prahovi, dizel gorivo, retortni drveni ugalj i dr.). Flegmatizatori su materije koje smanjuju osetljivost eksploziva, tako što kristale eksplozivne materije

presvuku slojem inertne materije, čime se sprečava međusobni kontakt kristala i njihovo trenje. Za flegmatizaciju se koriste razne vrste sintetičkih voskova i razne vrste polimera.

Materije za sniženje temperature eksplozije dodaju se radi sniženja početne temperature eksplozije, kako bi se sprečilo samopaljenje eksplozivne smeše u jamskom vazduhu. Kao materije za sniženje temperature koriste se natrijumhlorid, kalijumhlorid i druge inertne soli.

Materije za stabilnost suspenzije i viskozitet su supstance koje lako hidrolizuju. Najčešće se koristi natrijumova so karboksimetil-celuloze, guar i dr.

3. RUDARSKI EKSPLOZIVI Prema brzini razlaganja i načinu delovanja rudarske eksplozive delimo na: − deflagrantne, i − brizantne eksplozive.

3.1. DEFLAGRANTNI EKSPLOZIVI Deflagrantni eksplozivi imaju relativno malu brzinu razlaganja, jer se energija aktiviranja predaje od

sloja do sloja provođenjem toplote. Crni barut je glavni predstavnik deflagrantnih eksploziva. Sastoji se od dobro homogenizovane

mešavine kalijumnitrata (75%), retortnog drvenog uglja-ćumura (15%) i sumpora (10%). Kalijumnitrat je potreban da obezbedi potrebni kiseonik za sagorevanje drvenog uglja i sumpora. Sumpor obezbeđuje lakše paljenje i ravnomernije sagorevanje baruta.

Za izradu baruta komponente se pojedinačno ili po dve zajedno usitne u mlinovima sa kuglama, a zatim dobro izmešaju u bubnjevima sa kožnom oblogom. Mešavina se ovlaži sa nešto vode (15%), zgusne pod žrvnjem, a onda hidrauličnim presama ispresuje u pogače. Dobijene pogače izdrobe se u zrna koja se suše (do ispod 0,5%vlage) i eventualno poliraju grafitom premetanjem u bubnjevima. Prosejavanjem kroz sita vrši se obesprašivanje i klasiranje zrna po krupnoći. Zrna običnog rudarskog crnog baruta prolaze kroz sito otvora 3mm, a ostaju na situ otvora 0,2mm.

Zbog toga što sadrži drveni ugalj i kalijum nitrat, crni barut je vrlo higroskopan (već sa 15% vlage ne može se zapaliti), pa ga treba čuvati na suvom mestu. Vlažan barut poznaje se po tome što zrna postaju mutna i drobe se među prstima. Ako takav barut osušimo, na njemu se pojavljuju mali beli kristali kalijumnitrata. Ova pojava poznata je kao tzv. "cvetanje" baruta. Takav barut ne sme upotrebljavati, već ga treba uništiti.

Osnovna karakteristika crnog baruta je da se vrlo lako pali plamenom, a naročito električnom varnicom. Na otvorenom prostoru gori brzinom od 3-5m/s, a u zatvorenom do 400m/s. Pri eksploziji ostavlja deo čvrstog ostatka (čađ).

Crni barut spada u najstarije poznate eksplozive koji su se koristili za miniranje. Kasnije je u praksi bio zamenjen jačim i savremenijim eksplozivima, ali se uprkos tome, na izvesnim specijalnim područjima miniranja još uvek zadržao. Rudarski crni barut je eksploziv koji se, zbog izrazito sporog i pretežno potisnog dejstva, upotrebljava svuda tamo gde se prilikom miniranja žele dobiti veliki neoštećeni blokovi stena, npr. kamenolomima ukrasnog kamena i drugih građevinskih materijala, u vajarstvu i sl.

Koristi se za izradu sporogorećih štapina. Rudarski crni barut standardno se pakuje u polietilenske kese mase 2,5kg, koje se zatim stavljaju u

kartonske kutije. Za paljenje crnog baruta upotrebljava se sporogoreći štapin sa ili bez detonatora ili detonirajući štapin.

3.2. BRIZANTNI EKSPLOZIVI Brizantni eksplozivi su eksplozivi kod kojih se energija aktiviranja prenosi od sloja do sloja putem

udarnog talasa, koji se kroz eksplozivnu materiju kreće nadzvučnom brzinom. Brizantni eksplozivi se dele na: − proste brizantne eksplozive, i − složene brizantne eksplozive. Prosti brizantni eksplozivi su po hemijskom sastavu najčešće čisti hemijski spojevi. Zbog toga se vrlo

retko upotrebljavaju sami, osim za izradu inicijalnih eksploziva i za neke vojne potrebe. Najčešće se prosti brizantni eksplozivi koriste kao brizantna komponenta pri izradi složenih eksploziva, koji se široko primenjuju u privredi.

Složeni brizantni eksplozivi su po sastavu smeše više hemijskih spojeva. U zavisnosti od primenjenog prostog brizantnog eksploziva kao osnovnog sastojka, složeni brizantni eksplozivi se dele na: amonijumnitratske i nitroglicerinske složene eksplozive.

7Prema agregatnom stanju složeni brizantni eksplozivi uglavnom se proizvode u čvrstom stanju

kao: praškasti, poluplastični, plastični, vodoplastični (kašasti) i granulirani. Prema nameni složeni brizantni eksplozivi se dele na: − eksplozive opšte namene; i − sigurnosne metanske eksplozive.

3.2.1. Prosti brizantni eksplozivi Prosti brizantni eksplozivi obuhvataju: − estre azotne kiseline (nitroglicerin, nitroglikol, nitroceluloza, pentrit); − nitrotela (trotil, tetril); − amonijumnitrat; i − inicijalne eksplozive (fulminat žive, olovo azid, olovo trinitroresorcinat i dr.).

3.2.1.1. Nitroglicerin - C3H5(ONO2)3 Nitroglicerin je proizvod delovanja smeše azotne i sumporne kiseline na trovalentni alkohol glicerin

C3H5(OH)3. U novije vreme koristi se sintetički glicerin dobijen iz propilena u rafinerijama nafte. Nitroglicerin, ili tačnije glicerin trinitrat C3H5(ONO2)3, nastaje po jednačini: C3H5(OH)3 + 3HNO3 = C3H5(ONO2)3 + 3H2O Pri tehničkoj proizvodnji nitroglicerina upotrebljava se mešavina azotne i sumporne kiseline u koju se

uliva glicerin. Dodatak sumporne kiseline neophodan je radi vezivanja oslobođene vode, koja bi razblaživanjem azotne kiseline prekinula proces. S obzirom da je stvaranje nitroglicerina praćeno razvijanjem toplote, to se mešavina glicerina i kiselina mora stalno hladiti. Nastali uljasti nitroglicerin, kao specifično lakši, izdvaja se na površini rastvora odakle se odvaja. Zatim se ispira vodom, oslobađa zaostalih kiselina dodavanjem rastvora sode, pa ponovo ispira vodom da bi se oslobodio primesa sode.

Nitroglicerin je bezbojna prozirna uljasta tečnost, bez mirisa, sladunjavog ukusa, gustine 1,6g/cm3. Dobro je rastvorljiv u organskim materijama, dok je u vodi neznatno rastvorljiv (tj. vodostabilan je).

Čisti nitroglicerin nema praktičnu primenu zbog svoje velike osetljivosti na udar i trenje, kao i otežanom transportu jer je u tečnom stanju. Za izradu složenih eksploziva predstavlja nezamenljivu komponentu.

Zahteva veoma pažljivo rukovanje, s obzirom na veliku osetljivost na udar i trenje. Osetljivost na udar tegom od 2kg iznosi 6cm. Detonaciona brzina mu je oko 8000m/s, brizantnost 19mm, radna sposobnost 550cm3, toplota eksplozije oko 6300kJ/kg, temperatura eksplozije oko 41000C, gasna zapremina 715l/kg. Bilans kiseonika je pozitivan. Dodatkom nitroceluloze nitroglicerin prelazi u više ili manje meki želatin, zavisno od vrste i količine dodate nitroceluloze.

Loša osobina nitroglicerina je što kristališe u čvrstu masu već na +80C, tj. "smrzava" se, pri čemu postaje jako osetljiv na udar i trenje. Zbog ove osobine nitroglicerinu se pri izradi privrednih eksploziva dodaje nitroglikol. Eksplozivi izrađeni na bazi nitroglicerina, kod kojih je 25% nitroglicerina zamenjeno nitroglikolom, imaju tačku mržnjenja na oko -250C.

3.2.1.2. Nitroglikol - C2H4(ONO2)2 Nitroglikol je proizvod delovanja smeše azotne i sumporne kiseline na di-glikol. To je bezbojna prozirna

uljasta tečnost, nalik na nitroglicerin, gustine 1,5g/cm3. U vodi se znatno jače rastvara od nitroglicerina. Lako isparava i pri umerenoj temperaturi. Sa nitroglicerinom se meša u svim odnosima. Manje je osetljiv prema udaru i potresu od nitroglicerina. Osetljivost na udar tegom od 2kg iznosi 15cm. Brzina detonacije mu je oko 7800m/s, temperatura eksplozije 40600C. Dodatkom nitroceluloze, koju dobro rastvara, lako prelazi u želatin i pri normalnoj temperaturi. Ima nisku tačku mržnjenja oko -22,30C. Zbog toga se dodaje nitroglicerinu (u količini od 20-30%), radi sprečavanja kristalizacije ("smrzavanja") nitroglicerina pri nižim temperaturama. Zahvaljujući nitroglikolu današnji nitroglicerinski eksplozivi se mogu koristiti i čuvati na temperaturama do -250C.

Upotrebljava se kao dodatak nitroglicerinu pri izradi nitroglicerinskih eksploziva.

3.2.1.3. Nitroceluloza - C24H40-nO20-n(ON2)n Nitroceluloza je proizvod nitriranja čiste celuloze (C24H40O20). To je bela ili žućkasta vlaknasta masa,

lako zapaljiva, osetljiva na udar i trenje. Za dobijanje nitroceluloze koristi se kratkovlaknasta pamučna celuloza. Po spoljašnjem izgledu nitroceluloza se ne razlikuje od običnog pamuka ili celuloze, ali ima svojstva brizantnog eksploziva.

Za proizvodnju privrednih eksploziva proizvodi se posebna vrsta nitroceluloze poznata kao kolodijum pamuk. Gustina kolodijum pamuka je 1,6g/cm3. U suvom stanju je vrlo osetljiv prema udaru i trenju. Ima važnu osobinu da sa nitroglicerinom i nitroglikolom gradi trajnu želatinsku masu.

Nitroceluloza se upotrebljava za izradu plastičnih nitro-glicerinskih eksploziva, amonijumnitratskih poluplastičnih i želiranih eksploziva, kao i bezdimnih baruta.

3.2.1.4. Pentrit (nitropentaeritrit) - C(CH2ONO2)4

8Pentrit je proizvod nitriranja četvorovalentnog alkohola (pentaeritrita) azotnom kiselinom. To su

beli fini kristali, teško rastvorljivi u vodi, alkoholu i etru, a potpuno rastvorljivi u acetonu. Pentrit je vrlo jak brizantni eksploziv, kao čist retko se upotrebljava za miniranje. Srazmerno je manje osetljiv na udar i trenje. Osetljivost na udar tegom od 2kg iznosi 25cm. Vrlo je osetljiv prema inicijalnom impulsu, ima veliku brzinu detonacije oko 8400m/s pri gustini od 1,62g/cm3 i veliku toplotu eksplozije oko 5870kJ/kg.

Upotrebljava se za izradu srži detonirajućih štapina i kao sekundarno punjenje detonatorskih kapisli. Ako se pentrit pomeša sa trotilom, osetljivost na udar se znatno smanjuje. Mešavina pentrita i trotila poznata je kao pentolit, koji se upotrebljava za izradu pojačnika (bustera) za iniciranje neosetljivih eksploziva i eksplozivnih smeša.

3.2.1.5. Trotil (trinitrotoluol) - C6H2(NO2)3 . CH3 Trotil (TNT) se dobija nitriraranjem dinitrotoluola koncentrovanom azotnom kiselinom i oleumom.

Iskristalisani trotil se ispira vodom da bi se oslobodio zaostalih kiselina. Potpuno čist trotil dobija se naknadnom prekristalizacijom iz alkoholnog rastvora.

Trotil je bez mirisa, gorkog ukusa, nagriza kožu. Vrlo je stabilan i nije higroskopan. U vodi se ne rastvara i ne gubi eksplozivna svojstva, pa se može koristiti i pod vodom. Ima odlične tehničko-minerske karakteristike. Brzina detonacije je od 6500-6900m/s. Osetljivost na udar tegom od 2kg iznosi 90cm. Lako se presuje i lije u razne geometrijske forme. Optimalna gustina je 1,44-1,48g/cm3. Ima vrlo nepovoljan bilans kiseonika (-74%), zbog čega u gasovitim produktima nakon detonacije ima mnogo otrovnih gasova (CO, azotovi oksidi i dr.).

Trotil se koristi kao brizantna komponenta većine privrednih eksploziva i kao sekundarno punjenje detonatorskih kapisli.

3.2.1.6. Tetril (tetranitrometilanilin) - C6H2(NO2)3NCH3NO2 Tetril se dobija nitriranjem metil ili dimetil anilina. U čistom stanju gradi bele kristale, a većinom je ipak

žućkaste boje. Presovanjem može povećati gustinu od 1,68 do 1,80g/cm3, kad se još uvek može lako dovesti do detonacije.

Tetril se uglavnom upotrebljava kao sekundarno punjenje detonatorskih kapisli.

3.2.1.7. Amonijumnitrat - NH4NO3 Amonijumnitrat se dobija direktnim spajanjem sintetičkog amonijaka i sintetičke azotne kiseline, po

jednačini: NH3 + HNO3 = NH4NO3 Završna faza dobijanja amonijumnitrata obuhvata uparavanje rastvora u otvorenim kotlovima ili

vakumu. Uparavanjem u vakumu dobija se sitnije iskristalisani amonijumnitrat, koji je pogodniji za proizvodnju eksploziva.

U čistom obliku amonijumnitrat sadrži: 34%N, 5%H i 60%O od čega se 20% nalazi u slobodnom stanju.

Amonijumnitrat je beličast sitno iskristalisani prah. Gustina kristalnog amonijumnitrata je 1,725g/cm3, tačka topljenja 1700C. Higroskopan je. Srazmerno je malo osetljiv prema udaru i trenju. U toploj vodi se lako rastvara.

Amonijumnitrat (AN) predstavlja slab eksploziv, a izvanredan oksidans. Pri eksploziji 1g AN dobije se 0,2g kiseonika. Toplota eksplozije je oko 1430kJ/kg, radna sposobnost 160-230cm3, brzina detonacije 1500-4200m/s, temperatura eksplozije 15500C, zapremina gasnih produkata 980l/kg. Kritični prečnik zavisi od granulacije kristala i kreće se od 100-300mm.

Dugo godina smatralo se da je AN neeksplozivno i bezopasno jedinjenje i da u sastavu eksploziva služi samo kao nosilac kiseonika - oksidans. Povećanje osetljivosti AN postiže se dodavanjem 3,5% kaolina i 0,75% voska.

Amonijumnitrat se upotrebljava za proizvodnju amonijum-nitratskih eksploziva raznih vrsta i kao dodatak nekim nitroglicerinskim eksplozivima.

U novije vreme proizvodi se granulisani amonijumnitrat, koji se koristi za proizvodnju amonijumnitratskih-uljnih eksplozivnih smeša (AN-FO smeša). Granulisani amonijumnitrat odlikuje se velikom poroznošću (oko 0,7cm3/g), što ga čini podesnim za izradu AN-FO smeša.

3.2.1.8. Inicijalni eksplozivi Inicijalni eksplozivi su brizantni eksplozivi koji se mogu neposredno dovesti do eksplozije, bez upotrebe

drugog eksploziva. Izuzetno su osetljivi na udar, varnicu, toplotu i trenje, pa lako detoniraju posle veoma kratkog vremena sagorevanja. Upotrebljavaju se za proizvodnju detonatorskih kapisli i električnih detonatora.

Najpoznatiji inicijalni eksplozivi su: fulminat žive, olovo azid, olovo trinitroresorcinat i azid srebra.

3.2.1.8.1. Fulminat žive - Hg(CNO)2

9Živin fulminat se dobija rastvaranjem žive u azotnoj kiselini i ulivanjem rastvora u etil alkohol.

Reakcija je praćena ključanjem, pri čemu se najpre izdvoje isparljivi sastojci, a na dnu suda iskristališu iglice fulminata.

