В.И.ПИЛИПЕЦ

РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ВЗРЫВОМ

Рекомендовано Министерством образования и науки Украины в
качестве учебного пособия для студентов технических специальностей вузов

ДОНЕЦК – 2001

УДК 622.23
П32

Пилипец В.И.
П-32 Разрушение горных пород взрывом. Учебное пособие. Изд.
2-е пер. и доп. –Донецк. 2001. –310 с.
ISBN 966-7559-39-4

Рецензенты:
Кущ О.А. –профессор, главный инженер ПО «Укруглегеология»
Турчин В.А. –главный инженер ГХК ПШО “Спецшахтобурение”

В учебном пособии систематизированы и различной степенью
детализации описаны способы разрушения горных пород.
Содержатся сведения достаточные для изучения дисциплины
«Разрушение горных пород взрывом», одной из наиболее важных в
профессиональной ориентации студентов горных специальностей и
непосредственно связанной с будущей специальностью выпускников.
Учебное пособие подготовлено в Донецком государственном
техническом университете и предназначено для студентов горных
специальностей, а также может быть использовано магистрантами и
специалистами, занимающимися разрушением горных пород взрывом.

2

Введение
При проведении различных горных выработок, в том числе
скважин и шпуров основные затраты времени относятся на работы по отделению горных пород от массива. С увеличением
крепости пород увеличивается трудоемкость работ по их разрушению.
В разное время различными авторами и организациями для
разнообразных горно-геологических условий разрабатывались
многочисленные способы разрушения пород. Многие из них
нашли пока ограниченное применение, а некоторые находятся в
стадии разработки и практически не освещены в литературе.
Поэтому, учитывая важность проблемы по разрушению пород, в соответствии с требованиями образовательно-профессиональной программы высшего образования направления
«Горное дело», изучение способов разрушения горных пород в
вузах выделено в отдельный курс.
В настоящее время материал по разрушению пород не систематизирован. При изучении дисциплины используется литература, в которой рассматриваются только отдельные вопросы
разрушения горных пород.
Некоторые способы, такие как механические и взрывные
нашли наибольшее распространение в промышленности и освещены в литературе более детально. Однако с развитием науки
и техники некоторый материал устарел, некоторый описан недостаточно подробно. Часть вопросов отсутствует в связи с изменением нормативных документов, в частности правил безопасности.
Поэтому в настоящем пособии сделана попытка обобщить
и систематизировать материал, касающийся способов и непосредственно механизма разрушения горных пород с учетом современных научных представлений.

3

1. КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ РАЗРУШЕНИЯ
ГОРНЫХ ПОРОД
Известные в настоящее время классификации способов
разрушения горных пород, за исключением взрывного, в основном, описывают характер разрушения пород при бурении шпуров и скважин.
Поэтому различными авторами способы разрушения (кроме взрывного) классифицируются по разным признакам, в основном, учитывающим характер процесса бурения шпуров и
скважин.
Наиболее универсальной является классификация способов
разрушения пород при проведении различных (открытых и подземных) выработок и при сооружении шпуров и скважин по
виду передаваемой энергии породоразрушающему инструменту.
Таким образом, способы разрушения горных пород в зависимости от вида передаваемой энергии можно разделить на
следующие:
механический способ, при котором горная порода
разрушается путем резания, скалывания, дробления, истирания
и вдавливания;
термический способ, позволяющий разрушать горную породу путем прямого нагрева (огневой; плазменный;
плазменноогнеструйный; электродуговой; электронагревательный; циклический) или путем косвенного нагрева (электротермический; электроиндукционный; лазерный; электроннолучевой), а также термомеханический способ, основанный на
механическом разрушении предварительно разогретой породы;
гидродинамический способ, при котором горная порода разрушается высоконапорной струей жидкости (гидромониторный; гидромониторно-вращательный; гидроэрозионновращательный);
4

химический способ - основанный на растворении и
выщелачиваиии горных пород. Так для разрушения песчаников,
известняков и гранитов на забой доставляется устройство, содержащее высокоактивное химическое вещество (флюорин).
Взрывом электродетонатора разрушается специальная перемычка и химическое вещество, продуваясь через катализатор,
образует соединения разрушающие породу.
взрывной способ, позволяющий разрушать горную
породу энергией, возникающей в результате взрыва заряда
взрывчатого вещества.
Некоторые авторы выделяют отдельно еще электрофизические, атомные и др. способы, которые в основном основаны на
нагревании и плавлении горных пород и поэтому в настоящем
пособии они условно входят в термические способы разрушения.
Наиболее широкое применение в промышленности получили некоторые разновидности механического, термического,
гидродинамического и взрывного способов разрушения горных
пород, которые описаны более подробно.
Остальные находятся в стадии изучения и экспериментирования или применяются в ограниченных объемах.

5

2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ РАЗРУШЕНИЯ
ГОРНЫХ ПОРОД
При механическом способе порода разрушается за счет
воздействия на ее поверхность внешних механических нагрузок, которые могут передаваться, чаще всего, посредством контакта твердого тела (зубьев, режущих кромок, резцов. В дальнейшем для краткости именуемыми резцами), обладающего
большой энергией.
При таком способе порода разрушается путем: резания,
скалывания, дробления, истирания, вдавливания (уплотнения).
В любом случае, разрушение горной породы происходит
когда величина контактных напряжений σк = Р/S (Р- осевое
усилие на резец; S-площадь контакта резца с породой), возникающих в месте соприкосновения резца с породой становится
больше твердости горной породы Рш.
По своему механизму, т.е. в зависимости от того с каким
усилием резцы воздействуют на породу, различают несколько
видов механического разрушения:
- поверхностный вид разрушения происходит при σк « Рш .
При этом резцы не внедряются в породу, а скользят по ней и
разрушение происходит малоэффективно, медленно главным
образом за счет истирания. Это возможно при разрушении
твердых пород твердосплавными резцами при недостаточном
осевом усилии. Частицы породы, отделяющейся от забоя, имеют небольшой размер;
- усталостный вид разрушения σк <Рш. В этом случае величины осевого усилия достаточно только для создания таких
контактных напряжений чтобы в породе нарушились межкристаллические связи и образовались трещины, уходящие от поверхности забоя в глубь породного массива. Резец еще не внедряется в породу, а только скользит по поверхности забоя, поэтому такой вид разрушения малоэффективен, хотя несколько
лучше, чем поверхностный вид разрушения. Разрушение породы происходит в результате многократного воздействия резца в
одну и ту же точку;
6

- объемный вид разрушения происходит при σк >Рш, т.е. когда осевого усилия достаточно для внедрения резца в породу и
контактные напряжения превысят величину твердости породы.
При дальнейшем увеличении осевого усилия разрушенная под
резцом порода будет уплотняться, и передавать давление во все
стороны, в результате происходит явление, напоминающее
взрыв, сопровождаемый выколом породы на поверхности с образованием лунки. Объем напряженной зоны в породе увеличивается и происходит новый «взрыв» с образованием лунки уже
большего объема. Деформация разрушения, при которой разрушение породы происходит под влиянием сжимающих и скалывающих усилий, является объемной. Это самый эффективный вид разрушения./18/.
Обычно при механическом воздействии на породу разрушение происходит в результате одновременного действия несколько различных по характеру нагрузок.
Вращательный способ разрушения пород
При непрерывном вращении породоразрушающего инструмента вокруг своей оси с одновременным прижатием его с
осевым усилием осуществляется так называемый вращательный способ разрушения породы:
-резанием;
-резанием и скалыванием;
-истиранием.
В качестве породоразрушающего инструмента при вращательном способе разрушения применяются:
-резцы, которыми оснащаются рабочие органы проходческих и выемочных машин. Резцы бывают одностороннего и
двустороннего действия. Последние применяются при реверсировании исполнительного органа для работы в забое по двусторонней или челноковой схеме;
-ножи - режущий инструмент для стругов. Выполняются в
виде пластин, имеющих большую ширину режущей
кромки;
7

-буровые коронки - режущий инструмент бурильных машин. Выполняются в виде металлических цилиндров, оснащенных твердосплавными резцами. При работе образуют цилиндрические или кольцевые врубы;
-фрезы, обрабатывающие забой периферийными режущими гранями. Стружка при этом имеет серповидную форму.
Во всех этих видах породоразрушающего инструмента исполнительным органом является твердосплавный резец определенной формы.
В мягких породах под действием осевого усилия Р на резец
породоразрушающего инструмента, он углубляется в породу на
некоторую величину h (рис.2.1).
Рис.2.1 Схема разрушения
мягких пород
Под действием крутящего
момента Мкр, передаваемого резцу, он срезает слой породы, и инструмент движется по винтовой
линии вглубь породы.
В этом случае происходит объемный вид разрушения,
поэтому удельное давление на резец должно быть равно
сопротивлению породы на вдавливание, т.е. Р = Рш S. Следовательно осевое усилие должно быть больше с увеличением твердости пород.
Такой способ применим только в слабых породах с относительным коэффициентом крепости f до 4, так как в более крепких породах трудно создать на лезвии инструмента усилия,
достаточные для разрушения породы резанием.
В более твердых породах, в том числе углях разрушение
породы происходит в результате возникновения в ней скалывающих напряжений под действием вращающегося резца.
Осевое усилие Р обеспечивает внедрение резца и противодействует выскальзыванию его по плоскости скола, образуя определенную толщину срезаемого слоя породы
(рис.2.2).
8

Рис.2.2 Зоны разрушения твердых пород при
вращении инструмента
1-зона упругих деформаций; 2-ядро разрушения; 3-зона
скалывания породы

Под действием крутящего момента Мкр в
месте контакта резца с
массивом возникает упругая деформация породы и как следствие, высокие контактные
напряжения в области 1, порода дробится на мелкие фракции, образуя уплотненное ядро разрушения 2 впереди резца. По
мере движения резца ядро увеличивается в размерах, при этом
напряжения возрастают. Однако ядро не может получить значительного развития в глубь массива, т.к. сопротивление массива объемному сжатия велико. Увеличивается ядро лишь
вблизи обнаженной поверхности вверх и частично в стороны.
При дальнейшем движении резец скалывает определенный
объем породы 3.
Мелкие частицы породы из уплотненного ядра получают
выход наружу. Однако значительная часть их зажимается между передней гранью резца и массивом.
Таким образом, разрушение протекает циклично и как бы
скачкообразно, т.е. после скола (в начальный момент разрушения) площадь соприкосновения резца с породой незначительна,
поэтому сопротивление резцу, а значит и потребляемая мощность небольшие. По мере вращения резца происходит увеличение площади соприкосновения его передней грани с породой
до тех пор, пока возникающая от крутящего момента сила не
превзойдет предел прочности породы на скалывание. В этот
период сопротивление резцу, а значит и мощность на его перемещение, достигают максимального значения.
В твердых и хрупких породах угол скола φ составляет 1501600.
Итак, при резании твердых пород взаимодействуют не
9

два тела (резец и порода), а три: резец, уплотненное ядро из
мелкораздробленной породы и неразрушенный массив породы.
С увеличением осевого усилия скорость разрушения породы увеличивается, т.к. резец углубляется на большую глубину и
снимает большую стружку в единицу времени. Однако при определенном значении осевого усилия, резец углубляется на такую величину, что крутящего момента становится недостаточно для вращения породоразрушающего инструмента и скорость
разрушения падает. При этом увеличивается возможность поломки резцов.
При таком способе разрушения, скорость вращения породоразрушающего инструмента должна быть от 50 до 300 об/мин
в зависимости от твердости породы и вида исполнительного
органа. При большем числе оборотов скорость разрушения резко падает, т.к. продолжительность контакта резца с породой
уменьшается.
Результирующую реакцию на резец со стороны забоя, при
резании угля, можно условно разложить на составляющие по
трем осям координат: по оси Z —Рz - силу резания, действующую по прямолинейной траектории резца (рис. 2.3 а) или по
касательной к траектории (при движении резца по окружности)
(рис. 2.3 б); по оси Y — Py - силу подачи резца на забой; по оси
Х — Px - боковое усилие, образующееся за счет разности сил
справа и слева от резца.

Рис.2.3 Усилия, действующие на резец
а - при движении по прямолинейной траектории;
б - при движении по окружности

Нагрузки, действующие на кинематическую цепь привода
исполнительного органа машины, определяются в основном
составляющей по оси Z , которая определяется сопротивлением
угля резанию и силами трения на задней и боковых его гранях.
Силы трения, в свою очередь, зависят от усилий нормального
давления и коэффициента трения.
10

Суммарное усилие при резании угля равно
Pz + fPy + fPx,
где f — коэффициент трения.
Эти составляющие в процессе резания не остаются постоянными, так как процесс носит неравномерный скачкообразный
характер, что связано с физико-механическими свойствами угля
и периодичностью отделения элементов среза. Составляющие
суммарного усилия могут быть определены экспериментально с
помощью трехкомпонентного динамометра.
При движении резца (рис. 2.4), на его переднюю грань действуют по нормали сила N и сила трения разрушенного угля о
переднюю грань резца fN. Равнодействующая этих сил R может
быть разложена на две составляющие: сопротивление резанию
передней гранью резца Z0 и сопротивление подаче резца на забой Y. При затуплении резца на его торцовую площадку действует сила Y0 и сила трения fY0.
Рис.2.4
Схема
сил, действующих на
резец
На боковые грани
резца действуют нормальные и касательные силы, которые
также могут быть
разложены на составляющие в направлении осей х, у, z.
Геометрическая сумма проекций всех действующих сил на
ось z представляет собой силу резания Pz, на ось y — силу подачи Py, на ось х — результирующую боковую силу Px, действующую на резец.
Из всех действующих сил только сила Pz совершает полезную работу, разрушая уголь. Для уменьшения остальных сил
резцы должны быть заточены, иметь рациональную форму и
размеры; кроме того, должен быть подобран рациональный режим резания.
Срез породы, создаваемый резцом характеризуется тол11

щиной, шириной и формой.
Толщина среза h (рис.2.5)— это заглубление резца при его
подаче на забой, измеренное по нормали от предыдущей линии
резания.
Средняя ширина среза tср
соответствует средней ширине
борозды, образовавшейся за
один проход резца при установившемся режиме резания.
Рис.2.5 Элементы среза породы
Угол бокового развала ,
это угол между боковой поверхностью борозды резания и плоскостью, проходящей по оси резца и перпендикулярной поверхности забоя. Обычно  = 25 — 85°. Для вязких углей его значение меньше, чем для хрупких. С уменьшением толщины среза h
значения  увеличивается.
Сечение среза определяется из выражения
S = tcp h.
Согласно ОСТ 24.070.03 для забойных резцов рекомендуется принимать следующие минимальные значения средней
величины сечения среза:
при бароцепных исполнительных органах S = 20 35мм2;
при буровых - S = 50  60 мм2;
при барабанных и шнековых - S = 150  250 мм2.
Меньшие значения сечения среза в указанных диапазонах
принимаются для машин, работающих на вязких углях.
Различают следующие формы среза.
1. Блокированный срез в щели (рис. 2.6 а). Развал борозды
отсутствует; резец работает в тяжелых условиях; усилия резания и энергозатраты максимальны.
2. Полублокированный (угловой) срез (рис. 2.6 б). Резание
производится в углу, когда развал борозды возможен только в
одну сторону. Срез такого вида образуется, например, при ра12

боте резцов, занимающих крайние положения в режущей цепи
врубовой машины или исполнительном органе комбайна, и при
работе нижнего ножа струга. Энергозатраты здесь ниже, чем в
первом случае.

