Рударски експлозиви

Савремено рударство, а поготово масовна експлоатација сиромашних металичних лежишта, не би била замислива без примене савремених рударск

Савремено рударство, а поготово масовна експлоатација сиромашних металичних лежишта, не би била замислива без примене савремених рударских експлозива. Рударство је привредна грана где су експлозиви нашли најширу примену за експлоатацију чврстих минералних сировина. Остале привредне гране користе експлозиве у знатно мањим количинама, па се зато привредни експлозиви с правом називају и рударски експлозиви.

Експлозија

Дефиниција експлозивних материја и експлозиваУреди

 
Знак за опасност од експлозивних материја према одлуци 67/548/EWG Европског хемијског бироа.

Материје које су способне да при разлагању ослободе енергију називају се општим именом експлозивне материје или експлозиви. Експлозиви су просте или сложене хемијске материје које имају особину да се под утицајем спољашњег подстрека нагло разложе и пређу у гасно стање. При томе се развија висока температура и притисак, уз вршење одговарајућег механичког рада.[1]

Да би материја имала особину експлозива, она мора да има следеће особине и то:

  • да при експлозивном процесу ослобађа велику количину енергије која се претвара у механички рад;
  • да процес има велику брзину ослобађања енергије;
  • да процес експлозије буде потпун или делимичан, односно да образује велике количине гасова.

Под експлозијом се подразумева брзо ослобађање енергије која је способна да изврши одређени рад. Експлозија може бити изазвана физичким, хемијским или нуклеарним процесима, а процеси који се том приликом јављају везани су за са великим брзинама ослобађања енергије. Као последица ове велике брзине ослобађања енергије, процес експлозије кратко траје, пошто су залихе експлозивне материје ограничене и веома брзо се утроше.[1]

При разлагању експлозивне материје и преласку у друго стање потенцијална енергија експлозива прелази у кинетичку, уз појаву велике количине гасова и високе температуре. Једна од карактеристика настале експлозије је појава веома високог притиска, за веома кратко време, тако да оптерећење на околну стенску масу вишеструко превазилази допуштено напрезање, изазива у стенама појаву пукотина и доводи до разарања.

Експлозија се може развијати у виду следећих процеса:

  • Физичка - код које долази само до физичког превођења једног облика енергије у други, без промене хемијског састава материје (експлозија сабијеног ваздуха, експлозија парног мотора, пад метеора,...).
  • Хемијска - код које долази веома брзо до промене хемијског састава материје која учествује у експлозији. Све ово је пропраћено великом количином гасова и повећањем температуре.
  • Нуклеарна - код које долази до нуклеарне реакције праћене деобом језгра атома, што је све пропраћено ослобађањем велике количине топлотне енергије. Нуклеарне експлозије су за сада и најјаче експлозије, док су нуклеарне експлозивне материје и најјачи експлозиви.

Од свих ових процеса у процесу минирања највише се користе експлозиви код којих долази до ослобађања енергије хемијском реакцијом.

Разлагање експлозивних материја може се вршити на три начина:

  • Горењем
  • Термичким путем
  • Детонацијом.

Горење (дефлаграција) - је процес у којем се брзина сагоревања креће од неколико сантиметара, па до више стотина метара у секунди. Често је овакав процес праћен пламеном и појавом високе температуре. Овај вид експлозивног разлагања много зависи од спољних услова: у отвореном простору обично није праћен звучним ефектима; у ограниченој запремини, нпр. барутној комори оруђа, бушотини напуњеној барутом, овај процес се одвија знатно брже, праћен је звучним ефектима и више или мање брзим порастом притиска гасовитих продуката.

Термичко разлагање - представља лагану реакцију која се одвија у маси при загревању експлозива испод температуре на којој долази до експлозије.

Детонација - процес у коме се разлагање материје одвија брзином већом од брзине звука. Хемијска реакција код ове врсте експлозије одвија се изузетно великом брзином, уз веома велики притисак и високу температуру, при чему се детонациони талас кроз експлозивну материју креће једном константном брзином. Брзина разлагања при детонацији експлозивних материја достиже вредности од 1000-9000m/s, и зависи од хемијског састава експлозива, густине пуњења, пречника бушотине, облоге патроне и др. Брзина детонације као константна вредност представља једну од најважнијих карактеристика сваке експлозивне материје, јер се у условима детонације постиже максимално разарајуће дејство. Детонација се разликује од сагоревања по механизму свог простирања. Сагоревање се преноси кроз експлозивну материју путем предаје топлоте и дифузије, а детонација путем простирања детонационог таласа.

