Способ определения количества газообразных продуктов взрыва

 

Использование: горнодобывающая промышленность. Сущность изобретения: в открытой буровой скважине размещают заряд взрывчатого вещества, подрывают его, производят через 5-15 мин забор в скважине газовой пробы. Определяют концентрацию компонентов газообразных продуктов взрыва и рассчитывают количество каждой компоненты по формуле, приведенной в описании изобретения.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для оценки работоспособности взрывчатых веществ (ВВ) и их газовой вредности.

Известен способ определения состава и объема газообразных продуктов взрыва в бомбе [1] Заряд массой от 10 до 200 г устанавливают по центру внутренней полости стальной бомбы, затем полость изолируют (герметизируют) крышкой. После подрыва заряда в бомбе устанавливается постоянное давление, заберут пробы газообразных продуктов из внутренней полости бомбы, пробы анализируют известными способами и определяют концентрацию газов.

Объем газообразных продуктов взрыва, отнесенный к 1 кг ВВ, определяют по формуле: V_x= V_o л/кг где C_х концентрация данного газа в продуктах взрыва, V_о суммарный объем газов в нормальных условиях, л/кг; V_о= л/кг где V_б внутренний объем бомбы, л; Р_изб избыточное давление в бомбе, мм рт.ст.

Р_ат атмосферное давление, мм рт.ст.

Т абсолютная температура тела бомбы в момент замера давления, ^оС; Q вес испытуемого заряда, г.

Данный способ вследствие малого диаметра применяемого заряда не пригоден для оценки газовости низкочувствительных ВВ, которые имеют больший критический диаметр детонации. Кроме того, бомба довольно сложная и дорогостоящая конструкция.

Известен способ определения газообразных продуктов взрыва, в основном ядовитых, в изолированной полости (камере), представляющей собой часть подземной, глухой горной выработки [2] Изоляция камеры достигается путем отделения части горной выработки с помощью занавеса из газонепроницаемой ткани. В тупиковой части выработки пробуривают шпуры, в которые помещают заряд ВВ и подрывают. После взрыва опускают занавес, перемешивают продукты взрыва, отбирают пробы и анализируют пробы известным способом.

Расчет количественного содержания компонентов производят по формуле: V_x= л/кг где С_х концентрация данного газа в смеси, мг/л; К коэффициент пересчета весового количества газа в объемное; V_к объем изолированной камеры в горной выработке, л;
q масса заряда ВВ, г.

Объем камеры V_к определяют:
V_к S ^. l ^. 10^-3, л, где S сечение выработки (камеры), м²;
l длина камеры, м.

Известный способ имеет следующие недостатки. Применяемые заряды в шпуре имеют диаметр, не достаточный для обеспечения нормального режима и полноты детонации зарядов низкочувствительных ВВ, поэтому результаты определения не пригодны для зарядов большого диаметра.

Техническим результатом предложенного способа является повышение достоверности полученных результатов путем приближения условий испытаний к натурным и измерение всего количества образующихся при взрыве газов.

Указанный результат достигается тем, что в способе определения количества газообразных продуктов взрыва, включающем подрыв заряда взрывчатого вещества, забор газовых проб, определение концентрации каждой компоненты газообразных продуктов взрыва и расчет количества каждой компоненты, подрыв заряда взрывчатого вещества осуществляют в открытой буровой скважине, в которой перед подрывом определяют фоновую концентрацию азота и аргона и дополнительно определяют концентрацию окислов азота, азота и аргона в скважине после взрыва, а расчет количества V_х каждой компоненты производят по выражению:
V_x= л/кг где 22,4 объем 1 моля газа, л;
d содержание азота в грамм-атомах на 1 кг взрывчатого вещества, г-атом;
C_х концентрация Х компоненты газообразных продуктов взрыва,
NO, N₂, Ar концентрация окислов азота, азота и аргона, замеренная после взрыва в скважине одновременно с искомой компонентой,
К₁ коэффициент, характеризующий отношение концентрации азота к концентрации аргона в фоновой пробе воздуха.

Так как для разделения азота ВВ и азота воздуха использован газ, не являющийся продуктом взрыва (в нашем случае аргон вместо кислорода), то даже при наличии избыточного кислорода (для ВВ с положительным кислородным балансом или неполной детонацией) точность результата испытаний будет высокой. Способ позволяет определить количество выделившегося кислорода при взрыве за счет избыточного положительного кислородного баланса или за счет неполной детонации ВВ, которое в свою очередь позволит рассчитать ряд энергетических показателей взрыва (температура, теплота), а также определить, какая часть воды в обводненной скважине прореагировала с продуктами детонации ВВ.

Способ осуществляют следующим образом.

В производственных условиях, например на карьере, бурят скважину глубиной 5-10 м и закладывают в нее заряд исследуемого ВВ массой 10-50 кг. Из расчета сохранения при взрыве устья скважины и обеспечения нормальной детонации заряда берут фоновую пробу воздуха в скважине. Подрыв заряда осуществляют штатными для данного предприятия средствами. После подрыва заряда газообразные продукты взрыва, расширяясь, вытесняют из скважины воздух в атмосферу. Оставшиеся в скважине газообразные продукты взрыва сохраняют свое первоначальное соотношение по составу, что предопределяет возможность использования баланса химических элементов исходного ВВ и продуктов взрыва. Через 5-15 мин после взрыва производят забор газовых проб в скважине с помощью, например резиновых трубок и насоса "Шинца".