Fulminat žive je beli do svetlo sivi sitni kristalni prah, vrlo osetljiv na udar, trenje i toplotu. Detonira na temperaturi od 1900C, zbog čega sa njim treba oprezno postupati. Vlaga smanjuje eksplozivne karakteristike živinog fulminata, tako da pri vlažnosti od 5% dolazi do delimične eksplozije pri udaru. Pri vlažnosti od 10% fulminat se razlaže bez detonacije, a pri vlažnosti od 30% ne nastupa hemijsko razlaganje.

Ima negativan bilans kiseonika (-17%), kristalna gustina je 4,42g/cm3, a nasipna 1,22-1,6g/cm3. Specifična zapremina gasova je 243l/kg. Brzina detonacije, pri gustini od 4,0g/cm3, je oko 5400m/s. Osetljivost na udar tegom od 2kg iznosi samo 4cm. Dodatkom ulja, voštanih materija, parafina i dr. osetljivost fulminata žive se može znatno smanjiti (dobija se flegmatizovani fulminat žive).

Živin fulminat se prvenstveno koristi kao primarno punjenje detonatorskih kapisli. Količina živinog fulminata u kapisli br. 6. je oko 0,3-0,4g, a u kapisli br. 8. oko 0,4-0,5g.

3.2.1.8.2. Olovo azid - Pb(N3)2 Olovo azid nastaje iz vodenog rastvora natrijum azida i olovo nitrata (ili acetata), pri čemu se azid olova

obori kao sitno iskristalisan beličast prah. Gustina olovo azida je 4,8g/cm3. Prema udaru i trenju manje je osetljiv od fulminata žive. Može se

presovati pod visokim pritiskom (do 200MPa), a da ne gubi osetljivost. Znatno je jači od živinog fulminata. Prema vlazi je manje osetljiv, jer i sa 30% vlage reaguje kao u suvom stanju.

Brzina detonacije olovo azida, pri gustini od 3,8g/cm3 je oko 4500m/s, a pri gustini od 4,6g/cm3 je oko 5400m/s. Osetljivost na udar tegom od 2kg iznosi 10cm, specifična zapremina gasova je 308l/kg, a temperatura eksplozije 37300C.

Zbog svojih dobrih osobina sve više potiskuje živin fulminat, jer je jeftiniji, jači i sigurniji za rukovanje. Ima visoku tačku zapaljivosti 320-3600C. Pod uticajem ugljendioksida raspada se, stvarajući azotvodoničnu kiselinu koja je sklona detonaciji. Zbog toga se u kapislama iznad olovo azida stavlja sloj nekog drugog inicijalnog eksploziva, najčešće olovo trinitroresorcinata.

Olovo azid se upotrebljava kao primarno punjenja detonatorskih kapisli. Kapisle moraju biti od aluminijuma, jer olovo azid hemijski reaguje sa bakrom i nagriza ga. Elektrodetonatori sa olovo azidom ne smeju se upotrebljavati u rudnicima sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine.

3.2.1.8.3. Olovo trinitroresorcinat - C6H(NO2)3O2 . Pb . H2O

Olovo trinitroresorcinat ("ten") nastaje iz vodenog rastvora olovonitrata (ili acetata) u koji se uliva rastvor Mg (ili Na) trinitroresorcinata. To je sitno iskristalasta materija smeđe boje, gustine 3,01g/cm3, velike brizantnosti. Lako se pali iskrom.

Upotrebljava se kao primarno punjenje rudarskih kapisli.

3.2.1.8.4. Azid srebra Ag(N3)2 Azid srebra nastaje iz vodenog rastvora srebro nitrata i natrijum azida. Dobija se u obliku bezbojnih

ortorombičnih kristala koji su veoma osetljivi na udar i trenje. Kristalna gustina je 5,1g/cm3, temperatura samozapaljenja 2900C, relativna energija u odnosu na TNT je 45%.

Iako je vrlo stabilan i osetljiv na udar i trenje, nije našao širu primenu u rudarstvu jer je dosta skup.

3.2.2. Složeni brizantni eksplozivi Složeni brizantni eksplozivi predstavljaju smešu više prostih eksploziva i drugih materija. Ulazne

komponente su međusobno pomešane u mehaničku smešu, koja u sebi sadrži sve neophodne elemente za odvijanje procesa hemijskog razlaganja.

U zavisnosti od primenjenog prostog eksploziva, danas se u privredi, pa i u rudarstvu, uglavnom primenjuju amonijumnitratski i nitroglicerinski složeni eksplozivi.

Prema nameni složeni brizantni eksplozivi se dele na: − eksplozive opšte namene; i − sigurnosne metanske eksplozive, namenjene za rad u rudnicima sa pojavom metana i eksplozivne

ugljene prašine.

3.2.2.1. Amonijumnitratski eksplozivi opšte namene Amonijumnitratski eksplozivi opšte namene imaju kao glavni sastojak amonijumnitrat sa raznim

dodacima u cilju postizanja veće osetljivosti i veće radne sposobnosti. Dodatci su razna nitrojedinjenja (trotil, tetril i dr.), drveno brašno, osovinsko ulje, mešavina želiranog nitroglicerina i nitroglikola i dr. Proizvode se u praškastom i poluplastičnom stanju.

3.2.2.1.1. Amonijumnitratski praškasti eksplozivi

10Amonijumnitratski praškasti eksplozivi su mehaničke smeše kristalnog amonijumnitrata sa

eksplozivnim nitrojedinjenjima i neeksplozivnim gorućim dodacima. Eksplozivna nitrojedinjenja su u praškastom ili tečnom stanju i to: trotil, nitroglicerin, heksogen i dr. Kao gorući neeksplozivni dodaci koriste se drvena strugotina, drveno brašno itd. Najbolji sastav eksploziva je onaj kod koga je odnos gorućih i eksplozivnih komponenti takav da se obezbedi uravnotežen bilans kiseonika.

Amonijumnitratski praškasti eksplozivi kao brizantnu komponentu koriste trotil ili nitroglicerin. Amonijumnitratski praškasti eksplozivi sa sadržajem trotila sastoje se od: 60-85% amonijumnitrata, do

17% trotila, dinitrotoluola, drvenog brašna, osovinskog ulja i po potrebi boje. Malo su osetljivi na udar i trenja, zbog čega spadaju u eksplozive sigurne za rukovanje i transport. Pri niskim temperaturama nisu osetljivi i ne mrznu se. Prema vlazi dosta su osetljivi, tj. higroskopni su, zbog čega se pakuju u parfinisani papir i polietilenske kese. Primenjuju se za miniranje mekih do srednje čvrstih stena. Za miniranje čvrstih stena koriste se pojačani AN eksplozivi sa dodatkom sprašenog aluminijuma do 5%.

Osetljivost amonijumnitratskih eksploziva na početni inicijalni impuls zavisi od kvaliteta izrade, svojstava i količine senzibilizatora, uslova primene i čuvanja u magacinu. Iniciraju se klasičnim sredstvima za iniciranje: rudarskom kapislom, elektrodetonatorima i detonirajućim štapinom.

Najpoznatiji AN-TNT eksplozivi u bivšoj Jugoslaviji poznati su pod imenom: kamniktiti, amonali i pojačani amonali.

Domaća fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal korporacija - Kruševac proizvodi amonijumnitratske-TNT praškaste eksplozive opšte namene pod imenom AMONEKS 1-4 i amonijumnitratske praškaste eksplozive za specijalne namene pod imenom DEMEKS 1-3.

AMONEKSI 1-4 su privredni eksplozivi namenjeni za miniranje u rudarstvu, građevinarstvu, šumarstvu, poljoprivredi i nekim drugim privrednim granama. Primenjuju se kako na površinskim kopovima, tako i u jamskoj eksploataciji, gde nisu prisutni metan i eksplozivna ugljena prašina. Uglavnom se koriste za miniranje u suvim i vlažnim minskim bušotinama, a nisu pogodni za miniranje u bušotinama u kojima ima vode. Patroniraju se u parafisani papir ili polietilenska creva standardnih prečnika (28-230mm) i masa (100-25000g). Čuvaju se u skaladištima čija je temperatura od-200C do +300C, a relativna vlažnost vazduha max 75%.

DEMEKSI 1-3 su niskobrizantni eksplozivi koji se uspešno primenjuju pri spajanju i obradi metala eksplozijom. Mogu se koristiti za zavarivanje, površinsku obradu-otvrdnjavanje, za spajanje metala itd. U rudarstvu se koriste za eksploataciju ukrasnog kamena. Isporučuju se u rasutom stanju. Pakuju se u vreće od po 25 kg ili kartonske kutije.

Amonijumnitratski praškasti eksplozivi sa sadržajem nitroglicerina su brizantni eksplozivi koji pored amonijumnitrata, trotila, dinitrotoluola, drvenog brašna, osovinskog ulja i dr. u svom sastavu imaju oko 5% želirane smeše nitroglicerin-nitroglikol. Zbog sadržaja nitroglicerina sa nitroglikolom ne mrznu se ni kod najnižih zimskih temperatura. Manje su osetljivi na vlagu od praškastih eksploziva na bazi trotila. Pakuju se u parafisani papir i polietilenske kese. Primenjuju se za miniranje srednje čvrstih i čvrstih stena. Najpoznatiji eksplozivi iz ove grupe u bivšoj Jugoslaviji su viteziti.

3.2.2.1.2. Praškasti i granulirani amonijumnitratski eksplozivi sa sadržajem gorivog ulja Amonijumnitratski eksplozivi sa sadržajem gorivog ulja izrađeni su na bazi kristalnog ili granuliranog

amonijumnitrata i određenog procenta gorivog ulja (nafte). Na zapadu i kod nas ovi eksplozivi poznati su kao AN-FO smeše, dok na istoku (Rusiji) kao "igdaniti". Zbog svog prostog sastava ove eksplozivne smeše spadaju u najsigurnije eksplozive za rukovanje. Kod nas je ova vrsta eksploziva našla najširu primenu na površinskim kopovima.

Praškaste AN-FO smeše na bazi kristalnog amonijumnitrata i gorivog ulja kod nas su poznate pod imenom: Nitrol 1 i Nitrol 2.

Nitrol 1 je eksplozivna smeša izrađena od kristalnog amonijumnitrata sa tečnim (ili čvrstim) organskim gorivima, uz dodatak sredstava protiv stvrdnjavanja. Kritični prečnik je 32mm. Inicira se kapislom br. 8. Pakuje se u patrone standardnih prečnika. Koristi se za podzemna miniranja.

Nitrol 2 je smeša izrađena od 92%AN i 8% gorivog ulja. Kritični prečnik je 60mm, pa se isključivo koristi za miniranje na površinskim kopovima i kamenolomima. Inicira se pentolitskim pojačnikom PP-300. Prenos detonacije je samo u direktnom kontaktu. Pakuje se u plastične vreće za nasipanje u bušotine ili za pneumatsko punjenje.

Nitroli se uspešno primenjuju u rudarstvu, građevinarstvu, šumarstvu i poljoprivredi. U rudarstvu se koriste kako na površinskim kopovima, tako i na kamenolomima za miniranje srednje čvrstih i mekih stena. Ne mogu se upotrebljavati u rudnicima sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine. Pakuju se u polietilenska creva standardnih prečnika (50-230mm), masa (500-25000g) ili plastične vreće. Čuvaju se u skaladištima čija je temperatura od -200C do +300C, a relativna vlažnost vazduha max 75%.

AN-FO smeše za mehanizovano punjenje proizvode se na mestu upotrebe, a izrađene su na bazi granuliranog-poroznog AN i gorivog ulja u određenim procentima i to: 94-97%AN i 6-3% gorivog ulja. Obične

11zrnaste neporozne vrste amonijumnitrata nisu podesne za izradu AN-FO smeša, s obzirom da pri mešanju primaju ulje samo po površini i slabije ga zadržavaju u mešavini.

Smeša sa 94,5%AN i 5,5% gorivog ulja smatra se klasičnom i efikasnom smešom. Pri takvom odnosu komponenti smeša ima nulti bilans kiseonika i razlaže se tako da u produktima eksplozije nema otrovnih gasova. Razlaganje se odvija po jednačini:

3NH4NO3 + CH2 → 7H2O + CO2 + 3N2 + 3784kJ AN-FO smeše za mehanizovano punjenje prave se na mestu upotrebe, tako što AN-FO vozilo u

separatnim bunkerima prevozi obe komponente (AN i gorivo ulje) do minskog polja, gde se uključivanjem odgovarajuće opreme na vozilu vrši spajanje komponenti u AN-FO smešu, koja se zatim pneumatskim putem ubacuje u minske bušotine.

Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal korporacija - Kruševac proizvodi AN-FO smeše za mehanizovano punjenje pod imenom: ANFEKS P i ANFO J. 1.

AN-FO smeše se prvenstveno koriste za miniranje u suvim minskim bušotinama velikih prečnika. Njihovim razvojem danas je prošireno polje primene na srednje i male prečnike bušotina.

ANFO J.1. je namenjen za mehanizovano punjenje minskih bušotina u jamskoj eksploataciji. ANFEKS P je namenjen prvenstveno za punjenje minskih bušotina na površinskim kopovima i

kamenolomima. Ne sme se koristiti za miniranje u bušotinama sa vodom, jer se amonijumnitrat lako rastvara u vodi, pri čemu dolazi do slabljenja ili gubljenja eksplozivnog svojstva smeše.

Tehničko-minerske karakteristike AN-FO smeša zavise od čitavog niza faktora, kao što su: granulacija AN, prečnik bušotine, gustina punjenja u bušotini, veličina i snaga pojačnika, vlažnost bušotine, kontakt sa zidom bušotine itd.

3.2.2.1.3. Vodoplastični amonijumnitratski-Slurry eksplozivi Vodoplastični-"Slurry" eksplozivi predstavljaju najnovije eksplozivne smeše, čija primena kod nas i u

svetu neprekidno raste. Zbog svojih dobrih osobina Slurry eksplozivi su našli široku primenu kod masovnih miniranja na površinskim kopovima, gde se radi sa srednjim i velikim prečnicima bušotina.

Vodoplastični eksplozivi u svom sastavu sadrže vodene rastvore oksidacionih soli (amonijumnitrata ili natrijumnitrata), senzibilizirajuće materije eksplozivnog i neeksplozivnog karaktera (bezdimni barut, trotil, nafta i dr.) i metalne prahove kao visokoenergetska goriva. U sastav eksploziva ulaze još stabilizatori i visokomolekularni plastifikatori radi postizanja dovoljne plastičnosti i stabilnosti smeše.

Za proizvodnju vodoplastičnih-Slurry eksploziva koristi se kristalni amonijumnitrat, koji se rastvara u vodi (10-14% vode) dajući pri tome zasićen rastvor.

Zahvaljujući vodi i pogodnim plastifikatorima-zgušnjivačima ovi eksplozivi imaju kašastu konzistenciju, veliku gustinu i dobru vodootpornost, pa se mogu koristiti i u minskim bušotinama koje sadrže vodu. Zbog sadržaja vode osetljivost na udar i trenje je izrazito smanjena, što povećava sigurnost primene i omogućava mehanizovano punjenje minskih bušotina. Nisu osetljivi na klasična sredstva za iniciranje, pa se za njihovo iniciranje primenjuje pentolitski pojačnik - buster ili patrona običnog eksploziva (amonala). Gustina im je 1,4-1,6g/cm3, a brzina detonacije 5000-6200m/s. Imaju veliki kritični prečnik φ 60 mm.

Koriste se za miniranje čvrstih stena na površinskim kopovima. Optimalni rezultati pri miniranju vodoplastičnim-SLURRY eksplozivima dobijaju se kod primene na

površinskim kopovima, gde je prečnik bušotine veći od 70mm. Za uspešnu i ekonomičnu primenu ovih eksploziva neophodno je uskladiti dimenzije pentolitskog pojačnika u odnosu na prečnik bušotine i količinu eksploziva.

Vodoplastični-Slurry eksplozivi mogu se proizvoditi: − fabrički i pakovati u patrone određenih dimenzija, ili − proizvoditi na mestu upotrebe i direktno upumpavati u bušotine. Patronirani vodoplastični-slurry eksplozivi izrađuju se bez metalnih prahova ili sa sadržajem metalnih

prahova, pri čemu imaju dopunsku oznaku M. Metalni prahovi dodaju se radi povišenja toplote eksplozije. Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal korporacija - Kruševac proizvodi patronirane

vodoplastične-slurry eksplozive pod komercijalnim nazivom: DETONEKS, BORIT i BORIT M. Vodoplastični eksplozivi se patroniraju u polietilenska creva standardnih prečnika (60-100mm) i masa

(1500-4000g). Čuvaju se u skaladištima čija je temperatura od -200C do +300C, a relativna vlažnost vazduha max 75%.