Рис.2.6 Формы среза
3. Эталонный срез с выровненной поверхностью (рис.2.6в).
Развал борозды при таком срезе возможен в обе стороны. При
работе исполнительных органов угледобывающих машин эталонный срез не наблюдается, так как после резания поверхность забоя неровная. Энергозатраты на разрушение здесь ниже, чем при предыдущих срезах.
4. Полублокированный повторный срез (рис. 2.6 г). Степень
обнажения забоя в таком срезе больше, чем в рассмотренных
вариантах, т.к. создается две плоскости обнажения. Эта схема
эффективна и характерна для большинства исполнительных
органов выемочных машин. Примером повторного среза может
служить работа резцов режущей цепи, кроме крайних и средних.
5. Шахматный (сотовый) срез (рис. 2.6 д) представляет собой разновидность полублокированного повторного среза, когда четные срезы чередуются с нечетными и резание производится по целичкам угля высотой h. Особых преимуществ перед
предыдущей схемой эта схема не имеет.
13

6. Тангенциальный (подрезной) срез (рис. 2.6 е) отличается
от полублокированного повторного среза расположением
оси резца под углом  к поверхности разрушения. Удельные энергозатраты на разрушение при таком срезе в 1,3—1,8
раза меньше, чем при других, поэтому тангенциальное резание
является новым перспективным способом резания угля.
Толщина среза порoды принимается равной b = 05h. Тангенциальные резцы снимают срез большей толщины (h = 50-80
мм), что улучшает сортность угля и снижает энер-гозатраты.
Величина углубки, т.е. толщина стружки, которую снимает
каждый резец породоразрушающего инструмента определяется из выражения
h = Vп /n i,
где Vп –скорость подачи резца, м; n-число оборотов породоразрушающего инструмента, об/мин; i-число резцов в породоразрушающем инструменте, шт.
Величину углубки можно определить по формуле, учитывающей геометрию резца
h = cos α cos2 φm P /sin (α + 2 φm) σв d ,
где α-угол заточки резца, градус; φm-угол трения, градус; σвпредел прочности породы на вдавливание, Па.
Сила подачи резца равна
Т = 0,5 σсж i(kхр μк h + 0,5 c2) d, Н,
где σсж –временное сопротивление породы сжатию, Па; kхркоэффициент, учитывающий хрупкость породы; μк –
уоэффициент трения о породу; c –ширина торцовой площадки
на периферии главной кромки резца,м; d –длина резца,м.
Угол наклона винтовой линии, описываемой любой точкой
лезвия резца равен
θ=arctg h/2 π rх ,
где rх -расстояние от оси вращения резца до точки лезвия
относительно которой определяется угол наклона.
Истинная глубина внедрения резца h0 равняется высоте лезвия резца, находящегося в непосредственном контакте с породой в момент скалывания элемента стружки g (рис.2.1).
В процессе работы резец затупляется. Если предположить
что резец находится в статическом равновесии, то проекция
опорной поверхности резца на породу SД, т.е. на плоскость,
14

перпендикулярную геометрической оси породоразрушающего
инструмента, будет определяться как
Sд =Р/Рш (1+r/Рш),
где r –удельное сопротивление внедрению резца, вызванное действием сил трения на гранях резца.
Исследования Ф.А.Шамшева позволяют принять для твердых пород условие r « Рш. При таком условии отношение r/Рш «
1 и им по отношению к 1 можно пренебречь. Поэтому можно
принять
Sд =Р/Рш.
Величина Р/Рш =Sк есть конечная площадь затупления резца на границе фазы объемного и усталостного разрушения породы. Если время работы резца в фазе объемного разрушения
записать tк, можно принять
Sд =d lк tgα,
где d –площади износа (длина резца); α –угол заострения
лезвия резца.
Из этого выражения, с учетом того, что Р/Рш =Sк можно
найти высоту изношенной части лезвия резца за время tк
lк=Р/ Рш d tgα.
Средняя скорость износа резца в момент времени tк равна
Vи= lк / tк..
Оптимальное время затупления резца можно определить из
выражения
tк..=Р/ 2 n ηз μк tgα π D d Рш2,
где n –число оборотов породоразрушающего инструмента,
об/мин; ηз –коэффициент износа резца, мм/Нмм; μк –коэффициент трения на контакте резца с породой в момент tк.;D –диаметр породоразрушающего инструмента,мм.
Мощность, затрачиваемая на разрушение породы в начале
работы резца (по Ф.А.Шамшеву) равна
W1 = 0,137 10-5 P π D n /60, кВт.
Мощность, затрачиваемая на трение резцов о породу в конце работы породоразрушающего инструмента определяется из
выражения
W2 = 10-5 P μк π D n /60, кВт.
Суммарная мощность
W = W1+W2.
15

W = (0,137 + μк) 10-5 P π D n /60, кВт.
При выводе формулы суммирование составляющих мощности произведено с учетом того, что износ и глубина разрушения породы больше в начальный момент работы незатупленными резцами. Однако чтобы учесть снижение W1 при износе
резца, в составляющую W2 введен коэффициент трения μк. Кроме того, при выводе формулы использовано отношение Генки
Рш/ σсж = 2 π +1.
Истиранием порода разрушается при использовании мелкоалмазного породоразрушающего инструмента (коронок) с
хорошо закрепленными в металлической матрице алмазами.
Торец такой коронки обладает шероховатостью. Выступами шероховатости (элементарными резцами), являются мелкие
алмазы или неровности на рабочей поверхности более крупных
алмазных резцов. Такой торец мелкоалмазной коронки относится к грубой шероховатости и характеризуется линейным
распределением выступов шероховатости по высоте. Если слой
алмазов, возвышающийся над поверхностью матрицы, представить рассеченным по высоте рядом параллельных равноотстоящих плоскостей и подсчитать число элементарных резцов,
которое попадает в каждую плоскость, начиная отсчет от нулевой плоскости (m =0), касательной к алмазам с наибольшим выступом, то число резцов х, попадающих в m-ю плоскость можно
определить из выражения
х = а + к m,
где а- число шероховатостей, касающихся начальной плоскости; к- постоянная величина; m- порядковый номер секущей
плоскости.
Торец коронки, обладая линейной разновысотностью резцов, непрерывно восстанавливается в процессе разрушения породы вследствие количественного износа алмазов.
Разновысотность алмазов оказывает существенное влияние
на распределение осевого усилия между элементарными резцами, так как от нее зависит число одновременно работающих
резцов на забое.
16

Осевое усилие на мелкоалмазный инструмент выбирается
из выражения
С = qуд S,
где qуд –удельное давление на инструмент; S – площадь
торца породоразрушающего инструмента.
Удельное давление зависит от крепости пород и типа алмазной коронки и принимается в пределах 0,05 – 0,15 Н/м2.
Алмазные резцы защищены от скалывания телом матрицы.
Если осевое усилие на забой остается постоянным, то алмазы
затупляются и инструмент теряет свою режущую способность.
Для того чтобы алмазы по мере износа постепенно обнажались
и происходило дальнейшее разрушение породы необходимо
осевое усилие увеличивать.
К окончанию работы коронки осевое усилие обычно возрастает вдвое.
Число оборотов мелкоалмазной коронки может быть очень
высоким и достигать значений 2000 об/мин.
Ограничение числа оборотов связано с возник-новением
чрезмерных напряжений в инструменте и вибраций, вызванных
действием центробежных сил. При возникновении вибрации
нормальный процесс разрушения нарушается, расход мощности
сильно возрастает, проходка прекращается.
При работе мелкоалмазного породоразрушающего инструмента мощность затрачивается на разрушение породы и на трение алмазов (резцов) о породу. Наибольшие затраты мощности
расходуются на разрушение породы.
Расчетная формула для определения мощности при разрушении горных пород истиранием мелкоалмазным породоразрушающим инструментом имеет вид
W = 2 10-7 P D n, кВт.
Для повышения эффективности разрушения процесс резания и скалывания совмещается с вдавливанием. При таком способе вдавливание происходит за счет ударов, наносимых по породе твердым телом.
По способу приложения осевого усилия и силовых ударных
нагрузок к породе различают:
ударно-поворотный способ;
ударно-вращательный способ;
17

вращательно-ударный способ.
Ударно-поворотный способ разрушения породы
При ударно-поворотном способе разрушение породы происходит за счет нанесения периодических ударов с частотой от
1700 до 3700 ударов в минуту по породе инструментом, прижатым к породе с небольшим осевым усилием, достаточным для
прижатия породоразрушающего инструмента к породе с целью
лучшей передачи энергии удара. Причем перед каждым следующим ударом породоразрушающий инструмент поворачивается на некоторый угол (обычно 150), что обеспечивает равномерное разрушение породы по окружности.
Ударно-вращательный способ разрушения породы
При ударно-вращательном способе разрушения непрерывно вращающимся твердосплавным породоразрушающим инструментом (скорость вращения 10-40 об/мин) происходит совместное воздействие на породу постоянно прикладываемого осевого усилия (10-15 кН, достаточного для преодоления силы отдачи, возникающей в момент удара и для постоянного внедрения резца в породу), крутящего момента и слабых непрерывных
ударных импульсов частотой 2000-3500 ударов в минуту, генерируемых ударным механизмом (гидроударником или пневмоударником). Причем дополнительное воздействие ударных импульсов, передаваемых породе, значительно повышает эффективность ее разрушения.
Такой способ обычно применяется в породах небольшой
крепости (f=6-14).
В твердых и крепких породах, для которых характерно
хрупкое разрушение, основной эффект обеспечивается ударными импульсами, а перемещение резцов по забою между ударами имеет второстепенное значение и способствует выравниванию и подчистке забоя.
В пластичных и вязких породах основное влияние в разрушении принадлежит резанию, которое обеспечивается крутящим моментом и осевым усилием.
Согласно волновой теории удара, при соударении бойка
ударного механизма с нижней наковальней, связанной с поро18

доразрушающим инструментом возникает волна напряжения
сжатия, которая, перемещаясь по наковальне, достигает породоразрушающего инструмента, внедряя резцы в породу.
Эффективность передачи ударных импульсов зависит от
положения резцов относительно забоя в момент удара. Оптимальная передача энергии удара достигается в том случае, когда резцы контактируют с горной породой в момент прихода
волны напряжения сжатия. Если такого момента нет, то волна
напряжения сжатия отражается, не выполняя полезной работы,
и хотя она через короткое время возвращается, но теряет часть
своей энергии. Практически после каждого удара резец отходит от забоя в результате упругих свойств породы. При затупленных резцах инструмент может отходить почти сразу же по
достижении ударным импульсом забоя.
Таким образом, даже при оптимальных условиях, т.е. при
максимальном к.п.д. передачи энергии удара, наблюдается отход инструмента от забоя на некоторое расстояние. Следовательно, величину осевого усилия нужно выбирать так, чтобы
она обеспечивала надежный контакт с горной породой.
В твердых и крепких породах, с высоким модулем упругости на контакте резец - порода, возникают большие напряжения
сжатия при достижении критических значений которых, превышающих предел прочности породы на вдавливание происходит скалывания породы.
Наиболее эффективного использования ударной энергии
при определенной частоте ударов можно добиться в том случае,
если после каждого удара резцы будут перемещаться на новое
место, соответствующее оптимальному углу поворота инструмента. Угол поворота или расстояние от одного положения резца к другому, измеряемое по периферийной окружности забоя,
определяется размерами лунки разрушения. Для наиболее эффективного использования ударной энергии, лезвие резца
должно перемещаться после каждого удара на ширину лунки
разрушения. В этом случае удар будет наноситься по новому
месту, а образованная предыдущим ударом лунка разрушения
будет способствовать наилучшему сколу и проработке поверхности забоя.
19

Таким образом, оптимальное число оборотов породоразрушающего инструмента можно определить из выражения
n0 = nу 60 / n1,
где n0- оптимальное число оборотов породоразрушающего
инструмента, об/мин; nу- частота ударов ударного механизма,
1/c; n1- количество ударов, необходимое для разрушение забоя
за один оборот породоразрушающего инструмента, 1/с.
Количество ударов, необходимое для разрушение забоя за
один оборот определяется по формуле
n1 = π dк tgφ0 /2 h i,
где dк- наружный диаметр породоразрушающего инструмента,м; φ0- угол наклона образующей лунки разрушения, град;
h- величина углубки резцов в горную породу, м; i- число резцов
в породоразрушающем инструменте, шт.
Известно, что при ударных видах разрушения, в случае армирования породоразрушающего инструмента клиновыми резцами, образуются лунки разрушения, у которых угол наклона
образующих лунки разрушения имеет вполне определенную
величину, в зависимости от характеристики пород.
Углы наклона образующих лунок разрушения для некоторых горных пород приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 Углы наклона образующих лунок
разрушения
Наименование пород

Угол наклона лунки,
град

Мягкий глинистый
сланец
Глинистый сланец
Известняк плотный
Песчаник мягкий
Песчаник крепкий
Мрамор крупнозернистый
Мрамор мелкозернистый
Базальт
Диабаз
Гранит мелкозернистый
Кварцит крепкий

20

32
26
32
25
18
29
25
17
27
20
15

Внедрение резцов в горную породу происходит в момент
прихода ударного импульса. Под резцами, в зоне наибольших
напряжений, начинает расти ядро уплотнения смятой, раздавленной породы.
В массиве образуется нарастающий объем сжатия. По достижении напряжения предельного для данной горной породы
значения в зоне, примыкающей к ядру, начинают зарождаться
трещины, которые, развиваясь по линиям скалывания, освобождают часть упругой энергии и вызывают отщепление от объема сжатия некоторого слоя. Но отдельный слой, в результате
его защемления погружающейся поверхностью лезвия, остается
на месте, частично переходя в ядро уплотнения в своей нижней
части.
Учитывая изложенное, при определении величины углубки
резцов коронки можно пользоваться формулой
h =k Rу /2 d i σсж (tg α/2 +f),
где k - коэффициент, учитывающий уменьшение величины
углубки в связи с затуплением лезвия резца, k = 0,7; Rу –сила
удара, передаваемая породе; d - ширина твердосплавного резца,
м; i –число резцов в породоразрушающем инструменте, шт; σсж
–сопротивление породы сжатию, Па; α –угол заточки резца,град; f –коэффициент трения резцов о породу.
Необходимо стремиться к уменьшению ширины твердосплавного резца, чтобы увеличить углубку, но при этом, учитывая прочностные свойства твердых сплавов, из которых изготавливаются резцы, необходимо ограничивать силу удара, передаваемую горной породе, что ухудшит проходку. Обычно
ширина твердосплавного резца берется по размеру стандартных.
Вращательно-ударный способ разрушения породы
При вращательно-ударном способе разрушение происходит
главным образом за счет резания непрерывно вращающимся
инструментом (скорость вращения 100 об/мин) к которому постоянно прикладывается незначительное осевое усилие до 0,5
кН, достаточное только для преодоления силы отдачи и сильная
периодическая ударная нагрузка частотой 2800 ударов в минуту. Такой способ обычно применяется в породах средней
21

крепости и очень крепких (f 10).
В силу того, что характер разрушения пород ударными
способами быстротечен и очень сложный, то существует несколько гипотез, с различной степенью точности описывающих
механизм разрушение пород. Эти гипотезы предлагались в различное время и дополняют друг друга.
Первыми исследователями механизма разрушения пород
этим способом были Шпарре и Долежалек. В 1913 году их гипотезу математически развил и дополнил Н.С.Успенский. Согласно его теории, резец под действием силы P при каждом
ударе внедряется в породу на глубину h (рис. 2.7).
При втором и последующих ударах и при соответствующих
поворотах резца, кроме внедрения его, происходит скалывание
двух секторов породы õ под действием горизонтальной силы H.
Рис.2.7 Схема разрушения горных
пород по Н.С.Успенскому
Глубина внедрения резца в породу определяется по формуле
cos  т  соs 
P
2 ,

h 
2D 
 

sin 
 т 
 2



где Р - сила удара инструмента
по породе, Н; D - диаметр инструмента, м;  - сопротивление породы
2
раздавливанию, Н/м ;  - угол заострения лезвия инструмента,
град.; φт.- угол трения граней резца о породу, град.
Горизонтальная скалывающая сила определяется по формуле
H 

P


  т .
ctg 
2
 2


По этой гипотезе процессы внедрения резца в породу и скалывания ее представлены упрощенно, т.к. сила удара породо22

разрушающего инструмента о породу и скорость разрушения
одним резцом приняты постоянными, то есть лезвие резца считается
идеально острым.

В действительности лезвие резца постепенно тупится в
процессе работы. Наличие притупленного лезвия, влияние
структуры породы, упругих свойств материала породоразрушающего инструмента и породы и другие факторы делают характер процесса разрушения значительно сложнее.
И. Е. Черкасов и К. Б. Шляпин, исходя из теории скольжения, считают, что разрушение погоды под действием удара резца состоит из последовательно чередующихся процессов дробления и скалывания. Параметры этих процессов зависят от физико-механических свойств пород и геометрии резца, который
рассматривается как клин или совокупность клиньев (в зависимости от формы породоразрушающего инструмента). Считается, что такой резец-клин, внедряясь в породу, одновременно
сжимает ее боковыми гранями лезвия. В начале сжатия порода
у лезвия резца уплотняется и дробится, по мере углубления
резца часть уплотненной породы вытесняется и скользит вверх
по граням лезвия. При этом между раздробленной породой и
гранями лезвия возникает трение, которое увеличивается до
момента скалывания породы. Одновременно возрастает сопротивление внедрению породоразрушающего инструмента.
В момент скалывания сопротивление породы внедрению
резца резко снижается за счет уменьшения площади контакта
между лезвием резца и породой и уменьшения сил трения, так
как раздробленная порода в этот момент беспрепятственно вытесняется за пределы зоны уплотнения. Каждая порода скалывается под определенным углом к направлению сжимающей
силы.
Проф. Л. А. Шрейнер считает, что при ударном способе
разрушения порода разрушается только вследствие вдавливания резца и что других факторов, вызывающих разрушение
породы, нет. Сопротивление породы в таком случае характеризуется динамической твердостью, т.е. сопротивлением породы
вдавливанию инструмента при ударном характере приложения
внешних сил, которая приблизительно в 1000 раз меньше, чем
статическая твердость пород.
23

Поверхность забоя при ударном разрушении шероховата,
вследствие чего величина сопротивления вдавливанию является
переменной. Роль трения в процессах ударного разрушения во
много раз меньше, чем при вращательном разрушении, что повышает к. п. д. разрушения и уменьшает износ долот.
Проф. И.А.Остроушко считает, что при действии внешней
силы на цилиндрический пуансон (резец) порода под ним и
объеме аов, названном автором главным объемом давления
(рис. 2.8а), подвергается всестороннему сжатию. Вследствие
этого происходит смятие породы в объеме аов с одновременным скалыванием породы в объеме пот.
Формирование главного объема давления происходит путем нарушения целости породы сдвигами, проходящими по его
образующей поверхности и условиях многоосного сжатия.
После отделения первого объема скалывания резец погружается в материал и действует на освободившуюся поверхность.

Рис.2.8 Схема разрушения породы по И.А.Остроушко
24

Вначале происходит уплотнение зажатой под резцом породы, а затем формируется новый главный объем давления (рис.
2.8б), окруженный вспомогательными объемами давления (II и
III) и объемами скалывания кас и к'а'с'. Выдавливание этих
объемов сопровождается смятием некоторого количества породы за пределами внешних граней конусов скалывания. После
второго цикла разрушения происходит третий цикл и т. д. Отделение мелких объемов скалывания продолжается до тех пор,
пока боковые грани резца не придут в точное соприкосновение
с породой, после чего произойдет oтделение большого объема
скалывания.
Углы 0 и 0 не зависят от угла приострения инструмента и
определяются только свойствами породы.
Угол приострения инструмента, а следовательно, угол наклона граней инструмента и (рис. 2.9) оказывает значительное
влияние на эффект разрушения.
Рис.2.9 Влияние углов наклона
граней на эффективность разрушения
При и<0 , после отделения
первого и последующих объемов
скалывания поверхность соприкосновения инструмента с породой
возрастает, поэтому погружение инструмента сопровождается
повторным зажимом разрушенной породы и ее дополнительным дроблением.
При и=0 острая часть инструмента, при отделении больших объемов скалывания, полностью выполняет роль главного
объема давления. При дальнейшем увеличении угла наклона
граней инструмента (и>0) увеличивается глубина погружения
инструмента в течение каждого цикла разрушения.
Пренебрегая уменьшением расхода энергии из-за перекрытия площадей в центре забоя при повторных ударах (см. рис.
2.4), И.А.Остроушко считает, что общая площадь скалываемых
секторов с учетом боковых поверхностей может быть определена по формуле
25

S  0 , 0044 d 2  0 , 0175 dh  ,

где S - площадь скалывания секторов с учетом боковых поверхностей;  - угол поворота резца; h - глубина внедрения инструмента; d - длина лезвия резца.
Возникающие при скалывании секторов сопротивления
преодолеваются силой, равной Р/2.
Расход мощности на разрушение определяется по формуле
P ihn у
, кВт,
N заб 
2  60  75 3 и в
где i - число резцов; nу- число ударов инструмента по породе в минуту; з - коэффициент затупления резцов; и - коэффициент угла заточки и конструкции инструмента; в - коэффициент вредных сопротивлений движению инструмента.
Коэффициенты 3 и н учитывают работу, затрачиваемую
на дополнительное измельчение сколотой породы.
Работа объемного разрушения определяется по формуле
0 
h 1
,
А
1  4 
 
d   З и в
1 
где 0 - сопротивление породы разрушению;  - коэффициент Пуансона.
Для наиболее благоприятных условий, когда d = , а коэффициенты з=и=в=1, работа объемного разрушения равна
А 

0
.

