of 27 /27
Rudarski eksplozivi Fizičko-hemijske osobine Tehničko-minerske osobine Vežba 12

Vežba 12 semestar/Tehnologija... · 2019-12-13 · Eksplozivi namenjeni podzemnoj eksploataciji moraju imati pozitivan bilans kiseonika, tj. pri hemijskom razlaganju moraju osloboditi

  • Author
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Vežba 12 semestar/Tehnologija... · 2019-12-13 · Eksplozivi namenjeni podzemnoj eksploataciji...

  • Rudarski eksploziviFizičko-hemijske osobine

    Tehničko-minerske osobine

    Vežba 12

  • Karakteristike eksploziva

    - zavise od sastava i kvaliteta sirovina za njihovo dobijanje.

    Osobine rudarskih eksploziva uglavnom se mogu grupisati u dve osnovne grupe i to:

    • fizičko-hemijske i

    • tehničko-minerske osobine.

    - bilans kiseonika, hemijska reakcija razlaganja eksploziva, hemijska stabilnost, vreme

    iznojavanja eksploziva, osetljivost na iniciranje, temperatura i toplota eksplozije, pritisak

    eksplozije, gustina patrone, kritični prečnik eksplozivnog punjenja, vodootpornost i dr.

    - radna sposobnost, relativna radna sposobnost, brzina detonacije, brizantnost, osetljivost na

    udar‚ prenos detonacije‚ sigurnost eksploziva na metan i ugljenu prašinu i dr.

    Rudarstvo je privredna grana gde su eksplozivi našli najširu primenu za eksploataciju

    čvrstih mineralnih sirovina, a u cilju dobijanja čistih metala i nemetala. Ostale privredne

    grane koriste eksplozive u neznatnim količinama u odnosu na rudarstvo, pa se zato

    privredni eksplozivi s pravom nazivaju i rudarskim eksplozivima

  • Određivanje fizičko-hemijskih osobina eksploziva

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

    (hemijski vezanog) i količine kiseonika koja je potrebna za potpunu oksidaciju (sagorevanje)

    ugljenika, vodonika i drugih alkalnih metala.

    • 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. Najbolje je da eksploziv ima nulti ili blago pozitivan bilans kiseonika.

    Eksploziv ima nulti-uravnotežen bilans kiseonika kada u produktima sagorevanja nema

    slobodnih molekula kiseonika, tj. kada je sav ugljenik prešao u CO2, a vodonik u H2O.

    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 i dr. 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.

    Negativan bilans kiseonika kod eksploziva namenjenih površinskoj eksploataciji

    moguć je iz razloga što se manjak kiseonika za potpunu oksidaciju sagorljivih

    elemenata može nadoknaditi iz spoljašnje atmosfere.

    Eksplozivi namenjeni podzemnoj eksploataciji moraju imati pozitivan bilans kiseonika,

    tj. pri hemijskom razlaganju moraju osloboditi višak kiseonika u rudničku atmosferu. U

    protivnom jako bi se smanjio sadržaj kiseonika u rudničkom vazduhu, čime se

    ugrožava normalan rad rudara.

    Za standardnu eksplozivnu materiju CaHbNcOd bilans kiseonika dat je izrazom:

    %1002

    2 2

    e

    O

    bM

    MbadK

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

    2OM - molekulska masa kiseonika,

    Me - molekulska masa eksploziva.