Vodoplastični - Slurry eksplozivi za mehanizovano punjenje su eksplozivi koji se spravljaju na mestu miniranja. Sastoje se od zasićenog vodenog rastvora amonijumnitrata i drugih dodataka za pojačanje, kao što su: trotil, bezdimni barut, gorivo ulje, sprašeni aluminijum i dr. U sastav eksploziva ulaze i sredstva protiv segregacije koja obezbeđuju stabilnost suspenzije i viskozitet, kao što su natrijumova so karboksimetilceluloze, guar i dr.

Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal korporacija - Kruševac, proizvodi vodoplastične - Slurry eksplozive na mestu primene, pod komercijalnim nazivom: MAJDANITI.

12Majdaniti su kiseonično balansirane smeše vodenog rastvora amonijumnitrata (oksidant) i

neeksplozivnih gorivih materija (dizelskog ulja, glikola, prahova aluminijuma, ferosilicijuma, sprašenog uglja i dr.), kao i dodataka u svrhu stabilizacije i plastifikacije.

Energija koja se pri eksploziji oslobađa je rezultat vrlo brze oksidaciono-redukcione reakcije između goriva i oksidanta, a koja nastaje kada se smeša inicira snažnim pojačivačem visokog detonacionog pritiska.

Ni jedna od komponenata koje ulaze u sastav Majdanita nije sama za sebe eksploziv. Spajanje goriva i oksidanta u eksplozivnu smešu vrši se u toku punjenja minske bušotine. To se ostvaruje na Slurry vozilu, koje predstavlja malu pokretnu fabriku eksploziva. Slurry vozilo u odvojenim bunkerima nosi vodeni rastvor oksidanata i smešu goriva do minskog polja, gde se pomoću elektronski programirane opreme gorivo i oksidant mešaju. Nastala kašasta smeša, pomoću pumpe i gumenog creva, direktno se upumpava u minsku bušotinu. Kod ovog sistema postoji mogućnost punjenja minskih bušotina bez prekida, sa energetski različitim smešama.

Majdaniti su eksplozivi koji svoju punu detonacionu sposobnost dobijaju tek kada se nađu u minskoj bušotini. Za aktiviranje zahtevaju snažan inicijalni impuls, kakav daju pentolitski pojačivači - busteri ili slični brizantni eksplozivi visokog detonacionog pritiska.

Sistem proizvodnje majdanita pomoću Slurry vozila, predstavlja danas najsavremeniji način snabdevanja velikih površinskih kopova sa potrebnim količinama eksploziva.

Snaga majdanita se može podešavati prema konkretnoj situaciji i zahtevima stenske mase koja se minira, dok se ne postignu najoptimalniji rezultati. To omogućava da se majdaniti jače energetske snage pumpaju na dno minske bušotine do željene visine, a zatim se bez prekida automatski nastavlja pumpanje energetski slabijeg sastava u gornji deo minske bušotine.

Vodotpornost majdanita je odlična. Izlazeći iz creva spuštenog do dna bušotine pune vode, majdanit potiskuje vodu naviše, a da pri tom ne dolazi ni do kakve promene njegovog sastava, ni smanjenja eksplozivnih svojstava. Stub istisnute vode poprima ulogu čepa minske bušotine.

3.2.2.1.4. Emulzioni eksplozivi Emulzioni eksplozivi predstavljaju poslednju generaciju vodoplastičnih-Slurry eksploziva. Osnova za emulzione eksplozive je stabilna neeksplozivna emulzija izrađena na bazi klasičnog

sistema oksidans-gorivo. U tehničkom smislu emulzije predstavljaju disperzni dvofazni sistem u kome je jedna faza dispergovana u drugoj.

Emulzije predstavljaju vodene rastvore neorganskih soli (oksidanti) i različitih gorivih materija: ulja, dizel goriva, rastopljenih voskova i dr. Suštinski posmatrano emulzije predstavljaju smešu dve tečnosti koje se ne mešaju.

Emulzije mogu biti tipa: voda u ulju ili obrnuto ulja u vodi. Da bi ovako dobijena emulzija posedovala određena eksplozivna svojstva dodaju joj se različiti aditivi, kao što su: stakleni ili plastični mikrobaloni, perliti, granulirani amonijumnitrat, metalni prahovi, atomizirani aluminijum, ferosilicijum i sl.

Emulzioni eksplozivi, za razliku od drugih Slurry eksploziva, imaju idealne detonacione karakteristike, čak i pri malim prečnicima upotrebe.

U pogledu konzistencije, detonacionih karakteristika i primene, emulzioni eksplozivi pokazuju veliku fleksibilnost.

Koriste se za miniranje stena različite čvrstoće, sa prečnicima bušotina od φ30-300mm. Poseduju veliku brzinu detonacije, relativno visoku gustinu i detonacioni pritisak. Aktiviraju se jakim pentolitskim pojačivačem ili rudarskom kapislom br. 8, zavisno od vrste i tipa.

Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal korporacija - Kruševac proizvodi emulzione eksplozive pod komercijalnim nazivom. DETOLIT i DEMULEX.

3.2.2.1.5. Amonijumnitratski poluplastični eksplozivi Amonijumnitratski poluplastični eksplozivi u svom sastavu imaju 20-40% želirane smeše nitroglicerin-

nitroglikol, amonijumnitrat, trotil, drveno brašno, stabilizatore i dr. Postojani su na visokim i niskim temperaturama. Otporni su na uticaj vlage i vode. Osetljivi su na klasična sredstva za iniciranje. Koriste se za miniranje tvrdih i vrlo čvrstih stena.

Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal korporacija - Kruševac ne proizvodi ovu vrstu eksploziva. Najpoznatiji eksplozivi iz ove grupe koji su se proizvodili u prethodnoj Jugoslaviji su VITEZITI 20; 25; 30; 35 i 40.

U grupu amonijumnitratskih poluplastičnih eksploziva spadaju i eksplozivi za geofizička i seizmička istraživanja - geoviti. U svom sastavu imaju 20-40% želirane smeše nitroglicerin-nitroglikol, amonijumnitrat, barijeve sulfate i druge komponente. Namenjeni su za geofizička istraživanja, odnosno za veštačko izazivanje seizmičkih talasa u steni. Mogu detonirati pod visokim hidrostatičkim pritiskom. Otporni su na visoke i niske temperature. Pogodni su za podvodna miniranja. Iniciraju se specijalnim elektrodetonatorima namenjenim za ova ispitivanja. Patroniraju se u plastična creva od polivinilhlorida, polietilena ili polistirola. Najpoznatiji eksplozivi iz ove grupe koji su se proizvodili u prethodnoj Jugoslaviji su GEOVIT 26 i 36.

133.2.2.2. Nitroglicerinski plastični eksplozivi opšte namene Nitroglicerinski plastični eksplozivi kao glavni sastojak u svom sastavu imaju preko 80% želirane

smeše nitroglicerin-nitroglikol, kao i druge organske i neorganske komponente u manjem procentu. Najpoznatiji nitroglicerinski plastični eksplozivi su: minerska želatina, želirani vitezit, dinamiti i želigniti. Minerska želatina (praskava želatina) je najsnažniji nitro-glicerinski eksploziv sa brzinom detonacije

7800m/s, temperaturom eksplozije 42100C i radnom sposobnošću 520cm3 (po Trauclu). Sastoji se od 92-94% nitroglicerina i 6-8% kolodijum pamuka, koji u ovom odnosu daju prozirnu, žilavu želatinsku masu, žutomrke boje. Neznatno je osetljiva prema vlazi. Vrlo je stabilna u magacinu. Inicira se rudarskom kapislom br. 3.

Želirani vitezit je najači privredni eksploziv. Po svojim karakteristikama blizak je minerskoj želatini. Sastoji se od preko 80% želirane smeše nitroglicerin-nitroglikol i nekih organskih i neorganskih komponenti u manjem procentu. Vrlo je otporan na vlagu i visoku temperaturu, pa se može koristiti i za miniranje pod vodom. S obzirom na visok sadržaj nitroglicerina vrlo je osetljiv na udar i trenje. Inicira se rudarskom kapislom br. 6. i br. 8.

Upotrebljava se za miniranje najtvrđih stena i ruda i u specijalne svrhe. U tabeli 16. date su tehničko-minerske karakteristike želiranih vitezita.

Tab. 16. Karakteristike nitroglicerinskih plastičnih eksploziva (želirani viteziti)

Karakteristike Vitezit 100

Vitezit 80-II

Vitezit 80

Vitezit 60

Vitezit 50

gustina, g/cm3 1,5 1,5 1,5 1,48 1,48 brzina detonacije, m/s 7300 6800 6800 6500 6300 prenos detonacije, cm 6-8 6-8 6-8 8-10 8-10 proba po Trauclu, cm3 520-560 500-520 480-500 500-520 460-480 gasna zapremina, m3/kg 709 670 639 788 829 toplota eksplozije, kJ/kg 6482 5975 5573 5506 4982 temperatura eksplozije,0C 4187 3937 3644 3390 3030 specifični pritisak, MPa 1198 1067 948 1092 1037

Dinamiti sastoje se od želiranog nitroglicerina sa sprašenim natrijumnitratom ili amonijumnitratom uz dodatak kalijumperhlorata, nitrotela, drvenog brašna i dr. Plastični su, ali manje elastični i žilavi od minerske želatine. Prema sadržaju nitroglicerina (63,5+10%) razlikuje se: dinamit 1 i dinamit 5. Dinamit 1 ima brzinu detonacije 6500m/s, radnu sposobnost 397cm3 (po Trauclu). S obzirom da je snažnijim od dinamita 5 češće se upotrebljava.

Smrzavanje je opšti nedostatak dinamita, koje počinje na +110 ili +80C i naniže napreduje prilično brzo. Smrznuti dinamit je vrlo osetljiv na udar i trenje, pa je suviše opasno da se u takvom stanju koristi. Uz to smrznuti dinamit obično nepotpuno detonira i razvija otrovne gasove. Smrzavanje se sprečava držanjem dinamita na umereno toplom mestu, za što su naročito pogodni podzemni magacini. Takođe, naročitim dodacima (dinitrohloridin i dr.) smrzavanje se može potpuno izbeći, pri čemu se takvi dinamiti označavaju kao "teško smrzavajući". Smrznuti dinamit se "kravi" zagrevanjem u metalnom sudu postavljenom u vruću vodu.

Dinamiti se upotrebljavaju za miniranje stena i ruda različite tvrdoće, zavisno od vrste dinamita. Želigniti su želirani nitroglicerinski eksplozivi sa sadržajem 34-72% mešavine nitroglicerin-nitroglikol uz

dodatak sprašenog kalijumnitrata ili natrijumnitrata i celuloznih materija. Odlikuju se velikom gustinom, znatnom brzinom detonacije, dobrom hemijskom stabilnošću, dobrom postojanošću prema vlazi i dr. Usled sadržaja nitroglikola podnose niže temperature, bez štetnih posledica. Sastav produkata eksplozije je povoljan.

Proizvode se pod komercijalnim imenom viteziti, sa oznakom sadržaja nitroglicerina (%NG). Upotrebljavaju se, zavisno od relativne snage, za miniranje tvrdih, srednje tvrdih i mekih stenskih

materijala, pod zemljom i na površini. U tabeli 17. date su tehničko-minerske karakteristike vitezit želignita.

Tab. 17. Osnovne karakteristike vitezit želignita Karakteristike Vitezit

72%NG Vitezit 62%N

G

Vitezit 52%N

G

Vitezit 42%N

G

Vitezit 32%N

G gustina, g/cm3 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 brzina detonacije, m/s 7000 6700 6500 6300 6000 prenos detonacije, cm 6-8 6-8 6-8 6-8 6-8 relativna snaga*, % 83 77 68 62 56

* U odnosu na minersku želatinu.

3.2.2.3. Metanski sigurnosni eksplozivi

14Metanski sigurnosni eksplozivi su se razvili od klasičnih amonijumnitratskih i nitroglicerinskih

eksploziva, od kojih se razlikuju sadržajem određenih količina inertnih soli (10-50% zavisno od vrste). Najčešće korišćene inertne soli su natrijumhlorid i kalijumhlorid. Inertne soli u procesu eksplozije prelaze u parno-gasovito stanje (sublimišu), čime se postiže sniženje temperature eksplozije za oko 10000C, kao i smanjenje veličine i dužine plamena eksplozije. Dodavanjem inertnih soli znatno se smanjuje radna sposobnost metanskih eksploziva.

Metanski sigurnosni eksplozivi se proizvode kao: − praškasti metanski eksplozivi; i − poluplastični metanski eksplozivi. Praškasti metanski eksplozivi na bazi amonijumnitrata sastoje se od: amonijumnitrata (oko 62%),

trinitrotoluola (oko 7%), natrijumhlorida (oko 27%), ugljene prašine (1,5%), karboksimetilceluloze (0,5-2%), kalcijumstearata, drvenog brašna i dr. Pojačane vrste praškastih metanskih eksploziva sadrže i mešavinu nitroglicerin-nitroglikol (do 5%), radi povećanja radne sposobnosti.

Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal korporacija - Kruševac proizvodi dve vrste praškastih metanskih eksploziva i to: METANDETONIT 1 i METANDETONIT 2.

Metandetoniti su osetljivi na vodu, tj. higroskopni su, te se pri upotrebi u vlažnim bušotinama moraju zaštititi plastičnim folijama. Imaju pozitivan bilans kiseonika pa su pogodni za jamska miniranja. Proizvodi detonacije ne sadrže otrovne gasove. Koriste se za miniranje u rudnicima sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine.

Poluplastični metanski eksplozivi izrađeni su na bazi amonijumnitrata sa znatno većim procentom želirane smeše nitroglicerin-nitroglikol (21-31%) i uz veću količinu inertnih soli (35-40% natrijumhlorida ili kalijumhlorida). Otporniji su prema vlazi i raspolažu većom radnom sposobnošću u odnosu na praškaste vrste.

Poluplastični metanski eksplozivi upotrebljavaju se za miniranje u uglju i pratećim stenama veće čvrstoće.

Posebnu vrstu ovih eksploziva predstavljaju oklopljeni poluplastični metanski eksplozivi. Kod njih se radi povećanja sigurnosti, patrone eksploziva oblažu slojem slabog eksploziva uz dodatak mešavine natrijumbikarbonata i natrijumhlorida (inertnih soli). Pri eksploziji manje vreli gasovi iz obloge patrone deluju kao zaštitni omotač, između vrelih gasova detonacije i prisutnog metana ili eksplozivne ugljene prašine.

3.2.3. Karakteristike domaćih rudarskih eksploziva Naša domaća Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije – Trayal korporacija-Kruševac u svom

proizvodnom programu ima četiri osnovne grupe privrednih eksploziva i to: − amonijumnitratske-TNT praškaste eksplozive, − AN-FO eksplozive, − vodoplastične “Slurry” eksplozive, i − metanske sigurnosne eksplozive. U tabelama 64-73. (v.Praktikum-Metode ispitivanja) date su fizičko-hemijske i tehničko-minerske

karakteristike najnovijih rudarskih eksploziva iz proizvodnog programa Fabrike eksploziva, pirotehnike i hemije – Trayal korporacija-Kruševac.

3.2.4. Proizvodnja složenih eksploziva Proizvodnja složenih eksploziva svodi se na mešanje sastavnih komponenti i patroniranje mešavine.

Pri tome, proces proizvodnje praškastih i plastičnih eksploziva razlikuje se samo u pojedinostima. Proizvodnja praškastih amonijumnitratskih eksploziva obuhvata najpre potpuno sušenje higroskopnog

amonijumnitrata u cevnim sušnicama, a zatim mlevenje osušenog proizvoda, pošto je sklon zgrušavanju u toku sušenja. Mlevenje se može vršiti istovremeno sa praškastim neeksplozivnim sastojcima, koji ulaze u sastav ovih eksploziva.

Aromatična nitrotela, ukoliko nisu u tečnom stanju, prethodno se stope pa im se u zagrejanom stanju dodaju amonijumnitrat i drugi sastojci. Sve se to izmeša u plitkim cilindričnim mešalicama, koje se spolja zagrevaju vodenom parom.

Neeksplozivne i netopive materije, bogate ugljenikom, iziskuju vrlo prisno mešanje sa amonijumnitratom u suvom ili vlažnom stanju, da bi eksploziv imao dovoljnu moć detonacije.

