Akademia Górniczo - Hutnicza
im. Stanisława Staszica
w Krakowie

Sprawozdanie

Centralne Laboratorium Techniki Strzelniczej

i Materiałów Wybuchowych

Regulice

GiG III gr. 2 EZSM

1. Laboratorium

Na terenie Centralne Laboratorium Techniki Strzelniczej i Materiałów Wybuchowych prowadzona jest działalność dydaktyczna i naukowa w zakresie:

Wpływu czynników zewnętrznych na przebieg detonacji materiałów wybuchowych, badania parametrów energetycznych i właściwości środków strzałowych. Możliwości i rodzaje inicjatorów MW. Badanie wrażliwości środków strzałowych. Badanie warunków wybuchowości mieszanin pyłów i gazów z powietrzem. Badanie gazów postrzałowych. Ocena skuteczności mocowania kotwi. Sporządzanie mieszanin wybuchowych i ocena ich parametrów detonacji. Oddziaływanie detonacji na otoczenie. Wykonywanie czynności strzałowych i bezpiecznego posługiwania się środkami strzałowymi. Obliczanie parametrów termodynamicznych MW o zadanej recepturze.

Dodatkowo laboratorium posiada możliwości badawcze/pomiarowe w zakresie:

Określenia najważniejszych badań naukowych lub prac rozwojowych planowanych do wykonania z wykorzystaniem urządzenia.

- Dostosowanie metod badawczych środków strzałowych do wymogów europejskich.
- Określenie stanu zagrożeń ze strony mieszanin palnych pyłów i gazów z powietrzem.
- Kontynuacja badań nad rolą i wpływem dodatków zwiększających wodoodporność MW granulowanych.
- Kompleksowe badanie zjawisk fizycznych występujących w trakcie likwidacji metodą wybuchową obiektów wysokich bądź o skomplikowanej budowie.
- Badania propagacji zagrożeń (powietrzna fala uderzeniowa, drgania parasejsmiczne) podczas stosowania MW w budownictwie.
- Badania nad powietrznymi falami uderzeniowymi generowanymi detonacją ładunków MW, rozprzestrzeniającymi się wewnątrz wyrobisk korytarzowych.
- Opracowanie nowych technologii wykonywania strzelań urabiająco-odprężających dla zmniejszenia zagrożeń tąpaniami w górnictwie rud.
- Kontynuacja badań dla określenia metod prognozujących zasięg spękań w bliskiej strefie detonacji ładunków (strzelania konturowe, gładkościenne itp.).
- Badania nad poprawieniem skuteczności działania ładunków kumulacyjnych w górnictwie, wiertnictwie i geofizyce.
- Szkolenie praktyczne pracowników górnictwa z zakresu stosowania nowych środków strzałowych i mechanizacji załadunku MW w pracach strzałowych.
- Badania rozkładu i zasięgu drgań parasejsmicznych rozprzestrzeniających się wokół upadającego obiektu o znacznej wysokości (badania poligonowe).
- Kontynuacja badań nad wpływem dodatków polepszających parametry strzałowe MW emulsyjnych i mechanizacją ich załadunku do otworów strzałowych.
- Kontynuacja badań skuteczności obudów kotwiowych w różnych stadiach obciążeń.

- Kontynuacji badań dotyczących poprawy właściwości strzałowych i użytkowych nowoopracowywanych materiałów wybuchowych.
- Podjęcie badań nad wpływem dodatków w mieszaninach wybuchowych dla uzyskania materiałów wybuchowych proekologicznych.

2. Badania

1. Względna zdolność do wykonywania pracy przez MW

Aby wyznaczyć względną zdolności MW do wykonywania pracy należy skorzystać z wahadła balistycznego.

Do wahadła balistycznego załadowano 10 gram materiału wybuchowego i zamknięto pociskiem o masie 6 kilogramów.

Po zdetonowaniu materiału wybuchowego wahadło wychyla się o pewien kąt α pod wpływem siły odrzutu pocisku.