  • Materija Bilans

    kiseonika, % Materija

    Bilans kiseonika, %

    Materija Bilans

    kiseonika, %

    Natrijumnitrat +47,1 heksogen -21,6 trotil -74,0

    Kalijumnitrat +39,6 tetril -47,4 papir -130,0

    Amonijumnitrat +20,0 aluminijum -89,0 drveni ugalj -191,0

    Nitroglicerin +3,5 drveno brašno -127,4 parafin -346,0

    Nitroglikol 0,0

    1. Nitroglicerin C3H5(ONO2)3:

    %52,3%1001,227

    16

    2

    5329

    bK

    2. Amonijumnitrat NH4NO3:

    %20%10005,80

    16

    2

    4023

    bK

    3. Nitroglikol C2H4(ONO2)2:

    %00,0%1001,152

    16

    2

    4226

    bK

    4. Trotil C7H5(NO2)3:

    %74%1001,227

    16

    2

    5726

    bK

    - ako je d > (2a + b/2) imamo pozitivan bilans kiseonika, - ako je d = (2a + b/2) imamo nulti bilans kiseonika, - ako je d < (2a + b/2) imamo negativan bilans kiseonika.

  • Radna sposobnost

    Radna sposobnost predstavlja snagu koju eksploziv proizvodi pri detonaciji.

    Eksperimentalno određena radna sposobnost naziva se jačina eksploziva.

    Eksperimentalne metode za određivanje radne sposobnosti eksploziva:

    • metoda proširenja olovnog bloka - Trauclov test‚

    • metoda balističkog klatna,

    • merzer sa oprugom,

    • podvodne eksplozije,

    • krater test i dr.

  • Trauclov test

    Trauclov test: 1) olovni blok; 2) kvarcni pesak; 3) ispitivani eksploziv;

    4) proširenje nakon eksplozije; a) kalajna folija

    dimenzije 200x200mm.

    10g eksploziva

    suvi kvarcni pesak granulacije da

    100% prođe kroz sito otvora 0,6mm

    Zapremina bušotine pre ispitivanja Vo iznosi:

    322

    0 4,615,124

    5,2

    4cmh

    dV

    301 cmVKVV gde je: V1 - zapremina proširenja posle eksplozije, cm

    3 Vo - zapremina bušotine u bloku pre eksplozije, cm

    3 K - korekcija vrednosti V1 u zavisnosti od temperature.

  • Metoda proširenja olovnog bloka - Trauclov test predstavlja jednu od najstarijih i

    najčešće primenjivanih metoda za ispitivanje efikasnosti eksploziva.

    Ova metoda pokazuje sposobnost razornog dejstva eksploziva, a izražava se

    preko proširenja cilindrične rupe u olovnom bloku.

    Za ispitivanje se uzima što je moguće čistije-rafinisano olovo sa 99,99% Pb‚ jer i

    najmanji sadržaj primesa u olovu vidno menja njegove osobine, a prvenstveno

    tvrdoću. Od olova se izlije blok (1) dimenzija Ø200x200x200mm. U sredini bloka

    izbuši se bušotina Ø25mm i dubine h=125mm. Za ispitivanje radne sposobnosti

    uzima se 10g eksploziva (3). Eksploziv se uvije u kalajnu foliju (a) dimenzija

    150x70x120mm. Patrona pripremljenog eksploziva stavlja se u Trauclov blok‚ a u

    eksploziv se postavIja detonatorska kapisla br. 8. Paljenje može da bude

    električnim putem ili pomoću sporogorećeg štapina. Radi popunjavanja bušotine

    iznad eksploziva se sipa suvi kvarcni pesak (2) granulacije da 100% prođe kroz

    sito otvora 0,6mm. Po zaravnjenju bušotine peskom vrši se iniciranje eksploziva.

    Nakon detonacije izvrne se olovni blok i dobro istrese zaostali kvarcni pesak i

    delovi detonatora. Izbušena rupa u olovnom bloku se deformiše dobivši

    nepravilan oblik‚ najčešće oblik kruške (4).

    Zapremina proširenja (4) nastalog nakon eksplozije izmeri se sipanjem vode iz

    graduisane menzure.