Opasne eksplozivne materije, kao što su nitroglicerin i nitroglikol, obično se dodaju na kraju proizvodnog procesa, pri čemu se mešanje obavlja u specijalnim mašinskim mešalicama. Ovo se najčešće vrši u posebnim odeljenjima radi veće bezbednosti.

Patroniranje amonijumnitratskih praškastih eksploziva obavlja se automatski utiskivanjem eksploziva u patrone cilindričnog oblika, određenih dimenzija i masa. U zavisnosti od vrste eksploziva i uslova njegove primene zavisi i način pakovanja. Praškasti eksplozivi prečnika ispod 60mm pakuju se u parafisani natron papir, a kao zaštita od spoljne vlage koriste se polietilenske kese za skupno pakovanje, koje se hermetički

15zatvaraju. Prečnici iznad 60mm patroniraju se u polietilenska creva ili vrećice, koje se zatim stavljaju u kartonske kutije do određene mase. Dimenzije i mase pojedinih patrona privrednih eksploziva su standardizovane i proizvođači su dužni da ih se pridržavaju u toku proizvodnje.

Proizvodnja plastičnih eksploziva obuhvata kao prvu fazu želiranje mešavine nitroglicerina i nitroglikola mešanjem sa kolodijum pamukom. Kolodijum pamuk koji se koristi za želiranje sadrži 12,25%N i mora se prethodno dobro osušiti. Mešanje se vrši u plitkim sudovima sa lopaticama, koji se spolja zagrevaju vodom temperature 45-500C. U ove sudove najpre se usipa mešavina nitroglicerina i nitriglikola, a zatim se dodaje kolodijum pamuk u količinama koje su srazmerne sastavu eksploziva.

Zatim sledi mešanje sa sprašenim amonijumnitratom (kod plastičnih amonijumnitratskih eksploziva) ili kod dinamita mešanje sa šalitrom, drvenim brašnom i drugim komponentama, zavisno od vrste dinamita.

Poslednja faza je patroniranje, koje se vrši istiskivanjem plastične mase eksploziva kroz kružni otvor odgovarajućeg prečnika. Patroniranje se vrši u polietilenska creva standardnog prečnika i mase. Zatim se patrone pakuju u polietilenske kese koje se hermetički zatvaraju i slažu u kartonske kutije do određene mase.

Amonijumnitratski-uljni eksplozivi (AN-FO smeše) i vodoplastični-Slurry eksplozivi proizvode se u fabrikama eksploziva (patronirane vrste) ili se prave na mestu miniranja i direktno upumpavaju u bušotine. Fabrike eksploziva su proizvele pokretne stanice (AnFo i Slurry vozila) koje predstavljaju male pokretne fabrike eksploziva. Slurry ili AnFo vozilo u odvojenim bunkerima nose oksidante (amonijumnitrat) i smešu gorivog ulja do minskog polja, gde se pomoću elektronski programirane opreme, gorivo i oksidant mešaju. Nastala kašasta smeša pomoću pumpe i gumenog creva direktno se upumpava u minsku bušotinu.

4. SREDSTVA ZA INICIRANJE EKSPLOZIVA

Da bi privredne brizantne eksplozive doveli do detonacije, potrebno im je saopštiti početni inicijalni impuls. Za to su potrebna sredstva za iniciranje koja imaju sposobnost da detoniraju ako se zapale plamenom ili iskrom.

U sredstva za iniciranje eksploziva spadaju: − detonatorska (rudarska) kapisla; − električni detonatori; − sporogoreći štapin; − detonirajući štapin; − pomoćna sredstva za paljenje sporogorećeg štapina; i − pojačivači impulsa-busteri.

4.1. SREDSTVA ZA INICIRANJE EKSPLOZIVA OTVORENIM PLAMENOM U sredstva za iniciranje eksploziva otvorenim plamenom spadaju: − detonatorska (rudarska) kapisla; − sporogoreći štapin; i − pomoćna sredstva za paljenje (minersko saće, minerski tuljci i minerske šibice).

4.1.1. Detonatorska-rudarska kapisla (DK) Detonatorska (rudarska) kapisla koristi se za aktiviranje eksplozivnog punjenja ili detonirajućeg štapina

u suvim radnim uslovima, gde nema pojave metana i eksplozivne ugljene prašine. Detonatorska (rudarska) kapisla je metalna cilindrična čaurica, zatvorena sa jedne strane, u koju je

upresovana eksplozivna materija. S druge strane čaurice nalazi se otvor u koji se stavlja sredstvo za aktiviranje.

Detonatorska kapisla sastoji se od: − metalne čaurice standardnih dimenzija; − metalne pokrivke; − inicijalnog (primarnog) punjenja; i − brizantnog (sekundarnog) punjenja. Presek detonatorske kapisle dat je na sl. 2.

Sl. 2. Presek detonatorske kapisle: 1)čaurica; 2)pokrivka sa otvorom u sredini; 3)inicijalno (primarno) punjenje;

4)brizantno (sekundarno) punjenje Čaura i pokrivka izrađeni su od istog materijala i to: bakra (i njegovih legura,npr. tombaka) ili

aluminijuma (i njegovih legura). Materijal čaure zavisi od vrste inicijalnog eksploziva. Kod čaura od bakra ili tombaka kao inicijalno punjenje upotrebljava se fulminat žive, dok se kod čaura od aluminijuma ili njegovih legura kao inicijalno punjenje upotrebljava olovoazid sa olovotrinitroresorcinatom. U suprotnom dolazi do nagrizanja materijala čaure.

Na dno čaure prvo se upresuje brizantni eksploziv, a iznad njega inicijalni eksploziv.

16Brizantno punjenje sastoji se od trotila ili pentrita, a može se koristiti i heksogen. Količina

brizantnog punjenja kod kapisle br. 8 iznosi 0,8g, a kod kapisle br. 6 oko 0,5g. Iznad brizantnog (sekundarnog) punjenja nalazi se 0,4 do 0,5g inicijalnog (primarnog) eksploziva. Za

inicijalno punjenje koristi se fulminat žive ili olovoazid sa olovotrinitroresorcinatom. Ovo punjenje zaštićeno je metalnom pokrivkom sa otvorom na sredini. Vrsta inicijalnog punjenja zavisi od vrste materijala čaure, što je napred već obrazloženo.

Ostali prazan prostor u kapisli (oko 1/3) služi za umetanje i učvršćivanje sporogorećeg štapina ili električnog upaljača, kao sredstva za iniciranje.

Prema svojoj jačini detonatorske kapisle se rade od br. 1 do br. 10. U praksi se najčešće upotrebljavaju kapisle br. 6 i br. 8 i to: kapisla br. 8 za amonijumnitratske praškaste eksplozive, a kapisla br. 6 za nitroglicerinske eksplozive.

Naše domaće kapisle imaju oznake: DK-6-Al, DK-8-Al, DK-6-Cu, DK-8-Cu

gde je: DK- oznaka za detonatorsku kapislu; broj 6 i 8 - jačina kapisle; Al i Cu - simbol materijala čaurice. U tabeli 19. date su oznake i dimenzije kapisli br.6 i br.8. (v.sl. 2).

Tab. 19. Oznake i dimenzije kapisli br. 6 i br. 8. Oznaka L, mm

max. E, mm min.

D, mm max.

d, mm min.

d1, mm

DK-6-Al; DK-6-Cu 35 19 7,5 6 3 DK-8-Al; DK-8-Cu 45 19 7,5 6 3

Detonatorske kapisle sa bakarnom čaurom primenjuju se u jamama sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine. U ovim jamama ne smeju se koristiti aluminijumske kapisle, jer aluminijum na povišenim temperaturama gori otvorenim plamenom koji može upaliti metan ili ugljenu prašinu. Aluminijumske kapisle koristite se na površinskim kopovima i jamama gde nema opasnosti od metana i ugljene prašine.

Kapisle se ne smeju bacati, tumbati ni pritiskati. Inicijalno punjenje je veoma osetljivo na udar, trenje, plamen i varnicu. Temperatura samodetonacije kapisle veća je od 1200C. Kapisle ne menjaju svoje funkcionalne osobine pri temperaturama od -200 do +200C.

Detonatorske kapisle se pakuju po 100 komada u kartonske ili limene kutije, sa otvorom okrenutim na gore. Međuprostori između kapisli ispunjeni su suvom strugotinom. Po pet kutija sačinjava jedan paket. Paketi se slažu u dvostruke drvene sanduke. Sadržaj sanduka može iznositi 5000 ili 10000 komada kapisli.

Najvažnije tehničko-minerske karakteristike detonatorskih kapisli su: brizantnost, radna sposobnost po Trauclu, sposobnost detonacije kapisle prema Hejdu, sigurnost detonatorske kapisle itd. Sve ove karakteristike detaljno su obrađene u Praktikumu - Metode istivanja, zbog čega se ovde neće objašnjavati.

4.1.2. Sporogoreći štapin Sporogoreći štapin je sredstvo za paljenje koje se u sklopu sa detonatorskom kapislom koristi za

pojedinačno paljenje minskih punjenja na površini ili pod zemljom, ukoliko ne postoji opasnost od metana ili eksplozivne ugljene prašine.

Za iniciranje detonatorskih kapisli potrebno je sporogoreći štapin staviti u kapislu i stegnuti minerskim kleštima. Zatim se slobodni kraj štapina zapali otvorenim plamenom i kada štapin dogori daje plameni impuls pomoću koga se inicira detonatorska kapisla. Sporogoreći štapin se ne sme upotrebljavati u rudnicima sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine.

Sporogoreći štapin se izrađuje u vidu vrpce (kanapa). Sastoji se od barutne srži i omotača. Srž štapina izrađena je u vidu kontinuiranog punjenja od sitnozrnog crnog baruta (4,5-5,7g/m'), sa pamučnim koncem kroz sredinu srži, koji ima zadatak da obezbedi ravnomeran raspored crnog baruta pri izradi štapina. Srž štapina obavijena je sa dva ili tri unakrsno pletena zaštitna omotača od kudelje ili pamučne pređe, preko kojih su nanenešena dva izolaciona sloja bitumena ili jedan sloj plastične izolacije. Omotač sprečava progorevanje štapina, tj. varničenje u bočne strane.

Zavisno od vrste i broja slojeva zaštitne izolacije razlikujemo: − dupli sporogoreći štapini sa pamučnom pređom i bitumenskom zaštitom, koji se isključivo

primenjuju na suvim radilištima; i − univerzalni sporogoreći štapini sa PVC zaštitom, koji se primenjuje za rad u suvim i vlažnim

uslovima, kao i za rad pod vodom do dubine 10m. Oblik i mere sporogorećeg štapina dati su na sl. 3.

Sl. 3. Dupli sporogoreći štapin: 1)pamučni konac; 2)srž od crnog baruta; 3)I omotač pređe; 4)II omotač pređe;

5)I sloj bitumenske izolacije; 6)III omotač pređe; 7)II sloj bitumenske izolacije

17Vreme gorenja sporogorećeg štapina se kreće u granicama od: 110-140s/m' sa tolerancijom

od +10s. Iz ovoga proizilazi da 1m' sporogorećeg štapina gori najbrže 100s i najsporije 150s. U praksi se obično uzima da 1m' štapina gori za 120s. Vreme gorenja štapina se bitno skraćuje kada gori pod pritiskom (pod vodom ili u jako nabijenoj bušotini), o čemu treba voditi računa prilikom izbora dužine štapina.

Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal korporacija - Kruševac proizvodi univerzalni sporogoreći štapin (USŠ) za rad u suvim i vlažnim uslovima, kao i za rad pod vodom do dubine 10m. Osnovne karakteristike ovog štapina su: prečnik φ 5,2+0,5mm, vreme gorenja 110-140m/s, boja izolacije crna.

Pri pakovanju štapin se namotava u kalemove, pri čemu krajevi štapina moraju biti izolovani od atmosferskih uticaja. Kalem univerzalnog sporogorećeg štapina sadrži 250m. U kutije od talasastog kartona pakuje se po 4 kalema sporogorećeg štapina. Štapin se čuva u skladištima čija temperatura je od -200 do +250C, a relativna vlažnost vazduha max. 75%. Čuvan u ovim uslovima štapin treba da se upotrebi u roku od 6 meseci.

4.1.3. Pomoćna sredstva za paljenje sporogorećeg štapina Da bi se sprečile nezgode koje se dešavaju pri radu sa sporogorećim štapinom, proizvedena su

pomoćna sredstva za njegovo paljenje. Ova sredstva omogućuju brzo i bezbedno paljenje štapina. U pomoćna sredstva za paljenje sporogorećeg štapina spadaju: − minersko saće; − minerski tuljci; i − minerske šibice. Minersko saće omogućava istovremeno paljenje većeg broja štapina odnosno minskih punjenja.

Izrađeno je od kartonskih cevčica, međusobno povezanih u vidu saća, premazanih na jednom kraju zapaljivom masom. Drugi kraj cevčice je otvoren radi stavljanja štapina. Pakovano je po 30 cevčica zajedno, ali se po potrebi može otkinuti i upotrebiti samo onoliko cevčica koliki broj minskih punjenja palimo. Rukovanje saćem je prosto i bezbedno.

Minerski tuljci se upotrebljavaju za istovremeno paljenje 5 štapina, odnosno minskih punjenja koja nisu suviše udaljena jedna od drugog. Izrađeni su od kartona u vidu cevčice, čije je dno premazano zapaljivom smešom. U tuljak može da se stavi 6 štapina, od kojih 5 štapina vode do minskih punjenja, a šestim se pripali zapaljiva smeša u samom tuljku.

Minerska šibica se upotrebljava za pripaljivanje sporogorećeg štapina neposredno ili preko minerskog saća. Vrlo burno sagoreva, razvija visoku temperaturu i zbog toga pali štapin skoro trenutno. Osigurana je protiv uticaja vlage, a gori na promaji i vetru. Vreme gorenja minerske šibice je približno 1 minut. Gašenje šibice je znak mineru da treba da se skloni, ako je najkraći štapin koga pali dužine 1m.

Pomoćna sredstva za paljenje sporogorećeg štapina data su na sl. 4.

Sl. 4. Pomoćna sredstva za paljenje sporogorećeg štapina: a) minersko saće; b)minerski tuljci

4.2. SREDSTVA ZA INICIRANJE EKSPLOZIVA ELEKTRIČNIM IMPULSOM Pri izvođenju minerskih radova široko se primenjuje električno paljenje minskih punjenja. Zasniva se na

toplotnom dejstvu električne struje, koje se može predstaviti izrazom: Q = I2 R

gde je: I - jačina električne struje, (A); R - otpor strujnog kola, (Ω). U odnosu na štapinsko paljenje, paljenje mina električnom strujom ima više prednosti, kao što su: − omogućava jednovremeno paljenje velikog broja mina; − omogućava paljenje u tačno određeno vreme; − omogućava vremensko paljenje, pri čemu interval zastoja može da se kreće od nekoliko ms do 1s; − moguće je paljenje minskog punjenja sa željenog rastojanja; − jedini je način paljenja koji je dozvoljen u rudnicima sa metanskim režimom rada; − može se primeniti u svim vremenskim uslovima, pri toplom i hladnom vremenu, na suvom i vlažnom

terenu itd. U sredstva za električno paljenje mina spadaju: − električni detonatori (ED); − provodnici električne struje; − izvori struje za paljenje; − merno-kontrolni instrumenti; i − pomoćni pribor.

184.2.1. Električni detonatori (ED) Električni detonator (ED) je hermetički zatvorana detonatorska kapisla br. 8 u koju je ugrađen električni

upaljač (EU). Električni detonatori imaju tačno definisane električne karakteristike, koje definišu njihovu funkciju i sigurnost pri radu.

Električni upaljač (EU) služi za stvaranje plamenog impulsa, koji je sposoban da izazove detonaciju inicijalnog (primarnog) i glavnog (sekundarnog) punjenja, koja su smeštena u detonatorsku kapislu (DK).

Električni upaljač se sastoji od lako zapaljive glavice i dva izolovana provodnika. U zavisnosti od toga kako struja prolazi kroz električni upaljač i kako se vrši paljenje zapaljive glavice, razlikuju se tri tipa EU:

− EU sa metalnim mostićem (mostni); − EU sa strujno-provodljivom zapaljivom glavicom; i − EU sa rascepkom (varnični, naponski). Na sl. 5. data je shema električnih upaljača.

Sl. 5. Shema elsktričnih upaljača: a)sa metalnim mostićem; b)sa strujno provodljivom glavicom; c)sa

rascepkom (naponski) Električni upaljač sa metalnim mostićem sastoji se od mostića koji je premošćen provodnikom visokog

specifičnog otpora, lako zapaljive glavice i provodnika. Konstrukciona shema električnog upaljača sa zapaljivom glavicom i metalnim mostićem, data je na sl. 6.