1 

Эта работа соответствует разрушению на свободной поверхности инструментом, у которого и<0.
Теория проф. И.А. Остроушко не полно отражает картину
процесса разрушения породы инструментом сложной, например Т-образной, формы, который обеспечивает высокую скорость проходки.

26

3. ТЕРМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Термические способы разрушения основаны на прямом или
косвенном нагреве породы, приводящем к ее разрушению.
При прямом нагреве разрушение породы происходит в результате передачи ей непосредственно тепловой энергии. В зависимости от методов передачи тепловой энергии породе различают следующие способы прямого воздействия на породу:
-огневой (огнеструйный) - разрушение породы происходит
за счет термонапряжений, возникающих при быстром нагреве
поверхности породы потоками раскаленных газов (t == 2000°
С), вылетающих из сопел со скоростью до 2000 м/с и более;
-плазменный - разрушение породы происходит от воздействия тепла от плазмы, возникающей при прохождении электрического тока через газы (воздух, кислород, водород, аргон, гелий, неон, водяной пар, метан, пропан) и выдувании ее из сопла
с помощью давления сжатого воздуха.
Источником плазмы является плазмотрон, в котором между
двумя электродами создается устойчивая электрическая дуга,
выдуваемая через сопло сжатым воздухом (рис. 3.1)./4/.
Рис. 3.1 Плазмотрон
1-расширитель; 2-охлаждающая жидкость; 3-газ (гелий или аргон); 4электрическая дуга; 5-плазма

Для интенсивного разрушения
породы оптимальными считаются
температура газов (плазмы) 5500—
6000 °С и скорость истечения 2000
м/с. Под действием плазменных струй
на горные
породы последние быстро плавятся и частично испаряются. На
выходе из сопла происходит догорание ионизированной смеси
(Н2+О2). Этот процесс может быть значительно усилен введением в газовую смесь керосина. Недостаток этого способа в
27

том, что температура газовой струи резко уменьшается с удалением от забоя до торца сопла. Поэтому необходима высокоточная регулировка зазора;
-плазменноогнеструйный - разрушение породы происходит
от воздействия тепла от плазмы, возникающей при прохождении электрического тока через пары топлива;
-электродуговой - разрушение породы происходит от воздействия тепла от электрической дуги;
-электронагревательный - разрушение породы происходит
от воздействия тепла, образующегося при преобразовании в
породоразрушающем инструменте электрической энергии в
тепловую. Рабочий торец породоразрушающего инструмента
нагревается до 1200-1600 0С (рис.3.2). Такая температура обеспечивает плавление гранитов и базальтов. Для охлаждения инструмента используется вода.

Рис.3.2 Схема электронагревательной установки
1-вольфрамовый
наконечник;
2расплавленная порода; 3-нагревательная
спираль; 4-охлаждающая жидкость; 5электрический кабель

Благодаря вогнутой форме торца, расплавленная порода движется к
центру забоя;
-циклический - разрушение породы происходит от воздействия тепла и холода.
При косвенном нагреве разрушение породы происходит в
результате их нагрева электромагнитной или лучевой энергией.
В зависимости от методов нагрева породы различают следующие способы косвенного воздействия на породу:
-электротермический - разрушение происходит в результате диэлектрического нагревания электропроводящих пород с

28

использованием токов низкой, высокой и сверхвысокой частоты, проходящим через породу между электродами (рис.3.3).
Рис.3.3 Схема высокочастотного породоразрушающего инструмента
1-канал пробоя; 2-электроды; 3- электрический кабель; 4-промывочная жидкость

Диэлектрическое нагревание пропорционально частоте тока, поэтому для
разрушения пород с высоким электрическим сопротивлением необходимы токи
высокой частоты.
Нагревание также пропорционально
квадрату разности потенциалов электродов, поэтому используются высокие напряжения до 10 кВ. С увеличением температуры, в породе, между
контактирующими с нею электродами образуется раскаленный
токопроводящий канал (канал пробоя). После образования канала пробоя электрическое сопротивление между электродами
резко снижается, температура породы в сечении канала увеличивается, и в результате термонапряжений происходит разрушение породы.
В качестве промывочной, используется жидкость с высокими диэлектрическими свойствами (трансформаторное или
соляровое масло);
-электроиндукционный - разрушение породы происходит от
воздействия тепла от высокочастотных магнитных полей. Индукционное нагревание вызывается потерями гистерезиса и
вихревыми потоками пропорционально квадрату магнитной
проницаемости, поэтому этим способом можно нагревать и
разрушать породы, имеющие высокую магнитную восприимчивость к индукционному нагреванию;
-лазерный –разрушение породы происходит за счет нагревания и создания термических напряжений в породе путем передачи ей лучевой энергии лазерным лучом, который создается
в оптических квантовых генераторах (лазерах). Лазерный луч
29

получается посредством возбуждения группы атомов в кристалле или газе до их высокоэнергетического состояния, после
чего атомы начинают излучать фотоны, образуя когерентный
световой луч, в виде очень слабо расходящегося пучка электромагнитных волн (рис.3.4)./4/.
Рис.3.4 Схема лазерного породоразрушающего инструмента
1-кристалл; 2-жидкость; 3-отражающая
поверхность; 4-расширитель; 5-когерентный
световой луч

Кристаллические лазеры создают
высокую концентрацию энергии и могут
плавить любые породы, но могут использоваться только короткими по 1мс
вспышками через интервал не менее чем
2с, т.к. 99% энергии теряется в охлаждающей жидкости и рассеивается значительное количество тепла.
При разрушении пород применяются кристаллические и газовые лазеры. Газовые лазеры более эффективны и имеют более высокий выход мощности.
При воздействии лазерного луча на некоторые породы происходит их испарение с выделением ядовитых газов.
Данный способ найдет широкое практическое применение
в случае увеличения выходной мощности лазерной установки и
обеспечения безопасности работ;
-электронно-лучевой - разрушение породы происходит от
воздействия потоков электронов, которые ускоренно движутся
между катодом и анодом при напряжении от 5 до 150 кВ. Электроны, эмиссированные с катода, фокусируются на забое при
помощи смещающего напряжения, а также электростатических
и электромагнитных линз.
Из всех этих способов нагрева породы промышленное применение получил огневой, при котором порода разрушается в
результате интенсивного воздействия на нее высокотемпературной газовой струи со сверхзвуковой скоростью. Вследствие
30

низкой теплопроводности некоторых горных пород образуются
термические напряжения. Если возникающие термические напряжения достигают величины временного сопротивления породы растяжению, то происходит хрупкий разрыв среды на
глубине до 1 - 5 мм и поверхностный слой отслаивается в виде
чешуек. Подхватываемые газовым потоком чешуйки породы
выносятся и зоны разрушения.
В качестве породоразрушающего инструмента используются термобуры с трехсопловой огнеструйной горелкой ракетного
типа (рис.3.5). Вращением термобура достигается периодическое нагревание отдельных участков забоя.
Рис.3.5 Термобур с огнеструйной
горелкой
1-переходник; 2-форсунка; 3-чехол; 4корпус; 5-камера сгорания; 6-башмак; 7-днище
горелки; 8-отверстия в днище

В качестве горючего применяется
керосин и реже бензин, а окислителя—
газообразный кислород или сжатый
воздух. Использование кислорода позволяет значительно повысить температуру газов, но обусловливает высокие
затраты на разрушение (доля затрат на
кислород и его доставку достигает 40—
45%). При этом повышаются требования к технике безопасности.
В последнее время в качестве окислителя широко применяется сжатый воздух, что упрощает организацию огневого способа разрушения пород и существенно снижает затраты на него.
При зажигании, в камере сгорания огнеструйной горелки
смешиваются горючее (тонкораспыленный керосин) и окислитель и образуются высокотемпературные газовые струи, которые проходят через сопловой аппарат, приобретая при этом
сверхзвуковую скорость.
Для разрушения горных пород на открытых работах в
31

качестве породоразрушающего инструмента применяются ручные термобуры с односопловыми горелками. Окислитель—
сжатый воздух подается в термобур под давлением 0,4—60
МПа от передвижного компрессора. В качестве горючего применяется бензин.
Ручные термобуры используются также для термического
разрушения негабаритных кусков, резания каменных блоков и
обработки их поверхности.
Ручной термобур (рис. 3.6) состоит из камеры сгорания 1,
штанги 2 и узла управления и контроля рабочим режимом 3.
Камера сгорания состоит из головки с завихрителем, топливной форсунки, жаровой грубы, соплового аппарата с опорными ножками и кожуха с запальной пробкой. Смешивание горючего с окислителем и преобразование химической энергии
топлива в кинетическую энергию газового потока происходит
изнутри камеры сгорания.

Рис. 3.6 Ручной термобур
В качестве топлива используется бензин, который сжижается в атмосфере сжатого воздуха. Выделение угарного газа
при сжижении такой смеси значительно меньше, чем при сжигании смеси керосин-кислород,
поэтому работа с таким составом топлива более безопасна.
При сгорании смеси бензина с
воздухом в камере сгорания
ручного термобура образуется
газовая струя, истечение которой из форсунки происходит со
скоростью до 1700 –
32

2000 м/с. Внутри камеры сгорания температура достигает 2200
0
С, а температура газовой струи—1550 0С.
На режим огневого разрушения большое влияние оказывают температура, скорость и массовый расход истекающего из
сопел горелки газового потока, а также физико-механические
характеристики горных пород—минеральный состав, крепость,
трещиноватость, упругость и теплофизические свойства.
Изменение теплового потока термобура осуществляется регулированием скорости его вращения и подачи на забой.
Оптимальный режим разрушения характеризуется минимальными затратами энергии при высокой скорости.
Оптимальная скорость вращения термобура составляет 1530 об/мин.
Если термобур вращается медленно, происходит перегрев и
оплавление породы, что замедляет проходку.
Исследованиями А.В.Бричкина установлено, что при использовании термобуров с высоким избыточным давлением
продуктов горения (до 4 МПа) разрушение породы начинается
в глубине, на некотором расстоянии от поверхности забоя, под
влиянием растягивающих напряжений волнового характера, без
изменения оптических свойств минералов. Разрушенная порода
выдувается от места разрушения.
При использовании термобуров с низким внутрикамерным
давлением разрушение породы происходит под влиянием растягивающих напряжений, возникающих вследствии разности
температур между соседними слоями породы.
Скорость разрушения зависит от теплофизических свойств
горной породы, отражаемых коэффициентом температуропроводности
 =  / с ,
где - теплопроводность породы, ккал/м ч градус; степлоемкость породы, ккал/кг градус; -плотность породы,
кг/м3.
С уменьшением величины коэффициента температуропроводности тепло концентрируется в более тонком слое породы и
эффект разрушения повышается. Чем выше перепад температур
между слоями породы, тем эффективнее процесс разрушения.
33

Скорость разрушения регулируется расстоянием между
срезом сопла горелки и забоем. Оптимальная величина его находится в пределах 100—150 мм (при меньшей величине происходит плавление породы, при большей—растекание теплового потока). В мерзлых наносах, содержащих валунногалечниковые включения, это расстояние должно быть уменьшено.
В сильно нарушенных и трещиноватых породах скорость
разрушения снижается на 25—30%, поэтому в этих условиях
рационально применять горелки с наклонным расположением
сопел.
Недостаток огневого способа в избирательности разрушаемых пород. Этим способом эффективно разрушаются в основном кварцсодержащие породы и мерзлые однородные наносные
отложения с незначительным содержанием обломочных включений.
Огневое бурение эффективно применять также в окисленных и неокисленных железных рудах, так как в этих породах и
рудах разрушение происходит путем шелушения с образованием мелкой крошки, т. е. без плавления. В породах с низкой скоростью плавления область применения данного способа ограничена.
При другом химическом и минералогическом составе пород их разрушение термическим способом хуже и иногда становится невыгодным по технико-экономическим показателям,
так как часто наблюдается не шелушение, а плавление породы.
Термомеханические способы разрушения основаны на
передаче определенному объему горной породы тепловой и
механической энергии. Чаще всего тепловая энергия используется для предварительного снижения прочности породы, а
окончательное разрушение осуществляется механическим воздействием породоразрушающего инструмента.
В газовый поток через специальную насадку на срезе сопла
Лаваля добавляется твердая фаза, например кварцевый песок,
что приводит к интенсификации теплообмена газового потока и
породы.
34

Введенная в породу тепловая энергия распространяется в
очень тонком слое, что обуславливает малые значения энергоемкости процесса разрушения, который носит объемный характер.
Разрушение пород облегчается за счет различных величин
коэффициента теплового расширения составных частей минералов, неравномерного их нагрева, давления пара в водосодержащих породах, разности температур на забое и в массиве. Релаксация термических напряжений, даже в течение небольшого
времени около 1-2с (с момента окончания термического воздействия до приложения механической нагрузки) приводит к
значительному снижению эффекта.

35

4. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Гидродинамические способы разрушения применяется при
проходке открытых и подземных выработок в слабых легкоразмываемых, малосвязных осадочных породах.
Разрушение горных пород происходит высоконапорной
струей жидкости, направляемой на забой. Порода отделяется от
массива, дробится и транспортируется к месту отвала.
В зависимости от метода воздействия струи жидкости на
породу различаются гидромониторный, гидроэрозионновращательный и гидромониторно-вращательный способы разрушения.
При гидромониторном способе на забой постоянно действует высоконапорная струя жидкости, под действием которой в
породе возникают разрушающие сдвиговые напряжения.
Основное оборудование при таком способе разрушения это
гидромонитор, формирующий и направляющий на породный
массив плотную струю жидкости (для мягких пород под давлением 1-3 МПа). При давлении 70—100 МПа струя жидкости
разрушает и твердые породы.
В гидромониторе потенциальная энергия жидкости, подаваемой насосами высокого давления преобразуется в кинетическую, используемую для разрушения горных пород.
Гидромониторы бывают с ручным и дистанционным
управлением.
Гидромонитор с ручным управлением (рис.4.1) имеет нижнее неподвижное колено 1 с фланцем, верхнее подвижное колено 2, ствол 3 и насадку 4.
При помощи горизонтального шарнира 6, соединяющего
нижнее и верхнее колено, ствол гидромонитора может поворачиваться вокруг вертикальной оси на 3600, а при помощи вертикального шарового шарнира 5 – в вертикальной плоскости
вверх на угол до 400, а вниз – до 200. Гидромонитор, установленный на салазках 7, управляется рычагом или штурвалом,
36

прикрепленным к стволу. На свободном конце рычага-водила 8
закрепляется противовес 9, уравновешивающий гидромонитор
при работе.

Рис.4.1 Гидромонитор
с ручным управлением

Гидромонитор больших размеров снабжен дистанционным
гидравлическим управлением (рис.4.2).

Рис.4.2 Гидромонитор с дистанционным управлением
1-насадка; 2-ствол; 3-гидроцилиндры поворота ствола; 4-подводящая
труба; 5-салазки

При открытии кранов, жидкость (вода) под напором подается в цилиндры и, перемещая поршни со штоками поворачива37

ет гидромонитор в горизонтальной или вертикальной плоскостях.
Выпускаются гидромониторы марок ГМ2-150, ГМН-250,
ГМН-300, ГМЦ-250 (150, 250, 300 — диаметр входного отверстия, мм). Рабочее давление 1,2-1,8 МПа. Диаметры насадок от 30 до 140 мм. Гидромонитор подает жидкость в количестве от 27 10-6 до 630 10-6 м3/с.
Гидромонитор ГМЦ-250 комплектуется пятью насадками
диаметрами 51, 63, 76, 89 и 100 мм. Водопроизводительность
гидромонитора ГМЦ-250 (100-200) 10-6 м3/с. Угол поворота
ствола вверх 35°, вниз 30°, в горизонтальной плоскости —36°.
Гидромониторная установка ГУЦ-6 снабжена электрогидравлической системой дистанционного управления (рис. 4.3)
что повышает производительность труда гидромониторщиков
на 18-20%.

Рис.4.3 Гидромониторная установка ГУЦ-6
1-система подвижных колен;2-гидропривод;
3-пульт дистанционного управления

При проходке канав и траншей применяются две схемы
гидромониторных работ: с самотечным и напорным транспортированием разрушенной породы.
При самотечном транспортировании разрушенная порода
размывается гидромонитором непосредственно в массиве забоя
при скоростях струи воды 25-40 м/с и напоре 0,39-0,98 МПа
(рис.4.4).
38

Размытая порода в виде пульпы (смесь породы с жидкостью) стекает по подошве канавы (траншеи) или лоткам в гидроотвал (конечное место сброса пульпы) или к приямку (зумпфу) землесоса. Землесос забирает пульпу из зумпфа и по напорным трубам транспортирует ее в гидроотвал.
Рис.4.4 Схема разрушения
породы с самотечным
транспортированием
1-гидромонитор; 2- поток пульпы

Самотечное транспортирование горной породы являет более экономичным и применяется при достаточном уклоне местности.
Напорное транспортирование горной породы (рис.4.5)
имеет более широкое распространение, так как в большинстве
случаев природные условия для самотечного транспортирования породы отсутствуют.
Жидкость от водозабора к гидромонитору подается по
стальным или полихлорвиниловым трубам с быстроразъемными соединениями на стыках.