    Radna sposobnost ispitivanog eksploziva po Trauclu izračunava se kao razlika

    zapremina posle i pre ispitivanja i iznosi

  • Trauclov blok može se pretapati najviše tri puta uz osveženje, dodavanjem

    novog olova. Takođe se mora voditi računa i o temperaturi livenja olova sa

    nastojanjem da ista ne sme biti viša od 400°C. Temperatura okoline u toku

    ispitivanja treba da bude oko 15°C. U slučaju da ova temperatura bude manja ili

    veća, onda je potrebno izvršiti korekciju zapremine V1 koeficijentom K, čije su

    vrednosti date u tabeli. Korekcija se vrši tako što se za niže temperature od 15°C

    zapremini V1 dodaje vrednost korekcije K, a za temperature veće od 15°C

    vrednost korekcije K se oduzima od zapremine V1.

    Vrednost faktora korekcije K

    Temperatura Korekcija K, % Temperatura Korekcija K, %

    -10 +6,25 +20 -1,25

    -5 +5,00 +25 -2,00

    0 +3,75 +30 -3,75

    +5 +2,50 +35 -5,00

    +10 +1,25 +40 -6,25

    +15 +0,00

  • Brzina detonacije

    Brzina detonacije označava brzinu detonacionog talasa koji se kreće kroz masu

    eksploziva konstantnom brzinom.

    Razorna snaga eksploziva zavisi od brzine detonacije. Ukoliko je brzina detonacije

    veća razorna snaga eksploziva je veća i obratno. Detonaciona brzina kod privrednih

    eksploziva se kreće od 3000 – 7300 m/s‚ dok se kod nekih vojnih eksploziva kreće

    i do 9300m/s.

    Detonaciona brzina brizantnih eksploziva menja se sa promenom njihove gustine,

    tj. sa povećanjem gustine povećava se detonaciona brzina‚ ali ne kod svih.

    Brzina detonacije može se odrediti po:

    • metodi Dotriša (Dautrich),

    • optičkim hromatografom,

    • pomoću oscilografa,

    • elektronskim brojačem.

  • Brzina detonacije – Dotrišova metoda

    Dotrišova metoda za određivanje brzine detonacije eksploziva: 1) čelična ploča; 2) olovna

    ploča; S) detonirajući štapini, b = 900 mm‚ b1 = 600 mm; 4) cev; 5) udarna patrona; 6) sporogoreći štapin

    30mm, dužine 400mm, debljine zida cevi 2mm

    mmABEAC 600

  • Za određivanje brzine detonacije praškastih eksploziva uzima se kartonska cev prečnika Ø30mm,

    dužine 400mm, debljine zida cevi 2mm. Za ispitivanje plastičnih eksploziva uzima se bešavna

    čelična cev unutrašnjieg prečnika Ø30mm‚ dužine 500mm‚ debljine zida cevi 3mm. Na rastojanju

    od l=300mm na cevi (4) se izbuše dve rupice prečnika Ø7 mm u koje se postavljaju krajevi

    detonirajućeg štapina (3), čija je brzina detonacije poznata. Uzmu se dva komada detonirajućeg

    štapina i to jedan dužine b=900mm‚ a drugi b1=600mm. Slobodni krajevi štapina u dužini od

    300mm se postave jedan pored drugog i obaviju tankim kanapom, pa se taj deo postavi na olovnu

    ploču (2), čije su dimenzije 300x100x7mm‚ ispod koje se nalazi čelična ploča (1) približnih

    dimenzija. U cev (4) postavlja se ispitivani eksploziv između tačaka A i B, a u delu cevi ispred

    tačke A postavi se patrona eksploziva (5) sa rudarskom kapislom br.8. za početno aktiviranje.

    Iniciranje rudarske kapisle vrši se električnim putem ili sporogorećim štapinom (6). Početni

    detonacioni talas proizveden udarnom patronom u tački A istovremeno aktivira srž detonirajućeg

    štapina (b) i ispitivani eksploziv koji se nalazi u cevi između tačaka A i B. Kada detonacioni talas

    prolazeći kroz eksploziv stigne u tačku B, iniciraće srž detonirajućeg štapina (b1). Nakon toga

    detonacioni talasi kreću se kroz detonirajuće štapine (b i b1) prema olovnoj ploči. Od mesta

    iniciranja u tački A detonacioni talasi prelaze isti put dolazeći na olovnu ploču sa jedne ili druge

    strane.