Sl. 6. Električni upaljač sa metalnim mostićem: 1)lamele; 2)izolator;

3)mostić visokog otpora; 4 i 5)prvi i drugi sloj zapaljive mase; 6)zaštitni lak

Prolaskom elektručne struje kroz glavicu, mostić glavice se usija do određene temperature na kojoj se pali lako zapaljiva glavica, koja daje dovoljno jak toplotni impuls za paljenje usporivačke smeše ili primarnog punjenja detonatorske kapisle.

Materijal od koga se izrađuje zapaljiva glavica mora biti: − osetljiv na toplotni impuls; − stabilan, tj. da ne stupa u hemijsku reakciju; − ne sme biti higroskopan; − sposoban da stvori plameni impuls. Kao materijal za zapaljivu glavicu koristi se: acetilid bakra, pikrit, pikriminat olova, mononitroresorcinat

olova i dr. Mostić EU izrađuje se od legura koje imaju veliki specifični otpor, dobru otpornost na koroziju i nisku

tačku topljenja. Kao materijal za mostić koriste se legure: nikl-hroma (80:20%), invar (36% Ni i 64% Fe), legure platino-iridijuma i dr.

Prečnik žice mostića kreće se u granicama od 0,02-0,05mm, a dužina mostića je oko 0,5-5mm. Učvršćivanje mostića u zapaljivu glavicu može biti elastično ili čvrsto.

U zavisnosti od električne osetljivosti proizvode se tri tipa zapaljivih glavica i to: − standardni tip A sa otporom mostića 1,2-1,4Ω (struja za serijsko paljenje iznosi I100 ≥ 1,0A); − tip B sa otporom mostića 0,4-0,6Ω (struja za serijsko paljenje iznosi I100 ≥ 3,2A); − visoko neosetljivi upaljači sa otporom mostića ≈0,03Ω (struja za serijsko paljenje iznosi I100 ≈ 20A). Danas se za miniranje uglavnom primenjuju EU standardnog tipa A, sa otporom mostića 1,2-1,4Ω. Električni upaljač sa strujno-provodljivom zapaljivom glavicom konstruisan je tako da je sama zapaljiva

glavica strujno provodljiva i lako zapaljiva. Provodljivost struje se postiže tako što se u smešu zapaljive glavice ugrađuje sitno mleveni metalni prah i grafit. EU sa dodatkom metalnog praha su vrlo osetljivi. Za pojedinačno paljenje EU ovog tipa potrebno je svega nekoliko mA, pri naponu od 2-3V. Ove EU lako mogu upaliti lutajuće struje, pa se ne upotrebljavaju za minerske radove u rudnicima.

Električni upaljač sa rascepkom (varnični upaljač) konstruisan je tako da su dovodne žice za struju u zapaljivoj glavici međusobno razmaknute. Napon neophodan za paljenje zapaljive smeše zavisi od rastojanja žica-elektroda, od oblika njihovih krajeva, kao i od vrste zapaljive smeše koja je upresovana između elektroda. EU sa rascepkom su namenjeni za radove, kada se kao izvor struje koristi mašina koje daje napon 2000-3000V, što ove EU čini veoma otpornim na lutajuće struje.

Za izradu električnih detonatora koriste se detonatorske kapisle izrađene od bakra ili aluminijuma ili njihovih legura. Približno 2/3 kapisle ispunjeno je primarnim i sekundarnim punjenjem, a preostala 1/3 služi za umetanje i učvršćivanje električnog upaljača.

Prema nameni električni detonatori se dele na: − detonatore za iniciranje eksplozivnih punjenja kod radova na površini i u jami, na suvim i mokrim

radilištima i pod vodom dubine do 2m; − detonatore za miniranje pod vodom dubine do 200m;

19− detonatore za miniranje na radilištima sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine; − detonatore za seizmička miniranja. Električni detonatori namenjeni za miniranje u rudnicima moraju imati određeni kvalitet u pogledu

električnih, tehničko-minerskih, mehaničkih i sigurnosnih karakteristika.

4.2.1.1. Vrste električnih detonatora U savremenoj praksi miniranja koriste se sledeći električni detonatori: 1. Trenutni električni detonatori. 2. Vremenski električni detonatori: − električni detonatori sa zakašnjenjem izraženim u sekundama; − milisekundni ED sa zakašnjenjem izraženim u ms. 3. Metanski - sigurnosni električni detonatori: − trenutni metanski elektrodetonatori; − milisekundni metanski elektrodetonatori. 4. Specijalni električni detonatori - seizmički. Trenutni električni detonator (TED) je detonator čije se eksplozivno punjenje aktivira trenutno, odmah

nakon uspostavljanja kola električne struje. Trenutni električni detonatori se koriste za miniranje na površinskim i podzemnim radilištima, na suvim i mokrim radilištima i pod vodom do 2m dubine. Namenjeni su za pojedinačno paljenje mina ili kada je potrebno da sve mine detoniraju odjednom (zalomne mine i sl).

Konstrukcija trenutnog električnog detonatora data je na sl. 7.

Sl. 7. Trenutni električni detonator Elementi trenutnog električnog detonatora su (v. sl. 7):

1. čaura; 6. električna lako zapaljiva glavica; 2. brizantno eksplozivno punjenje; 7. vodonepropustivi zaptivač; 3. inicijalno eksplozivno punjenje; 8. elektroprovodnici; 4. pokrivka; 9. pločica za označavanje detonatora. 5. zaštitna (antistatička) cevčica;

Trenutni električni detonatori nose oznaku "0" koja se utiskuje na dance detonatora, a na pločicu (9) utiskuju se oznake za tip detonatora i znak proizvodača.

Električni detonatori sa usporenim dejstvom (vremenski elektrodetonatori) imaju ugrađen usporivački element, koji se ugrađuje između električne lako zapaljive glavice i inicijalnog (primarnog) punjenja kapisle.

Paljenje inicijalnog punjenja ne ostvaruje se direktno od plamenog impulsa lako zapaljive glavice, već taj impuls najpre pali usporivački element (5), koji je programiran da gori određeno vreme, a zatim ovaj aktivira inicijalno punjenje detonatorske kapisle.

Detonatori sa usporenim dejstvom dele se na: − četvrtsekundne koji detoniraju u nazivnom intervalu od 1/4 sekunde; − polusekundne koji detoniraju u nazivnom intervalu od 1/2 sekunde. Konstrukcija električnog detonatora sa usporenim dejatvom data je na sl. 8.

Sl. 8. Električni detonator sa usporenim dejstvom

Elementi električnog detonatora sa usporenim dejstvom su : 1. čaura; 6. zaštitna (antistatička) cevčica; 2. brizantno eksplozivno punjenje; 7. električna lako zapaljiva glavica; 3. inicijalno eksplozivno punjenje; 8. vodonepropustivi zaptivač; 4. pokrivka; 9. elektroprovodnici; 5. usporivački element; 10. pločica za intervalni broj.

Elektro detonatori sa usporenim dejstvom se proizvode u serijama od broja 1 do broja 18, sa nazivnim intervalom usporenja u seriji od: 0,25s i 0,5s.

Domaća industrija proizvodi serije vremenskih ED sa deset stepeni usporenja (1-10). Vremenski interval između brojeva u seriji je 0,5s (PSED-polusekundni) ili 0,25s (ČSED-četvrtsekundni).

Na sl. 9. data je serija polusekundnih električnih detonatora (PSED) sa intervalom između brojeva od 0,5s.

Sl. 9. Serija polusekundnih električnih detonatora (PSED)

Kod vremenskih ED na dnu čaurice utisnut je broj, a na provodnicima prikačena plastična pločica sa brojem koji označava interval usporenja.

Milisekundni električni detonatori su iste konstrukcije kao i vremenski ED, s tom razlikom što usporivačka smeša sagoreva znatno brže.

20Milisekundni ED primenjuju se kod paljenja minskih punjenja koja treba da detoniraju jedno

za drugim u vrlo kratkom vremenskom intervalu. Interval između pojedinih eksplozija bira se tako, da svaka sledeća eksplozija nastaje u trenutku kada je prethodno odminirana stenska masa već rastrešena, pri čemu je stvorena nova slobodna površina za narednu eksploziju. Ovakav način iniciranja minskih punjenja omogućuje sitniju granulaciju i manju razbacanost odminiranog materijala, kao i smanjenje seizmičkih potresa koji nastaju pri miniranju.

Milisekundni električni detonatori se proizvode u serijama od broja 1 do broja 15, sa intervalom usporenja u seriji od 20ms do 100 milisekundi.

Domaća industrija proizvodi dve serije milisekundnih ED i to: − od broja 1-10 sa intervalom usporenja između brojeva od 34ms (34-MSED); i − od broja 1-12 sa intervalom usporenja između brojeva od 23ms (23-MSED). Boja izolacije provodnika milisekundnih detonatora razlikuje se od boje provodnika trenutnih ED. Metanski električni detonatori (MED-Cu) izrađuje se sa bakarnom čauricom i inicijalnim punjenjem od

fulminata žive. Aluminijumske kapisle ne smeju se koristiti u jamama sa metanskim režimom, jer se aluminijum lako usija i zapali, pa može izazvati eksploziju metana ili ugljene prašine.

Kod metanskih ED preko čaure sa spoljne strane navučen je mesingani zaštitni prsten, na delu gde se nalazi usporivačka masa. Ovaj prsten ima ulogu da spreči rasprskavanje čaure pri sagorevanju usporivačke smeše. U unutrašnjosti kapisle, između usporivačke smeše i inicijalnog punjenja, postavljen je mesingani konus (plamenik), čija je uloga da usmeri plamen usporivačke smeše u inicijalno punjenje kapisle. Elektro provodnici su od bakra sa PVC izolacijom zelene boje, po čemu se razlikuju od ostalih vrsta ED.

Konstrukcija metanskih ED je takva da je detonator potpuno zaštićen od varničenja. Lako zapaljiva glavica i eksplozivno punjenje kapisle br. 8. su tako podešeni da ne mogu upaliti najeksplozivniju smešu metana i vazduha (8-11,5%CH4).

Domaća industrija proizvodi trenutne metanske električne detonatore (TMED-Cu) i metanske milisekundne ED od broja 1-10 sa intervalom zakašnjenja između brojeva od 34ms (34-MMED-Cu) i 23ms (23-MMED-Cu).

Konstrukcija metanskog milisekundnog električnog detonatora data je na sl. 10.

Sl. 10. Metanski milisekundni električni detonator Metanski ED su specijalno namenjenji za miniranje u rudnicima sa pojavom metana i eksplozivne

ugljene prašine. Mogu se koristiti na suvim, vlažnim i mokrim radilištima, kao i pod vodom dubine do 2m. Osnovne tehničko-minerske karakteristike električnih detonatora su: provodljivost električne struje,

otpor električne glavice, otpor provodnika, osetljivost prema toploti i dr. (date su u Praktikumu-Metode ispitivanja).

4.2.2. Mašine za električno paljenje, provodnici struje i merno-kontrolni aparati Za električno paljenje minskih punjenja koriste se mašine za električno paljenje, koje daju jednosmernu

struju bez pulzacija. U upotrebi su sledeće vrste mašina za električno paljenje mina: − magnetno-električne; − dinamo-električne; − kondezatorske; − elektronske, i − visokofrekfentne. Mašine za električno paljenje mina moraju biti sposobne da pošalju dovoljno jak električni impuls za

sigurno paljenje odgovarajućeg broja električnih detonatora vezanih u mrežu za paljenje. Mreža ima granični otpor koji mašina za paljenje mora savladati, kako bi u mrežu poslala garantovanu struju za bezotkazno paljenje.

Domaća industrija (”Trio” Beograd) proizvodi električne-kondezatorske mašine za paljenje mina tip EKA 400/22, či je izgled dat na sl. 11.

Sl. 11. Električna mašina za paljenje mina tip EKA 400/22

Provodnici struje za električno paljenje mina mogu biti od bakarne, aluminijumske i pocinkovane gvozdene žice. Obično su izolovani PVC masom, ređe gumom. Moraju biti određenog poprečnog preseka, koji će omogućiti proticanje struje određene jačine.

Merno-kontrolni aparati koriste se za kontrolu ispravnosti elektrodetonatora, mašina za paljenje i mreža za paljenje mina. U upotrebi su sledeći aparati: galvanoskop, ommetar, kontrolni most za dinamo mašine, tinjalica i dr.

214.3. DETONIRAJUĆI ŠTAPIN Detonirajući štapin je vrpca sa brizantnim eksplozivnim punjenjem. Ovaj štapin omogućava brz i

siguran prenos detonacije sa detonatorske kapisle, električnog detonatora ili neposredno na veliki broj minskih punjenja. Pri tome se ostvaruje skoro trenutni prenos u sve grane štapina, tj. do svih minskih punjenja.

Srž detonirajućeg štapina izrađuje se od fulminata žive ili pentrita sa aditivima. Ako se za srž koristi fulminat žive, on se obavezno flegmatizuje sa parafinom, pa njegova brzina detonacije iznosi oko 5000m/s. Ako je srž štapina od pentrita onda je brzina detonacije oko 6500m/s. Eksplozivno punjenje štapina smešta se u tanku plastičnu ili papirnu cevčicu. U sredini eksplozivnog punjenja je konac koji obezbeđuje ravnomeran raspored eksploziva (konstantnu gustinu) po celoj dužini štapina. Cevčica je spolja čvrsto obmotana dvostrukom pamučnom pređom, upletenom u suprotnim smerovima. Preko pređe urađena je spoljna plastična izolacija, koja čini štapin elastičnijim (fleksibilnijim), a istovremeno štiti srž štapina od mehaničkih uticaja, vlage i vode. Presek detonirajućeg štapina dat je na sl. 12.

Sl. 12. Detonirajući štapin: 1)eksplozivno punjenje; 2)celofanska cevčica; 3)unutrašnja izolaciona obloga

(pređa); 4)spoljna plastična obloga; 5) pamučni konci Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal korporacija - Kruševac proizvodi više vrsta

detonirajućeg štapina u zavisnosti od količine eksplozivnog punjenja (pentrita) po dužnom metru štapina i to: − desetogramski (P-10); − dvanaestogramski (P-12) i − dvadesetogramski (P-20) detonirajući štapin,

čije su karakteristike date u tabeli 20. Tab. 20. Karakteristike detonirajućeg štapina

Karakteristika P - 10 P - 12 P - 20 količina punjenja, g/m' 10 + 1 12 + 1,5 20 + 3 prečnik, mm 5,2 5,2 6,3 brzina detonacije, m/s 6500+500 6500+500 6500+500 boja izolacije crvena crvena crvena iniciranje DK br.8 DK br.8 DK br.8

Detonirajući štapin mora biti savitljiv i lako se vezivati u čvorove, pri čemu nesme doći do pucanja zaštitne plastične obloge. Kada se zapali otvorenim plamenom gori lagano kao svaka materija, a da pri tome ne dolazi do detonacije. Otporan je na vodu (ako su mu krajevi izolovani), pa ispravno detonira i nakon stajanja u vodi.

Inicira se detonatorskom kapislom br. 8. ili elektrodetonatorom, koji se na kraj štapina pričvrsti izolacionom trakom ili nekim drugim sredstvom. Svi ostali krajevi štapina vezani za glavni krak štapina, aktiviraju se detonacijom glavnog kraka.

Koristi se za prenos detonacije od rudarske kapisle br. 8. ili električnog detonatora do minskog punjenja, odnosno pojačnika inicijacije. Prenos detonacije može se obaviti trenutno ili sa programiranim usporenjem (postavljanjem konektora). Uspešno se primenjuje kod masovnih miniranja na površinskim kopovima i kamenolomima, pri rušenju podvodnih objekata i objekata na površini, prilikom razbijanja nataložene metalurške zgure itd. Ne sme se koristiti u jamama sa pojavom metana i eksplozivne ugljene prašine.

Detonirajući štapin se često koristi u kombinaciji sa usporivačima - konektorima, kojima se postiže milisekundno usporenje paljenja pojedinih minskih punjenja.

Konektori su metalne (aluminijumske) čaurice otvorene sa obe strane u koje se stavljaju krajevi detonirajućeg štapina. U sredini konektora je postavljena usporivačka smeša koja je programirana da gori tačno određeno vreme izraženo u ms. Shema konektora data je na sl. 13.

Sl. 13. Usporivač - konektor: 1)metalna čaurica; 2)usporivačka smeša; 3)otvori za uvlačenje krajeva

detonirajućeg štapina Konektor se umeće na presečemon mestu štapina, a iznad eksplozivnog punjenja. Usporivačka smeša

u konektoru gori tačno programirano vreme u ms, pa tek nakon toga dolazi do eksplozije minskog punjenja.

