Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Sprawozdanie z laboratorium: Technika strzelnicza

CLTSiMW Regulice

Sporządziłi:

Skoczylas Paweł

Wójcik Radosław

GiG, gr. 1

Wstęp

W dniu 9. października 2010 roku przeprowadzone zostały ćwiczenia terenowe w Regulicach gdzie mieści się Centralne Laboratorium Techniki Strzelniczej i Materiałów Wybuchowych.

Miejscowość Regulice leży na Wyżynie krakowsko-częstochowskiej w odległości około 36km na zachód od Krakowa, w gminie Alwernia.

Centralne Laboratorium Techniki Strzelniczej usytuowane jest w byłym kamieniołomie podlegającym od 01.07.1975r Krzeszowickim Kamieniołomom Drogowym. Okolice Regulic bogate są w naturalne zasoby skalne-wapienie jurajskie, skały magmow i karbońskie formacje węglowe.

Eksploatowanie tych zasobów na użytek własny jak i skalę przemysłową doprowadziło do ich częściowego wykorzystania, a te które pozostały ze względu na ich pozabilansowy charakter nie są wydobywane.

Od roku 1993 kamieniołom regulicki przeznaczony został na ośrodek badawczy Akademii Górniczo-Hutniczej spełniając szereg następujących zadań:

• szkolenie kadry Wydziału Górniczego Akademii Górniczo-Hutniczej w zakresie techniki strzelniczej,

• prowadzenie specjalistycznych kursów górniczych kształcących personel zakładów górniczych (strzałowy, wydawca materiałów wybuchowych, itp.),

• prowadzenie szeroko zakrojonych prac badawczych,

• wykonywanie szeregu usług związanych z prowadzeniem robót strzałowych inżynieryjno-wyburzeniowych oraz specjalistycznych.

Ćwiczenia umożliwiły nam zapoznanie się z zasadą działania, budową i rodzajami materiałów wybuchowych.

Poznaliśmy szereg aspektów związanych z działaniem, zastosowaniem i wykorzystaniem górniczych materiałów wybuchowych

Pracownia chemiczna

Podczas wykładu w pracowni chemicznej zapoznano nas z zasadą działania, składem chemicznym i budową różnych środków strzałowych.

Jednym z etapów było zapoznanie nas z szeregiem zapalników elektrycznych i nieelektrycznych, które podzielić można na grupy w zależności od:

• stopnia bezpieczeństwa wobec pyłu węglowego i metanu,

• natężenia bezpiecznego prądu,

• czasu opóźnienia detonacji itp.,

Zapalniki górnicze podzielić można na grupy ze względu na ich przeznaczenie:

-metanowe- oznaczone kolorem białym,

-węglowe- oznaczone kolorem niebieskim,

-skalne- oznaczone kolorem czerwonym,

Ponadto rozróżniamy następujące klasy zapalników:

- o bezpiecznym natężeniu prądu 0,2A-oznaczone kolorem żółtym,

- o bezpiecznym natężeniu prądu 0,45A-oznaczone kolorem brązowym,

- o bezpiecznym natężeniu prądu 2,0A-oznaczone kolorem zielonym,

- o bezpiecznym natężeniu prądu 4,0-5,0A-oznaczone kolorem czarnym,

Zapalniki podzielić można również w zależności od czasu ich zadziałania:

-mikrosekundowe U-czas zadziałania poniżej 1ms,

-natychmiastowe N-czas zadziałania od 1-10ms,

-milisekundowe M-czas zadziałania od 11-100ms,

-półsekundowe P-czas zadziałania 0,5s.

Typy zapalników w zależności od ich cech dodatkowych:

-antyelektrostatyczne B,

-ciśnienioodporne C,

-mrozoodporne G,

-termoodporne T.

W czasie zajęć w pracowni chemicznej pokazano nam również szereg przyrządów służących do badania różnych cech materiałów wybuchowych: stopniową rurę do pomiaru średnicy krytycznej materiałów wybuchowych, blok ołowiany, w którym sprawdza się skuteczność materiału wybuchowego, itp.

Mogliśmy zapoznać się z różnego rodzaju zapalarkami (elektrycznymi i kondensatorowymi) oraz z innym niezbędnym osprzętem do wykonania robót strzałowych.