Рис.4.5 Схема разрушения пород с напорным транспортированием
5-землесос; 4-гидромонитор; 6-зумпф; 1-уступ; 2-обрушенная порода;
3-линия подрезки

39

При проведении подземных выработок гидромонитор
доставляется на забой и струей жидкости разрушает породу,
начиная с почвы (рис.4.6).

Рис.4.6 Схема разрушения пород в подземных выработках
Гидромониторный способ разрушения пород имеет ряд существенных достоинств: простота и малая стоимость оборудования, относительно невысокая стоимость работ и небольшое
количество обслуживающего персонала.
Однако этот способ можно применять только для разрушения хорошо размываемых пород, а также при наличии надежного источника водоснабжения.
Гидромониторно-вращательный способ разрушения горных пород заключается в комбинированном воздействии на забой породоразрушающего инструмента (резцового или шарошечного) и энергии высоконапорной струи жидкости.
Гидроэрозионно-вращательный способ разрушения горных
пород заключается в воздействии на забой вращающегося породоразрушающего инструмента и двухфазного потока: струи
жидкости, вытекающей из гидромониторной насадки при перепаде давления до 35 МПа со скоростью не менее 200 м/с, и абразивных частиц (кварцевый песок, стальная дробь) в концентрации 5-15% по объему.
Добавление в рабочую жидкость абразивных частиц
повышает эффективность разрушения породы при тех же
давлениях.

40

5.ВЗРЫВНОЙ СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
При
взрывном
способе
порода
разрушается
последовательными многократными взрывами на забое зарядов
взрывчатого вещества.
Известно три метода взрывного разрушения пород:
-патронами жидких или твердых взрывчатых веществ
(50-граммовые ампулы), взрывающихся от удара о породу.
Средняя проходка за один взрыв составляет 40-80 мм;
-струйный, при котором из взрывного устройства,
располагаемого над забоем производится подача двух жидких
компонентов взрывчатого вещества (горючего и окислителя) на
забой и формирование плоского заряда, взрыв которого
вызывается впрыскиванием третьего компонента инициатора
(сплава калия и натрия). Взрыв протекает с небольшой
скоростью и характеризуется низкой эффективностью. Кроме
того при таком способе разрушения сложно удалять породу из
забоя, так как на забой непрерывно подаются струи жидких
компонентов;
-с
помощью
зарядов
взрывчатого
вещества,
взрываемых от детонатора или детонирующего шнура.
Первые два метода применяются при разрушении
горных пород в скважинах и находятся в стадии
экспериментальных исследований.
По
сравнению
с
механическими
способами
разрушения, взрывные способы в скважинах имеют некоторые
преимущества, а именно: отсутствие потерь энергии на
транспортирование зарядов взрывчатого вещества к забою
скважины, исключение изнашивания породоразрушающего
инструмента, возможность получения заданной формы
скважины.
Радиус зоны трещинообразования в скважине можно
установить из выражения
R = 3 Q/q ,
где Q-масса заряда, кг; q –удельный расход взрывчатого вещества. Принимается ориентировочно q =0,7 ρ (ρ- плотность
41

породы кг/м3).
В случае необходимости создания взрывом полости в
скважине, можно расчитать диаметр такой полости по формуле
D=d П ,
где d –диаметр заряда,м; П –показатель простреливаемости,
равный для пород средней крепости 35-65; для пород крепких 15-30; для выветрелых пород -8-14; для роговиков, скарнов,
мраморов, диабазов, гранитов –0,02-0,03 м3/кг.
В качестве взрывчатого вещества применяются
флегматизированный гексоген и тротил. Эффективность такого
способа разрушения пород зависит от бризантности заряда и
его работоспособности.
5.1 Понятие о взрыве
Взрыв - чрезвычайно быстрое превращение вещества
из одного состояния в другое, сопровождающееся переходом
потенциальной энергии, заключенной в веществе, в кинетическую с выделением большого количества тепла и образованием
газов, способных производить механическую работу.
Взрывы бывают физические, химические и ядерные.
Физические – это взрывы, при которых происходят
только физические преобразования без изменения химического
состава веществ. Это взрывы паровых котлов, баллонов сжиженного или сжатого газа, электрические разряды.
Сюда можно отнести также взрывы, основанные на
электрическом инициировании химических веществ, так называемые способы беспламенного взрывания, при которых используется:
-энергия испаряющейся жидкой углекислоты (кардокс);
-энергия расширяющихся газов горения невзрывчатых веществ (гидрокс, хемикол и нитрокс);
-энергия сжатого воздуха (аэрдокс, эйрдокс).
Способы беспламенного взрывания могут быть использованы в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли для
разрушения угля, а также для подрывки некрепких боковых
42

пород.
Гидрокс (рис.5.1) состоит стального цилиндра 1 диаметром 54 мм и длиной 1320 мм, который закрыт зарядной 2 и
разрядной 3 головками. В цилиндре 1, закрытом диском 4, помещается патрон 5, состоящий из плотной бумажной гильзы,
заполненной смесью обменных солей (например – смесь нитрата натрия, хлористого аммония и жженной магнезии). Внутри
патрона находится инициирующий патрон 6 и электровоспламенителем 7. Провода электровоспламенителя соединены со
стержнями 8 и 9. Стержень 8 соединен с зарядной головкой.
Стержень 9 и гильза 11 изолированы от головки. В гильзу 11 и
отверстие 10 вставляются провода, идущие к взрывной машинке. В шпуре разрядная головка 3 направляется в сторону забоя.

Рис.5.1 Гидрокс
При включении тока, срабатывает электровоспламенитель 7, инициирующий патрон 6 с порошкообразным воспламенителем возбуждает реакцию в смеси обменных солей в патроне 5. При использовании заряда БВ-48 массой 0,29 кг выделяется около 0,11 м3 газов с низкой температурой, поэтому давление
в цилиндре достигает 160 МПа. Диск 4 срезается, газы устремляются в полость разрядной головки и в шпур, давят на стенки
шпура и разрушают уголь или породу. Благодаря косо направленным отверстиям под действием реактивного давления выходящих газов разрядная головка прижимается ко дну шпура.
Аэрдокс (рис.5.2) состоит из стальной трубы-цилиндра
1 длиной 1,1—2,3 м и диаметром 42—63 мм, разрядной головки
2 с выхлопными окнами 3, штуцера 4 для подключения к воздушной сети и запорного диска 5.
Патрон закладывается в шпур (который бурится на
0,2—0,5 м короче патрона) разрядной головкой в сторону забоя
шпура. Специальным шлангом патрон через штуцер 4 соединя43

ется с воздухопроводом. В патрон подается сжатый воздух. Когда давление воздуха в цилиндре 1 достигнет 70 МПа, запор ный диск 5 срезается.
Сжатый воздух выходит через выхлопные окна 3 в
шпур и отбивает уголь. Перед следующим взрывом вставляется
новый запорный диск 5.

Рис. 5.2 Аэрдокс
Кардокс (рис.5.3) состоит из металлического цилиндра
2, зарядной 1 и разрядной 6 головок.

Рис.5.3 Кардокс
При пропускании электрического тока, нагревательный элемент 3, состоящий из смеси перхлората калия, древесного угля и машинного масла подогревает жидкую углекислоту
4, которая, превращаясь в газообразную, бурно выделяет газы.
Давление в цилиндре 2 повышается до 500 МПа, разрядный
диск 5 срезается и газы через отверстия 7 разрядной головки 6
выходят в шпур, разрушая породу.
Химические – это взрывы, при которых происходят
быстрые превращения химических веществ или смесей с образованием новых соединений и с выделением тепла и газов.
44

Сюда относятся взрывы взрывчатых веществ (ВВ),
взрывы газов, в частности метана, взрывы угольной пыли.
Ядерные – это взрывы, при которых происходят цепные реакции деления ядер с образованием новых элементов.
5.2 Формы взрывчатого превращения взрывчатых
веществ
Различают следующие формы взрывчатого превращения: горение, взрывное горение и детонацию.
Горение — медленная, переменная по скорости, реакция
окисления (от долей сантиметра до нескольких метров в секунду), протекающая при высокой температуре и основанная на
теплопередаче.
Детонация—распространение взрыва по массе взрывчатого вещества со сверхзвуковой (2000-8000 м/с), постоянной
для данного ВВ скоростью
При детонации теплопередача осуществляется ударной
волной, представляющей собой мгновенный скачок давления,
температуры и плотности, распространяющейся со сверхзвуковой скоростью, например, под воздействием быстро расширяющихся газообразных продуктов взрыва.
Ударная волна может возникать и распространяться в
твердой, жидкой и газообразной среде.
Ударная волна, проходящая по взрывчатому веществу и
вызывающая его детонацию (взрыв) называется детонационной
волной.
В воздухе распространяется воздушная волна.
Взрывное горение является как бы промежуточным
режимом между горением и детонацией. Скорость взрывного
горения может быть достаточно высокой и достигать нескольких сот метров в секунду при относительно низких температурах.
При детонации и взрывном горении химическая реакция
протекает в узкой зоне – фронте химической реакции, который
перемещается по взрывчатому веществу.
45

В определенных условиях возможно изменение скорости взрывчатого превращения. В результате этого взрывное горение (при неблагоприятных условиях хранения) может перейти в детонацию или, наоборот, детонация—во взрывное горение.
Наиболее эффективной формой взрывчатого превращения является детонация, которая широко используется для
разрушения горных пород, хотя в определенных условиях находит применение и взрывное горение.
Гидродинамическая теория детонации
Детонация – это сложное газодинамическое явление,
особенности которого в настоящее время еще недостаточно хорошо изучены.
В настоящее время общепризнанной для порошкообразных взрывчатых веществ является так называемая гидродинамическая теория, которая с достаточной степенью достоверности описывает явление детонации (взрыва), используя основные
положения гидродинамики.
Согласно этой теории, распространение взрыва по
взрывчатому веществу обусловлено ударной волной.
При взрыве детонатора, исполняющего роль начального
импульса, продукты взрыва производят резкий удар по прилегающему к детонатору слою взрывчатого вещества и формируют в заряде взрывчатого вещества ударную волну.
На фронте ударной волны происходит мгновенное разогревание узкого слоя взрывчатого вещества (для порошкообразного ВВ – доли миллиметра, у гранулированных ВВ – 30-40
мм) и возбуждается интенсивная, очень быстро протекающая
химическая реакция с выделением тепла и газов.
Энергия этой реакции поддерживает амплитуду и скорость распространения ударной волны, которая, распространяясь по заряду взрывчатого вещества - является детонационной.
На фронте этой детонационной волны снова происходит мгновенное разогревание уже нового слоя ВВ и возбуждается детонация и т.д. по всему объему заряда взрывчатого вещества.
За фронтом детонационной волны начинается расширение продуктов взрыва (детонации) с образованием волны раз46

режения, распространяющейся к центру заряда. Фронт волны
разрежения не достигает фронта детонационной волны, и внутри заряда остается некоторый динамически стабильный объем
не расширившихся газов, поддерживающих постоянство параметров детонационной волны. Если такое динамическое равновесие нарушается, то скорость детонации увеличивается или
уменьшается вплоть до затухания./4/.
5.3 Механизм разрушения горных пород взрывом
Вследствие сложности и кратковременности протекания процессов взрыва и разрушения горных пород, в настоящее
время нет универсальной теории, полностью раскрывающей
физический смысл взрыва и разрушения с учетом всех факторов, влияющих на эти процессы.
На практике разрушение горных пород осуществляется тремя способами:
- разрушение породы одиночным зарядом;
- разрушение породы несколькими зарядами, взрываемыми одновременно;
- разрушение породы несколькими зарядами, взрываемыми последовательно (короткозамедленное
взрывание).
Разрушение породы одиночным зарядом
Наиболее простой и, вследствие этого, общепринятой
является теория Г.И. Покровского, основанная на пропорциональности размеров сферы разрушения и размеров заряда.
По этой теории предполагается, что при взрыве в
твердой среде (большинство горных пород) скорость детонации
ВВ значительно выше скорости деформации породы. Поэтому
поверхность породы воспринимает действие взрыва одновременно на всей площади его соприкосновения с последней.
Вблизи заряда возникающие напряжения сжатия по
своей величине приближаются к модулю сжатия пород. Поэтому породы в короткий промежуток времени сильно сжимаются
и смещаются вслед за фронтом волны деформации. В результа47

те этого образуется зона сильно деформированной породы (рис.
5.4) с системой спиральных трещин скольжения.
По мере удаления от заряда напряжения сжатия быстро падают и на определенном расстоянии становятся меньше
сопротивления породы раздавливанию, вследствие чего характер деформаций среды изменяется.
В этой зоне в результате значительного радиального
смещения частиц породы возникают тангенциальные растягивающие напряжения, которые приводят к появлению радиальных трещин, расходящихся во все стороны от заряда.

Рис. 5.4 Схема действия
взрыва в твердой среде по
Г. И. Покровскому
а — зона раздавливания;
б— зона трещинообразования

При дальнейшем
удалении волны деформации от заряда, растягивающие тангенциальные напряжения уменьшаются и становятся меньше величины сопротивления породы разрыву. Далее разрушений, производимых прямым действием волны сжатия, не наблюдается, и происходят
только колебательные смещения частиц породы. После прохождения волны сжатия и смещения породы полость вокруг заряда возрастает. В результате этого, а также прорыва газов взрыва
через трещины в породе давление и температура газов в зарядной камере падают.
При падении давления газов сильно сжатая взрывом
порода незначительно расширяется в сторону центра заряда. В
результате этого в породе появляется ряд кольцевых тангенциальных трещин.
Размеры сферы разрушения изменяются пропорционально размерам заряда.
48

При наличии обнаженной поверхности частицы породы, находящиеся вблизи от этой поверхности, после прохождения волны сжатия не тормозятся сопротивлением внешних слоев породы. Кроме того, волна сжатия приводит к накоплению в
породе некоторого запаса упругой энергии.
Поэтому, как только волна сжатия доходит до обнаженной поверхности, сжатая порода начинает свободно расширяться в сторону этой поверхности. Это движение передается более
удаленным от поверхности слоям породы. Таким образом,
внутрь породы от ее обнаженной поверхности распространяется волна на растяжения, вызывающая растягивающие напряжения. Отражение и превращение волны сжатия в волну растяжения происходит в основном по законам геометрической оптики.
Волна разрежения (растяжения) представляет собой отраженную от обнаженной поверхности волну сжатия, которая распространяется так, как если бы она шла от мнимого изображения
заряда (рис. 5.5), равного действительно взорвавшемуся
заряду и расположенного
снаружи на таком расстоянии от обнаженной поверхности, на какое удален от
нее взорвавшийся заряд.
Рис. 5.5 Отражение взрывных волн у обнаженной поверхности
1— фактический заряд, 2 —
мнимый заряд, 3—прямые волны, 4 — отраженные волны

При этом основной объем породы разрушается под действием отраженных волн.
При взрыве в мягких породах (грунтах) вокруг заряда
образуется котловая полость, которая быстро расширяется, и
при достижении ударной волной обнаженной поверхности
грунт поднимается с максимальной скоростью по направлению
л. н. с. При недостаточной энергии происходит лишь приподнятие грунта без выброса (рис. 5.6).
49

Перемещение и деформации грунта определяются количеством движения, которое передается последнему при взрыве в виде им пульса. При этом допускается, что энергия, затрачиваемая на раз рушение, невелика по сравнению со всей энергией, выделяемой зарядом при взрыве, и с энергией выброса.
Масса грунта при взрыве движется по радиусам от центра заряда в виде отдельных элементарных конусов-секторов, находящихся во взаимодействии с окружающей породой. Это взаимодействие рассматривается как импульс, передаваемый боковой
поверхности конуса движущимся внутри него грунтом./7/.
Рис. 5.6 Действие
взрыва заряда в
грунте по Г. И.
Покровскому
Разрушение породы несколькими зарядами, взрываемыми одновременно
При взрыве нескольких зарядов одновременно, до момента встречи волн напряжения, среда вокруг каждого заряда
ведет себя так же, как при взрыве одиночного заряда. В дальнейшем возникает сложное взаимодействие волн напряжений,
распространяющихся от соседних зарядов, с заметной разницей
в интенсивности дробления по линии, соединяющей заряды, и в
направлении линии наименьшего сопротивления./4/.
При встрече волн напряжений от соседних зарядов напряженное состояние среды меняется.
На линии, соединяющей соседние заряды, действуют
увеличенные по сравнению с одиночным взрыванием напряжения, что вызывает усиленное действие взрыва с образованием
трещин. Это особенно проявляется при небольшом (0,6—0,8)
коэффициенте сближения зарядов.
В глубине породного массива, между взрываемыми зарядами возникают зоны, где происходит взаимная компенсация
напряжений, появляющихся в массиве от соседних зарядов, и
общее ослабление напряженного состояния по сравнению с
одиночным взрыванием. В этих зонах порода подвергается
50

наименьшему дроблению. Минимальный объем этих зон получается при коэффициенте сближения зарядов m≥ 1./4/.
Разрушение пород зарядами, взрываемыми последовательно
Процесс разрушения пород отдельными зарядами или
сериями зарядов, взрываемыми последовательно с определенными интервалами называется короткозамедленным взрыванием.
Короткозамедленное взрывание впервые было применено в 1934—1935 гг. инженером К.А. Берлиным. В дальнейшем короткозамедленное взрывание стало широко применяться
в США (с 1945 г.) и Англии (с 1949 г.) с целью снижения сейсмического воздействия взрыва на окружающие выработки и
сооружения, а также для улучшения дробления горных пород.
На карьерах бывшего СНГ этот метод начали внедрять с 1951 г.
Короткозамедленное взрывание получило широкое распространение при проведении открытых и подземных выработок благодаря присущим ему достоинствам:
-меньшему сейсмическому эффекту взрыва;
-лучшему дроблению разрушаемого массива;
-уменьшенной величине разброса от места взрыва разрушаемой породы;
-снижению расхода взрывчатых веществ.
Эффективность короткозамедленного взрывания зависит от величины интервала замедления и последовательности
разрушения массива, т.е. от схемы расположения зарядов.
Получаемый при короткозамедленном взрывании эффект определяется следующими факторами:
-интерференцией волн напряжений, распространяющихся в массиве от взрыва соседних зарядов с малым интервалом замедления;
-образованием дополнительных обнаженных поверхностей для зарядов, взрываемых со средним интервалом замедления;
-соударением разлетающихся кусков при взрыве соседних зарядов с большим интервалом замедления.
51

Интерференция ударных волн при взрыве происходит
тогда, когда направления смещения частиц от действия волн
напряжений предыдущего и последующего взрывов совпадают.
Волна напряжений 1 (рис. 5.7), распространяющаяся от
заряда Q1, доходит до обнаженной поверхности, отражается от
нее, образуя волну растяжения 2, которая распространяется в
глубь массива.
В момент времени, когда волна 1 достигает места расположения заряда Q2, он взрывается. При этом волна растяжения от заряда Q1 облегчает отрыв породы взрывом заряда Q2.
Рис.5.7 Схема распространения волн
напряжения
При отражении волны 1 от обнаженной поверхности
она распространяется
так, как будто была образована мнимым зарядом Q11, расположенным над обнаженной поверхностью на расстоянии W.
Длительность упругих колебаний в массиве породы после взрыва в зоне разрушения не превышает 4—6 мс, в то время
как применяемые на практике интервалы замедлений, обеспечивающие улучшение дробления породы, составляют 20—70
мс. В трещиноватых породах на определенном расстоянии от
заряда амплитуда волн резко снижается, и их роль в дроблении
оказывается несущественной.
Использование волнового эффекта взаимодействия зарядов требует очень точного подбора интервала замедления,
поскольку скорость волн напряжений, интенсивность трещиноватости и расстояния между зарядами меняются от заряда к заряду.
Дополнительные обнаженные поверхности образуются
в виде трещин в разрушенной части массива и обеспечивают
образование в массиве отраженных волн растяжения, увеличи52

вающих эффект разрушения, ослабляют массив и облегчают его
окончательное разрушение давлением газов взрыва.
Значительный эффект происходит при наличии одной
или нескольких обнаженных поверхностей в выработке до
взрыва. При взрыве, в сторону обнаженных поверхностей происходит сдвижение породы и ее разрушение.
С увеличением числа обнаженных поверхностей около
взрываемого заряда объем разрушения увеличивается примерно
пропорционально их числу (рис. 5.8), так как взрыв с точки
зрения разрушения происходит в более благоприятных условиях.