4.4. POJAČIVAČI IMPULSA - BUSTERI Za iniciranje nekih neosetljivih eksploziva i eksplozivnih smeša (AN-FO smeše, liveni TNT,

vodoplastični eksplozivi itd.) nije dovoljna detonatorska kapisla br. 8, već se mora koristiti znatno snažniji pojačivač impulsa - buster. Pojačivač impulsa - buster predstavlja jedinicu od čvrsto upresovanog visokobrizantnog eksploziva, koji se lako dovodi do detonacije kapislom br. 8, a pritisak detonacije mu je takav da dovodi do potpune detonacije najneosetljivije eksplozive.

22Pojačivači impulsa-busteri izrađuju se kao presovani i kao liveni. Presovani pojačivači imaju

eksplozivno punjenje od pentrita ili heksogena. Liveni pojačivači imaju eksplozivno punjenje od pentolita, tj. mešavine trotila i pentrita.

4.4.1. Presovani pojačivači - busteri Presovani pojačivači-busteri su sastavljeni od aluminijumske čaurice u koju je pod visokim pritiskom

upresovana određena količina pentrita ili flegmatizovanog heksogena. U tako pripremljenu čauricu bustera umeće se detonatorska kapisla br. 8 ili detonirajući štapin. Ceo sklop predstavlja čvrstu celinu sa kojom se dalje postupa kao sa detonatorskom kapislom.

Najčešće korišćene konstrukcije presovanih bustera date su na sl. 14.

Sl. 14. Konstrukcije presovanih bustera: 1)zaptivka ili plastični umetak; 2)aluminijumska čaura; 3)eksplozivno punjenje bustera; 4)detonatorska kapisla br. 8.

Buster B-2H sadrži 2g. heksogena, upresovanog na dno aluminijumske čaurice, iznad koga je postavljen električni detonator, koji je stegnut uzdužnom lamelom za čauru bustera (v.sl.14a). Upotrebljavaju se za iniciranje jako upresovanog i livenog trotila, npr. kod sekundarnih miniranja.

Busteri B-10P i B-10H sadrže po 10g upresovanog pentrita ili heksogena. Na vrhu bustera hermetički je zapertlovan plastični čep (1) sa otvorom za kapislu (v.sl.14b). Iniciranje bustera vrši se kapislom br. 8. ili električnim detonatorom. Koristi se za podvodna miniranja dubine do 20m.

Busteri B-30P i B-30PD imaju po 30g čvrsto upresovanog pentrita. Buster B-30P se inicira detonatorskom kapislom ili ED koji se postavljaju u otvor zapertlovanog plastičnog čepa (v.sl. 14c). Buster B-30PD aktivira se detonirajućim štapinom koji se provlači kroz sredinu bustera (v.sl. 14d). Služe za iniciranje jako neosetljivih eksploziva.

Busteri B-50P i B-50PD imaju po 50g čvrsto upresovanog pentrita. B-50P se inicira detonatorskom kapislom ili ED, a B-50PD detonirajućim štapinom.

Eksplozivno punjenje bustera je potpuno zatvoreno i rad sa njim je bezbedan. Svi busteri su otporni na vodu.

4.4.2. Liveni pentolitski pojačivači - busteri Pentolitski pojačivači su namenjeni za aktiviranje svih eksploziva neosetljivih na detonatorsku kapislu

br. 8., kao što su: ANFO smeše, Slurry eksplozivi, patronirani Boriti i dr. Ova grupacija eksploziva poznata je pod zajedničkim imenom "sigurnosni eksplozivi", čija je osetljivost na iniciranje nekoliko puta niža nego kod klasičnih eksploziva. Uspešna primena ANFO smeša i Slurry eksploziva počela je tek onda kada su pronađeni odgovarajući pojačivači, koji su omogućili njihovu potpunu i stabilnu detonaciju.

Liveni pentolitski pojačivači imaju eksplozivno punjenje od mešavine 50% trotila i 50% pentrita, koja je poznata pod imenom pentolit.

Liveni pentolitski pojačivači – busteri treba da poseduju: − visok pritisak detonacije; − prečnik i dužina bustera moraju biti prilagođeni prečniku eksplozivnog punjenja koje iniciraju. Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal korporacija - Kruševac proizvodi tri tipa visoko

brizantnih livenih pentolitskih pojačivača: PP-360; PP-300 i PP-100. Ovi pojačivači uspešno se primenjuju u svim našim rudnicima, gde se za miniranje koriste ANFO i Slurry eksplozivi.

Osnovne karakteristike standardnih pentolitskih pojačivača dati su u tabeli 21. Tab. 21. Karakteristike pentolitskih pojačivača

Karakteristika PP-360 PP-300 PP-100 gustina, g/cm3 1,60 1,60 1,60 probojna moć-čelika, cm 10 10 - brzina detonacije, m/s 7000-7500 7000-7500 7000-7500 bilans kiseonika, % -0,425 -0,425 -0,425 pritisak detonacije, MPa 20400 20400 20400 masa, g 360 300 100 prečnik, mm 70 50 41 dužina, mm 59 95 45 pakovanje, kom./kutiji 60 72 180 stabilnost, meseci 12 12 12

Pentolitski pojačivač ima dva otvora za provlačenje kraja detonirajućeg štapina, koji se vezuje u čvor (v.sl. 15). U praksi se iniciranje minskih punjenja najčešće vrši sa dva bustera, od kojih se jedan postavlja na dno, a drugi u sredinu minske bušotine. Ovim se postiže daleko bolje iskorišćenje snage eksplozije, dobija se veća količina odminiranog materijala i povoljnija granulacija odminirane stenske mase.

23Sl. 15. Pentolitski pojačivač-buster: 1)liveni pentolit;

2)kartonska obloga; 3)otvori za detonirajući štapin; 4)čvor

4.5. SISTEMI NEELEKTRIČNOG NAČINA INICIRANJA EKSPLOZIVA U cilju povećanja sigurnosti miniranja i zaštite od neželjenih efekata lutajućih struja i statičkog

elektriciteta u novije vreme razvili su se sistemi za neelektrično iniciranje minskih punjenja. Neelektrični sistem iniciranja predstavlja jedan savremen i bezbedan sistem koji se nalazi između električnog načina iniciranja i iniciranja pomoću detonirajućeg štapina, pri čemu su zadržane sve dobre osobine oba sistema, a otklonjene njihove mane.

U svetu postoji više sistema za neelektrično iniciranje minskih punjenja, kao što su: Nonel sistem, Hercudet, Primadet, Teodet, Anodet, Detaprim i dr. Od svih nabrojanih sistema najviše se primenjuje Nonel sistem, proizvod Švedske firme Nitro Nobel, iz koga se razvio i naš domaći sistem Polinel, proizvod hemijske industrije "Police" Berane.

4.5.1. Opis polinel sistema Polinel inicirajući sistem sastoji se iz: − Polinel detonatora; − vatroprovodne detonacione cevčice (VPDC); − spojnica (konektora); i − alata za iniciranje (startera). Polinel detonator sastoji se od standardne detonatorske kapisle br. 6 ili br. 8 (sa ili bez usporivačkog

elementa) i tanke vatroprovodne detonacione cevčice (VPDC). Kapisla je od bakra, a njena dužina varira u zavisnosti od dužine usporivačkog elementa. Pomoću plastičnog ili gumenog čepa kapisla je čvrsto i hermetički spojena sa vatroprovodnom detonacionom cevčicom (VPDC), kako je to dato na sl. 15'.

Sl. 15'. Polinel detonator sa VPDC: 1)bakarna čaura; 2)brizantno eksplozivno punjenje; 3)inicijalno punjenje;

4)usporivački element; 5)gumeni zaptivni čep; 6)vatroprovodna detonaciona cevčica (VPDC) Vatroprovodna detonaciona cevčica (VPDC) izrađena je od visokokvalitetne plastične mase, spoljnjeg

prečnika 3,0mm i unutrašnjeg 1,5mm. Unutrašnjost plastične cevčice obložena je mikro slojem reaktivne smeše (30-50mg/m'), koja brzim sagorevanjem (oko 2200m/s) prenosi toplotni impuls kroz cevčicu do inicijalnog punjenja ili usporivačkog elementa kapisle. Sagorevanjem reaktivne smeše oslobađa se hemijska toplota, pri čemu produkti sagorevanja dostižu temperaturu od preko 40000C i pritisak 20-30bara. Visoka temperatura u cevčici traje veoma kratko (0,5ms/m') i ne može da izazove termičko razlaganje plastične cevčice (čak ni po površini).

VPDC imaju masivne zidove i mogu da izdrže teške uslove rada na terenu. Normalne cevčice se mogu primenjivati u temperaturnom intervalu od -400C do +600C. Mehanička otpornost VPDC zavisi od spoljne temperature. Standardne VPDC cevčice 3/1,5mm izdržavaju silu istezanja do 60N uz elastično istezanje do 50%. Istezanjem VPDC ne remeti se funkcija sagorevanja cevčice. Krajevi VPDC se hermetički zatvaraju pa ne može doći do prodora vlage unutar cevi.

VPDC su hemijski potpuno neosetljive na veliki broj agresivnih organskih rastvarača i neorganskih hemikalija na temperaturama do 400C. Mogu se primenjivati za aktiviranje zasićenih rastvora amonijum-nitrata i drugih nitrata, ANFO smeša, praškastih eksploziva itd.

Zahvaljujući mikro debljini i maloj gustini reaktivnog sloja VPDC se ne mogu dovesti do detonacije udarom, trenjem, varnicom, plamenom i sl. Zbog toga pokazuju znatno veću sigurnost pri miniranju u odnosu na električne detonatore i detonirajuće štapine.

VPDC se iniciraju detonacionim impulsom, koji se može ostvariti detonatorskom kapislom ili detonirajućim štapinom. Način aktiviranja VPDC dat je na sl. 15".

Sl. 15". Postupak iniciranja VPDC: 1)magistralna linija; 2)višestruka spojnica ili gumeni prsten; 3) pojedinačne

VPDC; 4)jednostruka spojnica Prenos detonacije s jednog kraja na drugi kraj cevčice ostvaruje se pomoću detonatorske kapisle u

specijalnoj jednostrukoj spojnici (poz. 4). Iniciranje više VPDC (poz. 3) vrši se uz upotrebu detonatorske kapisle, koja se postavlja u sredinu

snopa. U tu svrhu koristi se gumeni prsten ili višestruka spojnica (poz. 2), pomoću koje se ostvaruje čvrst spoj kapisle i krajeva cevčica. Na ovaj način u snopu se može odjednom aktivirati i više od 100 VPDC.

Za aktiviranje magistralne linije (poz. 1) VPDC koristi se specijalni alat (starter) sa inicijalnom kapislom, koji može odjednom inicirati čitavu mrežu, bez obzira na broj cevčica.

U zavisnosti od mesta primene, fabrika eksploziva "Police" Berane proizvodi tri osnovna tipa polinel detonatora: tip N, tip B i tip T.

Polinel detonator tip N i tip B koriste se za miniranja na površinskim kopovima. Detonator tipa T koristi se za podzemna miniranja, osim u sredinama sa pojavom metana i opasne ugljene prašine.

245. OBRADA METALA EKSPLOZIJOM

Obrada metala eksplozijom danas se sve više koristi u praksi. Pored mašinstva ova tehnologija primenjuje se i u rudarstvu, građevinarstvu, metalurgiji, tehnologiji polimera itd.

Energija eksploziva može se veoma efikasno iskoristiti zu obradu metala, kroz različite operacije kao što su: oblikovanje, probijanje, rezanje, sečenje, zavarivanje, plakiranje, presovanje, spajanje, otvrdnjavanje, graviranje, popravka naprslih delova itd. Sve ove, a i druge operacije obrade metala eksplozivom izvode se na jednostavnim uređajima, na kojima se visoki pritisci dobijaju dejstvom relativno malih količina eksploziva.

Pregled osnovnih postupaka obrade metala eksplozivom, dat je na sl. 16.

Sl. 16. Postupci obrade metala eksplozivom Za obradu metala eksplozivom najčešće se koriste brizantni eksplozivi, barut i gasne eksplozivne

smeše. Eksplozivi se pogodno oblikuju u vidu specijalnih eksplozivnih punjenja, koja su prilagođena dimenzijama i geometrijskom obliku obrađivanog predmeta.

Energija eksplozije, izražena naglim porastom pritiska, prenosi se na obrađivanu površinu u veoma kratkom vremenskom periodu, izraženom u milionitim delovima sekunde. Kao prenosnik energije eksplozije na obrađivani predmet koristi se: voda, vazduh, guma, sipkasti materijali (pesak i sl.). Kod spajanja metala i površinskog otvrdnjavanja kao prenosnik energije koriste se metalne ploče. U ređim slučajevima energija se prenosi neposredno na obrađivani predmet. Loša strana neposrednog prenosa energije je u tome što brizantno dejstvo eksploziva može izazvati deformaciju samog predmeta.

Na sl. 17. prikazani su načini prenosa energije eksplozije na obrađivani predmet.

Sl. 17. Načini prenosa energije eksplozije na obrađivani predmet: a)neposredno; b)preko vazduha; c)preko tečnosti; d)preko sipkastog materijala

Na kvalitet obrađivanih predmeta utiče: specifična energija eksplozije, vreme eksplozivnog razlaganja (brzina detonacije), veličina i geometrijska forma eksplozivnog punjenja itd.

U daljem tekstu daće se kraći prikaz pojedinih postupaka obrade eksplozivom, sa osnovnim principima i uređajima za njihovo izvođenje.

Obrada plastičnim deformisanjem primenom eksploziva zasniva se na tome da se metalna ploča (rondela), koja se plastično deformiše, stegne u matricu i pod dejstvom pritiska eksplozije oblikuje u unapred definisanu geometrijsku formu. Ovom tehnologijom moguće je vršiti oblikovanje predmeta u najsloženije geometrijske forme.

Postupak obrade plastičnim deformisanjem primenom eksploziva, shematski je prikazan na sl. 18.

Sl. 18. Shematski prikaz dejstva eksplozije u vodi pri obradi metala: 1)ravna ploča (rondela); 2)matrica; 3)odbijeni udarni talas; 4)oblast kavitacije; 5)gasni mehur

Deformacija rondele (1) nastupa usled impulsnog opterećenja vodenog udarnog talasa, koji nastaje kao posledica eksplozije. Nakon kratkotrajnog primarnog opterećenja, nastupa sekundarno opterećenje rondele prouzrokovano dejstvom pulzirajućih mehura. Ova pojava ima izuzetan značaj, jer ona obezbeđuje visoku tačnost dimenzija obrađivanih komada.

Kao prenosnik energije eksplozije na obrađivani predmet upotrebljava se voda, pesak i guma. Obrada plastičnim deformisanjem primenom eksploziva vrši se sa i bez predgrevanja rondele.

Zagrevanje metalnog komada (rondele) vrši se električnim putem, pirotehničkom smešom i drugim postupcima.

Ovim postupkom oblikuju se razni predmeti manjeg ili većeg prečnika (cevi, čelične kuplole, statori generatora itd.), čelične boce, levkovi za kumulativna punjenja, navoji na cevima itd.

Probijanje i sečenje: Za probijanje otvora eksplozivom primenjuju se koncentrična kumulativna punjenja, dok se za sečenje koriste linijska punjenja (standardna ili improvizovana). Probijanje otvora eksplozivom vrši se na ravnim pločama, sfernim površinama ili cevima, kako je to shematski dato na sl.19.

Sl. 19. Shematski prikaz probijanja otvora eksplozivom: a)u ravnim pločama; b)u cevima; 1) matrica; 2) metalni

deo u kome se probija otvor; 3)eksploziv; 4)voda Eksplozivna punjenja za probijanje otvora prilagođena su obliku komada koji se obrađuje i mogu biti:

koncentrična za probijanje otvora kod manjih komada ili izdužena za probijanje otvora u cevima. Veličina i oblik eksplozivnog punjenja moraju obezbediti ravnomernu raspodelu pritiska po celoj površini obrađivanog komada.

Kumulativna linijska punjenja za sečenje metala imaju veliku primenu u vojnoj tehnici za rušenja raznih objekata.

Spajanje metala eksplozivom omogućuje spajanje raznorodnih metala, koji se klasičnom tehnologijom ne mogu spojiti.

25Primenom eksploziva za spajanja raznorodnih metala u dvoslojne ili višeslojne kompozicije,

omogućeno je spajanja metala bez obzira na znatne razlike u tačkama topljenja, s obsirom da se u toku procesa ne postižu temperature topljenja metala.