Składowanie (magazynowanie) MW

Aby zapobiec niekontrolowanym wybuchom oraz nieszczęśliwym wypadkom , MW muszą być przechowywane w odpowiednio do tego celu wyznaczonych i przygotowanych pomieszczeniach, które nazywa się składami materiałów wybuchowych. Można je podzielić na:

• stałe

• podręczne

Ze względu na budowę składy dzieli się na:

• naziemne;

• wgłębione- przykładem jest skład MW w Regulicach( II-klasy do 0,5t)

• podziemne.

Ważną rzeczą jest także usytuowanie składów: ich odległość od budynków, torów oraz ograniczenie do minimum wstępu osób niepowołanych (tablice informacyjne, zamki, ogrodzenie), zabezpieczenie przed wpływami atmosferycznymi, utrzymywanie odpowiedniej temperatury. Zagadnienia te są regulowane przez odpowiednie przepisy.

1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Podczas wykładu w pracowni chemicznej zapoznano nas z zasadą działania, składem chemicznym i budową różnych środków strzałowych.

1. Materiały wybuchowe

Materiały wybuchowe to związki chemiczne lub mieszaniny związków chemicznych, które pod wpływem inicjatora mają zdolność do szybkiego spalania z równoczesnym wydzieleniem znacznej ilości ciepła i gazów.

Rozróżniamy trzy rodzaje rozkładu MW:

• Deflagracja - to stosunkowo wolne spalanie się MW bez konieczności dostarczenia tlenu z zewnątrz. Prędkość deflagracji jest mała i wynosi najwyżej kilka cm/s. W czasie tego procesu nie tworzy się fala detonacyjna w ładunku, ani fala uderzeniowa w otworze strzałowym.

• Eksplozja - to rozkład MW charakterystyczny dla MW miotających o prędkości nieprzekraczającej 1000 m/s zależy ona głównie od ciśnienia w otworze strzałowym i rośnie wraz z rozwijaniem się wybuchu.

• Detonacja - to nadzwyczaj szybka reakcja rozkładu przebiegająca w samym MW kruszącym, dzięki przekazywaniu od warstwy do warstwy skoku sprężania (max.. temperatury, ciśnienia i gęstości) tworzącego tzw. Czoło detonacji i przesuwającego się ze stałą, dla danego rodzaju MW prędkością przekraczająca 1000 m/s.

Przykłady materiałów wybuchowych:

• Dynamity - są to materiały wybuchowe nitroglicerynowe, w których głównym składnikiem jest nitrogliceryna w mieszaninie z substancjami sproszkowanymi mającymi zdolność pochłaniania lub rozpuszczania się w niej. Pierwszym materiałem zastosowanym w dynamitach była ziemia okrzemkowa. Dynamit ma postać fioletowej, plastycznej masy, która spalając się daje szary dym.

• Saletrol - jest mieszaniną 94-96% saletry amonowej, 4-6% oleju napędowego oraz niewielkiego dodatku pyłu aluminiowego. Jego wadą jest mała czułość na środki inicjujące. Saletrol nie jest też odporny na działanie wody, przy zwartości 8% wilgoci w saletrze detonacja zupełnie zanika. Charakteryzuje się jednak niskim kosztem, prostotą przygotowania, możliwością mechanizacji załadunku i wysoką efektywnością

• Saletrot - jest to mieszanina saletry amonowej z trotylem w proporcji 8/2. Załadunek tylko do otworów strzałowych suchych. Jest to MW nieco silniejszy od trotylu. Średnica krytyczna 80mm.

• Heksogen - jest to biały drobnokrystaliczny proszek bardzo podobny do cukru o ciężarze ok.1,8g/cm³.Spala się jasnym płomieniem.

• Trotyl - ciało krystaliczne o barwie od jasno- do ciemnożółtej, posiada ujemny bilans tlenowy, przejawia się to ciemnym dymem z dużą ilością sadzy.

Podział górniczych materiałów wybuchowych pod względem bezpieczeństwa wobec metanu i pyłu węglowego:

a) GMW skalne nie posiadają żadnego bezpieczeństwa wobec metanu i pyłu węglowego, nie zawierają soli kuchennej. Najczęściej pakowane są w papier czerwony i masa MW zabarwiona jest na czerwono.

b) GMW węglowe nie posiadają żadnego bezpieczeństwa wobec metanu, a dzięki zawartości 10-15% soli kuchennej spełniają określone wymagania bezpieczeństwa wobec obłoku pyłu węglowego o określonych własnościach (klasa A). Pakowany jest w papier niebieski, a MW ma zabarwienie szare.

c) GMW metanowe zawierają 20-35% soli kuchennej, spełniają określone warunki bezpieczeństwa wobec mieszaniny metanowej i obłoku pyłu węglowego. Pakowane są w papier koloru biało-kremowy a MW posiada naturalne zabarwienie składników.

d) GMW metanowe specjalne zawierają najwięcej soli kuchennej 40-45%, posiadają najwyższy stopień bezpieczeństwa wobec mieszaniny metanu i obłoku pyłu węglowego. Pakowany w papier biało-kremowy z dwoma czarnymi paskami a MW posiada naturalnie zabarwienie składników.