Wyniki pomiaru:

Nazwa MW	Kąt odchyłu wahadła α
Trotyl	14°42′
Ergodyn	16°40′
Heksogen	17°45′

Obliczenia:

Względna zdolność do wykonywania pracy przez MW

gdzie:

α_BMW - kąt wychylenia wahadła badanego materiału wybuchowego

α_MWW - kąt wychylenia wahadła wzorcowego materiału wybuchowego (heksogenu)

Trotyl:

Ergodyn:

Heksogen (wzorcowy):

Wnioski:

Na podstawie obliczeń stwierdzono, że trotyl jest najsłabszym MW, jest o 30% słabszy niż materiał wzorcowy ( heksogen). Ergodyn ma o około 12 % mniejsza zdolność do wykonywania pracy niż materiał wzorcowy.

2. Metoda Kaffa- Kasta - wyznaczenie granicy wrażliwości.

Zdolność MW do przemiany wybuchowej wywołanej uderzeniem młota o określonej masie spadającego swobodnie ze znanej (zmiennej) wysokości.

Górna granica niewrażliwości- największa energia w 6 próbach - w żadnej z prób nie zaszła przemiana

Dolna granica wrażliwości- najmniejsza energia w 6 próbach-co najmniej jedna przemiana

Górna granica wrażliwości- najmniejsza energia uderzenia dla której w 6 próbach każdorazowo zaszła przemiana

Energia uderzenia młota:

E_p= m⋅g⋅h

gdzie:

m - masa młota, 5 kg

g - przyśpieszenie ziemskie równe ok. 9,81 m/s²

h - dana wysokość młota

Dane pomiarowe oraz obserwacje:

Lp.	Wysokość młota [cm]	Reakcja
1	40	Brak reakcji
2	45	Brak reakcji
3	50	Zaszła reakcja
4	40	Brak reakcji
5	45	Brak reakcji
6	40	Brak reakcji

Obliczenia:

E_p1= 5*9,81*0,4=19,62 [J]

Lp.	Wysokość młota [m]	Energia uderzenia młoTa Ep [J]	Reakcja
1	0,40	19,62	Brak reakcji
2	0,45	22,07	Brak reakcji
3	0,50	24,53	Zaszła reakcja
4	0,40	22,07	Brak reakcji
5	22,07	22,07	Brak reakcji
6	0,40	19,62	Brak reakcji

Na podstawie obliczeń wynika iż dolna granica wrażliwości jest równa 22,07 J, natomiast górna granica wrażliwości jest równa 24,53 J

3. Spalanie próbek MW

• Dynamit- po podpaleniu próbki dynamitu zaobserwowano iż dynamit pali się bardzo słabo przy czym słychać dość wyraźnie skwierczenie. Płomień mało widoczny przy którym wydziela się niewielka ilość dymu.

• Heksogen- po podpaleniu próbki heksogenu zaobserwowano iż heksogen spala się dużym jasnym płomieniem przy którym słychać syk. Proces spalania heksogenu trwa bardzo szybko.

• Trotyl (w łuskach)- po podpaleniu próbki trotylu zaobserwowano ze przy spalaniu trotylu emitowany jest ciemny dym, co świadczy o jego ujemnym bilansie tlenowym

4. Ładunek kierunkowy

Ładunek kierunkowy umieszczono na stalowej płytce o grubości około 3 cm oraz na prostokątnym wycinku gumowym. I podłączono zapalnikiem elektrycznym metanowym o bezpiecznym natężeniu prądu 0,45 A w przypadku ładunku na wycinku gumy, a w przypadku stalowej płytki lontem detonacyjnym pentrytowym skalnym za pomocą taśmy izolazyjnej.

Po zdetonowaniu ładunków zaobserwowano pod metalową płytką wyrwę o głębokości kilku centymetrów, natomiast w wycinku gumy powstało zagłębienie a także konstrukcja podłoża została naruszona.

5. Średnica krytyczna

Średnicą krytyczną nazywamy najmniejszą średnicę przy której każdorazowo nastąpi detonacja.

Do teleskopu o średnicy [mm]:

46,4; 36,4; 28,4; 22,4; 16,4

załadowano materiał wybuchowy saletrol (80%) i olej (20%) i zdetonowano.

W celu określenia średnicy krytycznej należy sprawdzić która średnica jaka ostatnia pozostała w całości.

