1.Pojęcie MW, własności MW, definicja wybuchu (fizyczny, chemiczny),
Materiałem wybuchowym nazywamy jednorodne związki chemiczne lub ich mieszaniny, które pod wpływem czynników zewnętrznych, jak uderzenie, tarcie lub zapalenie, ulęgają gwałtownej przemianie chemicznej, wydzielając wielkie ilości gazów o wysokiej temperaturze. Ta przemiana chemiczna polega najczęściej na gwałtownym połączeniu się składników materiału wybuchowego z tlenem.
Własności MW:
· Wielka prędkość przebiegu reakcji,
· Egzotermiczność reakcji chemicznej,
· Tworzenie się dużej ilości par lub gazów.
Ciało wybuchowe – substancja zdolna do reakcji wybuchowej pod wpływem bodźców zewnętrznych w obecności tlenu.
Środki strzałowe – środki służące do zainicjowania materiału wybuchowego sposób racjonalny i bezpieczny.
Wybuch – gwałtowna zmiana stanu równowagi układu przebiegająca z wytworzeniem pracy mech, efektem dźwiękowym i świetlnym
Czynniki charakteryzujące wybuch:
· Egzotermiczna reakcja wybuchowa,
· Duża prędkość rozprzestrzeniania się wybuchu,
· Wytworzenie gazowych produktów wybuchu o dużym ciśnieniu.
Wybuch fizyczny (eksplozja)nie zachodzą żadne reakcje chemiczne następuje tylko gwałtowna fizyczna zmiana równowagi układu. Źródłem może być energia elektryczna, kinetyczna, cieplna np. wyładowanie elektryczne lub łuk elektryczny.
Wybuch chemiczny nazywa się gwałtownie przebiegającą reakcję chemiczną powodującą przemianę (rozkład lub spalenie) niektórych substancji lub ich mieszanin z wydzieleniem dużej ilości gazów lub par, wykonaniem pracy mechanicznej i efektem dźwiękowym oraz świetlnym.
2. Rodzaje rozkładu MW (detonacja, eksplozja, deflagracja, spłon)
To na czerwono było w notatkach które dostałam. Na czarno są definicje przepisane z książki, którą posiadam w domu
Deflagracja czyli wygotowanie się materiału wybuchowego, jest rozkładem materiału wybuchowego, przebiegającym wolniej niż wybuch i polegającym na spalaniu się materiału wybuchowego w otworze strzałowym. Deflagracja jest zjawiskiem nienormalnym i może być spowodowana zawilgoceniem lub stwardnieniem materiału na wskutek niewłaściwego przechowywania albo błędami popełnionymi przy załadowaniu otworu strzałowego. Przy deflagracji wydzielają się szkodliwe gazy, będące produktami niezupełnego spalania składników materiału. Deflagracja powoduje szybkie spalanie się trujących gazów zawierających znaczne ilości tlenków azotu i tlenku węgla, opóźnienie odstrzału (do 10 sekund na jeden nabój) i wyrzucenie przybitki.
Deflagracja spalanie się MW połączone z lekkim sykiem i szmerem. Prędkość rozkładu wynosi od kilku do kilkunastu m/s. Deflagracja nie daje żadnej pracy mechanicznej. Charakteryzuje się powolnym i egzotermicznym rozkładem MW bez konieczności doprowadzania tlenu do MW. Deflagracja powoduje szybkie spalanie się trujących gazów zawierających znaczne ilości tlenków azotu i tlenku węgla, opóźnienie odstrzału (do 10 sekund na jeden nabój) i wyrzucenie przybitki.
Detonacja to gwałtowny rozkład materiału wybuchowego obejmujący całą jego masę. Przez materiał przechodzi fala detonacyjna, której prędkość zależnie od rodzaju materiału wynosi 8000m/s. Materiały wybuchowe stosowane w górnictwie maja prędkość detonacji od 1000 do 6500 m/s. Wskutek tak olbrzymiej prędkości fali detonacyjnej ciśnienie gazów wzrasta momentalnie i dlatego działanie materiałów detonujących jest bardzo gwałtowne
Detonacja jest to szybka reakcja rozkładu MW przebiegająca z prędkością 1000-9000m/s, której towarzyszy bardzo silny huk oraz silne działanie kruszące i burzące skierowane we wszystkie strony. Górnicze MW detonują z prędkością 1500-6500m/s. Prędkość detonacji jest wartością stałą zależną od energii pobudzenia, średnicy naboi i gęstości MW. Detonacja nie zależy od temperatury i ciśnienia zewnętrznego, rozprzestrzenia się ze stałą prędkością i amplitudą. Istota detonacji polega na spalaniu warstwowym MW i przekazywaniu od warstwy do warstwy uderzeniowej fali ściskania z prędkością ponaddźwiękową.