В лаборатории газовые пробы анализируют на хроматографе (или другими известными способами) с получением концентраций каждой компоненты V _х
V_x= л/кг
Концентрация азота (N₂) в газовой пробе содержит как азот ВВ, так и азот воздуха, который частично поступает в скважину. Разделение их производят по концентрации аргона путем вычитания из концентрации азота концентрации аргона, умноженной на коэффициент, характеризующий отношение концентрации азота к концентрации аргона в фоновой пробе воздуха.

Экспериментальный коэффициент К₁ представляет собой отношение концентрации азота к концентрации аргона в фоновой пробе воздуха, взятой в скважине перед взрывом, и изменяется в некоторых пределах, поэтому К₁необходимо определять каждый раз при проведении анализов.

П р и м е р 1. В скважине глубиной 10 м и диаметром 214 мм взорвано 20 кг аммонита 6ЖВ. Через 10 мин с помощью насоса "Шинца" и резиновой трубки в скважине взята газовая проба и в лаборатории на хроматографе получены концентрации следующих компонентов газообразных продуктов взрыва: СО 1,01% СО₂ 5,0% Н₂ 1,8% СН₄ 0,665% NO 0,05% О₂ 15,75% N₂74,964% Ar 0,701%
Предварительно взятая в скважине фоновая проба воздуха показала, что коэффициент К₁, характеризующий отношение концентрации азота к концентрации аргона, равен
83,787
Содержание азота в грамм-атомах на 1 кг данного взрывчатого вещества (аммонит 6ЖВ) равно 22,525
Определим количество окиси углерода V_CO и углекислого газа V по предлагаемому способу:
V_CO= 15,67 л/кг
V= 74,60 л/кг
Аналогично можно определить остальные компоненты продуктов взрыва, л/кг:
V_NO 0,78; V 27,94; V 10,32.

П р и м е р 2. Пробуренная наклонная скважина длиной 12 м, диаметром 105 мм в горнблендитах. В скважине воды 5 м. Заряд гранулотола весом 20 кг подрывают с помощью детонирующего шнура ДШЭ-12 и шашки Т-400 г. В скважине после взрыва замеряют следующие количества газов: СО 19,5% СО₂ 18,5% NО 0,014% Н₂ 6,5% Ar 0,36% СН₄ 2,34% N₂46,036% О₂ 6,75% Экспериментальный коэффициент К₁ составляет 83,787. Содержание азота в грамм-атомах на 1 кг гранулотола в воде с весовым содержанием тротила 700 и 300 г воды в смеси составляет 9,24.

V_CO= 127,08 л/кг
C=120,6 л/кг; V_NO=0,091 л/кг; V=42,4 л/кг; V=15,3 л/кг.

Предлагаемый способ универсальный, т.к. является предпочтительным для определения газовой вредности ВВ с отрицательным кислородным балансом. Это объясняется тем, что при испытаниях возможны отклонения от нормального режима взрыва. Так, например, при неполной детонации ВВ с отрицательным или нулевым кислородным балансом происходит выгорание части ВВ с образованием окиси углерода и выделением кислорода в свободном виде. Это приводит к ошибкам измерения.

Значительный интерес представляет предлагаемый способ и для научных целей, так как позволяет определить количество выделившегося в атмосферу кислорода. Этот показатель необходим для определения ряда характеристик ВВ. Для определения количества выделившегося кислорода ВВ может быть использована предлагаемая расчетная формула. Концентрация кислорода в газовой пробе содержит как кислород ВВ, так и кислород воздуха. Разделение их производят по концентрации аргона путем вычитания из концентрации кислорода концентрации аргона, умноженной на коэффициент, характеризующий отношение концентрации кислорода и концентрации аргона в фоновой пробе воздуха.

Формула изобретения

Способ определения количества газообразных продуктов взрыва, включающий подрыв заряда взрывчатого вещества, забор газовых проб, определение концентрации каждой компоненты газообразных продуктов взрыва и расчет количества каждой компоненты, отличающийся тем, что подрыв заряда взрывчатого вещества осуществляют в открытой буровой скважине, в которой перед подрывом определяют фоновую концентрацию азота и аргона, дополнительно определяют концентрацию окислов азота, азота и аргона в скважине после взрыва, а расчет количества V_x каждой компоненты производят по выражению:

где 22,4 объем 1 моль газа, л;
d содержание азота, моль на 1 кг взрывчатого вещества;
C_X концентрация X-компоненты газообразных продуктов взрыва,
NO, N₂, Ar концентрация окислов азота, азота и аргона, замеренная после взрыва в скважине одновременно с искомой компонентой,
K₁ коэффициент, характеризующий отношение концентрации азота к концентрации аргона в фоновой пробе воздуха.