Po zdetonowaniu zaobserwowano iż w średnicy 16,4 MW nie uległ przemianie całkowitej, dopiero w średnica 22 [mm] nastąpiła detonacja, stąd ϕ22 jest średnicą krytyczna dla danego MW.

6. Układ z lontem detonującym

Lont detonujący (pentrytowy skalny) połączono z sześcioma połowami laski dynamitu Ergodyn 30E firmy Nitroerg za pomocą taśmy izolacyjnej tak aby pętelka wykonana na końcu lontu znajdowała się na końcu ładunku. Lont detonujący z zapalnikiem elektrycznym metanowym o bezpiecznym natężeniu prądu 0,20 A (wywnioskowane na podstawie przewodu białego oraz żółtego) połączono za pomocą taśmy izolacyjnej.

Zapalniki elektryczne metanowe

Zapalniki elektryczne metanowe przeznaczone są do inicjowania materiału wybuchowego w zróżnicowanych warunkach zastosowań w podziemnych i odkrywkowych zakładach górniczych oraz do prac konstrukcyjno-inżynieryjnych. Mogą być stosowane w warunkach zagrożenia wybuchem pyłu węglowego i/lub metanu.

PARAMETRY	ERGODET 0,2A	ERGODET 0,2A 25 ms	ERGODET 0,45A	ERGODET 0,45A 25 ms	ERGODET 2,0A	ERGODET 2,0A 25 ms
Typ	natychmiastowy	milisekundowy	natychmiastowy	milisekundowy	natychmiastowy	milisekundowy
Czas zadziałania / zwłoka międzystrzałowa	do 10 ms	25 ms	do 10 ms	25 ms	do 10 ms	25 ms
Stopnie opóźnienia	-	1-18	-	1-18	-	1-18
Łuska	miedziana	miedziana	miedziana	miedziana	miedziana	miedziana
Ładunek wtórny	pentryt	pentryt	pentryt	pentryt	pentryt	pentryt
Przewody	stalowe ocynowane lub miedziane	stalowe ocynowane lub miedziane	stalowe ocynowane lub miedziane	stalowe ocynowane lub miedziane	miedziane	miedziane
Długość przewodów [m	2 - 8 (dla przewodów stalowych ocynowanych) 2 - 30 (dla przewodów miedzianych)	2 - 8 (dla przewodów stalowych ocynowanych) 2 - 30 (dla przewodów miedzianych)	2 - 8 (dla przewodów stalowych ocynowanych) 2 - 30 (dla przewodów miedzianych)	2 - 8 (dla przewodów stalowych ocynowanych) 2 - 30 (dla przewodów miedzianych)	2 - 30	2 - 30
Rezystancja główki zapalczej [Ω]	1,7 ± 0,5	1,7 ± 0,5	0,55 ± 0,15	0,55 ± 0,15	0,1 ± 0,03	0,1 ± 0,03
Bezpieczne natężenie prądu [A]	0,20	0,20	0,45	0,45	2,0	2,0
Max. impuls nieodpalający [mJ/Ω	1,2	1,2	8,0	8,0	120,0	120,0
Min. impuls odpalający [mJ/Ω]	2,4	2,4	16,0	16,0	280,0	280,0

Zapalnik elektryczny użyty w doświadczeniu

WARUNKI MAGAZYNOWANIA

Temperatura magazynowania	od 0ºC do + 45ºC
Okres gwarancji (od daty produkcji)	12 miesięcy

WARUNKI STOSOWANIA

Temperatura stosowania

od -25ºC do + 50ºC

PAKOWANIE
wiązka lub pudło tekturowe

DOPUSZCZENIA I KLASYFIKACJA

Certyfikat CE (INERIS)
	0080.EXP.04.0017 (ERGODET 0,2A)
	0080.EXP.04.0017 (ERGODET 0,2A 25 ms)
	0080.EXP.04.0018 (ERGODET 0,45A)
	0080.EXP.04.0018 (ERGODET 0,45A 25 ms)
	0080.EXP.04.0019 (ERGODET 2,0A)
	0080.EXP.04.0019 (ERGODET 2,0A 25 ms)
Numer UN	0030
Klasa	1
Kod klasyfikacyjny	1.1 B

Ergodyn 30E

Materiał wybuchowy nitroestrowy, skalny, wodoodporny, ekologiczny

Ergodyn 30E jest materiałem wybuchowym przeznaczonym do stosowania w górnictwie podziemnym i odkrywkowym jako materiał wybuchowy skalny.

