W ramach przedmiotu Górnictwo Ogólne, odbyliśmy zajęcia terenowe w placówce naukowo-badawczej AGH w Regulicach, gdzie zostaliśmy zapoznani z materiałami wybuchowymi, przepisami dotyczącymi ich składowania, użytkowania, stosowania, oraz przeprowadziliśmy kilka podstawowych doświadczeń ukazujących ich właściwości.

Materiały wybuchowe (MW)- są to związki chemiczne lub mieszaniny ,które pod wpływem bodźca zewnętrznego jakim jest uderzenie lub poddanie temp. powodują detonację , czyli zajście gwałtownej reakcji chemicznej przebiegającej z wydzieleniem dużej ilości ciepła i wytworzenia dużej prężności.

Związki chemiczne w materiałach wybuchowych to :

• estry kwasu azotowego ( nitrogliceryna , nitroceluloza ),

• nitrozwiązki ( trotyl , kwas pikrynowy ),

• sole kwasu azotowego ( saletra potasowa i amonowa ),

• nitro związki ( heksogen , tetryl ),

• pochodne kwasu chlorowego i nadchlorowego .

Materiały wybuchowe można podzielić ze względu na bezpieczeństwo wobec pyłu węglowemu i metanu i wyróżnia się :

• metanity , barbaryty

• materiały wybuchowe skalne, które nie spełniają bezpieczeństwa wobec pyłu węglowego i metanu ,są pakowane w papier koloru czerwonego .Do tej grupy należą : amonity, dynamity ,saletrzaki oraz trotyl i proch.

• materiały wybuchowe węglowe ,które spełniają określone wymagania odnośnie bezpieczeństwa wobec pyłu węglowego, pakowane są w papier koloru niebieskiego i należą do nich karbity,

• materiały wybuchowe specjalne, które spełniają wyższe wymagania bezpieczeństwa wobec pyłu węglowego i metanu , są opakowane w papier koloru białego , a napis na nich jest w czarnej ramce.

Materiały wybuchowe można podzielić także na:

• Materiały wybuchowe granulowane dwuskładnikowe

• Saletrol -94%-96% saletry i 4%-6% oleju napędowego

• Saletrot - 20%trotylu i 80% saletry

• Materiały wybuchowe granulowane trzyskładnikowe

• Saletrol +pył aluminiowy 1%-2%, który zwiększa siłę wybuchu

• Materiały wybuchowe granulowane czteroskładnikowe

• saletrolit

Rozróżniamy również

• Materiały wybuchowe zawiesinowe są to wodne roztwory nieorganicznych soli utleniających z dodatkiem rozpuszczalnych paliw, zagęszczaczy i ewentualnie innych dodatków.

• Materiały wybuchowe emulsyjne, które są mieszaniną materiałów zawiesinowych i saletroli

Środki inicjujące - są to środki służące do spowodowania detonacji materiałów wybuchowych .Do środków inicjujących należą : lont detonujący ,spłonki ,zapalniki elektryczne.

Materiały wybuchowe można podzielić na pierwotne i wtórne.

Materiały wybuchowe pierwotne są bardzo czułe na działanie mechaniczne i charakteryzuje się krótkim czasem do detonacji.

Materiały wybuchowe wtórne są to materiały ,które powodują przenoszenie impulsu od pierwotnego materiału wybuchowego do innych materiałów wybuchowych . Posiadają one znacznie mniejsze parametry na bodźce zewnętrzne niż materiały pierwotne ,ale wytwarzają duży płomień w czasie detonacji .

Wyróżnić można takie jak : - tetryl ,pentryl ,heksogen .

Rodzaje lontu :

Lont detonacyjny to plastikowy wężyk wypełniony materiałem inicjującym .

W kopalniach odkrywkowych i podziemnych stosowane są lonty:

• lont detonujący pentrytowy wodoszczelny ,który posiada kolor czerwony stosowany tylko w górnictwie odkrywkowym .

• lont detonujący pentrytowy wodoszczelny koloru żółtego ,który jest stosowany w kopalniach odkrywkowych i górnictwie podziemnym ,ale gdzie nie występuje metan .

• lont detonujący pentrytowy wodoszczelny metanowy ,o kolorze niebieskim ,który jest stosowany przy wszystkich kategoriach zagrożenia metanowego i pyłowego .

GZE - górnicze zapalniki elektryczne

Zapalniki elektryczne najczęściej składają się z :

• spłonki

• główki zapalającej

• opóźniacza

• tulejki metalowej ,korka uszczelniającego i przewodów strzałowych .

Przewody zapalnika mają kolory niebieskie i białe .

Zapalniki elektryczne można podzielić ze względu na:

1. Czas detonacji :

• natychmiastowe

• zwłoczne ( z opóźnieniem sekundowym - kolor niebieski, półsekundowym - kolor czerwony ,milisekundowym - kolor biały).