Подела експлозиваУреди

Према хемијском саставуУреди

Чиста хемијска једињења представљају експлозиве који у оквиру свог молекула имају све неопходне елементе (угљеник, водоник, кисеоник, азот) међусобно хемијски везане у јединствени систем (као што су тротил, нитроглицен, пентрит, хексоген).

Код механичких смеша улазне компоненте су само међусобно помешане, а саме смеше не представљају хемијско једињење. Овакве смеше садрже све неопходне елементе за одвијање одговарајуће хемијске реакције и побољшање минерских карактеристика експлозива.

Према области применеУреди

 
Авио бомба

Хемијски експлозиви се користе за потребе:

  • Рударства - привредни експлозиви
  • Војске - војни експлозиви
  • Специјалне сврхе - специјални експлозиви

Према конзистенцијиУреди

  • Прашкасти експлозив
  • Полупластични експлозив
  • Пластични експлозив
  • Водопластични експлозив
  • Гранулирани експлозив
  • Пресовани експлозив

Према брзини разлагањаУреди

  • Дефлагрантни експлозиви
  • Бризантни експлозиви

Дефлагрантни експлозиви имају релативно малу брзину разлагања, јер се енергија преноси од слоја до слоја провођењем топлоте. Имају изразито потисно дејство. Типичан представник ових експлозива је црни барут. Дефлагрантни експлозиви у рударству примењују се за израду спорогорећег штапина и при добијању украсног камена.

Бризантни експлозиви поседују веома велику брзину разлагања и до 9000m/s. Бризантни експлозиви према начину употребе деле се на:

  • примарне бризантне експлозиве и
  • секундарне бризантне експлозиве.

Примарни бризантни експлозиви користе се за израду средстава за иницирање. Захтевају малу енергију активирања да би наступила експлозија, а веома су осетљиви на удар, трење, топлоту, варницу итд.

Секундарни бризантни експлозиви поседују веома велику брзину разлагања (до 9000m/s) при чему разлагањем захваћени део експлозивне материје нагло прелази у гасовито стање, стварајући висок притисак и високу температуру. Ови експлозиви су мање осетљиви на механичке и топлотне утицаје, а активирају се под дејством ударног таласа изазваног иницијалним примарним експлозивом.

Карактеристике експлозиваУреди

Карактеристике рударских експлозива зависе од састава и квалитета сировина за њихово добијање.

Особине рударских експлозива углавном се могу груписати у две основне групе и то:
- физичко-хемијске особине и
- техничко-минерске особине.

Најважније физичко-хемијске особине рударских експлозива су: биланс кисеоника, хемијска реакција разлагања експлозива, хемијска стабилност, време изнојавања експлозива, осетљивост на иницирање, температура и топлота експлозије, притисак експлозије, густина патроне, критични пречник експлозивног пуњења, водоотпорност и др.
Најважније техничко-минерске особине рударских експлозива су: радна способност, релативна радна способност, брзина детонације, бризантност, осетљивост на удар, пренос детонације, сигурност експлозива на метан и угљену прашину и др.
Све наведене физичко-хемијске и техничко-минерске особине експлозива зависе од састава и квалитета сировина за производњу експлозива. Састав експлозива мора бити такав да при експлозији не ослобађа штетне гасове или оставља чврсте остатке.

Одређивање физичко-хемијских и техничко-минерских особина експлозиваУреди

Сваки експлозив има одређене физичко-хемијске карактеристике на основу којих се одређује квалитет експлозива и целисходност његове примене у рударству. Испитивање техничко-минерских особина рударских експлозива врши се свакодневно при производњи експлозива на специјалним полигонима које поседују фабрике експлозива.