Ergodyn 30E nie może być używany w warunkach zagrożenia wybuchem pyłu węglowego i/lub metanu.

Ergodyn 30E może być stosowany w otworach suchych i zawodnionych oraz w wilgotnej atmosferze w zakresie temperatur od -20^oC do 50^oC.

Ergodyn 30E może być użyty w postaci naboi:

w otoczkach papierowych o minimalnej średnicy 22 mm,

w otoczkach foliowych o minimalnej średnicy 36 mm.

Materiał nie zawiera nitrozwiązków aromatycznych.

Połączenie wykonuję się tak aby kierunek fali detonacyjnej rozdzielał się pod kątem około 30-45°, przedstawiono to na schematycznym rysunku poniżej:

Końcowy efekt:

Po odpaleniu układu widocznego powyżej nastąpiła jednoczesna silna detonacja, dająca głośny efekt dźwiękowy oraz wyrzut ziemi na dość znaczną wysokość.

Z obserwacji można wywnioskować że strzelanie za pomocą lontu detonacyjnego nie daje praktycznie żadnego opóźnienia detonacji poszczególnych ładunków.

7. System nieelektryczny:

Do sześciu połówek laski dynamitu włożono zapalnik nieelektryczny skalny milisekundowy tak aby zapalnik sięgał do samego końca laski dynamitu (zdjęcie powyżej) następnie układ spięto konektorem Nitronel QS 42 ms widocznym na zdjęciu poniżej (kolor biały konektora świadczy że jest to konektor o opóźnieniu 42 milisekund), następnie odpalono.

Zapalniki nieelektryczne dla kamieniołomów i kopalń odkrywkowych - system NITRONEL Q

Zapalniki NITRONEL QS służą do uzyskania opóźnienia strzałowego między inicjowanymi zapalnikami otworowymi NITRONEL QH lub MS oraz do przedłużania i rozgałęziania linii strzałowej poprzez łączenie z innymi zapalnikami powierzchniowymi NITRONEL QS. Zapalniki NITRONEL QS umieszczone są w tworzywowych łącznikach umożliwiających łączenie zapalników z maksymalnie 6 rurkami detonującymi inicjowanych zapalników oraz chroniących rurki przed odłamkami zapalnika. Kolory łączników uzależnione są od odmiany zapalnika.

NITRONEL QS

 

odmiana zapalnika	czas zadziałania [ms]		kolor łącznika
NITRONEL QS 0 ms	0		zielony
NITRONEL QS 17 ms	17		żółty
NITRONEL QS 25 ms	25		czerwony
NITRONEL QS 42 ms	42		biały
NITRONEL QS 67 ms	67		niebieski
NITRONEL QS 109 ms	109		czarny
Zapalnik użyty w doświadczeniu

PAKOWANIE
Wiązki zapalników pakowane są w worki tworzywowe i umieszczane w pudle tekturowym w ilości wg tablicy

długość motka	wiązki	pudło
3,0 m	10 sztuk	100 sztuk
4,8 m	10 sztuk	100 sztuk
6,0 m	10 sztuk	80 sztuk
7,8 m	10 sztuk	80 sztuk
9,0 m	10 sztuk	80 sztuk

Na życzenie Klienta istnieje możliwość wykonania motka o innej długości rurki detonującej z krokiem 0,6 m.


DOPUSZCZENIA I KLASYFIKACJA

Certyfikat CE (GIG)
	1453.EXP.05.0099 (NITRONEL QH)
	1453.EXP.05.0098 (NITRONEL QS)
Numer UN	0360
Klasa	1
Kod klasyfikacyjny	1.1 B

Zapalniki nieelektryczne skalne milisekundowe

Zapalniki nieelektryczne milisekundowe zastępują tradycyjne strzelanie zapalnikami elektrycznymi milisekundowymi.