2. Prąd potrzebny do detonacji

• kolor żółty 0,2 A ( I klasa )

• kolor brązowy 0,45A ( II klasa )

• kolor zielony 2A ( III klasa )

• kolor czarny 4A ( IV klasa )

3. Stopień bezpieczeństwa względem pyłu węglowego i metanu

• zapalnik skalny - kolor czerwony

• zapalnik węglowy - kolor niebieski

• zapalnik metanowy - kolor biały

Stosowane są także oznaczenia :

M -25 -zwłoczny 25 ms

B -antyelektrostatyczny

P -półsekundowy

N -natychmiastowy

NT -odporny na temperaturę

C -odporny na ciśnienie

W/8 -węglowy o zwłoce 8

Informacja dotycząca rodzaju zapalnika znajduje się na jego denku i na przewodach jest umieszczona metka. Pełne oznaczenie zapalnika to np. GZE W 0,2 A M-25.

Sprzęt strzałowy :

Zapalarki elektryczne to urządzenia przenośne służące do odpalania zapalników .

Zapalarki elektryczne dzieli się pod względem sposobu wytworzenia impulsu:

• zapalarka tranzystorowa ZK-100 120 -to strzałowa

• dynamoelektryczne w którym impuls prądu powstaje w wyniku obrotu uzwojonego wirnika w polu magnetycznym stojaka ,

• kondensatorowe w których obrót uzwojonego wirnika w polu elektromagnesu powoduje naładowanie kondensatora np.: ZK 300 80 - cio strzałowa.

Podczas naszych ćwiczeń była zastosowana do wykonywania doświadczeń

• zapalarki bateryjne

• zapalarki sieciowe zasilane ze źródła napięcia 220V do 400 strzałów.

Przechowywanie materiałów wybuchowych

Materiały wybuchowe mogą być przechowywane w:

• składach naziemnych - budynki, szafy pancerne,

• składach podziemnych - specjalne chodniki w kopalniach

• składy wgłębione - w starych wyrobiskach, pagórkach

Składy dzielimy także na klasy:

• I klasa skład do 250kg

• II klasa skład od 251kg do 500 kg

• III klasa skład od 501kg do 20000kg

• IV klasa skład od 20001 do 50 ton

Próba spalania materiałów wybuchowych:

• heksogen - bardzo szybkie spalenie, jasny płomień

• trotyl - spala się szybko (przy spaleniu towarzyszy kopcący dym)

• dynamit - nie ulega spaleniu

• materiał plastyczny − spala się powoli jasnym płomieniem, z niewielką ilością kopcącego dymu

Dobre spalanie heksogenu wskazuje na dobrze dobrany bilans tlenowy natomiast kopcący dym przy spalaniu trotylu wskazuje na ujemny bilans tlenowy.

Lont prochowy spalał się z prędkością 1m w ciągu 107sekund. Teoretyczna szybkość spalania nie powinna wykraczać poza granice 100 do 130sek na 1m lontu.

Badanie środków strzałowych .

1. Siła działania materiałów wybuchowych

• Siłą działania MW nazywa się jego zdolność zburzenia ośrodka o danej objętości. Siła działania zależy od objętości gazów i ciepła powstających wskutek wybuchu. Siłę działania określa się w sposób eksperymentalny. Głównymi sposobami są:

• Metoda Trauzla

• Metoda wahadła balistycznego

• Metoda moździerza balistycznego

Metoda Trauzla

Siłę działania określa się z dostateczną dokładnością za pomocą próby na wybrzuszenie bloku ołowianego Trauzla przez wybuch 10 gramowej próbki materiału wybuchowego. Próba polega na tym, że w bloku odlanym z rafinowanego ołowiu, mającym średnicę i wysokość 200 mm, wierci się otwór o średnicy 25mm i długości 125mm. Na dno otworu wprowadza się10 g MW, uzbraja zapalnikiem elektrycznym i przysypuje piaskiem bez ubijania. Wybuch sprawia, że otwór w bloku zostaje rozszerzony i przyjmuje kształt gruszkowaty. Następnie oczyszcza się otwór i napełnia go wodą, która pozwala objętością swoją określić objętość otworu w cm³, po czym oblicza się różnicę objętości otworu przed i po wybuchu. Różnica objętości jest miarą siły działania.

Metoda wahadła balistycznego

Główną częścią wahadła balistycznego jest zawieszony ciężar. Działanie na wahadło strumienia produktów wybuchu lub fali uderzenia powoduje jego ruch i odchylenie o pewien kąt. Wahadła balistyczne rozmaitych konstrukcji, stosuje się najczęściej do mierzenia impulsu produktów wybuchu, lub fali uderzenia. Ciężar wachadła wynosi 320 kg ,zaś wewnątrz niego znajduje się pocisk o masie 16 kg.

1. Pierwszym materiałem użytym w doświadczeniu był trotyl w ilości 10g. Wachadło przy użyciu tego ładunku wychyliło się o kąt α=15˚ pocisk został wyrzycony na znaczną dległość.