2. Środki inicjujące.

Do środków inicjujących wybuch należą następujące elementy amunicji, służące do zapalenia lub detonowania materiałów wybuchowych:

* lonty detonujące - charakteryzuje je duża prędkość detonacji (3-7 m/s). Wykonane są z nici bawełnianych powleczonych z zewnątrz osłoną polichlorku winylu. Rdzeń znajdujący się między bawełnianymi oplotami stanowi MW.

* spłonki górnicze - tulejki wykonane z cynku lub miedzi wypełnione wewnątrz masą zapalczą i materiałem wybuchowym.

* zapalniki elektryczne ostre - składają się z tulejki (tekturowa lub metalowa), główki zapalczej oraz przewodów elektrycznych.

* opóźniacze - służą do przenoszenia detonacji z odpowiednią zwłoką.

3. Środki zapalające

* lont górniczy prochowy - sznur ściśle spleciony z kilku oplotów nici, którego zasadniczą część stanowi rdzeń prochowy. Prędkość detonacji wynosi około 1 m/s

* zapalacz lontowy - papierowa tulejka wypełniona palną masą. Służy do zapalania lontów prochowych.

4. Składowanie materiałów wybuchowych

Skład materiałów wybuchowych musi spełniać pewne określone w normie warunki związane z bezpieczeństwem. Przede wszystkim skład MW musi znajdować się w pewnej odległości od zabudowań i miejsc w których pracują ludzie. Skład jest otoczony wałami mającymi ochronić otoczenie przed skutkami ewentualnej eksplozji MW . Ściany składu zbudowane są materiału niepalnego, ponadto wyposażony on jest w wywietrzniki oraz system alarmowy. W dużych składach znajduje się kilka komór, szafek stalowych służących do składowania MW. Środki inicjujące należy składować w oddzielnej komorze niż MW .W pomieszczeniu znajduje się również tablica obrazująca stan środków strzałowych z podpisami osób uprawnionych do ich pobierania. Drzwi do składu muszą posiadać specjalne zamki oraz zabezpieczenia zapobiegające kradzieży. Cały skład otoczony jest siatką zabezpieczoną w części górnej drutem kolczastym.

2. CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

1. Próba spalania wybranych materiałów wybuchowych.

Trotyl - topi się, spala się powoli wydzielając dużą ilość czarnego i gęstego dymu. Wytłumaczeniem takiej reakcji spalania jest to, że trotyl jest MW o zdecydowanie ujemnym bilansie tlenowym, co w przypadku odpalania w niekorzystnych ubogich w tlen warunkach może powodować zwiększone wydzielanie trujących tlenków azotu i węgla.

Dynamit - spala się bardzo słabo i powoli, zainicjowanie procesu spalania wymagało nie lada wysiłku.

Materiał plastyczny - spala się dobrze, bez wydzielania dymu. Procesowi towarzyszy skwierczący dźwięk.

Pentryt - materiał uległ częściowemu stopieniu (topi się przy 120
C), a następnie zaczął się palić.

2. Wahadło batalistyczne.

Wahadło to zbudowane jest z zawieszonego moździerza o masie 320kg, w którym znajduje się komora ogniowa, do której wprowadza się 10g badanego MW. W komorze umieszcza się następnie dokładnie przylegający do ścianek cylindryczny walcowaty pocisk o wadze 16kg. Następnie detonuje się ładunek. Efektem tego jest: wystrzelenie pocisku z jednoczesnym odchyleniem o pewien kąt moździerza. Kąt ten mierzy się. Korzystając z prawa równowagi momentów, tzn. przyjmuje się że energia wybuchu przekazana na pocisk i na moździerz jest taka sama, można wyliczyć energię wybuchu MW.