Рис.5.8 Схема разрушения породы при различном количестве обнаженных поверхностей
I -одна обнаженная поверхность; II –две; III-три

Дробление породы происходит с увеличением ее первоначального объема и смещением в сторону обнаженных поверхностей. При недостаточной ширине щели разрушение будет затруднено, так как, не успевшая сдвинуться на достаточную величину после первого взрыва, порода будет оказывать
дополнительное сопротивление следующему взрыву. Поэтому
ширина щели между нарушенной и ненарушенной частями
массива должна быть пропорциональна линии наименьшего
сопротивления и коэффициенту рыхления данной породы.
Необходимая ширина пространства для получения обнаженной поверхности должна быть (1/20 —1/30)W.
Требуемый интервал замедления в данном случае, при
короткозамедленном взрывании находится в пределах (15—75)
мс. С увеличением крепости пород интервал замедления
уменьшается./4/.
Соударение разлетающихся при взрыве кусков породы
происходит вследствие того, что разные участки породного
53

массива после взрыва получают разные скорости движения и
направления разлета. При столкновении кусков происходит их
дополнительное дробление. Дробление породы улучшается,
если пути разлета кусков породы пересекаются под углом не
менее 90°.
При взрывании с замедлением, соударение кусков происходит вследствие того, что передний фронт взорванной породы последующего взрыва, двигающийся со скоростью 20—60
м/с, догоняет задний фронт породы, двигающийся от предыдущего взрыва со скоростью около 3—6 м/с./4/.
Дробление соударяющихся кусков породы происходит
при разности скоростей разлета более 15 м/с. На практике при
взрыве разность скоростей может быть значительно выше.
При короткозамедленном взрывании процесс разрушения массива зарядами первой очереди аналогичен разрушению
взрывом одиночного заряда. В результате действия взрыва
призма выброса оказывается раздробленной, а под действием
остаточного давления газообразных продуктов взрыва происходит ее сдвижение. Массив в этот период находится в напряженном состоянии.
Таким образом, замедление между сериями взрывов
принимается таким, чтобы заряды очередной серии взорвались
после того, как закончится разрушительное действие упругих
волн, вызванных взрывом зарядов предыдущей серии.
До взрыва очередной серии породный массив должен
быть разбит трещинами и насыщен газами, но движение пород
еще не должно происходить.
При взрыве второй и следующих очередей с малыми
интервалами замедлений в массиве возникает сложная картина
интерференции волн напряжений, прямых и отраженных от
взрыва последующих зарядов, с остаточными волнами напряжений от взрыва предыдущих.
Время нахождения участка массива в напряженном состоянии увеличивается, происходит уменьшение сейсмического
эффекта действия взрыва на окружающие сооружения вследствие одновременного взрыва меньшего числа зарядов, уменьшаются заколы за линию шпуров или скважин.
54

Разновидностью короткозамедленного взрывания является взрывание отдельных частей внутрискважинных зарядов с
миллисекундными замедлениями. При этом заряд в скважине
разделяется на две-три части и более, и каждая часть инициируется отдельно своим боевиком так, что между частями заряда
создаются интервалы замедления (10—20 мс). Таким приемом
удается увеличить число очередей взрываемых зарядов и удлинить время воздействия взрыва на массив, в результате чего
достигаются лучшие результаты взрыва по дроблению и сейсмике./4/.
5.4 Взрывчатые вещества и их классификация
Взрывчатые вещества - химические соединения или
механические смеси, способные под влиянием определенного
внешнего воздействия (начального импульса) к чрезвычайно
быстрому со сверхзвуковой скоростью химическому превращению с выделением тепла и газов.
При взрывчатом разложении (взрыве) ВВ в большинстве случаев происходят реакции, основанные на окислении горючих веществ (углерода и водорода) с образованием воды,
окиси или двуокиси углерода и др.
Для большинства взрывчатых веществ количество тепла
выделяющегося при взрыве находится в пределах :
-нитроглицерин: С3Н5 (ОNO2)3= ЗСО2 + 2,5Н2О + 1,5N2 + 0,25O2
+1396МДж ;
-аммиачная селитра: NH4NO3=2Н2O + N2 + 0,5O2 +121МДж;
-нитрогликоль: С2Н4 (ОNO2)2 = 2СО2 + Н2O+ N2 + 990МДж;
-аммонит № 6ЖВ (состоящий из смеси аммиачной селитры
(79%) и тротила (21%)): С6Н2(NO2)3СН3 + 10,7NH4NО3 =7СO2+
23,9Н2O + 12,2N2 +0,1O2 +4520МДж;
-тротил: С6Н2 (NO2)3СНз = 3,5СО + 2,5Н2O + 3,5С + 1,5N2+
589МДж;
-азид свинца: РbN6 = Рb + ЗN2 + 448МДж.

55

5.4.1 Особенности химических реакций взрыва
Характерными особенностями всех химических реакций взрыва ВВ является:
1. Выделение большого количества тепла (от 8500 до
1257000кДж), т.е. реакции экзотермические.
2. Выделение большого количества газов. Из 1 кг ВВ выделяется при взрыве от 0,3 до 1 м3 газов.
3. Большая концентрация энергии в единице объема ВВ, т.к.
при взрыве из ВВ выделяется кислород, который способствует окислению горючих элементов.
4. Очень большая скорость реакции взрыва (от сотых до
миллионных долей секунды).
5. Скорость распространения взрывчатого превращения колеблется от 100 до 10000 м/с.
6. Температура взрыва составляет несколько тысяч градусов
(до 4500 оС).
5.4.2 Классификация взрывчатых веществ по назначению
Взрывчатые вещества разделяются по назначению на
следующие группы:
инициирующие ВВ, применяемые для снаряжения детонаторов и электродетонаторов.
Инициирующие взрывчатые вещества в свою очередь
по чувствительности к инициирующему импульсу делятся на
первичные и вторичные. Первичные–это маломощные взрывчатые вещества, имеющие высокую чувствительность к механическим и тепловым воздействиям. Их горение почти мгновенно
переходит в детонацию. Они способны взрываться в очень малых количествах (0,05-0,5 г). Вторичные взрывчатые вещества
(бризантные), используемые для изготовления промышленных
ВВ и отчасти для снаряжения детонаторов и детонирующих
шнуров. В детонаторах и электродетонаторах они предназначены для усиления инициирующего импульса от первичного ВВ.
Вторичные взрывчатые вещества менее чувствительны к внеш56

ним воздействиям, но имеют значительно большую скорость
детонации и теплоту взрыва. Поэтому такие взрывчатые вещества в количестве 1-1,5 г могут взорвать заряд массой 200-300 г;
промышленные ВВ, применяемые для взрывных работ
в горной промышленности и других отраслях народного хозяйства.
Промышленные ВВ должны обладать определенными
качествами:
1. Иметь пониженную чувствительность к внешним
воз-действиям, быть безопасными в обращении, при транспортировании и хранении.
2. Иметь относительно невысокую стоимость.
3. Не оказывать вредного влияния на организм человека, как при их изготовлении, так и в процессе применения.
4. Должны обладать достаточной мощностью.
5. Безотказно детонировать от средств взрывания,
обеспечивать устойчивую детонацию по всей массе ВВ.
6. Сохранять свои свойства в течение длительного нахождения в зарядных емкостях.
7. Должны быть пригодными к механизированному
заряжанию.
8. Обладать достаточно высокой водоустойчивостью
в случае их применения в обводненных скважинах.
9. Промышленные взрывчатые вещества, применяемые
в подземных условиях, при взрыве не должны образовывать
много ядовитых газов, а в шахтах, опасных по взрыву газа или
пыли дополнительно еще должны иметь пониженную температуру взрыва.
10. Обеспечивать кондиционное дробление породы.
Взорванная горная порода по степени дробления делится на две группы:
-кондиционная (габаритная) —это порода, которая по
крупности кусков соответствует установленным на предприятии требованиям в зависимости от возможности применяемого
погрузочно-транспортного и дробильного оборудования;
-некондиционная (негабаритная) —это порода, размеры
57

кусков которой превышают установленные пределы.
Крупные (негабаритные) куски во взорванной массе
уменьшают производительность и срок службы погрузочнотранспортного оборудования, снижают производительность
работ, требуют проведения дополнительных работ по дроблению негабарита.
Получить нужную степень дробления породы можно
путем выбора правильной технологии буровзрывных работ для
конкретных условий, а также правильного сочетания и использования тех факторов, от которых зависит дробление породы
при взрыве.
Как правило, массив породы, подлежащий взрыву, неоднороден. С увеличением размеров массива, во взрываемый
объем может попадать все большее количество нарушений (естественных нарушений, возникших до ведения горных работ
или искусственных нарушений, образовавшихся в процессе ведения горных работ главным образом буровзрывным способом,
а также при оставлении пустот, не заполненных после выемки
полезного ископаемого) и, наоборот, чем меньше размеры
взрываемого массива, тем больше он приближается по своему
строению к монолиту.
Поэтому, изменяя диаметр шпуров или скважин и тип
взрывчатого вещества, можно регулировать степень дробления
породы в некоторой части разрушаемого массива, называемой
зоной регулируемого дробления
При взрыве заряда в массиве образуется мощная ударная волна сжатия, которая превращается у обнаженной поверхности в волну растяжения и совместно с газами производит
разрушение породы. При встрече трещины на пути распространения волны, последняя разделяется на прямую и отраженную.
Величина передаваемых напряжений зависит от акустического
сопротивления (произведение плотности породы на скорость
звука) и размеров трещин. При встрече следующей трещины
деление волны на прямую и отраженную повторяется.
На некотором расстоянии от заряда, энергии ударной
волны и газов взрыва становится недостаточно для дробления,
и в породе возникают слабые напряжения, не превышающие
предела ее прочности. При этом происходит незначительное
58

дробление кусков породы по ослабленным сечениям. Оставшаяся часть массива разрушается под действием удара породы
зоны регулируемого дробления. В этой зоне почти не происходит дополнительное разрушение по сравнению с состоянием
породы до взрыва. Дробление носит случайный характер по
ослабленным сечениям кусков. Эта часть взрываемого массива
породы характеризуется как зона практически нерегулируемого
дробления. Размеры ее определяются свойствами пород и параметрами взрывания./7/.
Специфические условия ведения взрывных работ на
земной поверхности и, прежде всего, на карьерах (заряды, размещаются в вертикальных и наклонных скважинах диаметром
100—300 мм) определяют дополнительные требования к промышленным взрывчатым веществам, которые там используются:
1. ВВ могут иметь критический диаметр > 100 мм, т. е.
пониженную детонационную способность в зарядах малого
диаметра. Это могут быть грубодисперсные гранулированные
ВВ с широкой зоной химической реакции. Взрывчатые вещества с такой характеристикой обеспечивают более равномерное
дробление породы при взрыве путем уменьшения зоны переизмельчения у заряда.
2. При отбойке на земной поверхности у ВВ нет жестких ограничений по количеству ядовитых газов, выделяемых
при их взрыве, вследствие чего имеется возможность использовать ВВ с кислородным балансом отличным от нулевого.
Однако при применении ВВ с отрицательным кислородным балансом, особенно при имеющейся тенденции увеличения масштабов взрывов и интенсивном углублении карьеров,
удаление вредных газов из зоны карьера осложняется. Кроме
того, ядовитые газы в течение почти 100 ч могут находиться в
развале взорванной породы, проникать по трещинам в подземные выработки и вызывать отравление работающих там людей.
Поэтому применение таких ВВ должно быть четко регламентировано.
3. Большие объемы взрывов требуют одновременной зарядки большого числа скважин. Поэтому ВВ должны обладать
хорошей сыпучестью, минимальной слеживаемостью при хра59

нении, минимальным пылением при пересыпке и быть малочувствительными ко всякого рода механическим воздействиям
с тем, чтобы работы по заряжанию скважин могли выполняться
зарядными агрегатами, резко увеличивающими производительность этих работ.
4. При больших значениях л. н. с. и диаметров заряда
основное влияние на интенсивность дробления пород при взрыве оказывает трещиноватость пород. Мощность ВВ при этом
имеет меньшее значение, чем при отбойке шпурами и скважинами малого диаметра (70—100 мм). Поэтому основная масса
ВВ может иметь относительно невысокую теплоту взрыва (до
4000 кДж/кг). Такие взрывчатые вещества обеспечивают в
большинстве случаев хорошее дробление породы при относительно невысокой стоимости самих ВВ. Однако часть взрывчатых веществ должны обладать более высокими взрывчатыми
характеристиками с теплотой взрыва не ниже 5000 кДж/кг. Эти
ВВ предназначены для трудновзрываемых и обводненных пород.
5. ВВ должны быть водоустойчивыми и иметь плотность выше 1000кг/м3, чтобы при заряжании обводненных
скважин ВВ хорошо тонуло в воде. Смесь ВВ и воды должна
устойчиво детонировать от мощного инициатора./4/.
Промышленные ВВ для ведения взрывных работ на открытой поверхности выпускаются в мешках по 40 кг.
Для ведения взрывных работ в подземных условиях ВВ
выпускаются в патронах в бумажной или полиэтиленовой оболочке.
5.4.3 Классификация промышленных взрывчатых веществ по области применения
По области применения промышленные взрывчатые
вещества разделяют на:
- непредохранительные, применяемые:
а) только для открытых работ на дневной поверхности
(мешки или патроны ВВ белого цвета);
б) для открытых работ и в шахтах, не опасных по взрыву газа или пыли (патроны ВВ красного цвета);
60

- предохранительные - для шахт, опасных по взрыву газа или пыли. Такие взрывчатые вещества можно использовать и для взрывания на дневной поверхности, а также в шахтах, не опасных по взрыву газа или пыли.
Предохранительные взрывчатые вещества предназначены:
а) для взрывания только породы (патроны ВВ синего цвета);
б) для взрывания по углю и породы (патроны ВВ желтого
цвета).
Поскольку атмосфера многих подземных выработок
шахт и рудников содержит горючие газы и пыль (метан, водород, сероводород, угольную, серную, колчеданную пыль и др.),
которые при определенном содержании в воздухе образуют
взрывоопасную среду, то к взрывчатым веществам, применяемым в таких условиях, предъявляются особые требования.
Непосредственными причинами, вызывающими воспламенение метано-воздушной среды при взрывных работах
могут быть выбрасываемые из шпура газами взрыва раскаленные частицы угля и взрывчатого вещества, горящая бумажная
оболочка патронов, а также горячие газообразные продукты
взрыва. Воспламенение метано-воздушной среды в подземных
выработках может произойти также от пламени, образующегося при смешении с кислородом газов взрыва, содержащих углерод.
Существуют различные теории и гипотезы, объясняющие причины воспламенения метано-воздушных смесей в шахтах при ведении взрывных работ
Французские исследователи Малляр и Ле-Шателье, установили, что воспламенение метано-воздушной смеси происходит от соприкосновения этой смеси с пламенем взрыва.
Согласно этой теории взрывчатые вещества становятся
менее опасными, при снижении температуры их взрыва.
Обычно температура взрыва ВВ значительно выше минимальной температуры воспламенения метано-воздушной
смеси. Температура взрыва у специальных предохранительных
ВВ составляет не более 1700—2000°С.
Минимальная температура воспламенения метановоздушной смеси составляет составляет 650°, но воспламенение
61