ZASTOSOWANIE
Zapalniki nieelektryczne milisekundowe przeznaczone są do stosowania głównie w odkrywkowych zakładach górniczych. Zapalniki można stosować również do strzelań podziemnych (np. strzelanie na zawał). Dodatkowo zapalniki nieelektryczne milisekundowe wzmocnione przeznaczone są do inicjowania materiałów wybuchowych trudno pobudzalnych.

ZALETY
Stosowanie zapalników nieelektrycznych milisekundowych umożliwia znacznie szybsze i łatwiejsze połączenia wszystkich zapalników do punktu inicjowania w porównaniu do czasochłonnego i skomplikowanego procesu łączenia zapalników elektrycznych.


WŁAŚCIWOŚCI

PARAMETRY	Zapalniki nieelektryczne milisekundowe NITRONEL MS 25 (1-20)	Zapalniki nieelektryczne milisekundowe ERGONEL WZI 25 ms 1-14
Typ	milisekundowy	milisekundowy
Opóźnienie międzystopniowe	25 ms	25 ms
Stopnie opóźnienia	1-20	1-14
Kolor rurki	pomarańczowy lub według ustaleń z Klientem	według ustaleń z Klientem

Zapalnik użyty w doświadczeniu

PAKOWANIE

Wiązki zapalników pakowane są w worki tworzywowe i umieszczane w pudle tekturowym w ilości wg tablicy

długość motka	wiązki	pudło
4,8 m	10 sztuk	100 sztuk
7,8 m	10 sztuk	80 sztuk
15 m	5 sztuk	50 sztuk

Na życzenie Klienta istnieje możliwość wykonania motka o innej długości rurki detonującej z krokiem 0,6 m

DOPUSZCZENIA I KLASYFIKACJA

Certyfikat CE (GIG)
	1453.EXP.05.0084 (NITRONEL MS 25 (1-20))
	1453.EXP.05.0067 (ERGONEL WZI 25 ms 1-14)
Numer UN	0360
Klasa	1
Kod klasyfikacyjny	1.1 B

Po odpaleniu układu zaobserwowano nie jednoczesną detonację ładunków. Słychać było niezbyt głośne dźwięki wybuchu, wyrzut ziemi nastąpił na niską wysokość.

Z powyższych obserwacji można wywnioskować że nieelektryczny system daje dużo mniejsze efekty niż układ z lontem detonującym przy takiej samej ilości materiału wybuchowego ale pozwala na taką kombinację opóźnień którą można dopasować do wymaganej sytuacji.

8. Układ elektryczny

Do dziesięciu połówek laski dynamitu Ergodyn 30E włożono zapalniki elektryczne węglowe o bezpiecznym natężeniu prądu 0,45 A (przewód niebieski i brązowy) tak aby sięgały do końca laski dynamitu. Zapalniki połączono ze sobą w sposób szeregowy widoczny na rysunku poniżej:

Zapalniki elektryczne węglowe

Zapalniki elektryczne węglowe przeznaczone są do inicjowania materiału wybuchowego w zróżnicowanych warunkach zastosowań w podziemnych i odkrywkowych zakładach górniczych oraz do prac konstrukcyjno-inżynieryjnych. Mogą być stosowane w warunkach zagrożenia wybuchem pyłu węglowego.

PARAMETRY	ERGODET 0,2A 500 ms	ERGODET 0,45A 500 ms	ERGODET 2,0A 500 ms
Typ	półsekundowy	półsekundowy	półsekundowy
Zwłoka międzystrzałowa	500 ms	500 ms	500 ms
Stopnie opóźnienia	1-15	1-15	1-10
Łuska	miedziana	miedziana	miedziana
Ładunek wtórny	pentryt	pentryt	pentryt
Przewody	stalowe ocynowane lub miedziane	stalowe ocynowane lub miedziane	miedziane
Długość przewodów [m]	2 - 8 (dla przewodów stalowych ocynowanych) 2 - 30 (dla przewodów miedzianych)	2 - 8 (dla przewodów stalowych ocynowanych) 2 - 30 (dla przewodów miedzianych)	2 - 30
Rezystancja główki   zapalczej [Ω]	1,7 ± 0,5	0,55 ± 0,15	0,1 ± 0,03
Bezpieczne natężenie   prądu [A]	0,20	0,45	2,0
Max. impuls   nieodpalający [mJ/Ω]	1,2	8,0	120,0
Min. impuls odpalający   [mJ/Ω]	2,4	16,0	280,0