Spłon jest to rozkład MW połączony z sykiem i gwizdem, prędkość rozkładu kilkadziesiąt m/s nie daje użytecznej pracy mechanicznej. Tak jak deflagracja jest spowodowane użyciem zepsutych materiałów wybuchowych lub tez nie prawidłową inicjacją lub niewłaściwym załadowaniem MW.
Eksplozja(wybuch)jest to rozkład MW przebiegający z prędkością od 300-1000m/s jest charakterystycznym rozkładem wolno działającego materiału wybuchowego (miotającego) np. prochu górniczego. Rozkład wybuchowy jest zdolny do wykonania pracy mechanicznej jeśli MW jest umieszczony w przestrzeni zamkniętej (w otworze strzałowym) Zjawisku towarzyszy efekt dźwiękowy.
3.Różnica pomiędzy falą detonacyjną a uderzeniową
Fala detonacyjna specyficzny rodzaj fali uderzeniowej, która rozprzestrzenia się w ładunku MW. wywołuje gwałtowny wzrost ciśnienia na czole fali, energia fali uderzeniowej uzupełniana jest energią rozpadu chemicznego, dzięki czemu fala przebiega ze stałą prędkością. Fala detonacyjna po wyjściu z MW wywołuje falę uderzeniową która traci swoją energię wraz z odległością.
Fala uderzeniowa – To cienka warstwa, w której następuje gwałtowny wzrost ciśnienia gazu, rozchodząca się szybciej niż dźwięk. Fale uderzeniowe powstają podczas silnego wybuchu, ruchu ciała z prędkością ponaddźwiękową. Powoduje trwałe zaburzenie środowiska, gdyż cząstki jego nie powracają do poprzedniego stanu równowagi oraz fale te przenoszą duże ilości energii. Przechodzenie fali uderzeniowej powoduje skokowy wzrost ciśnienia, temperatury i gęstości.
Fala detonacyjna – w MW nie zanika, gdyż warstwy MW znajdujące się w strefie działania fali detonacyjnej, zostają ściśnięte i zaczynają szybko reagować, zmieniając się w produkty wybuchu detonacyjnego, skutkiem czego dostarczają energii dla wyrównania strat energii fali detonacyjnej. FD jest to ruch fali uderzeniowej związany z ruchem reakcji chemicznej i wytworzonych gazów.
Różnica pomiędzy falą detonacyjną a uderzeniową:
· Fala uderzeniowa po przebiegnięciu w środowisku wskutek nieodwracalnej straty energii przechodzi w zwykłą falę głosową.
· Fala detonacyjna jest to fala uderzeniowa, która rozprzestrzenia się w ładunku MW. Energia fali uderzeniowej uzupełniana jest energią rozkładu chemicznego MW, dzięki czemu fala detonacyjna może przebiegać ze stałą prędkością, charakterystyczna dla danego MW i danych warunków. Fala detonacyjna po wyjściu z MW wywołuje falę uderzeniową, która traci swoją energię wraz z odległością i po pewnym czasie jej prędkość równa się prędkości fali głosowej.
4.Rozkład detonacyjny MW, parametry fizyczne (ciśnienie, prędkość),
Rys. 4.1. Strefa reakcji otwartego naboju MW
1 - nabój MW,
2 - czoło fali rozrzedzenia,
3 - efektywna strefa reakcji,
4 - front rozrzutu produktów detonacji,
5 - produkty detonacji,
6 - kierunek rozprzestrzeniania się detonacji;
lr -długość strefy reakcji,
lef - efektywna długość strefy reakcji.