при этой температуре происходит с задержкой в 10 с. Чем выше
температура, тем короче период задержки и при 2000° взрыв
происходит мгновенно.
Таким образом, по этой теории сопоставляется температура взрыва с температурой воспламенения метановоздушной смеси.
На основании этих исследований, в шахтах опасных по
взрыву газа или пыли необходимо применять для взрывания по
породе взрывчатые вещества с температурой взрыва не более
1900 0С, а для взрывания по углю – не более 1500 0С.
Французский ученый Одибер объяснял воспламенение
метана в воздухе от взрыва ВВ тем, что газообразные продукты
взрыва выбрасываются в атмосферу и смешиваются с ней. При
этом температура продуктов взрыва падает, а состав их меняется. Начиная с некоторого момента в образовавшейся смеси содержание кислорода и метана становится настолько большим,
что наступает возможность воспламенения, если температура
смеси при этом из-за смешения с воздухом не упала ниже температуры воспламенения.
При таком представлении воспламенения метановоздушной смеси безопасность ВВ определяется количеством
тепла, приходящимся на единицу объема газообразных продуктов взрыва.
Одибер установил, что, если у взрывчатых веществ с
нулевым кислородным балансом теплота взрыва, приходящаяся
на 1 кмоль газообразных продуктов взрыва будет меньше 89,7
МДж, то такие ВВ считаются предохранительными./8/.
При взрывании взрывчатых веществ с положительным
кислородным балансом в массиве, способном реагировать с кислородом (например, в угле), предохранительным может быть
только ВВ, удовлетворяющее неравенству
Qm< 89,7 - 392 Nk/ ∑N,
где Qm—теплота взрыва приходящаяся на 1 кмоль продуктов
взрыва, МДж; Nk и ∑N — соответственно число киломолей свободного кислорода в продуктах взрыва и общее число киломолей продуктов взрыва.
Для понижения теплоты и температуры взрыва, в каче62

стве предохранительных, используются взрывчатые вещества с
большим содержанием аммиачной селитры, дающей много газов и мало тепла, и с добавками инертных солей (чаще хлористого натрия и хлористого калия), являющихся теплопоглотителями и пламегасителями. /8/.
Другие исследователи связывают изменение задержки
вспышки с изменением температуры и давления в процессе
смешения продуктов взрыва с метаном и воздухом, а также с
влиянием продуктов взрыва как ускорителей или замедлителей
процесса воспламенения.
Некоторые авторы основной причиной воспламенения
метано-воздушных смесей считают действие ударных волн в
процессе их сложного движения и отражения в условиях горных выработок.
Поэтому в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли,
применяются специальные предохранительные (антигризутные
от французского слова «гризус»—метан) взрывчатые вещества
с пониженной температурой взрыва.
Предохранительные взрывчатые вещества должны
удовлетворять следующим требованиям:
-иметь небольшую теплоту, температуру взрыва;
-иметь небольшую работоспособность (для ВВ применяемых для взрывания по углю - 200 —240 см3, а для ВВ применяемых для взрывания по пустой породе- 240—300 см3);
-хорошо детонировать, чтобы исключить возможность
неполного взрыва или выгорания заряда, а также выноса из
шпуров горящих частиц ВВ;
-иметь нулевой или небольшой положительный кислородный баланс, чтобы свести к минимуму возможность образования газов, способствующих вспышке метано-воздушной смеси;
-содержать пламегасители (хлористый натрий, хлористый калий).
По конструкции заряда предохранительные взрывчатые
вещества делятся на две группы:
-обычные ВВ, в которых пламегаситель равномерно перемешан с массой взрывчатого вещества. Эти ВВ, обладают
63

хорошими предохранительными свойствами, но имеют пониженную мощность и чувствительность к начальному импульсу
и к передаче детонации, что может вызвать отказы или выгорание взрывчатого вещества в шпурах;
-ВВ в специальных оболочках. Эти взрывчатые вещества представляют собой заряд, состоящий из мощного предохранительного ВВ, и жесткой или пластичной предохранительной
оболочки толщиной 3-5 мм. Гильза такого патрона двойная: во
внутренней помещается — взрывчатое вещество, в зазоре между гильзами — инертные, пламегасительные соли (хлористый
натрий, хлористый калий, двууглекислый натрий и фтористый
кальций).
Оболочки могут быть невзрывчатыми и взрывчатыми.
Невзрывчатые инертные оболочки состоят полностью из
инертных материалов. В качестве инертных оболочек могут
использоваться:
-резитосолевая жесткая пластмассовая оболочка, внутри
которой помещается предохранительное ВВ;
-водяная оболочка, представляющая собой слой воды
(или водного раствора NH4NO3) толщиной 4—5 мм, заполняющей зазор между двумя полиэтиленовыми гильзами. Во внутренней гильзе помещается предохранительное взрывчатое вещество.
Взрывчатые оболочки содержат, кроме инертных солей,
до 30% активных взрывчатых компонентов, включая нитроглицерин. Такая оболочка способствует полной детонации патрона
ВВ и вместе с тем снижает температуру газов взрыва (например
оболочка, состоящая из: нитроглицерина — 10%, натровой селитры—12%, древесной муки—3%, хлористого калия — 40% и
хлористого натрия — 35%)./8/.
Более эффективными являются предохранительные
взрывчатые вещества в жестких активных оболочках.
В настоящее время для взрывных работ в особо опасных
по метану забоях применяются высокопредохранительные
взрывные патроны СП-1 (рис. 5.9).
Патрон СП-1 состоит из внутренней 5 и наружной 4 полиэтиленовых оболочек, между которыми размещается концентрированный раствор аммиачной селитры 1, образующий во64

круг внутренней оболочки с угленитом Э-6 слой раствора толщиной 4—5 мм.
Рис.5.9 Патрон СП-1
1-водный раствор аммиачной селитры;
2- ВВ; 3- центрирующие кольца; 4-наружная оболочка; 5- внутренняя оболочка; 6- крышка

При использовании таких
патронов не было случаев выгорания зарядов и воспламенении метана даже в самых опасных условиях.
В то же время опыт использования патронов выявил их недостатки. Так при заряде, состоящем
из трех и более патронов СП-1, во многих случаях происходят
отказы или неполная детонация.
Это является следствием раздвижки патронов в шпуре, а
также деформации и раздвижки наружной и внутренней оболочек, что приводит к образованию у торца патрона увеличенного
слоя аммиачной селитры, который не передает детонацию к
следующему патрону.
5.4.4 Классификация промышленных взрывчатых веществ по условиям применения
По условиям применения промышленные взрывчатые
вещества подразделяются на семь основных классов и один
специальный (с четырьмя группами) (таблица 5.1).
Для отличия, патроны взрывчатых веществ или мешки
с порошкообразным (гранулированным) взрывчатым веществом имеют различные цвета или снабжены цветными полосами
или надписями.

65

Таблица 5.1 Классификация промышленных взрывчатых
веществ по условиям применения
Класс Гру
ВВ
ппа Вид ВВ и условия применения

Цвет отличительной
полосы или
оболочек
патронов

1
I

2
-

3
4
Непредохранительные ВВ для взрывания только Белый
на земной поверхности
Непредохранительные ВВ для взрывания на зем- Красный
ной поверхности и в забоях подземных выработок, в которых либо отсутствует выделение горючих газов или взрывчатой угольной (сланцевой)
пыли, либо применяется инертизация призабойного пространства, исключающая воспламенение
взрывоопасной среды при взрывных работах

II

-

III

-

Предохранительные ВВ для взрывания только по Синий
породе в забоях подземных выработок, в которых
имеется выделение горючих газов и отсутствует
взрывчатая угольная (сланцевая) пыль

IV

-

Предохранительные ВВ для взрыванию: по углю Желтый
и (или) породе или горючим сланцам в забоях
подземных выработок, опасных по взрыву угольной или сланцевой пыли при отсутствии выделения горючих га зов; по углю и (или) породе в
забоях подземных выработок, проводимых по
угольному пласту, в которых имеется выделение
горючих газов, кроме выработок с повышенным
выделением горючих газов; для сотрясательного
взрывания в забоях подземных выработок угольных шахт

V

-

Предохранительные ВВ для взрывания по углю и Желтый
(или) породе в выработках с повышенным выделением горючих газов, проводимых по угольному
пласту, когда исключен контакт боковой поверхности шпурового заряда с газо-воздушной смесью, находящейся либо в пересекающихся шпур
трещинах массива горных пород, либо в выработке

Продолжение таблицы 5.1

66

-

Предохранительные ВВ для взрывания: по углю и Желтый
(или) породе в выработках с повышенным выделением горючих газов, проводимых в условиях,
когда возможен контакт боковой поверхности
шпурового заряда с газо-воздушной смесью, находящейся либо в пересекающихся шпур трещинах горного массива либо в выработке;
в угольных и смешанных забоях восстающих (с
углом более 10°) выработок, в которых выделяется горючий газ, при длине вы работок более 20 м
и проведении их без предварительно пробуренных скважин, обеспечивающих проветривание за
счет общешахтной депрессии

VII

-

Предохранительные ВВ и изделия из предохрани- Желтый
тельных ВВ VI—VII классов для ведения специальных взрывных работ (для водораспыления и
распыления порошкообразных ингибиторов, для
взрывного перебивания деревянных стоек при
посадке кровли, при ликвидации зависаний горной массы в углеспускных выработках, для дробления негабаритов) в забоях подземных выработок, в которых возможно образование взрывоопасной концентрации горючего газа и угольной
пыли

Специ
аль
ный
(С)

-

Непредохранительные и предохранительные ВВ и
изделия из них, предназначенные для специальных взрывных работ, кроме забоев подземных
выработок, в которых возможно образование
взрывоопасной концентрации горючего газа и
угольной (сланцевой) пыли

1

Взрывные работы на земной поверхности: им- Белый
пульсная обработка металлов; инициирование
скважинных и сосредоточенных зарядов; контурное взрывание для заоткоски уступов; разрушение мерзлых грунтов, взрывное дробление негабаритных кусков горной массы; сейсморазведочные работы в скважинах; создание заградительных полос при локализации лесных пожаров и
другие специальные работы

I

Продолжение таблицы 5.1

67

2

Взрывные работы в забоях подземных выработок, Красный
не опасных по газу и (или) угольной (сланцевой)
пыли; взрывание сульфидных руд; дробление
негабаритных кусков горной массы, контурное
взрывание и другие специальные работы

3

Прострелочно-взрывные работы в разведочных, Черный
нефтяных, газовых скважинах

4

Взрывные работы в серных, нефтяных и других Зеленый
шахтах, опасных по взрыву серной пыли, водорода и паров тяжелых углеводородов

5.4.5 Классификация взрывчатых веществ по составу
По составу взрывчатые вещества разделяются на химические соединения и механические смеси.
ВВ – химические соединения
Взрывчатые вещества – химические соединения (или
однокомпонентные, или индивидуальные) содержат в своем
составе все элементы, необходимые для протекания реакции
взрывчатого превращения.
Однородные химические соединения обладают большой мощностью, но в чистом виде как самостоятельные ВВ для
взрывания породы, за исключением тротила, не применяются.
К числу взрывчатых веществ этой группы относятся:
1.Азотнокислые эфиры спиртов.
Тринитроглицерин С3Н5(ОNO2)3, динитрогликоль C2H4(ONO2)2,
применяемые для изготовления нитроглицериновых ВВ. Тэн
(пентаэритриттетранитрат) C5H8(ONO2)4, с 1893 г. применяемый для изготовления детонирующего шнура и других средств
взрывания.
2.Азотнокислые клетчатки.
Коллодионный хлопок C24H31O11(ONO2)9, используемый для
желатинации нитроглицерина. Нитроглицерин (глицеринтринитрат) С3Н5(ОNО2)3 входит как один из основных компонентов во многие взрывчатые вещества. Нитрогликоль (этиленгликольдинитрат) C2H4(ONO2)2.
68

3.Нитросоединения ароматического ряда.
Тротил (или тол, или тринитротолуол) С7Н5(NO2)3 и динитронафталин C10H6(NO2)2, применяемые для изготовления аммонитов. ТНРС (или тенерес, или тринитрорезорцинат свинца)
С6Н(NO2)3O2Рb и тетрил (тринитрофенилметилнитрамин) С6Н2
(NO2)3NСН3NО2, применяемые для изготовления детонаторов.
Гексоген (C3H6N3(NО2)3.
4.Соли азотной кислоты.
Аммиачная NH4NО3, натриевая NaNO3 и калиевая КNО3 селитры, применяемые для изготовления промышленных ВВ.
5. Соли азотистоводородной кислоты.
Азид свинца PbN6 применяется для изготовления детонаторов.
6. Соли гремучей кислоты.
Гремучая ртуть Hg(CNO2) применяется для изготовления детонаторов.
Характеристика ВВ химических содинений приведена в
таблице 5.2.
Таблица 5.2
Характеристика ВВ химических
содинений
ВВ

1

Работоспо- Бризантсобность, ность,
см3
мм

Чувствительность к
удару,
см

Область применения

2

4

5

3

110

---

6

Первичное инициирующее ВВ в детонаторах и электродетонаторах

Гремучая ртуть

115

---

2

То же

Тэн

500

25

30

520

29

30

380

22

30

Азид свинца

Гексоген
Тетрил

Вторичные ВВ в
детонаторах и для
ДШ
Вторичные инициирующие ВВ (бризантное) в детонаторах, для ДШ и для
ВВ
То же

69

Продолжение таблицы 5.2
110

-

11

Тенерес

Промежуточное ВВ
в электродетонаторах
Для
производства
промышленных ВВ

300

16

85

Тротил
Коллодионный
хлопок

420

16

30

Для бездымных порохов и для производства нитроглицериновых ВВ

Нитроглицерин

550

20

4

То же

Нитрогликоль

650

30

7

То же

165—230

---

---

Для
производства
промышленных ВВ

Аммиачная
литра

се-

Тэн — кристаллический порошок белого цвета, продукт
обработки четырехатомного спирта — пентаэритрита.
Влаги не боится и не растворяется в воде. Воспламеняется с трудом. В небольших количествах спокойно горит.
Применяется в качестве вторичного инициирующего
взрывчатого вещества при изготовлении детонирующих шнуров и некоторых электродетонаторов.
В детонаторах тэн прессуется до плотности 1620 кг/м3.
Скорость детонации тэна 8200—8700 м/с. Температура вспышки 220 °С. Объем газов 780 л/кг. Плотность – 1000 кг/м3.
Коллодионный хлопок (растворимый пироксилин) —
твердое ВВ, получаемое при обработке клетчатки (хлопка)
азотной кислотой в присутствии серной кислоты.
Он растворяется в смеси спирта с эфиром, в нитроглицерине, в нитрогликоле и в других органических растворителях,
образуя коллоидный раствор.
Коллодионный хлопок используется для изготовления
бездымных порохов и динамитов.
Пироксилин, спрессованный в шашки плотностью 1200
кг/м3, имеет скорость детонации 4300 м/с. Температура вспышки 177 °С.
Нитроглицерин —бесцветное жидкое маслянистое ВВ,
70

получается при обработке глицерина смесью азотной и серной
кислот.
Плотность нитроглицерина при температуре 150
составляет 1600 кг/м3. Температура вспышки 180 °С. Вследствие жидкой консистенции и опасности в обращении нитроглицерин самостоятельно для взрывных работ не применяется, но
входит как один из основных компонентов во многие взрывчатые вещества (детониты, др.), а также применяется для изготовления нитроглицериновых порохов.
Чистый нитроглицерин замерзает (кристаллизуется) при
+13 °С. Замерзший и, особенно, полузамерзший нитроглицерин
более опасен в обращении, чем жидкий. Скорость детонации
нитроглицерина, в зависимости от условий опыта, колеблется
от 1165 до 9150 м/с.
Нитрогликоль — жидкое ВВ, является продуктом нитрации двухатомный спирт- этиленгликоля.
Плотность 14900 – 1600 кг/м3. Скорость детонации
7900-8300 м/с. Температура замерзания —21,1 °С.
Он легко смешивается с нитроглицерином и понижает
его температуру замерзания, применяется для изготовления
нитроглицериновых ВВ.
Коллодионный хлопок, нитроглицерин и нитрогликоль
носят общее название нитроэфиры.
Тротил— взрывчатое вещество в порошкообразном,
прессованном, гранулированном виде или в виде чешуйчатых
пластинок желтого цвета. Получается при нитрации толуола
(продукта коксохимического производства) смесями азотной и
серной кислот.
Температура плавления 80 °С. Температура вспышки
270— 310 °С. Прессованный тротил применяется для изготовления подрывных шашек и патронов. Порошкообразный (измельченный) и гранулированный тротил применяется для изготовления многих промышленных ВВ (в том числе аммонитов).
Плотность плавленого тротила 1540 кг/м3, прессованного-1590 кг/м3.
Плавленый и гранулированный тротил мало чувствителен к капсюлю-детонатору и взрывается только от промежуточного детонатора из порошкообразного тротила или патронов
71

аммонита. Тротил безопасен в обращении и не боится влаги.
Тринитрорезорцинат свинца (ТНРС, тенерес) открыт в
начале прошлого столетия. В качестве ВВ применяется с 1914 г.
Представляет собой желтый кристаллический порошок
плотностью 2900-3800 кг/м3. Не растворяется в воде и сохраняет детонационную способность при увлажнении.
ТНРС — стойкое вещество, хорошо выдерживает нагревание, не разлагается на солнечном свете. С металлами не
взаимодействует. Чувствительность его к механическим воздействиям примерно вдвое ниже, чем чувствительность азида
свинца. К огню (или искре) чувствительность повышена: он
безотказно детонирует от этих видов начального импульса, хотя температура вспышки его высокая (около 270°С).
Характерная особенность ТНРС заключается в чувствительности к электрическим разрядам и способности легко
электризоваться от трения.
Инициирующая способность у ТНРС гораздо ниже,
чем у гремучей ртути и азида свинца. Самостоятельно ТНРС
почти не применяется. В составе детонаторов он служит как
промежуточное ВВ./9/.
Тетрил— мелкокристаллическое ВВ бледно-желтого
цвета, без запаха, с солоноватым вкусом. Открыт в 1877 г. Температура вспышки 195 °С. Горит со вспышками и шипением с
переходом во взрыв. Температура плавления 131 оС. При плавлении частично разлагается. Скорость детонации при плотности 1650 кг/м3 равна 7000—7200 м/с. Объем газов 412 л/кг.
С металлами не взаимодействует. Очень восприимчив к
детонации и хорошо передает ее другим взрывчатым веществам. Поэтому его применяют в детонаторах как вторичное инициирующее ВВ, спрессованное до плотности 1680 кг/м3.
Гексоген— кристаллический порошок белого цвета без
запаха и вкуса впервые получен в 1929-1930 г. Продукт нитрации уротропина азотной кислотой.
Влаги не боится. Химически устойчив. Температура
вспышки 203-290 °С. Скорость детонации при плотности 1700
кг/м3 равна 8600 м/с. Объем газов 890 л/кг.
Применяется для изготовления детонирующих шнуров,
детонаторов (как вторичное инициирующее ВВ) и как сенсиби72

