Кислородный баланс, ядовитые газы взрыва

Состав газов, выделяющихся при взрыве, зависит от химического состава ВВ, его кислородного баланса и условий взрывания.

Кислородный баланс характеризуется отношением избытка или недостатка кислорода в составе ВВ по сравнению с количеством, необходимым для полного окисления всех горючих элементов этого ВВ, к массе ВВ.

Различают нулевой, положительный и отрицательный кислородный баланс.

Кислородный баланс считается нулевым, если в составе ВВ содержится необходимое количество кислорода для полного окисления горючих элементов. Такое соотношение компонентов называют стехиометрическим. Если в составе ВВ кислорода не хватает для полного окисления горючих элементов, то такое ВВ имеет отрицательный, а при избытке кислорода - положительный кислородный баланс.

При взрыве ВВ с нулевым кислородным балансом образуются в основном пары воды, углекислота, свободный азот, окись алюминия и минимальное количество ядовитых газов, выделяется максимально возможное количество энергии. При взрыве ВВ с недостатком кислорода образуется ядовитая окись углерода СО. Образование этого соединения идет с меньшим выделением тепла, чем при образовании двуокиси углерода. При взрыве ВВ с избытком кислорода последний образует с азотом весьма ядовитые окислы. Реакции образования окислов азота идут с поглощением тепла. Для ВВ с отрицательным кислородным балансом в присутствии воды (заряжание ВВ в скважину, заполненную водой) могут идти реакции, снижающие количество ядовитой окиси углерода и повышающие энергию взрыва.

Таким образом, ВВ с отрицательным и положительным кислородным балансом отличаются меньшей теплотой взрыва от ВВ с нулевым кислородным балансом.

При использовании гранулированных ВВ на подземных работах, чтобы исключить значительное выделение ядовитых газов, плотность заряжания этих ВВ повышается с помощью пневмозарядчиков, а также путем повышения надежности их инициирования. Эти ВВ при высокой плотности заряжания имеют критический диаметр 20-30 мм, т.е. почти в 4 раза меньший, чем для открытого заряда. Повышение плотности заряжания порошкообразных ВВ снижает количество образующихся ядовитых газов, так же как и повышение тонкости их измельчения в процессе изготовления.

Состав газообразных продуктов взрыва зависит не только от химического состава ВВ, но и от оболочки патронов ВВ, условий взрывания заряда (степени ограничения пространства, в котором расположен заряд, влажности ВВ) и свойств породы, влияющих на протекание вторичных химических реакций взрыва. При плохой забойке зарядов, наличии воздушных промежутков между патронами увеличивается выделение ядовитых газов. При взрывании угля газ СО2 может переходить в СО, взрывы серосодержащих руд приводят к образованию сернистых газов и сероводородов. Калийные руды и апатито-нефелиновые связывают окислы азота, молибденовые и медные связывают окись углерода. Чем выше коэффициент крепости взрываемых пород, тем больше образуется окиси углерода и меньше окислов азота.

Было предложил разделять горные породы по степени их влияния на образование ядовитых газов при взрыве ВВ в подземных условиях на три группы. Первая группа пород (апатиты, нефелины, калийные соли, медные, молибденовые руды) обеспечивает выделение до 40 л ядовитых газов на 1 кг ВВ, вторая группа пород (угли и породы угольных шахт, свинцово-цинковые, золотоносные, железные мартитовые руды) 40-100 л и третья группа пород (джеспилитовые железные руды) - более 100 л ядовитых газов на 1 кг ВВ.

Бумажная парафинированная оболочка патронов участвует в реакции взрыва, понижая кислородный баланс. Поэтому установлено, что масса бумажной оболочки должна быть не более 2 г и парафина не более 2,5 г на 100 г ВВ.

Для подземных работ применяют ВВ с кислородным балансом, близким к нулевому (±3%). Для взрывания на земной поверхности можно применять ВВ как с положительным, так и с отрицательным кислородным балансом.

Окись углерода СО (угарный газ) образует при вдыхании прочные соединения с красными кровяными тельцами, являющимися переносчиками кислорода из легких к тканям, в связи с этим человеческий организм начинает испытывать кислородное голодание. При больших концентрациях СО (>1%) быстро наступает смерть. Предельно допустимая концентрация СО в атмосфере шахт 0,0016% (по объему).

Окислы азота NO, NО2, N2О3 при вдыхании в легкие образуют, вступая в реакцию с водой, азотную и азотистую кислоты, действие которых приводит к отеку легких. Окислы азота особенно опасны из-за того, что они способны накапливаться в организме в течение 4-6 ч. Поэтому по токсическому действию они считаются в 6,5 раз более ядовитыми, чем окись углерода, и предельно допустимая концентрация в атмосфере шахт составляет 0,0002 % по объему.

Кроме этих газов при взрыве могут образовываться сероводород H2S, сернистый ангидрид SО2, хлор, при вдыхании которых происходят острое раздражение дыхательных путей и отек легких. По токсичности эти газы считаются в 2,5 раза более ядовитыми, чем окись углерода. При взрыве детонаторов образуются пары и аэрогели ртути или свинца, входящих в состав инициирующих ВВ, а свинец, кроме того, входит в состав электровоспламенителей и замедляющих составов ЭД.

Кислородный баланс наиболее просто определяется выраженным в процентах отношением грамм-атомной массы избытка или недостатка кислорода к грамм-молекулярной массе ВВ.

Кислородный баланс смесевого ВВ определяется суммированием произведений доли каждого компонента на его кислородный баланс.

Истинные реакции взрывчатого превращения ВВ составить практически невозможно из-за многообразия факторов, влияющих на их протекание. Поэтому принят упрощенный прием составления реакций взрыва, согласно которому все ВВ делятся на три следующие группы.

1. ВВ с количеством кислорода, достаточным (или избыточным) для полного окисления всех горючих элементов. В этом случае весь водород превращается в воду, углерод - в углекислый газ.

2. ВВ с количеством кислорода, достаточным для полного газообразования. При этом принимается, что кислород сначала окисляет весь водород в воду, углерод - в окись углерода, а затем оставшийся кислород образует с частью окиси углерода углекислый газ. При взрыве алюмосодержащих ВВ с нулевым кислородным балансом образуется твердая окись алюминия Al2O3, а при отрицательном - она образуется в результате вторичных реакций алюминия с водой и углекислым газом. Протекание реакции сопровождается выделением повышенного количества окиси углерода, что следует учитывать при взрывании алюмосодержащими ВВ в подземных условиях.

3. ВВ с количеством кислорода, недостаточным для полного газообразования. В этом случае водород полностью окисляется в воду, оставшимся кислородом окисляется часть углерода в окись углерода и выделяется свободный углерод.

Таким образом, зная элементарный состав ВВ можно составить реакцию его взрывчатого разложения.

При цитировании материалов в рефератах, курсовых, дипломных работах правильно указывайте источник цитирования, для удобства можете скопировать из поля ниже:

Поделиться материалом

Содержание