Prędkość detonacji – determinuje wartość ciśnienia detonacji, które powstaje w samym czole fali i gazów wybuchowych postrzałowych oraz determinuje czas działania tych ciśnień na ośrodek. Prędkość detonacji dla danego MW jest wartością stałą i zależy od gęstości, średnicy ładunku oraz zamknięcia w otworze strzałowym. Zależność prędkości detonacji od gęstości MW jest różna dla związków chemicznych i mieszanin.
Ciśnienie detonacji – związane jest z rozkładem MW i może wynosić od 1,28 –20,45 GPa. Ciśnienie samych gazów nie przekracza 10GPa. Ciśnienie detonacji niszczy strukturę skały, a produkty detonacji wykorzystują ten stan, rozsadzają powstałe szczeliny i pęknięcia i tworzą własne.
5.Sposoby określenia prędkości detonacji,
Prędkość detonacji zależy od własności fizycznych materiałów np. stanu i wielkości kryształów. Zależy od chemicznych własności od domieszek. Prędkość detonacji jest wielkością stałą, indywidualną zależną od gęstości, średnicy ładunku i od zamknięcia w otworze strzałowym.
Sposób zamknięcia MW w otworze strzałowym (komorze) ma istotny wpływ na prędkość detonacji. Opóźnione rozprężanie się produktów detonacji powoduje obniżenie wartości średnicy krytycznej i granicznej oraz ułatwia detonację. Zamknięcie otworu strzałowego może mieć wpływ na powstanie efektu kanałowego jeśli ładunek MW jest nieprawidłowo załadowany tzn. jeśli jego średnica jest mniejsza od średnicy otworu strzałowego.
Prędkość detonacji osiąga wartość od 900 do 8000 m/s dla różnych MW.
Pomiar prędkości detonacji polega na wyznaczeniu wartości prędkości, średniej lub maksymalnej, przebiegu tego procesu.
Metody te można podzielić na dwie grupy:
1) umożliwiające wyznaczenie prędkości w każdym punkcie badanego ładunku,
2) umożliwiające pomiar średniej prędkości detonacji na długości ładunku MW.
W praktyce stosowana jest metoda Dautriche’a, nie wymagająca aparatury pomiarowej i mająca zastosowanie w warunkach polowych, metoda fotograficzna i metoda oscylograficzna.
Badanie prędkości detonacji metodą Dautriche’a.1 - badany ładunek MW,
2 - ZE ostry lub spłonka ZnT z lontem prochowym,
3 - lont detonujący długości 1,5 do 2 m,
4 - płytka ołowiana grubości 5 do 6mm,
5 - płytka stalowa,
6 - rurka ochronna,
7 - oplot sznurka lub nitki,
8 - osłona ładunku,
9 - korek osłony,
10 - podkładka,
A - odcinek pomiaru prędkości detonacji,
0 - środek lontu,
S - miejsce zderzenia się fal detonujących.
Badanie prędkości detonacji z zastosowaniem oscylografu.1 - ładunek MW,
2 - ZE,
3 - uziemienie,
4, 5 - czujniki,
6, 7 - kondensatory,
8, 9, 10 - opory,
11 - źródło prądu stałego,
L - Odcinek pomiaru prędkości detonacji.
Badanie prędkości detonacji metodą fotograficzną.
1 - badany ładunek MW,
2, 3 soczewki,
4 - przesłona,
5 - zwierciadło,
6 - klisza fotograficzna.
6.Prędkość detonacji – zależności,
Prędkość detonacji jest jedną z najistotniejszych cech MW, gdyż prędkość związana jest ze sposobem przekazywania energii wybuchu do ośrodka. Prędkość determinuje wartość ciśnienia detonacji i gazów wybuchowych (postrzałowych) oraz czas działania tych ciśnień na ośrodek.
Prędkość detonacji zależy od własności fizycznych (stan, wielkość kryształów) i chemicznych MW (domieszki) i jest wielkością stałą, indywidualną, zależną od gęstości, średnicy ładunku oraz zamknięcia w otworze strzałowym.
Zależność prędkości detonacji od gęstości MW jest różna dla związków chemicznych i mieszanin. Można tu wyróżnić trzy charakterystyczne punkty:
· dolna graniczna gęstość, poniżej której MW nie jest zdolny do detonacji,
· gęstość krytyczna, przy której prędkość detonacji jest największa,
· górna gęstość graniczna, powyżej której MW już nie detonuje (MW został „zaprasowany na martwo).