лизатор некоторых мощных скальных аммонитов.
Аммиачная селитра NH4N03 — белый кристаллический
порошок в виде гранул, чешуек или кристаллов. Получается
синтетическим путем на азотнотуковых заводах при реакции
соединения аммиака и азотной кислоты.
Весьма гигроскопична и легко растворяется в воде.
Плотность отдельных кристаллов 1700 кг/м3. Скорость
детонации аммиачной селитры 1500—3000 м/с.
При температуре —16 и +125 °С происходит перекристаллизация аммиачной селитры, сопровождающаяся спеканием. В результате этого селитра из рыхлой превращается в комковатую твердую массу.
При длительном хранении, особенно при переменной
влажности, происходит слеживание аммиачной селитры. Поэтому для уменьшения слеживаемости ее изготавливают в виде
гранул.
Аммиачная селитра входит как основной компонент во
многие взрывчатые вещества. Она является не только носителем кислорода (1г аммиачной селитры выделяет 0,2г свободного кислорода), но и взрывчатым веществом.
Ввиду того, что аммиачная селитра выделяет при взрыве много газообразных продуктов и мало тепла, она имеет низкую температуру взрыва и является главным компонентом в
предохранительных ВВ.
Ее инициируют промежуточным детонатором—зарядом
аммонита массой, равной 5—20% массы заряда аммиачной селитры.
Для уменьшения гигроскопичности и слеживаемости
аммиачной селитры ее обрабатывают гидрофобными добавками
—окисью железа (селитра марки КВ) и др., а также гранулируют.
Для изготовления водоустойчивых ВВ выпускается водоустойчивая аммиачная селитра марки ЖВ.
Гремучая ртуть — мелкокристаллическое ядовитое
вещество белого или серого цвета. Для практических целей используется с 1815 г.
Получается из металлической ртути путем обработки ее
этиловым спиртом в азотной кислоте.
73

Плотность кристаллов 3500-4420 кг/м3. Сухая порошкообразная гремучая ртуть весьма чувствительна к огню и к механическим воздействиям. Температура вспышки (при этом
происходит детонация) 160—165 °С. При царапании или переламывании кристаллика, а также при пересыпании или перемешивании сухой порошкообразной гремучей ртути может произойти взрыв.
Гигроскопичность гремучей ртути невелика, но при
хранении под водой она впитывает до 30% влаги. Влажная гремучая ртуть не опасна в обращении. При влажности 10% она
горит и не взрывается от огня и удара. Хорошо детонирует в
сухом виде.
В гильзы детонаторов гремучую ртуть запрессовывают
при давлении не свыше 25 МПа, плотность ее при этом достигает 3300-3500 кг/м3. При превышении плотности более 100
МПа гремучая ртуть перестает детонировать от луча огня и дает отказы, но горит.
В присутствии влаги гремучая ртуть способна взаимодействовать с некоторыми металлами, образуя, например, при
реакции с медью весьма опасные взрывчатые соединения —
фульминаты.
Особенно легко она реагирует с алюминием, образуя
невзрывчатые соединения (поэтому ее не помещают в алюминиевые гильзы).
Ввиду токсичности паров ртути применение для подземных работ детонаторов с гремучей ртутью сокращается.
Скорость детонации гремучей ртути при плотности 3500
3
кг/м равна 5400 м/с.
Азид свинца — мелкокристаллический порошок белого
цвета без запаха, со сладким вкусом применяется с 1907 г.
Плотность кристаллов 4600-4800 кг/м3. Влаги не боится и при
содержании ее до 30% не теряет своих взрывчатых свойств.
Азид свинца менее чувствителен к огню и механическим воздействиям, чем гремучая ртуть. Температура вспышки
327 °С. Чувствительность к удару 4-6см.
В детонаторах он прессуется до плотности 4600 кг/м3.
Скорость детонации 5300 м/с.
В присутствии влаги и углекислоты азид свинца легко
74

взаимодействует с медью, образуя чувствительный и опасный
азид окисной меди. Со сталью он почти не взаимодействует, а с
алюминием совсем не взаимодействует. Поэтому детонаторы с
азидом свинца изготавливают в алюминиевых, биметаллических или картонных гильзах. В медные гильзы азид свинца не
помещают.
Поскольку азид свинца менее чувствителен к внешним
воздействиям, чем гремучая ртуть, то для безотказности азидотетриловых детонаторов в гильзу иногда помещается, поверх
заряда азида свинца небольшое количество тенереса.
ВВ-механические смеси.
Наиболее широкое применение получили промышленные взрывчатые вещества, представляющие собой механические смеси:
- нескольких ВВ (аммониты-порошкообразные смеси
аммиачной селитры с добавками тротила или гексогена);
- отдельных ВВ с горючими и инертными добавками
(аммонал, составы предохранительных ВВ и т. д.);
- маловзрывчатых веществ с горючими добавками (динамоны –смеси аммиачной селитры с жидкими или твердыми
невзрывчатыми горючими добавками);
- невзрывчатых веществ (оксиликвиты).
В состав механических смесей включаются различные
добавки, выполняющие определенную задачу:
Окислители – это вещества, содержащие избыточный
кислород, который расходуется при взрыве на окисление горючих элементов.
В качестве окислителей используется аммиачная, калиевая и натриевая селитра, хлораты и перхлораты калия и аммония, жидкий кислород и др.
Горючие добавки—твердые и жидкие вещества, как
взрывчатые, так и невзрывчатые богатые горючими элементами
(водородом и углеродом), используемые для увеличения количества энергии, выделяемой при взрыве.
75

В качестве твердых горючих веществ используется
в тонкоизмельченном виде для увеличения поверхности соприкосновения сажа, древесная мука, алюминиевая пудра, гексоген
и др.
Из жидких горючих добавок применяется соляровое
масло (до 6%) и жидкие углероды.
Сенсибилизаторы—взрывчатые соединения, отличающиеся высокой чувствительностью к начальному импульсу и
служащие для повышения детонационной способности ВВ.
В качестве сенсибилизаторов применяются нитроглицерин, гексоген и другие вещества. В простейших типах ВВ роль
сенсибилизаторов выполняют древесная мука, уголь, соляровое
масло и др.
Стабилизаторы- вещества для повышения химической
и физической стойкости ВВ.
В таких ВВ, как динамит, стабилизаторами являются
мел и сода, в аммонитах—древесная, жмыховая и травяная мука. Иногда эти вещества играют роль и горючих добавок.
Флегматизаторы – вещества для снижения чувствительности ВВ.
В качестве флегматизаторов используется вазелин, парафин, различные масла, тальк и т. п.
Пламегасители—вещества с высокой теплоемкостью,
поглощающие тепло от продуктов взрыва и таким образом способствующие уменьшению температуры и теплоты взрыва, что
уменьшает опасность воспламенения метано-воздушной смеси.
В качестве таких веществ используются чаще всего
хлориды натрия и калия добавляемые, например, в предохранительные аммониты в количестве 12-20%. При большем содержании пламегасителя снижается детонационная способность
ВВ и возможны неполные взрывы или выгорание./9/.
5.4.6 Классификация механических смесей по химическому составу и названию основного компонента
По химическому составу и названию основного компонента ВВ механические смеси разделяют на группы:
1. аммиачноселитренные (аммониты, аммоналы, ам76

мотолы, акватолы, зерногранулиты и др.);
2. нитроглицериновые (динамиты);
3. оксиликвиты;
4. хлоратные;
5. дымный порох.
В таблице 5.3 приведена характеристика взрывчатых
веществ механических смесей.
Таблица 5.3 Характеристика взрывчатых веществ - механических смесей
Наименование
ВВ

Кислородный
баланс,%

Работоспособность, см3

Плотность,
г/см3

Чувствительность
к удару,
см

Для взрывания на открытых горных работах
Гранулированые
Алюмотол
-76,2
420-440
0,95-1,0
24-48
Гранулотол
-74,0
285-295
0,9
8-12
Гранитол-1
-43,4
0,9-0,95
4-12
Гранитол-7А
-52,0
0,9-0,95
12-24
Граммонит
-27,2
0,85-0,9
12-24
50/50
Граммонит
-45,9
0,85-0,9
12-24
30/70
Гранулит С-6М -1,3
1,0-1,05
4-12
Изготавливаемые на стационарных и передвижных пунктах
0,8-0,9
0-0
Игданит
-65
+0,12
Карбатол
-21,4
1,55-1,60
12-24
ГЛ-10В
Карбатол
-9,6
1,4-1,6
4-12
ГЛ-15Т
Карбатол
ФТ-10
Акватол Т-20:
Ифзанит Т-20

Скорость
детонации,
км/с

5,5-6,0
5,5-6,5
5,0-5,5
5,0-5,3
3,6-4,2
3,8-4,5
2,5-3,0
2,8-4,3
4,5-5,0
4,5-4,8
-

-4,6

-

1,25-1,3

0

4,0-4,5

Ифзанит Т-60

-0,4

-

1,40-1,45

0-4

5,0-5,5

Ифзанит Т-80

0

-

1,45-1,50

0-4

5,2-5,5

ГЛТ-20

-3,8

-

1,45-1,50

0-4

4,9-5,0

77

Продолжение таблицы 5.3
Акванал А-10:
Ипконит А-10
+0,2-2,3
1,4-1,45
ГЛА-20
-4,1
1,5-1,58
Для взрывания на открытых и подземных работах
ках не опасных по взрыву газа и пыли
Гранулированные неводоустойчивые
Гранулит М
+0,14
0,78-0,82

0
3,8-4,6
4-12
4,8-5,0
в шахтах и рудни-

0-8

2,5-3,6

Граммонит
79/21
Гранулит АС-4

+0,02

-

0,8-0,85

12-24

3,2-4,0

+0,41

390-410

0,85-0,9

4-12

2,6-3,5

Гранулит
АС-4В
Акванал
АРЗ-8Н
Гранулит АС-8

+0,35

-

0,8-0,85

0-12

3,0-3,5

-2,7

-

0-4

2,5-3,5

+0,34

410-430

0,9-0,92
1,2-1,25
0,87-0,95

8-12

3,0-3,6

-3,3

-

0,8-0,85

0-8

3,0-3,6

-2,0

-

0,85

0-4

1,9-2,6

+0,06

320-330

0,8-0,85

0-4

2,2-3,2

Гранулит
АС-8В
Гранулит
АС-М
Гранулит С-2

Порошкообразные
Аммонал
-0,78
скальный №3
Аммонит 6ЖВ
-0,53

450-470

1,0-1,1

40-44

4,2-4,6

360-380

1,0-1,2

16-32

3,6-4,8

Детонит М

+0,18

460-500

0,92-1,2

40-60

3,9-5,3

Аммонал 200

+0,18

400-430

0,95-1,1

24-36

4,2-4,6

Аммонал М-10

-4,82

430

0,92-1,2

-

-

Динафталит200
Аммонал
скальный №1

+0,3

320-350

1,0-1,15

12-24

3,5-4,6

-0,79

450-480

1,43-1,58

40-60

6,0-6,5

Для взрывания на подземных горных выработках в шахтах и рудниках
опасных по взрыву газа и пыли
Аммонит
-0,02
320-330
1,0-1,15
12-32
3,6-4,6
АП-5ЖВ
Аммонит
-1,35
200-220
0,95-1,05
36-44
2,5-3,0
серный
Аммонит Т-19г -2,47
267-280
1,05-1,2
12-24
3,6-4,3

78

Продолжение таблицы 5.3
Аммонит
+0,32
ПЖВ-20
Угленит Э-6
+0,53
Патроны
П-12ЦБ
Патроны12ЦБ
0
Угленит 5
-0,18
Ионит
+6,47

265-280

1,05-1,2

12-24

3,5-4,0

130-170
-

1,1-1,25
-

40-70
-

1,9-2,2
1,98-2,1

110-125
50-90
-

1,2-1,35
1,1-1,35
1,0-1,2

40-60
24-32

1,95-2,08
1,7-1,9
1,6-1,8

В соответствии с ГОСТ 26184-84 " Взрывчатые вещества промышленные. Термины и определения " ифзаниты Т-20,
Т-60, Т-80 и горячельющееся ВВ-ГЛТ-20, имеющие одинаковы
состав, объединяются под общим названием акватол Т-20.
Ипконит А-10 и ВВ ГЛА-20, имеющие одинаковый состав, объединяются под общим названием акванал А-10.
Акватол Т-20 (ифзаниты Т-20, Т-60 и Т-80) (ТУ ГП01-77)-густые, подвижные не расслаивающиеся суспензии, содержащие 40 % жидкой фазы.
Это водонаполненные ВВ, содержащие в своем составе сухую гранулированную селитру и гранулированный (или
чешуйчатый) тротил, насыщенные горячим раствором аммиачной селитры с добавкой загустителя-карбоксиметилцеллюлоза
(КМЦ).
При совмещении жидких и твердых компонентов
смесь без перемешивания загустевает через 20-30 мин.
Буква " Т " обозначает тип сенсибилизатора (тротил), а
цифры - температуру насыщенного раствора. Теплота взрыва
ифзанитов 3176 кДж/кг. Идеальная работа взрыва 2782 кДж/кг.
Объем газов 937-л/кг.
Акватолы способны выдавливаться сжатым воздухом
и отвердевать при остывании. Способ заряжания механизированный с использованием специальных зарядных машин.
Игданит (ТУ ГП-2-77)- смесь гранулированной или
чешуйчатой селитры с твердыми или жидкими компонентами,
например с соляровым маслом. Приготавливается у места взрыва в зарядной машине (при механизированном способе заряжания) или на стационарном пункте, размещаемом на расходном
складе взрывчатых материалов.
79

Карбатолы: ГЛ-10В, ГЛ-15Т, ФТ-10 (ТУ 81-479-82) –
горячельющиеся водосодержащие ВВ, твердеющие при остывании в скважине. Вязкие. Текучие при температуре выше 50
0
С.
Готовятся из расплавленной смеси аммиачной селитры с
карбамидом и с добавлением гранулотола. Для повышения водоустойчивости в состав карбатолов вводятся загустители.
Способ заряжания карбатолов механизированный с использованием специальных зарядных машин.
Затвердевшие карбатолы могут находиться в скважинах
с проточной водой до 20 суток без потери детонационных
свойств.
Инициирование производится промежуточными детонаторами.
Теплота взрыва карбатолов от 3427 до 5684 кДж/кг.
Идеальная работа взрыва 2975-4440 кДж/кг. Объем газов 8,449,46-м3/кг.
ГЛТ-20 (ТУ 48-3-50-77)-горячельющиеся, легко перекачиваемые суспензии, отвердевающие при остывании в скважинах. Приготавливается в зарядных машинах «Акватол-IY».
Для устойчивой детонации заряда ГЛТ-20 в скважине устанавливается два промежуточных детонатора из трех шашек ТП400Г в нижней части заряда и двух шашек-в верхней.
Акванал А-10 (ипконит А-10, ГЛА-20) (ТУ48-5-76-78)горячельющиеся, легко перекачиваемые суспензии, отвердевающие при остывании в скважинах.
Водосодержащие ВВ - карбатолы, акватолы, ГЛТ-20,
акваналы - при использовании в обводненных скважинах необходимо заряжать по технологии " под столб воды " либо с предварительным осушением скважин или влагоизоляцией зарядов.
Среди промышленных ВВ наиболее широкое применение получили аммиачно-селитренные ВВ, которые представляют собой механические смеси аммиачной селитры с другими
взрывчатыми и невзрывчатыми веществами.
Аммониты - порошкообразные смеси аммиачной селитры с добавкой тротила, гексогена, твердых тонкоизмельченных
органических горючих добавок (древесная мука, торф и др.) в
различном соотношении.
80

Аммониты отличаются сравнительно невысокой, стоимостью и большой безопасностью в обращении. Они мало чувствительны к огню, трению и удару (чувствительность к удару
около 1,0 м). Скорость детонации, как и бризантность, аммонитов зависит не только от состава, но и от способа изготовления
и колеблется в пределах 2400—5100 м/с Объём газообразных
продуктов взрыва 6-10 м3/кг, теплота взрыва 2,5-5,5 МДж/кг,
температура взрыва 1400-2650 0С.
Свойства аммонитов определяются главным образом
свойствами аммиачной селитры, которой в аммонитах более
50%.
Аммониты весьма гигроскопичны и легко увлажняются.
Аммоналы - порошкообразные смеси аммиачной селитры с добавкой тротила, гексогена, горючих добавок и алюминиевой пудры.
Детониты – патронированные смеси аммонала с добавками 6-15% жидкихнитроэфиров.
Динафталиты - смеси аммиачной селитры с добавкой
тротила, горючих добавок и динитронафталина.
Гранулиты — смеси (заводского изготовления) аммиачной селитры и горючих добавок (например древесной муки,
алюминиевой пудры, минерального масла) в гранулированном
виде.
Зерногранулиты- двухкомпонентные смеси гранулированной аммиачной селитры и гранулированного или чешуйчатого тротила.
Алюмотолы – гранулированный сплав тротила с алюминиевой пудрой.
Гранулотолы – гранулированный тротил.
Гранитол – гранулированный сплав тротила с аммиачной селитрой.
Граммониты – смесь гранулированной аммиачной селитры с гранулированным или чешуйчатым тротилом.
Динамиты – многокомпонентные смеси на основе нитроглицерина и нитрогликоля (более 40%).
Оксиликвиты – патроны из органических поглотителей
с большой удельной поверхностью частиц (торф, камыш и др.),
пропитанные жидким кислородом.
81

