Inicjowanie ładunków MW

Inicjowanie

proces wzbudzania detonacji materiału wybuchowego

Wprowadzenie

• układ wybuchowy jest bardziej wrażliwy im mniejszej energii wymaga do rozpoczęcia detonacji

• ze względów bezpieczeństwa w górnictwie używa się MW o możliwie małej wrażliwości, dlatego impuls inicjujący musi mieć odpowiednią energię zdolną rozpocząć reakcję chemiczną.

Wzbudzenie detonacji (inicjacja)

Rodzaje impulsów:

• oddziaływanie cieplne

• oddziaływanie mechaniczne (uderzenie, tarcie)

• promieniowanie świetlne

• ładunkiem elektrycznym,

• energią detonacji innego MW.

Niezależnie od rodzaju impulsu inicjującego wybuch rozpoczyna się zawsze od zapalenia cząstek MW i jeżeli ilość wydzielonej energii cieplnej jest dostateczna to reakcja ulega gwałtownemu przyspieszeniu prowadzącemu do powstania detonacji.

W zjawisku inicjacji rozróżnia się następujące stadia:

• zainicjowanie reakcji chemicznej (zapalenie),

• przyspieszenie spalania,

• przejście w detonację początkowo z małą prędkością,

• gwałtowne przyspieszenie i rozprzestrzenianie się detonacji z pełną prędkością

Tylko MW inicjujące przechodzą momentalnie w detonację bez stadiów przejściowych

Inicjacja detonacji zależy od:

• energii impulsu,

• warunków w jakich znajduje się MW,

• masy wzbudzanego ładunku MW,

Impuls inicjujący

energia zewnętrznego oddziaływania powodującego detonację

Minimalny impuls potrzebny do zainicjowania ładunku jest różny dla poszczególnych MW i jest on kryterium oceny wrażliwości.

Masa krytyczna MW

minimalna ilość danego MW potrzebna do powstania detonacji

• MW inicjujące - kilka gramów, wtórne - kilkadziesiąt gramów,

• saletra amonowa - kilkadziesiąt kilogramów

Wrażliwość MW na działanie cieplne

Impuls cieplny powoduje detonację, gdy przyrost ciepła jest większy od jego rozpraszania

• temperatura wybuchu - temperatura przy której zaczyna się detonacja

• czas zapłonu - czas doprowadzający do wybuchu

Wrażliwość MW na uderzenie

cecha mająca bardzo znaczenie w praktyce - duże zagrożenie w stosowaniu

• zjawisko reakcji punktowej - lokalne centra reakcji w postaci tzw. gorących punktów, np. pęcherzyki powietrza

Wrażliwość MW na tarcie

MW mogą zdetonować na skutek tak tarcia zewnętrznego jak i wewnętrznego

• zjawisku temu towarzyszy wydzielanie się ciepła koncentrującego się w płaszczyźnie tarcia, a proces wzbudzania tłumaczy się zgodnie z cieplną teorią inicjacji

Wzbudzanie detonacji falą uderzeniową

wzbudzenie detonacji falą uderzeniową może nastąpić przy przypadkowym silnym uderzeniu w MW (o prędkości powyżej 100 m/s), a najczęściej przy inicjowaniu detonacji innym ładunkiem MW.

W obu przypadkach wzbudzenie detonacji polega na wytworzeniu strefy wysokiego ciśnienia, w zasięgu której rozpoczyna się reakcja chemiczna podtrzymująca swym ciepłem energię fali.

Wysokie ciśnienie przyczynia się do odpowiedniego wzrostu temperatury w czole fali ściskającej, która zapala substancję wybuchową.

Ciśnienie wzbudzenia:

• dla MW wieloskładnikowych - (10 ÷ 50) · 10⁸ N/m², temp. 700 ÷ 1800 K,

• dla MW jednoskładnikowych - 10 · 10¹⁰ N/m², temp. rzędu 1000 K.

W górnictwie podstawowe znaczenie ma inicjacja ładunku innym MW, a więc inicjacja falą detonacyjną

Do wzbudzenia ładunku MW stosuje się spłonkę, a więc silniejszy MW pobudza słabszy. Jeżeli dwa takie ładunki stykają się bezpośrednio ze sobą i mają zbliżone właściwości fizyczne (gęstość, ściśliwość), to fala detonacyjna przechodzi z jednego do drugiego bez zmiany prędkości.

Do inicjacji mało wrażliwych, przemysłowych MW używa się gotowych układów - spłonek górniczych, które zawierają dwa rodzaje ładunków.

• pierwszy azydek ołowiu, o bardzo dużej wrażliwości i prędkości detonacji

• drugi trotyl z pentrytem o niższych parametrach, co przyczynia się do wydłużenia czasu działania spłonki na inicjowany ładunek.