U praksi se primenjuju dva postupka spajanja metala eksplozivom (v.sl. 20), i to: − ploče koje se spajaju su pod uglom; i − ploče koje se spajaju su paralelne.

Sl. 20. Postupci spajanja metala eksplozivom: a)ploče su pod uglom; b)ploče su paralelne; 1)osnovna ploča;

2)električni detonator; 3)pokretna ploča; 4)eksploziv; 5)međuploča; 6)podloga Kod spajanja metala uglavnom se primenjuje međuploča (5), koja štiti površinu metala od mehaničkog

dejstva produkata eksplozije. Gasoviti produkti eksplozije ubrzavaju gornju pokretnu ploču (3), usled čega dolazi do sudara ploča

određenom brzinom i pod određenim uglom. U zoni sudara dolazi do uzajmne deformacije površina, pri čemu se slojevi neizmenično nagomilavaju i uvlače jedan u drugi. Profil deformisane zone metala dobija karakterističan talasasti oblik (v.sl. 21).

Sl. 21. Profil deformisane zone pri spajanju metala eksplozijom

U zoni spoja dolazi do strukturnih promena i znatnog povećanja čvrstoće, pri čemu je čvrstoća spoja uvek veća od čvrstoće mekšeg metala.

Za spajanja metala eksplozivom uglavnom se primenjuju manje brizantni eksplozivi. Višeslojni materijali dobijeni ovom tehnologijom poseduju poboljšana termomehanička svojstva u

poređenju sa mono metalnim (klasičnim) materijalima. Tehnologijom spajanja eksplozivom proizvode se: industrijski bimetalni noževi, bimetalne kontaktne

pločice (Č-Al), bimetalni izmenjivači toplote, višeslojni limovi i trake, bimetalni klizni ležajevi itd. Oblaganje-plakiranje čeličnih cevi vrši se materijalima otpornim na habanje i koroziju, kao što su:

nerđajući čelici, titan, bakar, aluminijum, mesing i dr. Plakiranju se podvrgavaju cevi izložene velikom habanju i koroziji.

Cevi i slični cilindrični elementi plakiraju se na dva načina: spoljnim ili unutrašnjim eksplozivnim punjenjem (v.sl.22. i sl. 23.).

Sl. 22. Plakiranje cevi spoljnim eksplozivnim punjenjem uz prenosnu sredinu: 1)detonator; 2)eksplozivno

punjenje; 3)spoljašnja cev; 4)unutrašnja cev; 5)centrirajući prsten; 6)voda, pesak ili cement

Sl. 23. Plakiranje cevi unutrašnjim eksplozivnim punjenjem uz prenosnu sredinu: 1)detonator; 2)eksplozivno punjenje; 3)masivni cilindar; 4)unutrašnja cev; 5)spoljašnja cev; 6)amortizer-prigušivač; 7)voda, parafin ili

plastična masa; 8)centrirajući prsten Kod plakiranja cevi spoljnim eksplozivnim punjenjem, snagom eksplozije potiskuje se spoljašnja cev,

koja se spaja sa unutrašnjom cevi. Kod plakiranja unutrašnjim eksplozivnim punjenjem dolazi do deformacije unutrašnje cevi, koja naleže

na spoljašnju cev i sa njom se spaja. Optimalni zazor između unutrašnje i spoljašnje cevi iznosi od 1 do 3mm i postiže se centrirajućim prstenom.

Pored cevi, primenom eksploziva mogu se plakirati: čelični "U" profili, limovi, trake, žica itd. Plakirane cevi koriste se u rudarstvu za hidraulični transport čvrstih mineralnih sirovina (flotacijska

pulpa, zasipni materijal itd.), u naftnoj industriji za transport nafte i gasa itd. Otvrdnjavanje metala eksplozijom primenjuje se kod elemenata čije su površine izložene intezivnom

habanju i abraziji. U praksi se najčešće primenjuju dva postupka za površinsko otvrdnjavanje metala i to: kontaktni i

nekontaktni postupak (v.sl. 24).

Sl. 24. Shematski prikaz postupaka za površinsko otvrdnjavanje metala: a)kontaktni postupak; b)nekontaktni postupak; 1)podloga; 2)metalna ploča koja se otvrdnjava; 3)zaštitna ploča; 4)eksploziv; 5)električni detonator;

6)pokretna (odbacna) ploča Kod kontaktnog postupka eksploziv se stavlja neposredno na površinu koja se otvrdnjava. Nedostatak

ovog postupka je u tome, što se na površini pojavljuju pukotine i prsline, i što dolazi do odvaljivanja delića obrađivane površine. Da bi se sprečile ove deformacije, između eksplozivnog punjenja i metalne ploče postavlja se zaštitna ploča (3), koja može biti od gume, kartona i dr.

Kod nekontaktnog postupka eksplozija se izvodi na pokretnoj (odbacnoj) ploči (6), koja je na izvesnom rastojanju od metalne ploče koja se obrađuje.

26Iniciranjem eksplozivnog punjenja dolazi do kretanja čela detonacionog talasa duž

obrađivane površine. Pri tome dolazi do naglog porasta pritisak (od 104-105MPa) u veoma kratkom vremenskom intervalu od 10-6 do 10-9 sekundi, usled čega dolazi do sabijanja površinskog sloja metala i povećanja njegove tvrdoće.

Postupkom otvrdnjavanja metala eksplozivom dobija se velika površinska tvrdoća, sa znatno većom dubinom otvrdnjavanja u odnosu na klasične postupke obrade plastičnom deformacijom, termičkom obradom ili postupcima navarivanja.

Otvrdnjavanje površina eksplozijom primenjuje se kod pojedinih delova rudarske opreme, kao na primer: zuba utovarnih sistema, hodnih delova rudarske mehanizacije, čeljusti drobilica, kugli i šipki mlinova, obloga utovarnih i presipnih mesta, reznih elementa bušaće i druge opreme itd.

Ovim postupkom mogu se otvrdnjavati i zavareni spojevi, pri čemu oblik eksplozivnog punjenja mora biti prilagođen obliku zavarenog spoja. Za otvrdnjavanje zavarenih spojeva najčešće se primenjuju izdužena-linijska eksplozivna punjenja.

5.1. SPECIJALNA EKSPLOZIVNA PUNJENJA ZA OBRADU METALA Za obradu metala eksplozivom najčešće se koriste: brizantni eksplozivi, barut i gasne eksplozivne

smeše. Eksplozivi se pogodno oblikuju u vidu specijalnih eksplozivnih punjenja, koja su prilagođena dimenzijama i geometrijskom obliku obrađivanog predmeta.

Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal korporacija - Kruševac proizvodi dva tipa specijalnih eksplozivnih punjenja za obradu metala i to: KEP - LONG i KEP - RING.

U tabeli 22. date su osnovne tehničko-minerske karakteristike specijalnih eksplozivnih punjenja za obradu metala.

Tab. 22. Karakteristike specijalnih eksplozivnih punjenja Karakteristike KEP - LONG KEP - RING gustina, g/cm3 1,6 1,6 brzina detonacije, m/s 7000-7500 7000-7500 bilans kiseonika, % -0,425 -0,425 gasna zapremina, dm3/kg 1002 1002 probojna moć-čelika, cm 10 10 temperatura samozapaljenja, 0K 550 550 iniciranje DK br. 8 DK br. 8

Specijalna eksplozivna punjenja primenjuju se u metalskoj industriji za: sečenje metala, drobljenje metala, sečenje cevi i ravnih površina i dr. Koriste se i za usmerena miniranja u rudarstvu i drugim oblastima.

SAVREMENI MATERIJALI

1. KOMPOZITNI MATERIJALI Ubrzana istraživanja u oblasti razvoja i primene novih materijala u drugoj polovini XX veka rezultirala

su razvojem kompozitnih (composite - složeni, mešani) materijala. Kompozitni materijali predstavljaju makromehaničku mešavinu dva ili više materijala različitih fizičko-

hemijskih i mehaničkih svojstava, međusobno nerastvorljivih. Ovako dobijen materijal objedinjuje najbolje osobine svojih komponenata, a pokazuje čak i neke osobine koje komponente ponaosob ne iskazuju.

Kompozitni materijali se sastoje iz: − diskontinualne faze, tj. armature (čestice, kuglice, vlakna), i − kontinualne faze, tj. matrice. Armatura u kompozitnom materijalu prima na sebe opterećenja i doprinosi osnovnim karakteristikama

čvrstoće i krutosti. Armirajući elementi moraju imati dobru adhezivnost prema matrici. Matrica u kompozitu ima ulogu vezivne materije u koju je uklopljeno ojačanje-armatura. Ona

omogućuje formiranje oblika kompozitnog materijala i prenos opterećenja u materijalu sa vlakna na vlakno. Definiše otpornost kompozita na visokim temperaturama, osobine zapaljivosti, električne karakteristike, otpornost prema hemijskim uticajima i eroziji, obezbeđuje homogenost kompozita i dr. Delimično utiče na mehaničke karakteristike: tvrdoću površine, čvrstoće na smicanje i pritisak, žilavost i savitljivost. Matrica mora da raspolaže dobrim adhezivnim svojstvima, da obezbedi homogenost kompozita, da omogući jednostavan proces izrade, da sa vremenom ne menja karakteristike (ne stari) itd.

271.1. SASTAV I OSOBINE KOMPOZITNIH MATERIJALA Sastavne komponente znatno utiču na mehaničke karakteristike kompozita. U pogledu nosivosti

kompozitni materijal se nalazi između nozivosti armirajućeg vlakna i matrice, što je shematski prikazano na sl. 1.

Sl. 1. Odnos nosivosti kompozita i njegovih sastavnih elemenata

Odgovarajućim izborom sastavnih elemenata i njihovim zapreminskim odnosom u strukturi kompozita mogu se dobiti materijali sa kontrolisanim i željenim svojstvima.

Kao materijal za armaturu kompozita najčešće se koriste: − staklena, ugljenična, organska vlakna (aramid i dr.), vlakna bora, metalna vlakna (Č, Al) i dr. Matrice za izradu kompozitnih materijala dele se na: - polimerene, metalne, keramičke, ugljenične i polimatrične. Za izradu konstrukcionih kompozita najčešće su u primeni polimerne i metalne matrice. U zavisnosti od oblika i sastava konstituenata kompoziti se dele na: vlaknaste, ljuspaste, skeletaste,

laminirane i kompozite sa česticama. Kompozitni materijali spadaju u grupu anizotropnih materijala, pa njihova mehanička svojstva veoma

mnogo zavise od ugla merenja pojedinih karakteristika. Za razliku od metala kompozitni materijali ne podležu plastičnoj deformaciji, tj. pod dejstvom spoljnih

sila dolazi samo do elastičnih deformacija. Njihova čvrstoća u velikoj meri zavisi od orijentacije armirajućih vlakana, pri čemu uzdužna zatezna čvrstoća daleko nadmašuje čvrstoću u poprečnom pravcu.

U pogledu ponašanja prema zamoru kompoziti se suštinski razlikuju od metala. Dok metali otkazuju pri zamoru samo na jedan način (stvaranjem prskotina), kompoziti otkaziju na razne načine (odvajanjem vlakana od osnove, raslojavanjem, kidanjem vlakana, stvaranjem prskotina u osnovi i sl.).

Velika prednost kompozitnih materijala u odnosu na klasične materijale je visoka vrednost specifične čvrstoće (Rm/ρ) i specifičnog modula (E/ρ), što omogućava izradu delova znatno manje mase pri potpunom zadovoljenju kriterijuma nosivosti, što je veoma važno tamo gde je masa delova od vitalnog značaja.

Uporedna svojstava kompozita i nekih konstrukcionih materijala data su na sl. 2.

Sl. 2. Uporedna svojstava kompozita i nekih konstrukcionih materijala Kompozitni materijali poseduju relativno veliku nosivost i posle delimičnog oštećenja, što je posledica

prenošenja opterećenja preko velikog broja vlakana. Takođe poseduju veliku otpornost na koncentrisane napone, agresivnu sredinu i koroziju, odlikuju se malom brzinom rasprostiranja prskotina, visokim unutrašnjim prigušenjem, imaju malu toplotnu provodljivost i dr.

Zahvaljujući napred navedenim prednostima kompoziti postaju sve interesantniji za izradu mnogih elemenata i konstrukcija u praksi.

1.1.1. Armaturna vlakna

Osnovni zahtevi koji se postavljaju pred armaturna vlakna su: − visoka čvrstoća vlakana; − visoki modul elastičnosti (naročito je važan kod metalnih matrica); − odgovarajuće dimenzije i oblik vlakana (najviše se koriste vlakna okruglog i prstenastog poprečnog

preseka); − postojanost svojstava; − jednostavnost izrade; − dobra adhezivnost sa matricom i dr. Najčešće korišćena armaturna vlakna za konstrukcione kompozite su: staklena, ugljenična, organska

vlakna (kevlar - aramid i dr.) i vlakna bora. Staklena vlakna predstavljaju neorganska vlakna, dobijena iz rastopljenog stakla. Po hemijskom

sastavu staklo iz kojeg se dobijaju staklena vlakna sadrži 1 do 2% oksida alkalnih metala. Odlikuju se dosta visokom čvrstoćom, velikom otpornošću na udar, odličnom hemijskom i toplotnom otpornošću, lakom obradivošću, niskom cenom izrade i dr. Nedostatak im je mali modul elastičnosti.

U praksi se proizvode četiri vrste staklenih vlakana: tip E, C, A i S. Najčešće se koriste vlakna tipa E i S, koja pored dobrih mehaničkih karakteristika poseduju visoku tvrdoću i veoma dobru toplotnu postojanost. Radno su sposobna do temperature 5400C.

Ugljenična (grafitna) vlakna proizvode se kao: − visokočvrsta ugljenična vlakna (velike zatezne čvrstoće); i − visokomodulna ugljenična vlakna (velikog modula elastičnosti).

28Visokočvrsta ugljenična vlakna dobijaju se iz vlakana poliaikrilonitrila, kroz četiri osnovne

operacije: kontrolisanu oksidaciju, karbonizaciju, grafitizaciju i obradu površine vlakana. Imaju čvrstoću na zatezanje od 3000-4500MPa i malu gustinu 1,7-1,9g/cm3. Srednji prečnik vlakna je 7μm.

Visokomodulna ugljenična vlakna dobijaju se naknadnom visokotemperaturnom grafitizacijom visokočvrstih ugljeničnih vlakana (na oko 30000C). Pri tome vlakna postaju glatka i njihova adhezija sa matricom je znatno slabija. Ovako dobijena vlakna imaju modul elastičnosti od (350-520)⋅103MPa, koji je 7 do 11 puta veći od modula elastičnosti aluminijuma i titana. Koriste se za jako krute konstrukcije.

Ugljenična vlakna poseduju veliku čvrstoću, veliki modul elastičnosti, malu gustinu, odličnu obradivost, postojanost na visokim temperaturama, nizak koeficijent temperaturnog širenja, inertnost prema većini reagenasa i dr.

Ovako dobre karakteristike ugljeničnih vlakana postižu se povećanim stepenom uređenosti atoma ugljenika u rešetci, pri čemu se atomi ugljenika raspoređuju po heksagonalnom sistemu.

Ugljenična vlakna predstavljaju najčešće korišćena armirajuća vlakna kod kompozitnih materijala, tako da se obim njihove proizvodnje neprestano povećava.

Organska vlakna su po hemijskom sastavu aromatski poliamidi. Po kvalitetu ne zaostaju za neorganskim vlaknima, zbog čega sve više dobijaju na značaju. Najpoznatije ogransko vlakno je “kevlar”, poznatije kao aramidno vlakno.

Aramid (aromatizovani poliamid) je sintetički materijal koji spada u grupu visoko aromatizovanih poliamida sa sređenom unutrašnjom strukturom.

Aramidna vlakna imaju vrlo visoku zateznu čvrstoću, malu gustinu, poseduju izvanrednu otpornost na udar, imaju odlična izolaciona i toplotna svojstva, postojana su u širokom temperaturnom opsegu od -1960C do 2600C, ne tope se i ne skupljaju, lako se oblikuju, izrađuju se i u obliku tkanja. Nedostatak im je niska pritisna čvrstoća, nešto manji modul elastičnosti, otežano dobijanje vlakana, visoka proizvodna cena. Zbog toga se često pribegava kombinovanju ovih vlakana sa vlaknima ugljenika ili bora, te se dobijaju tzv. hibridni kompoziti.

Kompoziti sa aramidnim vlaknima daju za oko 70% manju masu nego isti delovi od čelika, ili za oko 50% manju masu nego kompoziti sa staklenim vlaknima, dok imaju približno istu masu kao kompoziti sa ugljeničnim vlaknima.