    Ukoliko je brzina detonacije detonirajućeg štapina veća od brzine detonacije ispitivanog

    eksploziva, tj. Vš>Ve onda će detonacioni talas kroz štapin b pre stići na ivicu olovne ploče u

    tački C, gde su krajevi štapina b i b1 spojeni jedan uz drugi. Tu će se aktivirati srž štapina b1 pa će

    detonacioni talas nastaviti dalje kretanje po olovnoj ploči ostavljajući iza sebe jasan trag. Nakon

    nekog vremena stići će detonacioni talas sa suprotne strane kroz štapin b1 i u tački E aktiviraće

    srž štapina b, nakon čega će nastaviti dalje kretanje po olovnoj ploči ostavljajući za sobom vidljiv

    trag. U jednom momentu talasi će se sudariti na olovnoj ploči u tački D, stvarajući na mestu

    sudara izraženiju deformaciju olovne ploče. Nakon završenog ispitivanja izmeri se rastojanje

    između tačaka C i D na olovnoj ploči (veličina a)

  • olovna ploča: dimenzija 300x100x7mm

    čelična ploča

    ššš

    300300600

    v

    a

    vv

    l

    v

    a

    e

    (600 + a)ve =vŠ·l + 300 · ve + (300 - a) · ve

    600 · ve + a · ve = vŠ · I + 300 · ve + 300 · ve - a · ve

    lvva e š2

    s

    m

    a

    lvve

    2

    š

    gde je : ve - brzina detonacije ispitivanog eksploziva, m/s vš - brzina detonacije detonirajućeg štapina koja je poznata, m/s l - rastojanje između tačaka A i B na cevi‚ l=300mm a - mereno rastojanje na olovnoj ploči između tačaka C i D, tj. rastojanje od početka olovne ploče do mesta sudara talasa.

  • Brizantnost

    B = h – h1 = 60 – h1 mm

    gde je: h - početna visina valjaka, h = 60 mm h1 - visina deformisanih valjaka posle eksplozije, mm.

    40mm, visine 4-6mm

    50g eksploziva

  • Brizantnost je osobina eksploziva da pod određenim uslovima drobi stenu.

    Najčešće se određuje po metodi Hesa‚ mada se može odrediti i po metodi Kasta. Za

    razliku od ostalih istraživača, Hes je predložio ispitivanje brizantnosti u slobodnom

    prostoru, pri čemu je samo jedna površina eksplozivnog punjenja u kontaktu sa

    ravnom površinom olovnog valjka. Hesova metoda se zasniva na deformaciji

    olovnih valjaka koje izvrši eksploziv pri detonaciji u slobodnom prostoru.

    Postupak ispitivanja brizantnosti po Hesovoj metodi je sledeći:

    Određivanje brizantnosti sastoji se u tome što se uzmu dva olovna valjka prečnika

    Ø40mm i visine po 30mm‚ ili jedan valjak prečnika Ø40mm i visine 60mm.

    Čistoća olova je 99,99%. Na olovne valjke (1) postavi se čelična pločica (2) istog

    prečnika i visine 4 – 6mm‚ sa ciljem da se udarni talas ravnomerno prenese po

    celoj površini olovnog valjka. U protivnom udarni talas bi se zario u olovo‚ s

    obzirom da je olovo jako mek metal. Zatim se na čeličnu pločicu postavlja limena

    čaura (3) u koju se sipa 50g ispitivanog eksploziva (4) čija se brizantnost određuje.