Dla zwiększenia pewności inicjacji zwłaszcza w przypadku mało wrażliwych MW amonowo-saletrzanych, sypkich i uwodnionych stosuje się pośrednie ładunki zwane udarowymi z materiałów wybucho-wych łatwiej detonujących niż ładunek podstawowy. Są to ładunki o znacznie większej masie niż wtórny ładunek spłonki

Sposoby inicjowania ładunków MW

• elektryczny - zapalnikami elektrycznymi,

• nieelektryczny - systemy Nonel,

- lont detonujący

Inicjowanie elektryczne- zapalniki elektryczne










Impuls zapłonowy - najmniejsza ilość energii przypadającej na jednostkę

oporu elektrycznego powodującą odpalenie ZE





K_z - impuls zapłonowy, mWs/Ω

I - natężenie prądu, A

t_z - czas zapłonu, ms

Prąd bezpieczny - może płynąć przez zapalnik w czasie 5 minut

bez jego odpalenia

Prąd odpalający serie ZE - najmniejsza wartość natężenia prądu,

który przepływając przez szeregowo połączone ZE powoduje ich odpalenie

Grupy oporowe główek zapalczych:

1,4 ÷ 1,6 Ω 1,6 ÷ 1,8 Ω 1,8 ÷ 2,0 Ω 2,0 ÷ 2,2 Ω 2,2 ÷ 2,4 Ω

pozostałe stanowią odpad informacja o grupie oporowej znajduje się na opakowaniu

Zapalniki elektryczne metanowe 0,45 A milisekundowe 25 ms antyelektrostatyczne 1-18 /GZEM 0,45 A M-25 1 - 18/ Znak dopuszczenia : GG-28/01 ZASTOSOWANIE : w zakładach górniczych w miejscach, w których wartość prądów błądzących nie przekracza 0,225 A, w polach niemetanowych i metanowych. OPIS ZEW : łuska miedziana z wybitym na denku numerem stopnia zwłoki i literą M. Przewody w izolacji z polwinitu miedziane dł. 2 - 30 m lub stalowe dł. 2 - 8 m koloru białego i brązowego.
PARAMETRY TECHNICZNE:
liczba stopni zwłoki	18
nominalna zwłoka międzystrzałowa	25 ms
opór ZE wraz z przewodami 2 m Fe	max 2,9 Ohm
opór główki zapalczej	0,4 - 0,7 Ohm
natężenie prądu niezbędne do odpalenia serii 20 ZE połączonych szeregowo	1,80 A
maksymalne bezpieczne natężenie prądu	0,45 A
maksymalny impuls prądowy nie powodujący odpalenia ZE	8 mWs/Ohm
minimalny impuls prądowy niezbędny do odpalenia ZE	16 mWsek/Ohm
badanie bezpieczeństwa wobec elektryczności statycznej	10 kV przy 2500 pF
badanie bezpieczeństwa przebicia między łuską a przewodem elektrycznym	min. 1500 V
okres przechowywania	do 12 mies. od daty produkcji

Obwody strzałowe - odpalanie wielu ładunków

podstawową cechą obwodu strzałowego jest sposób połączenia ZE

• połączenia szeregowe

• połączenia równoległe

• połączenia mieszane

Dla pewnego odpalenia wszystkich ZE włączonych do obwodu strzałowego obwód musi być

• odpowiednio zaprojektowany

• poprawnie wykonany.

Każdy zapalnik obwodu musi otrzymać potrzebny do jego zainicjowania impuls zapłonowy

Połączenie szeregowe

przez wszystkie odbiorniki przepływa ten sam prąd




Opór obwodu:





R₀ - opór obwodu, Ω

R_L - opór linii strzałowej, Ω

n - liczba zapalników połączonych szeregowo,

R_z - opór jednego ZE, Ω




Zalety:

• obwód strzałowy jest prosty i przejrzysty,

• proste obliczenie i projektowanie obwodu strzałowego,

• możliwa ocena połączenia przez pomiar oporu obwodu,

• lekkie i tanie zapalarki.

Wady:

• możliwość wystąpienia niewypałów w obecności wód zmineralizowanych,

• konieczność utrzymania dobrej izolacji przewodu strzałowego,

• konieczność stosowania wysokich napięć odpalających.

Połączenie równoległe

prąd ma dyspozycji więcej niż jedną drogę przepływu




I_c - całkowity prąd zapalarki, A

I_z - prąd pojedynczego ZE, A

Opór obwodu:





R₀ - opór obwodu, Ω

R_L - opór linii strzałowej, Ω

n - liczba zapalników połączonych

równolegle,

R_z - opór jednego ZE, Ω




Połączenie w wiązkę (skupione


Połączenie rozłożone

Połączenie równoległe

Zalety:

• możliwość prowadzenia robót strzelniczych w warunkach wilgoci lub nawet wody - np. głębienie szybów,

Wady:

• skomplikowane połączenia i projektowanie obwodu,

• konieczność posługiwania się źródłem odpalającym o dużej mocy,

• brak możliwości kontroli omomierzem prawidłowości połączeń,

• możliwość nieodpalenia wszystkich ZE,

Połączenia mieszane

• szeregowo-równoległe - grupy ZE połączonych szeregowo łączy się równolegle do linii strzałowej,




• równoległo-szeregowe - grupy ZE połączonych równolegle łączy się między sobą szeregowo,




Przykład obliczeń

---