Zdolność do wykonania pracy:

S =

α - kąt wychylenia uzyskany podczas wybuchu badanego MW

α _w - kąt wychylenia materiału wzorcowego

W czasie zajęć przeprowadziliśmy próby dla trzech materiałów wybuchowych. Wyniki zestawiono w poniższej tabeli:

Rodzaj i masa MW	Wychylenie wahadła balistycznego	Skuteczność MW [%]
Trotyl 10g	13 30'	75
Dynamit 10g	15 10'	87,5
Pentryt 10g	16 25	100

Skuteczność MW obliczyliśmy, traktując pentryt jako wzorzec.

3. Ładunek konwencjonalny.

Na stalowej blasze umieszczono ładunek ze 160g trotylu. Równocześnie na drugiej

Obserwacje:

Ładunek spowodował na powierzchni wgniecenie, a pod spodem (na wskutek działania fali uderzeniowej) oderwanie fragmentu płytki.

4. Oznaczenie wrażliwości na uderzenie metodą KASTA:

Wrażliwość MW na uderzenie to zdolność do przemian wybuchowych pod wpływem młota o określonej masie spadającego swobodnie z określonej wysokości charakterystycznej dla danego MW. Wynikiem próby kasta jest dolna i górna granica wybuchowości oraz granica niewybuchowości

• Dolna granica wybuchowości - najmniejsza energia młota o określonej masie spadającego swobodnie z najmniejszej wysokości, przy której na 6 prób zachodzi chociaż jedna przemiana.

• Górna granica wybuchowości - to najmniejsza energia, przy której za każdym razem zajdzie przemiana (6 na 6 przypadków).

• Granica niewybuchowości - największa energia, przy której ani raz nie dojdzie do przemiany.

Do naszych badań użyliśmy próbki dynamitu.

Młot spada z wysokości:

• 35 cm nie lekki trzask- przereagowało

• 30 cm - brak reakcji

• 40 cm mocny trzask - przereagowało

• 35cm lekki trzask - przereagowało

Obliczenia:

E=mgh

m=5 [kg]

g=9,81 [m/s²]

dla h=0,35[m] E=17,17 [J]

dla h=0,30 [m] E=14,72 [J]

dla h=0,40 [m] E=19,62 [J]

dla h=0,35 [m] E=17,17 [J]

5. Próba określenia średnicy krytycznej:

Średnica krytyczna jest to średnica ładunku MW przy której detonuje on każdorazowo i w całości. W celu wyznaczenia średnicy krytycznej posługujemy się zestawem rur wykonanych np. z tworzyw sztucznych połączonych ze sobą. Rury mają różne średnice. Po połączeniu fragmentów rur i wypełnieniu ich MW, uzbrajamy je i dokonujemy odpalenia. Średnica, która nie zdetonuje to średnica kolejna po średnicy krytycznej.

Przeprowadzając oznaczenia średnicy krytycznej badaliśmy materiał saletrowy (80% saletry, 20% trotylu) umieszczony w rurze wykonanej z tworzyw sztucznych.

Kolejne średnice rur: 16,4 [mm]; 21,4 [mm]; 28,4 [mm]; 36,4 [mm]; 46,4 [mm

Po odpaleniu okazało się, że ostatnią średnicą która zdetonowała w całości była średnica 28,4 [mm]. Średnica krytyczna będzie więc zawarta w przedziale 28,4 - 21,4 [mm].

6. Łączenie ładunków MW w sieć.

To doświadczenie w sposób praktyczny ukazuje nam istotę łączenia MW w sieci.

-Sieć z lontu detonacyjnego : 20cm ,5 lasek dynamitu ,kąt 30 -45

Wnioski :Sieć odeszła prawidłowo ,brak niewypałów

-Sieć nieelektryczna : opóźnienie 60 milisekund (niebieski) , 25 milisekund (czerwony)

Wnioski : wszystko zdetonowane prawidłowo

-Sieć elektryczna stzałowa : 10 ładunków ,zapalniki elektryczne ,połączenie szeregowe 25milisekund ,do 10 ładunku dołączony saletrol

Wnioski : zgięte z opóźnieniem

Podczas pierwszej próby łączyliśmy sieć z kilku typów składników (ładunki udarowe, zapalnik elektryczny ostry, lont detonujący). W następnym doświadczeniu łączyliśmy sieć szeregowo - by uzyskać możliwość sprawdzenia obwodu. Tym razem MW przysypany był ziemią pełniącą rolę przybitki. Efektem tego było zdecydowane zwiększenie wielkości lejów na placu testowym, co naturalnie świadczyło o zmianie kierunków działania MW.

---