Pri savijanju aramidna vlakna ponašaju se vrlo slično metalima, što staklena i grafitna vlakna ne ispoljavaju. Dijagram savijanja za neke vrste armaturnih vlakana dat je sl. 2.

Sl. 2. Dijagram savijanja za neke vrste armaturnih vlakana Vlakna bora odlikuju se velikom pritisnom čvrstoćom i otpornošću na torziju. Imaju pozitivan koeficijent

linearnog širenja (sličan titanu). Nedostaci su im otežana obradivost i oblikovanje zbog visoke tvrdoće, kao i visoka cena izrade.

Fizičko-mehanička svojstva najčešće korišćenih armaturnih vlakana za konstrukcione kompozite, data su u tabeli 1.

Tab. 1. Fizičko-mehanička svojstva armaturnih vlakana Vlakna

Gustina

ρ kg/m3

Zatezna čvrstoća

Rm MPa

Modul elastično-

sti x103 MPa

Specifična čvrstoća

Rm/ρ x106 m

Specifični modul

E/ρ x109 m

staklena 2400-2500 2100-4600 72-86 0,83-1,85 28,5-34,5 borna 2600 2800 385-430 1,18 148 ugljenična 1700-2000 2800-4500 260-385 1,1-1,91 126-205 aramidna 1440 2800 135 1,87 77

1.1.2. Matrice za izradu kompozita

Matrice za izradu kompozita mogu biti: polimerne, metalne, keramičke, ugljenične i polimatrične. Za izradu konstrukcionih kompozita najčešće su u primeni:

− matrice na osnovu epoksidnih smola; − matrice na osnovu fenolnih smola; − matrice na osnovu poliesterskih smola; − matrice sa metalnom osnovom. Epoksidne smole su veštačke smole koje se dobijaju kondezacijom fenola, acetona i epihlorhidrina. U

čistom vidu epoksidne smole se retko koriste. Najčešće se koriste u smeši u koju ulaze punioci, razređivač, a i druge smole. Odlikuju se relativno visokom tvrdoćom, temperaturnom stabilnošću do 2000C, srednjom mehaničkom otpornošću, znatnom otpornošću na zamor, poseduju dobru dimenzionu stabilnost i hemijski su inertne. Njihova najvažnija osobina je da se dobro kombinuju sa visokokvalitetnim vlaknima.

29Fenolne smole su tvrde, toplotnootporne smole, hemijski inertne prema organskim

rastvaračima i kiselinama. Dobijaju se putem kondezacije fenola i formaldehida. Radna sposobnost ovih smola ostaje nepromenjena pri temperaturama do 2500C. Nedostatak fenolnih smola je što u procesu očvršćavanja učestvuje velika količina isparljivih materija, zbog čega je teško dobiti visokokvalitetne smole. Dosta dobro se kombinuju sa armirajućim vlaknima.

Poliesterske smole (kontaktne smole) se dobijaju iz nezasićenih polimerizovanih jedinjenja (stirol, vinilacetat, metilmetakrilat), ili alkohola (glikol, poliglikol i dr.). Poseduju dosta dobra mehanička svojstva na dnevnim temperaturama, ali smanjuju izdržljivost na povišenim temperaturama. Nedostatak im je skupljanje pri polimerizaciji, zbog čega se u nekim konstrukcijama zamenjuju sa epoksidnim smolama. Široko se primenjuju s obzirom da su jako jeftine i da je sa njima lako raditi, zahvaljujući niskim temperaturama polimerizacije.

Metalne matrice proizvode se od prahova raznih metala i njihovih legura (npr. legura aluminijuma, mangana, titana, nikla, nekih teško topljivih metala itd.). Najveći problem metalnih matrica ogleda se u komplikovanoj tehnologiji izrade, zbog čega je i ograničena njihova primena kod izrade kompozita.

Fizičko-mehanička svojstva najčešće korišćenih matrica za izradu kompozitnih materijala, data su u tabeli 2.

Tab. 2. Fizičko-mehanička svojstva materijala matrice Smola

Gustina kg/m3

Zatezna čvrstoća

MPa

Modul elastičnosti x103 MPa

fenolna 1300 41,31-62,05 3100 poliesterska 1100-1300 43,31-68,95 3300 epoksidna 1150 82,74 4300

1.2. POLIMERNI KOMPOZITNI MATERIJALI Postoji više tipova polimernih kompozitnih materijala, ali su za konstrukcionu primenu najinteresantniji

vlaknasti polimerni kompoziti. U zavisnosti od dužine vlakana i njihove orijentacije u kompozitu vlaknaste kompozite delimo na: − kompozite sa kratkim vlaknima; − jednosmerne vlaknaste kompozite sa neprekidnim (kontinualnim) vlaknima; i − kompozite sa neprekidnim vlaknima orijentisanim u više smerova. U praksi najširu primenu imaju kompoziti sa neprekidnim (kontinualnim) vlaknima. Kod polimernih kompozitnih materijala, kao armaturna vlakna koriste se: staklena vlakna, ugljenična

vlakna, organska (kevlar) vlakna i vlakna bora. Kompozitni materijali na bazi staklenih vlakana i organskih smola su prvi počeli da se primenjuju u

industrijske svrhe (oko 1940. godine). Kompozit staklo-smola ima visoku otpornost koju karakteriše stakleno vlakno, ali nema krtost (lomljivost) stakla. Ovi kompoziti se odlikuju: relativno visokom zateznom čvrstoćom, malom istegljivošću, dobrom dimenzionom postojanošću, otpornošću na temperature do 1500C, dobrom otpornošću prema hemijskim uticajima, lakom tehnologijom obrade itd. Nedostatak im je mali modul elastičnosti i nešto veća gustina (2400-2500kg/m3).

Kod kompozita na bazi staklenih vlakana kao armatura najčešće se koriste staklena vlakna tipa E, a kao matrica koriste se sve tri veštačke smole (epoksidna, fenolna, poliesterska). Najbolje mehaničke osobine poseduju kompoziti na bazi staklenih vlakana tipa E sa epoksidnom matricom.

Kompozitni materijali na bazi ugljeničnih vlakana kao armaturu koriste visokočvrsta i visokomodulna ugljenična vlakna, a kao matricu epoksidne i fenolne smole. Sa konstrukcione tačke gledišta najiteresantniji su kompoziti sa visokočvrstim ugljeničnim vlaknom i matricom od epoksidne smole, koji imaju mehaničke karakteristike reda kvalitetnog konstrukcionog čelika uz oko 5 puta manju gustinu (1700-2000kg/m3). Ovi kompoziti poseduju dobru obradivost i sposobnost lakog pletenja vlakana, uz mali koeficijent linearnog širenja. Nedostatak im je niska udarna žilavost.

Kompozitni materijali sa visokomodulnim ugljeničnim vlaknima koriste se u slučajevima kada je od primarne važnosti visoki modul elastičnosti. S obzirom da ova vlakna imaju glatke površine, to je njihova adhezija sa matricom znatno slabija. Posledica toga je niža zatezna čvrstoća, koja iznosi 40-70% od zatezne čvrstoće kompozita sa visokočvrstim ugljeničnim vlaknima.

Kompozitni materijali na bazi kevlar vlakana poseduju izvanrednu otpornost na udar (žilavi su i neprobojni), imaju odlična izolaciona i toplotna svojstva, lako se oblikuju, izrađuju se i u obliku tkanja. Nedostaci su im mala otpornost na pritisak, otežano dobijanje vlakana, nešto manji modul elastičnosti koji je i pored toga 2-3 puta veći nego modul elastičnosti kompozita sa staklenim vlaknima tipa E.

Zahvaljujući dobroj elastičnosti, velikom izduženju, visokoj udarnoj žilavosti i maloj gustini (1700-2000kg/m3), ovi kompozivi nalaze sve veću primenjuju umesto kompozita na bazi staklenih i drugih vlakana. Omogućuju smanjenje mase konstrukcije za oko 30%.

30Primenjuju se kod konstrukcija gde se zahteva lakoća konstrukcije, kao i postojanost

dimenzija u širokom temperaturnom opsegu (letilica, raketnih sistema itd.). Zahvaljujući neprobojnosti pletenih vlakana (tkanja) široko se koriste za izradu neprobojnih-pancir odela, šlemova, zaštitnih pregradnih ploča i dr. U rudarstvu se koriste za izradu jezgara transportnih traka.

Kompozitni materijali na bazi vlakana bora kao matricu koriste epoksidnu smolu, mada se koristi i aluminijumska matrica za metalne kompozite. Odlikuju se visokom otpornošću na pritisak, velikom tvrdoćom i specifičnim modulom (E/ρ). Imaju odlična adhezivna svojstava prema epoksidnoj matici, što im obezbeđuje visoke vrednosti međuslojnog smicanja. Spoj svih ovih osobina vodi ka povećanju zamorne čvrstoće.

Velika tvrdoća kompozita na bazi vlakana bora doprinosi otpornosti konstrukcije na eroziju, ali sa druge strane otežava mehaničku obradu, koja se vrši dijamantskim alatom ili alatom od tvrdog metala.

Kao nedostaci kompozita na bazi vlakana bora mogu se navesti velika tvrdoća i krtost (niska otpornost na udar). Iz tih razloga ovi kompoziti se ne izrađuju kao tkanja ili pleteni polufabrikati.

U tabeli 3. date su mehaničke karakteristike nekih kompozitnih materijala različitog sastava. Značajna je mogućnost variranja njihovih svojstava u širokom dijapazonu, što se postiže pre svega promenom procentualnog učešća armaturnih vlakana i njihovom različitom geometrijom pletenja.

Tab. 3. Mehaničke karakteristike nekih kompozitnih materijala Materijal

Udeo ojačanja

%

Zatezna čvrstoća

MPa

Modul elastičnosti x103 MPa

Savojna čvrstoća

MPa

Modul savijanja

MPa staklo-poliamid 27 107,56 6,41 131 72,39 staklo-polipropilen 40 82,7-96,5 7,0 117 537,8 ugljenik-poliamid 35 142,03 16,98 200,6 16892,16 aramid-poliester 35 197-228 21-31 186-207 83-117 aramid-epoksi 35 310 30,3 305 138 staklo-poliester 65 176,5 7,0 206-343 206-245

Sendvič-paneli su proizvod novih tehnologija projektovanja kompozita. Sendvič konstrukcija predstavlja ploču sastavljenu iz dve spoljne noseće lamine sa isunom. Ispuna čini prostornu vezu između spoljnih lamina i obezbeđuje stabilnost protiv izvijanja. Na sl. 5. prikazana je sendvič konstrukcija od kompozita.

Sl. 5. Sendvič - panel: 1)spoljne lamine;

2)vlaknaste tkanine; 3)ispuna Sendvič konstrukcije našle su široku primenu svuda tamo gde se zahteva mala masa, a velika čvrstoća

konstrukcije. Koriste se kod transportnih vozila građevinske i rudarske mehanizacije za izradu: podova karoserija, unutrašnjih delova vozila, kao i drugih nestrukturnih elemenata.

1.3. POSTUPCI IZRADE ELEMENATA OD KOMPOZITNIH MATERIJALA U praksi postoji više postupaka za izradu elemenata od kompozitnih materijala, od kojih se najčešće

primenjuju: − ručno postavljanje; − mehanizovano brizganje vlakana; − presovanje niskim pritiskom; − presovanje visokim pritiskom; − postupak prevlačenja; − postupak centrifugiranja; − postupak namotavanja. Postupak brizganja i presovanja najčešće se primenjuje u serijskoj proizvodnji kompozita. Ovim

postupcima dobijaju se kompoziti odličnih svojstava, postižu tačne i precizne dimenzije elemenata i ostvaruje povećanje ekonomičnosti u proizvodnji kompozita.

Postupak centrifugiranja je sličan postupku izrade betonskih cevi. U rotirajući kalup ubacuje se mešavina smole, očvršćivača i vlakana. Usled centrifugalne sile teži sastojci se odbijaju ka unutrašnjoj strani kalupa, tako da se kalup obloži slojem materijala jednake debljine. Sadržaj staklenih vlakana u ovim elementima se kreće od 20-40%. Mehanička svojstva nisu specijalno visoka, ali se dobijaju elementi sa veoma glatkim unutrašnjim i spoljašnjim površinama.

Postupak namotavanja vlakana zasniva se na namotavanju "rovinga" na jezgro (v. sl. 9). Pri tome se razlikuje suvi i mokri postupak namotavanja. Kod suvog postupka vlakna se za vreme namotavanja impregnišu smolom, dok kod mokrog postupka namotavaju se već impregnisana vlakna. Za namotavanje mogu se koristiti staklena vlakna, vlakna bora i ugljenična vlakna. Maseni sadržaj vlakana iznosi 70-80%. Ovaj

31postupak je naročito pogodan za proizvodnju cevi, rezervoara i dr. Automatizovanim mašinama sa kontinualnim namotavanjem postiže se velika produktivnost u proizvodnji ovih proizvoda.

Sl. 9. Namotavanje vlakana: a)namotavanje pod uglom;

b)zavojno namotavanje

1.4. PRIMENA KOMPOZITNIH MATERIJALA U RUDARSTVU Zahvaljujući visokim vrednostima specifične čvrstoće i krutosti kompozitni materijali su svoju

primenu našli prvenstveno u onim oblastima u kojima je odnos krutost/masa od velike važnosti. Kompoziti obezbeđuju znatnu uštedu u masi i poseduju niz drugih prednosti, zbog čega postaju sve interesantniji za izradu mnogih elemenata i konstrukcija u praksi.

Zadnjih godina kompozitni materijali nalaze sve veću primenu i u rudarstvu za izradu pojedinih konstrukcija i delova rudarske opreme, čime se postiže znatno smanjenje mase konstrukcije uz istovremeno povećanje mehaničkih i fizičko-hemijskih karakteristika.

U rudarstvu kompoziti su našli primenu za izradu pojedinih delova rudarske opreme, kao što su: izvozna užad, vođice u oknima, podgradni stupci, hidro i termo izolacione pregradne ploče i dr. Ovi konstrukcioni elementi uglavnom se rade od stakloplastičnih materijala, kod kojih je armatura od staklenih vlakana, a matrica polimerna na bazi epoksidnih ili poliesterskih smola. Odlikuju se malom masom i dobrim mehaničkim i hemijskim karakteristikama.

Nova generacija transportnih traka u rudarstvu radi se sa jezgrom od organskih poliamidnih vlakana tipa "kevlar“, poznatijih kao aramidna vlakna. Trake sa jezgrom od aramidnih vlakana imaju veliku prekidnu silu, veću habajuću oblogu, manju masu, poseduju veću savitljivost, zahtevaju manje prečnike bubnjeva, poseduju znatno veću otpornost na probijanje, imaju duži radni vek, otporne su na koroziju i plamen, pogodne su za regeneraciju itd.

U naftnoj industriji kompoziti su našli široku primenu za izradu teških i komplikovanih konstrukcija namenjenih eksploataciji nafte i gasa, kao npr. složenih gabarita platformi za eksploataciju nafte ispod mora. Njihovim korišćšenjem postiže se smanjenje mase konstrukcije za oko 80%, pojednostavljuje proces izrade, smanjuje vreme montaže i povećava otpornost na koroziju.

Kompoziti se koriste i za izradu mnogih drugih elemenata namenjenih naftnoj i drugim industrijama, kao npr. sudova pod pritiskom, rezervoara, delova hidraulične opreme, spojnica za spajanje bušaćih cevi itd. Ovi elementi poseduju zadovoljavajuće mehaničke karakteristike, kao i povećanu otpornost na slanu vodu i druge agresivne supstance. Spojnice za spajanje bušaćih cevi izrađene od kompozita, znatno smanjuju čeoni otpor i vibracije pri bušenju u dubokim vodama. Na sl. 4. prikazane su spojnice za spajanje bušaćih cevi kod bušenja nafte izrađene od kompozita.

Slika 4. Spojnice za spajanje bušaćih cevi kod bušenja nafte

Rešetkaste konstrukcije dizalica i tornjeva za rudarstvo i građevinarstvo sve češće se prave od kompozitnih materijala, pri čemu dolaze do izražaja njihova odlična mehanička svojstva, znatno smanjenje mase konstrukcije, dobra elektro izolaciona svojstva, otpornost na koroziju i dr.

Pojedini konstrukconi elementi namenjeni rudarstvu, kao npr. kućišta i delovi pumpi i kompresora, ventili, vodovi, ležajevi, merne ploče, priključci itd. izrađuju se od kompozita sa dugačkim staklenim ili ugljeničnim vlaknima. Ovi elementi poseduju veliku čvrstoću, visoku termičku stabilnost, otpornost na koroziju i dr.