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

3

01 cmVKVV

gde je: V1 - zapremina proširenja posle eksplozije, cm3 Vo - zapremina bušotine u bloku pre eksplozije, cm3 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.