    U eksploziv se postavi rudarska kapisla br. 8, a iznad eksploziva se postavi

    pregradni poklopac (5). Paljenje se vrši pomoću sporogorećeg štapina. Pri

    eksploziji olovni valjčići se manje ili više deformišu, a pogotovo gornji valjak.

    Deformacija je najčešće u obliku pečurke (6). Brizantnost ispitivanog eksploziva

    predstavlja razliku u visinama pre i posle ispitivanja.

  • Brizantnost

    B = h – h1 = 60 – h1 mm

    gde je: h - početna visina valjaka, h = 60 mm h1 - visina deformisanih valjaka posle eksplozije, mm.

    40mm, visine 46mm

    50g eksploziva

  • Prenos detonacije

    Šematski prikaz određivanja prenosa detonacije kod patrone eksploziva: 1)prva patrona; 2) druga patrona; 3) kontrolna patrona; 4) čelična ploča dimenzija 700x100x100mm; 5)

    sporogoreći štapin; l-maksimano rastojanje u cm

  • Određivanje prenosa detonacije patrone ima za cilj da se ustanovi kvalitet patrone

    eksploziva, odnosno sposobnost prenosa detonacije patrone. Vrši se prema

    odgovarajućem SRPS standardu.

    Ispitivanje se sastoji u tome što se uzmu dve patrone eksploziva (1) i (2) prečnika

    Ø30mm, koje se postave osno jedna iza druge na čeličnu podlogu dimenzija

    700x100x100mm. Iza druge patrone u istoj liniji postavi se kontrolna patrona (3),

    koja čeono dodiruje patronu (2). Prva patrona (1) je udarna i u nju se postavlja

    rudarska kapisla br. 8. Između prve i druge patrone odmeri se rastojanje (l).

    Rastojanje (l) između prve i druge patrone se povećava sve dotle dok se ne utvrdi

    maksimalno rastojanje prenosa detonacije, na kome druga patrona potpuno

    detonira. U protivnom ako ne dođe do prenosa detonacije, rastojanje između

    patrona se smanjuje.

    Ispitivanje se smatra završenim kada se ustanovi maksimalna udaljenost u cm‚ pri

    kojoj dolazi do potpunog prenosa detonacije u tri uzastopna ogleda. Prenos

    detonacije kontroliše se pomoću kontrolne patrone koja tada potpuno detonira,

    dok u slučaju nepotpune detonacije kontrolna patrona biva samo oštećena i rasuta

    po čeličnoj ploči i oko nje.

  • Fizičko-hemijske i tehničko-minerske

    karakteristike domaćih eksploziva

    U svom proizvodnom programu Fabrika eksploziva, pirotehnike i hemije - Trayal

    korporacija - Kruševac ima četiri osnovne grupe privrednih eksploziva i to:

    1. Amonijumnitratske -TNT praškaste eksplozive,

    2. AN-FO eksplozive,

    3. Vodoplastične”SLURRY" eksplozive i

    4. Metanske sigurnosne eksplozive.

  • Ispitivanje sredstava za iniciranje

    rudarskih eksploziva

  • Sredstva za iniciranje

    Da bi 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 rudarskih eksploziva spadaju:

    detonatorska-rudarska kapisla,

    elektrodetonatori,

    sporogoreći štapin‚

    pomoćna sredstva za paljenje sporogorećeg štapina,

    detonirajući štapin‚

    pojačivači impulsa-busteri.

    Ispituju se sledeće tehničko-minerske karakteristike sredstava za paljenje

    rudarskih eksploziva i to: brizantnost detonatorske kapisle‚ sposobnost

    iniciranja kapisle‚ radna sposobnost detonatorske kapisle, provera na sigurnost

    kapisle, ispitivanje električnih detonatora, paljivost i gorivost sporogorećeg

    štapina i kvalitet detonirajućeg štapina.