Zapalnik elektryczny użyty w doświadczeniu

WARUNKI MAGAZYNOWANIA

Temperatura magazynowania	od 0ºC do + 45ºC
Okres gwarancji (od daty produkcji)	12 miesięcy

WARUNKI STOSOWANIA

Temperatura stosowania

od -25ºC do + 50ºC

PAKOWANIE
wiązka lub pudło tekturowe

DOPUSZCZENIA I KLASYFIKACJA

Certyfikat CE (INERIS)
	0080.EXP.04.0017 (ERGODET 0,2A 500 ms)
	0080.EXP.04.0018 (ERGODET 0,45A 500 ms)
	0080.EXP.04.0019 (ERGODET 2,0A 500 ms)
Numer UN	0030
Klasa	1
Kod klasyfikacyjny	1.1 B

Po odpaleniu nastąpiła kolejna detonacja poszczególnych ładunków dynamitu. Wybuch był silny głośny z najwyższym wyrzutem ziemi w porównaniu do pozostałych doświadczeń.

Z obserwacji można wywnioskować że system eklektyczny podobnie jak nieelektryczny można dopasować do potrzeb pod kontem czasowego odpalania.

1. Lont detonujący

Lont detonacyjny pentrytowy skalny podzielony na trzy 10- centymetrowe odcinki podpięto do zapalnika elektrycznego metanowego o bezpiecznym natężeniu prądu 0,20 A i odpalono. Następnie zmierzono czas dojścia sygnału do każdego z tych odcinków otrzymując następujące wyniki:

Czas dojścia [ms]	Droga [cm]
15	10
29	20
43	30
57	40

Aby obliczyć prędkość z jaką pali się lont należy skorzystać ze wzoru:

gdzie:

- prędkość

s - droga

t - czas

Prędkość palenia się lontu:

Odcinek pierwszy:

0,029 s -0,015 s =0,014 s

0,014 s / 0,1 m = 0,14 m/s

Odcinek drugi:

0,043s -0,029 s = 0,014 s

0,014 s / 0,1 m = 0,14 m/s

Odcinek trzeci:

0,057 s -0,043 s = 0,014 s

0,014 s / 0,1 m = 0,14 m/s

Z powyższych obliczeń wynika iż prędkość palenia się lontu wynosi około 0,14 m/s

NITROCORD - lonty detonujące pentrytowe skalne stosowane mogą być w robotach strzałowych w zakładach górniczych podziemnych niewęglowych i zakładach górniczych odkrywkowych oraz pracach wyburzeniowych i inżynieryjnych

WARUNKI MAGAZYNOWANIA

Temperatura magazynowania	od +0ºC do + 45ºC
Okres gwarancji (od daty produkcji)	24 miesiące

WARUNKI STOSOWANIA

Temperatura stosowania

od -20ºC do + 50ºC

PAKOWANIE

Jednostkowe	szpula pilśniowo tekturowa
Transportowe	pudło tekturowe zawierające 2,3 lub 6 szpul

DOPUSZCZENIA I KLASYFIKACJA

Certyfikat CE
	BAM Germany
		0589.EXP.2643/01 (NITROCORD 10)
		0589.EXP.3585/99 (NITROCORD 12)
		0589.EXP.3584/99 (NITROCORD 20)
		0589.EXP.1293/02 (NITROCORD 25)
		0589.EXP.3585/99 (NITROCORD 40)
		0589.EXP.0599/99 (NITROCORD 80)
		0589.EXP.0600/99 (NITROCORD 100)
	GIG
		1453.EXP.05.0077 (NITROCORD 6-N)
Numer UN	0065
Numer UN	1
Kod klasyfikacyjny	1.1 D

3. Bibliografia:

[1] http://www.uci.agh.edu.pl

[2] http://www.nitroerg.pl

Spis treści:

15

1

---