Prędkość detonacji w zależności od gęstości MW. a) związek chemiczny,
b) mieszanina, d1, d2 średnica ładunku dkr i dgr
7.Gęstość dolna graniczna, krytyczna i górna graniczna,
Gęstość MW jest to stosunek masy MW do jego objętości.
Dolna gęstość graniczna poniżej tej gęstości MW nie jest zdolny do detonacji
Gęstość krytyczna największa prędkość detonacji.
Jest to gęstość maksymalna, przy której rozkład wybuchowy w ładunkach o określonej średnicy jest jeszcze możliwy. Po przekroczeniu gęstości krytycznej rozkład wybuchowy MW może zaniknąć, powodując niewypał. Gęstość krytyczna zależy od stanu fizycznego, składu, stopnia rozdrobnienia i wilgotności MW oraz od średnicy ładunku.
Górna gęstość graniczna powyżej tej gęstości MW nie jest zdolny do detonacji(zaprasowany na martwo)
8.Średnica krytyczna detonacji ładunku a średnica graniczna ładunku
Prędkość detonacji zależy od średnicy ładunku MW.
Średnica krytyczna ładunku – jest to średnica poniżej której detonacja nie jest możliwa.
Średnica graniczna ładunku – jest to średnica powyżej której prędkość detonacji jest stała.
Krytyczna średnica detonacji ładunku jest to średnica, poniżej której rozprzestrzenianie się detonacji w ładunku MW staje się niemożliwe. Średnica ta zależy od stanu fizycznego MW (gęstości, wilgotności, skłonności do twardnienia, porowatości i innych) i fizykomechanicznych charakterystyk ośrodka, w którym odstrzeliwuje się ładunek.
Zjawisko to związane jest ze stratami energii fali detonacyjnej wskutek radialnego rozprzestrzeniania się produktów wybuchu. Poniżej krytycznej średnicy detonacji straty wzrastają w takim stopniu oraz fala zostaje tak osłabiona, że nie jest już w stanie wzbudzić przemiany wybuchowej w dalszych warstwach MW i detonacja zanika. Wielkość średnicy detonacji związana jest z prędkością wybuchowej przemiany MW i w znacznym stopniu zależy od chemicznej struktury i ciepła wybuchu MW. Zwiększenie gęstości prostych MW (trotyl, heksogen itp.) powoduje zmniejszenie krytycznej średnicy detonacji a dla mieszanek MW (tj. prawie wszystkich przemysłowych MW) krytyczna średnica detonacji zwiększa się.
Zależność prędkości detonacji od średnicy ładunku sproszkowanych MW zaczyna się od krytycznej prędkości detonacji dkr i zbliża się asymptotycznie dla danej gęstości do idealnej prędkości detonacji Di cechującej dany MW.
Zależność prędkości detonacji D od średnicy d ładunku MW.
dkr - średnica krytyczna ładunku MW, dgr - średnica graniczna ładunku MW, Di - prędkość detonacji idealna.
Krytyczna prędkość detonacji jest to najmniejsza prędkość (bliska granicy) trwałego rozprzestrzenienia się detonacji. Z powiększeniem się średnicy ładunku prędkość detonacji wzrasta do określonej wartości granicznej, charakterystycznej dla danego MW.
Średnica graniczna jest to średnica ładunku, powyżej której prędkość detonacji pozostaje stała.
Z uwagi na zmienne charakterystyki fizyczne i fizykochemiczne MW zarówno krytyczna
jak i graniczna średnica ładunku nie są stałymi wartościami dla danego MW.
Prędkość graniczna (optymalna, idealna) jest to prędkość detonacji ładunku o nieskończenie dużej średnicy, tj. granica, do której zmierza prędkość detonacji przy powiększaniu średnicy ładunku.
9.Sposoby określenia skuteczności MW (blok Trauzla, wahadło balistyczne),
Skuteczność MW związana jest z 2 parametrami fizycznymi wybuchu: ciśnieniem detonacji i ciśnieniem gazów powybuchowych.
...
pitol23