  • Detonatorska-rudarska kapisla (DK)

    Detonatorska-rudarska kapisla je namenjena za dovođenje do detonacije eksplozivnog

    punjenja ili detonirajućeg štapina u suvim radnim uslovima, gde nema pojave metana i

    opasne ugljene prašine. Detonatorska kapisla sastoji se od:

    - metalne čaurice standardnih dimenzija,

    - metalne pokrivke,

    - inicijalnog-primarnog punjenja,

    - brizantnog-sekundarnog punjenja.

    Čaura i pokrivka izrađuju se od istog materijala i to od: bakra ili njegove legure

    (tombak) ili aluminijuma i njegovih legura.

    Kao brizantno-sekundarno punjenje koristi se trotil ili pentrit, a može se koristiti i

    heksogen.

    Kao inicijalno-primarno punjenje koristi se fulminat žive ili olovoazid sa

    olovotrinitroresorcinatom. Fulminat žive koristi se kod bakarnih čaura, a olovoazid sa

    olovotrinitroresorcinatom kod aluminijumskih čaura.

    Prema jačini kapisle se rade od br. 1 do br. 10. U praksi se najčešće koriste kapisle br. 8

    i br. 6.

    Detonatorske kapisle sa bakarnom čaurom koriste se u jamama sa pojavom metana i/ili

    eksplozivne ugljene prašine, dok se aluminijumski detonatori koriste na otvorenim

    kopovima i jamama gde ne postoji opasnost od metana i ugljene prašine.

  • Detonatorska-rudarska kapisla (DK)

    Detonatorska kapisla: 1) čaura; 2) pokrivka sa otvorom u sredini; 3) inicijalno-primarno punjenje; 4) brizantno-sekundarno punjenje

    Čaura- bakar ili njegove legure (tombak) ili aluminijum i njegove legure

    Kao inicijalno-primarno punjenje

    koristi se fulminat žive ili olovoazid sa

    olovotrinitroresorcinatom. Fulminat

    žive koristi se kod bakarnih čaura, a

    olovoazid sa olovotrinitroresorcinatom

    kod aluminijumskih čaura,

    Kao brizantno-sekundarno

    punjenje koristi se trotil ili

    pentrit, a može se koristiti i

    heksogen.

  • Ispitivanje brizantnosti detonatorskih kapisIi

    Ispitivanje brizantnosti detonatorske kapisle: 1) detonatorska kapisla;

    2) olovna pločica; 3) udubljenje na metalnoj podlošci; 4) metalna podloška; 5)sporogoreći štapin

    Izgled olovne pločice posle detonacije kapisle: a i b) potpun-pravilan proboj DK br. 8; c) nepotpun-nepravilan proboj DK br. 6

    dimenzija 40x40x5mm za kapisle br. 8 i

    dimenzija 40x40x4mm za kapisle br 6

    olovna pločica čistoće 99,9%Pb

  • Za ispitivanje brizantnosti rudarskih kapisli koristi se olovna pločica čistoće

    99,9%Pb‚ dimenzija 40x40x5mm za kapisle br. 8 i dimenzija 40x40x4mm za

    kapisle br 6. Pločice se postavljaju centrično na šuplju ili udubljenu metalnu

    podlošku. Detonatorska kapisla (1) opremljena sporogorećim štapinom (5) i

    postavlja se u centar olovne pločice (2).

    Pri eksploziji rudarska kapisla br. 8 mora da probije olovnu pločicu debljine

    5mm. Na površini olovne pločice pri eksploziji nastaju ravnomerno raspoređeni

    radijalni tragovi, koje stvaraju komadići raspršene čaure. Ukoliko pri

    ispitivanju rudarska kapisla br. 8. ne probije olovnu pločicu debljine 5mm,

    znači da je brizantnost kapisle slaba i ista se mora korigovati.

    Detonatorska kapisla br. 6. pri eksploziji ne može probiti olovnu pločicu

    debljine 4mm, ali na njoj ostavljaju udubljenje u vidu levka i radijalne tragove

    po površini pločice.