2. Kolejnym materiałem wybuchowym był dynamit w ilości 10g. Wahadło przy użyciu tego ładunku wychyliło się o kąt =16°50' pocisk został wyrzucony szybciej niż jego poprzednik

3. Ostatnim z badanych materiałów był heksogen w ilości 10g. Wahadło wychyliło się o kąt =18°05' pocisk został wyrzycony najszybciej

Poniższy wzór służy do porównania właściwości materiału badanego względem materiału wzorcowego, którym w naszym przypadku jest heksogen.

......%

Ad.1. − dla trotylu wynik to 69,24 względem heksogenu

Ad.2. - dla dynamitu wyszło 83,68% względem pentrytu

Można stwierdzić że najsilniejszym materiałem wybuchowym jest heksogen, następnie dynamit, a najsłabszym z badanych trotyl.

Schemat wachadła balistycznego

skala w stopniach

pocisk

przewody

2. Badanie bryzantyczności materiału wybuchowego

Jedną z metod jest próba Hessa, którą przeprowadza się nstępująco:

Na stalowej płytce o grubości 20mm ułożonej poziomo na twardym podłożu ustawia się dwa cylinderki z czystego rafinowanego ołowiu o średnicy 40mm i wysokości 30mm. Na cylinderkach umieszcza się stalowy krążek o grubości 10mm, i średnicy 41,4mm. Na krążku ustawia się nabój cylindryczny materiału wybuchowego o ciężarze 50g w opakowaniu papierowym o średnicy wewnętrznej 40mm. Nabój uzbraja się zapalnikiem i odpala. Wskutek ciśnienia gazów ołowiany cylinderek ulega zgnieceniu i staje się krótszy. Różnica wysokości jest miarą siły kruszenia badanego materiału wybuchowego. Pomiar wysokości przed i po wybuchu, wykonuje się w czterech różnych kierunkach.

Detonacja ładunku kumulacyjnego i ciśnieniowego

W tym doświadczeniu zostały użyte dwa ładunki zawierające ten sam materiał wybuchowy (75g trotylu), utwierdzono je na stalowej płycie. Jeden uformowany był w kształcie walca, drugi w kształcie stożka skierowanego wierzchołkiem w stronę płyty (ładunek kumulacyjny). Detonacja ładunku kumulacyjnego spowodowała powstanie otworu, natomiast ładunku ciśnieniowego niewielkie wgłębienie i oderwanie fragmentu płyty wywołane falą uderzeniową.

3. Badanie średnicy krytycznej materiału wybuchowego

Próba polega na umieszczeniu saletrotu w przewodzie rurowym o stopniowo zmiennej średnicy i zdetonowaniu go. Przewód zostaje rozerwany w okolicy średnicy krytycznej. Przewód był zmontowany z rur o średnicach: 16, 21, 28, 36, 46, 64. Urwanie nastąpiło na średnicy 16mm z tego wynika, że średnica krytyczna jest pomiędzy 16 a 21mm. W celu znalezienia dokładnej wartości średnicy należy przeprowadzić badania na rurce stożkowej.

_Ø=16mm

_Ø==21mm

_{Ø= 46 mm Ø=28mm}

_{Ř = 64 mm Ř= 36 mm}

_{Ř = 36 mm Ř = 28 mm Ř = 21 mm Ř = 16 mm}

4. Badanie energii inicjującej materiału wybuchowego

Do doświadczenia zostały użyte dwa rodzaje materiałów wybuchowych: saletrol i saletrot, uzbrojone zapalnikami elektrycznymi klasy 0,2A bezzwłoczny. Od zapalnika zdetonował saletrot, natomiast saletrol nie. Do jego detonacji należało zastosować ładunek udarowy zbudowany z zapalnika i 7g materiału inicjującego wtórnego.

5. Połączenie kilku ładunków materiału wybuchowego przy pomocy lontu detonującego.

Do dynamitu przytwierdziliśmy odgałęzienie lontu przez owinięcie go taśmą. Następnie do lontu głównego tak, aby odgałęzienie i główna linia lontu tworzyły kąt mniejszy niż 45° i aby kierunek detonacji w głównej linii lontu i odgałęzieniu był zgodny.

6. Nonel

Na zajęciach terenowych zapoznaliśmy się również z nową metodą nieelektrycznego inicjowania ładunku wybuchowego zwaną NONEL.

Do zalet należą:

• Odporność na obecność prądów błądzących

• Łatwość tworzenia połączeń

• Odporność na działanie czynników mechanicznych

Jedyną wadą może być stosunkowo wysoka cena elementów i urządzeń.

Kafar Kasta

Urządzenie do badania energii potrzebnej do detonacji ładunku wybuchowego, którym był dynamit.

Zasada działania

Ze zmiennej wysokości zostaje opuszczany ustalony ciężar na określoną ilość materiału wybuchowego. Następnie ustala się wysokość, z której opuszczenie ciężarka spowodowało zdetonowanie próbki. Dla ustalonej wysokości próbę powtarza się kilkakrotnie, aby mieć pewność zdetonowania ładunku. Następnie przy zastosowaniu odpowiednich wzorów ustala się energię, jaka jest potrzebna na zdetonowanie materiału wybuchowego.

---