Биланс кисеоникаУреди

Биланс кисеоника представља разлику количине кисеоника која се налази у саставу експлозива (хемијски везаног) и количине кисеоника која је потребна за потпуну оксидацију (сагоревање) угљеника, водоника и других алкалних метала.
У зависности од тога да ли у гасовитим продуктима разложеног експлозива има молекула кисеоника или нема, разликују се три случаја:

  • позитиван биланс кисеоника
  • уравнотежен-нулти биланс кисеоника
  • негативан биланс кисеоника

Одређивање осетљивости на иницирањеУреди

Да би се експлозивна материја потпуно разложила са највећом брзином детонације потребно је створити довољно снажан почетни иницијални импулс. За сваки експлозив је одређена минимална количина иницијалног експлозива који изазива његово потпуно разлагање.
Одређивање осетљивости на иницирање има за циљ да се утврди колико је који експлозив осетљив на иницирање. Ово је потребно знати ради сигурнијег руковања и складиштења експлозива. Величина почетног иницијалног импулса зависи и од осетљивости експлозивне материје према спољашњим утицајима као што су: влага, густина патронирања, хомогеност масе и др.

Радна способностУреди

Радна способност представља снагу коју експлозив производи при детонацији. Експериментално одређена радна способност назива се јачина експлозива.
Постоји више експерименталних метода за одређивање радне способности експлозива и то:

  • метода проширења оловног блока
  • метода балистичког клатна
  • мерзер са опругом
  • подводне експлозије
  • кратер тест

Брзина детонацијеУреди

Брзина детонације означава брзину детонационог таласа који се креће кроз масу експлозива константном брзином.

Разорна снага експлозива зависи од брзине детонације. Уколико је брзина детонације већа разорна снага експлозива је већа и обратно. Детонациона брзина бризантних експлозива мења се са променом њихове густине, тј. са повећањем густине повећава се детонациона брзина, али не код свих.
Брзина детонације може се одредити:

  • по методи Дотриша
  • оптичким хроматографом
  • помоћу осцилографа
  • електронским бројачем

Пренос детонацијеУреди

Пренос детонације је способност експлозива да се енергија активирања са ударне патроне пренесе на суседну пасивну патрону експлозива. Представља максимално растојање у cm на коме долази до потпуне детонације пасивне патроне. Уколико је растојање на коме долази до преноса детонације веће, то је експлозив поузданији при употреби.

Величина пламена експлозијеУреди

Величина пламена експлозије расте са количином ослобођене топлоте експлозије. Експлозиви са великом топлотном експлозије (динамити и црни барут) производе велики пламен, док они са сразмерно малом топлотом експлозије (амонијумнитратски, метански експлозиви и др.) производе мали пламен.

Трајање пламена експлозијеУреди

Трајање пламена експлозије креће се између 0,0002s 0,25 секунди и расте са количином ослобођене топлоте. Величина и трајање пламена експлозије су важне особине експлозива за руднике са појавом метана и експлозивне угљене прашине.

Топлота експлозијеУреди

Топлота експлозије је количина топлоте која се ослободи при потпуном експлозивном разлагању 1 kg или 1 mol , при сталној запремини. Изражава се у kJ/molu или kJ/kg. Одређује се експериментално помоћу калориметра за експлозиве или рачунским путем.

Температура експлозијеУреди

Температура експлозије представља максималну температуру до које се при експлозији загреју продукти експлозије. Зависи од хемијског састава експлозива и добијених продуката екплозије. Одређује се експериментално спектографском методом или рачунским путем.

Притисак експлозијеУреди

Притисак експлозије представлја збир притиска гасова и притиска детонације. Код бризантних експлозива разликује се:

  • притисак гасова остварен непосредно после експлозије експлозива у одређеном простору,
  • притисак детонације остварен у слоју експлозива захваћеног таласом детонације

Гранични пречник експлозивног пуњењаУреди

Гранични пречник експлозивног пуњења представља минимални пречник пуњења испод кога се не може изазвати детонација експлозива. При мањем пречнику од граничног пречника детонације, хемијски губици услед бочног расипања доводе до знатног смањења енергије ударног таласа, а самим тим и брзине протицања ударног таласа кроз експлозивну масу. Овако ослабљена енергија таласа није у стању да изазове хемијско разлагање у осталим деловима експлозивног пуњења, па детонација престаје. Мале критичне пречнике имају врло осетљиви и јако бризантни експлозиви.

РеференцеУреди

  1. ^ а б Првослав Трифуновић, Раде Токалић, Ненад Ђукановић: Материјали у рударству, Београд, 2009, pp. 235,236