Черный дымный порох представляет собой механическую смесь калийной селитры (75%), древесного угля (15%) и
серы (10%).
Черный дымный порох весьма чувствителен к трению,
удару и искре и требует осторожного обращения
Это ВВ отличается отсутствием бризантных свойств,
имеет небольшую скорость взрыва (100—300 м/с) и применяется только при добыче крупных монолитов (мрамора, гранита)
для скульптурных изделий.
Пороха коллоидного типа (пироксилиновые пороха)
иногда применяют при методе взрывных работ скважинными
зарядами. При заряжании скважин пироксилиновый порох
смешивают с насыщенным раствором аммиачной селитры. Это
делает порох более безопасным в обращении и упрощает технику заряжания, и, кроме того, повышает бризантность и энергию взрыва.
Таблица5.4 Порошкообразные взрывчатые вещества, применяемые на открытых и подземных горных работах в шахтах и
рудниках, не опасных по взрыву газа и пыли (класс ІІ)
Наименование
ВВ
Аммонит 6ЖВ
(ГОСТ 21984-76)

Физическое
состояние
Порошкообразное

Вид упаковки

Примечания

Насыпью в мешках

---

Аммонит 6ЖВ
(ГОСТ 21984-76,
ТУ 84-202-76)

То же

Патроны диаметром 32, 60, 90 мм

Выпускается в
патронах диаметром 32 мм
(200-250 г); 60
мм (1400 г); 90
мм (3000 г)

Аммонит 6ЖВ
(ТУ 84-501-29-80)

То же

Заряды в полиэтиленовой оболочке
диаметром 90 мм

---

То же

Патроны диаметром 32 мм

ВВ ограниченного применения

Патроны диаметром 32 мм

---

Патроны диаметром 45, 60 и 90 мм

---

Аммонал 200

Аммонал М-10
То же
(ТУ84-520-196-76)
Аммонал скальПорошкообразный №3
ное с гексогеном
(ОСТ 84-1917-81)

82

Продолжение таблицы 5.4
Аммонал скальный №1
То же
(ГОСТ 21985-76)
Аммонал скальный №1 прессо- То же
ванный

Патроны диаметром 45, 60 и 90 мм
Патроны диаметром 36 и 45 мм

Детонит М
(ГОСТ 21986-76)

Порошкообразные с нитроэфирами

Патроны диаметром 28, 32 и 36 мм

Динафталит-200
(ГОСТ 21984-76)

Порошкообразное

Патроны диаметром 32 мм

Аммониты АТ
(ТУ 84-768-78)

Прошкообразное

Насыпью
мешках

в

Гексопласт
ГП-87К

Пластичное

Рулонами в ящиках

Дымный взрывной порох ДВП
(ГОСТ 1028-79)

Зернистое

Специальный

Аммонит А-2
(ТУ 84-415-75-78)

Порошкообразное

Насыпью в мешках

--ВВ ограниченного применения.
Выпускается в
патронах диаметром 28 мм
(150 г); 32 мм
(200 г); 36 мм
(250 г)
ВВ ограниченного применения.
Мешки массой
40 кг. ВВ ограниченного применения- сварка
ВВ ограниченного применения - сварка и
штамповка
ВВ ограниченного применения - штамповка
ВВ ограниченного применения - сварка и
штамповка

5.4.7 Классификация ВВ по характеру воздействия на окружающую среду
По характеру воздействия на окружающую среду промышленные ВВ разделяют на:
- метательные (Vдет < 2000 м/с, например черный порох).
- бризантные, которые иногда подразделяют на:
83

а) высокобризантные (Vдет = 4500—7000 м/с - аммонит скальный №1, детонит М);
б) бризантные (Vдет = 3500—4500 м/с - аммониты:
6ЖВ, Т-19, АП-5ЖВ и др.);
в) низкобризантные (Vдет =2000—3500 м/с - аммонит серный, углениты, ионит, гранулиты);
5.4.8 Классификация взрывчатых веществ по агрегатному состоянию
По агрегатному состоянию промышленные ВВ делятся
на:

4.

1. Твердые - порошкообразные, гранулированные (чешуйчатые), с размерами гранул или чешуек 1-3 мм, прессованные, литые).
2. Водосодержащие (льющиеся) - за счет добавок воды
с загустителем имеют слаботекучую консистенцию. Допускают
их транспортирование по шлангам.
3. Горячельющиеся – водонаполненные ВВ в горячем
состоянии - легкоподвижные, а при нормальной температуре
твердеют.
Газовые смеси.
5.4.9 Испытание взрывчатых веществ
Все новые взрывчатые вещества должны проходить лабораторно-полигонные или стендовые экспериментальные испытания. В Донбассе такие испытания разрешено выполнять в
институте МакНИИ (г.Макеевка).
Экспериментальным или расчетным путем для новых
сортов ВВ определяются теплота и работа продуктов взрыва,
объем, температура и давление газов взрыва. /4/.
Для оценки взрывчатых свойств ВВ, производится экспериментальное определение скорости детонации, бризантности, работоспособности, чувствительности и опасности ВВ в
обращении (определяется чувствительность к тепловому
имульсу, к удару и трению). Дается оценка химической и физической стойкости ВВ.
84

Для взрывчатых веществ, содержащих нитроэфиры в
количестве более 30%, определяется наличие эксудата (выделение на поверхности патронов жидких нитроэфиров).
Кроме того, проводятся промышленные испытания новых ВВ в производственных условиях, по результатам которых,
в соответствии с инструкцией «Единых правил безопасности
при взрывных работах» о порядке допуска к применению новых взрывчатых материалов, принадлежностей и приборов
взрывания, принимается решение о допуске их к постоянному
применению.
Проверка качества уже выпускаемых взрывчатых веществ и пригодность их для хранения и применения производится в следующих случаях:
-при поступлении потребителям от заводов-изготовителей (при отсутствии сертификатов или при поврежденной таре) или со складов взрывчатых материалов других предприятий;
-при возникновении сомнений в доброкачественности;
-в конце гарантийного срока.
Свойства взрывчатых веществ могут изменяться в процессе транспортирования и хранения. Поэтому при поступлении на склад и в процессе хранения все взрывчатые вещества
периодически испытываются с целью определения их пригодности к дальнейшему хранению и безопасному использованию
для взрывных работ.
При поступлении взрывчатых веществ на базисные
склады производится весь комплекс испытаний, предусмотренный «Едиными правилами безопасности при взрывных работах».
На расходных складах взрывчатые вещества подвергаются только наружному осмотру, если они поступают туда с
базисного склада.
Испытания взрывчатых веществ проводят взрывники
или лаборанты под руководством заведующего складом в следующие сроки:
-взрывчатые вещества, не содержащие жидкие нитро эфиры,—в конце гарантийного срока и каждые три месяца после его истечения;
85

-взрывчатые вещества, содержащие жидкие нитроэфиры,—в конце гарантийного срока и через каждый месяц после
его истечения
Если возникает сомнение в доброкачественности взрывчатых веществ, то их испытывают независимо от сроков хранения.
Испытания проводятся на территории склада на специально отведенных площадках.
При получении уже выпускаемых взрывчатых веществ,
производится наружный осмотр тары и отобранных для проверки патронов ВВ, определение способности к передаче детонации от патрона к патрону, а также влажности взрывчатых
веществ.
При наружном осмотре тары устанавливается наличие
внешних повреждений на ящиках или мешках. Проверяется обвязка и пломбировка тары, отсутствие следов подмокания. /4/.
Ящики с дефектами отбираются в отдельную партию,
составляется акт, а затем проверяется внутренняя упаковка патронов. При целой внутренней упаковке испытания проводятся
по обычной методике. При нарушенной внутренней упаковке
испытанию подвергается каждый ящик.
Для наружного осмотра патронов, из поступившей партии отбирается пять пачек.
На патронах должен стоять штамп с указанием типа
взрывчатого вещества, массы патрона, даты изготовления, марки завода и номера ящика. На патронах не должно быть следов
подмокания или увлажнения. Торцы патронов должны быть
аккуратно заделаны, чтобы исключить высыпание из них
взрывчатого вещества или затекание влагоизолирующего состава внутрь патрона. Недопустимо, чтобы в торцах патронов
были углубления более 7 мм.
При наружном осмотре патронов нитроэфировых
взрывчатых веществ не должно быть следов жидкости на патронах и ящиках.
При разворачивании бумажной оболочки патрона на ее
внутренней стороне также не должно быть следов жидкости.
Допускается только наличие блестящей полоски на внутреннем
крае бумажной оболочки патрона шириной не более 6 мм.
86

Определение скорости детонации.
Наиболее простой метод определения скорости детонации основан на сравнении известной скорости детонации детонирующего шнура со скоростью детонации испытуемого
взрывчатого вещества.
Более сложные методы определения скорости детонации основаны на фиксации электронным осциллографом или
высокоточным секундомером времени прохождения детонационной волной фиксированного расстояния по заряду.
Впервые, так называемый, полевой метод определения
скорости детонации предложил инженер Дотриш.
На боковой поверхности по оси заряда 3 (рис. 5.10), заключенного в металлическую трубку 2 без шва с внутренним
диаметром 30 мм, толщиной стенок 4 мм и длиной 300 мм, делаются два отверстия на расстоянии а = 200 мм, в которые
вставляются концы отрезка детонирующего шнура 5 и 11.

Рис. 5.10 Стенд для определения скорости детонации
по методу Дотриша
1-капсюль-детонатор; 2-металлическая трубка; 3-исследуемый
заряд ВВ; 4-пробка; 5 и 11-детонирующий шнур; 6-прокладка из
картона толщиной 1-1,5 мм; 7-трубка защитная из стали; 8шпагат; 9-пластина-подушка из стали; 10- пластина-фиксатор
из тонкой оцинкованной стали; 12- детонатор тетриловый

Отрезок детонирующего шнура АО=1000 мм, а отрезок
87

БО=800 мм. Таким образом, путь детонационной волны влево и
вправо от точки А до точки О одинаков и составляет АО=а+БО.
Расстояние от отверстия А до донышка капсюлядетонатора 1 с промежуточным детонатором 12 составляет 80—
120 мм. Торцы трубки 2 закрываются металлическими пробками 4 на резьбе. Детонирующий шнур крепится на пластинке 10.
При взрыве детонация распространяется от капсюльдетонатора вдоль по заряду к точке А, где раздваивается. Дальше детонационная волна движется по ВВ до точки Б и по детонирующему шнуру от точки А до точки О. В точке Б детонационная волна переходит в отрезок детонирующего шнура и движется от точки Б до точки О, т.е детонационная волна движется
по отрезкам детонирующего шнура навстречу друг другу.
Если скорость детонации исследуемого взрывчатого
вещества будет равна скорости детонации детонирующего
шнура, то детонационные волны встретятся в точке О. На практике скорость детонации исследуемого взрывчатого вещества
всегда меньше скорости детонации детонирующего шнура, поэтому детонационные волны встретятся в точке В.
В месте встречи детонационных волн (точка В) на пластинке-фиксаторе 10 образуется углубление. После взрыва пластинка-фиксатор 10 вынимается из защитной трубки 7 и измеряется с точностью до 0,2 мм расстояние от точки О до точки В.
Скорость детонации рассчитывают исходя из равенства
времени распространения детонационных волн от точки А до
места их встречи (точка В), т. е.

t

AO  К
a
БO  К


.
vдш
vВВ
vдш

Учитывая, что АО =БО+ а, после простых преобразований получим

v ВВ  v дш

a
,
a  2k

где Vвв и Vдш — соответственно скорости детонации испытуемого ВВ и детонирующего шнура, м/с; к - расстояние от середины
пластины до места встречи детонационных волн, м.
88

В зависимости от цели испытаний заряд взрывчатого
вещества может быть в порошкообразном или прессованном
виде с требуемой плотностью. Точность определения скорости
детонации по этому методу ± (3—5)%.
Впоследствии этот метод усовершенствовали М.Я Сухаревский и Ф.А.Першаков. Они предложили схему без металлической трубки (рис.5.11).

Рис. 5.11 Схема упрощенного полевого метода определения скорости детонации
Концы детонирующего шнура 2 вводятся в отверстия,
выполненные в точках А и Б непосредственно в патроне 1 испытываемого ВВ на глубину равную 2/3 его диаметра. Петля
детонирующего шнура размещается на фанерной пластине 3 с
деревянными буртиками высотой 20 мм. Для инициирования
заряда может применяться электродетонатор 4 или капсюльдетонатор.
Методика испытаний осталась прежней.
Определение бризантности ВВ.
По характеру действия взрыва на окружающую среду
различают бризантное (дробящее) и фугасное (метательное)
действие взрывчатого вещества.
Бризантное действие заряда взрывчатого вещества характеризуется способностью дробления породы на контакте и в
непосредственной близости от заряда.
Бризантность зависит от скорости взрывчатого превращения и оценивается по величине давления детонационной
волны взрывчатого вещества.
89

Бризантные взрывчатые вещества взрываются с огромной скоростью (несколько тысяч метров в секунду) и поэтому
давление газов нарастает очень быстро. В определенный момент давление газов становится настолько велико, что превышает прочность породы даже в самых крепких местах.
Поскольку скорость взрыва очень большая, то действие
газов на породу носит характер сильного резкого удара, дробящего породу на мелкие куски.
При взрыве фугасного ВВ давление газов взрыва нарастает сравнительно медленно, так как скорость взрыва относительно небольшая (несколько сот метров в секунду), поэтому
газы, проникая в трещины, раскалывают породу на отдельные
крупные куски, и разбрасывает их от места взрыва.
Бризантность определяется по методу Гесса. На столбик
2 из рафинированного свинца (рис. 5.12) высотой 60 мм и диаметром 40 мм помещается стальная пластина 3 толщиной 10 мм
и диаметром 41 мм и заряд 4 (навеска) исследуемого ВВ в бумажном патроне диаметром 40 мм при плотности 1000 кг/м3.
Обычно навеска составляет 50 г взрывчатого вещества,
взвешенного с точностью до 0,1 г. Для очень мощных взрывчатых веществ (гексоген, тэн) принимается заряд массой 25 г, так
как заряд массой 50 г полностью разрушает столбик.
В заряде делается отверстие под электродетонатор (капсюль-детонатор) 5 глубиной 15 мм
Рис.5.12 Стенд для определения бризантности по методу Гесса
а- стенд до взрыва;
б- свинцовый цилиндр
после взрыва

Свинцовый столбик
с пластиной и зарядом
располагается на массивной стальной подставке 1
толщиной 20 мм, которая устанавливается на бетонный фунда90

мент. Подставка имеет четыре крючка для тесьмы 6, которой
удерживается заряд.
При взрыве верхняя часть свинцового столбика 2 деформируется (уменьшается по высоте), приобретая грибовидную форму (рис.5.12 б).
Бризантность оценивается разностью высот свинцового
столбика до и после взрыва (в миллиметрах), измеренных в четырех диаметрально противоположных точках столбика с точностью до 0,1 мм.
Бризантность промышленных ВВ колеблется от 4 до 22
мм.
Для определения относительной величины (несколько
меньшей, чем расчетная) бризантности можно использовать
метод баллистического маятника. На рисунке 5.13 приведена
схема стенда, используемого в ДонГТУ (г.Донецк).

Рис.5.13 Схема баллистического маятника
1-подвесы; 2-маятник; 3-пишущее устройство; 4-бумага; 5-подставка; 6съемный носок; 7-дере-вянные стержни; 8-на-веска ВВ; 9-электродетонатор

Маятник 2 (стальной цилиндр массой 110
кг) подвижно установлен
на стальных подвесах 1.
На одном из торцов маятника закреплено
пишущее устройство 3
(ручка или карандаш),
прочерчивающее линию
на бумаге 4, закрепленной
на подставке 5.
91

В некоторых стендах, вместо бумаги и пишущего устройства применяется подвижный движок, отмечающий величину отклонения маятника на линейке подставки.
В другой торец маятника ввинчен стальной цилиндр 6
(носок) диаметром 90 мм. На торце носка, по окружности, высверлены три отверстия диаметром 10 мм, в которые вставляются деревянные стержни 7 для размещения навески 8 (заряда)
ВВ диаметром 40 мм и массой 50 г с электродетонатором 9.
Навеска ВВ устанавливается на расстоянии 30 мм от
торца носка 6 для предохранения его от разрушения взрывом.
При взрыве заряда взрывчатого вещества, маятник отклоняется, и пишущее устройство вычерчивает продольную
линию на бумаге. Зная длину линии, измеренной от нулевой
отметки, по таблицам составленным в институте МакНИИ
(г.Макеевка) определяется бризантность исследуемого взрывчатого вещества.
Определение работоспособности ВВ.
Работоспособность – это способность взрывчатого вещества производить при взрыве разрушение среды, т.е. способность производить общую работу.
Работоспособность зависит от объема газов и количества тепла, образующихся при взрыве, а также от скорости взрыва.
Для определения работоспособности наиболее простым
является метод Трауцля.
Изготавливается, так называемая бомба (рис. 5.14) из
рафинированного свинца в виде цилиндра 1 высотой 200 мм и
диаметром 200 мм с каналом в центре диаметром 25 мм и глубиной 125 мм для размещения заряда 3 исследуемого взрывчатого вещества массой 10 г в оловянной фольге, снабженного
электродетонатором 2. Свободное после размещения заряда
взрывчатого вещества пространство центрального канала заполняется забойкой из кварцевого песка, просеянного через сито №12.
Перед заряжанием определяется объем канала в бомбе.
Для этого, после продувки воздухом, в канал заливается вода,
92

объем которой (обычно 61-62 см3) измеряется мерным цилиндром.

Рис. 5.14 Схема стенда
для определения работоспособности ВВ по
методу Трауцля
а- бомба до взрыва;
б- бомба после взрыва

После взрыва в бомбе образуется расширение (раздутие), величина которого также измеряется.
Работоспособность определяется из выражения
Р = V2 – V1 – Vэд,
где V1, V2, – соответственно объем канала до взрыва и после
взрыва; Vэд – объем полости, образованной взрывом заряда
электродетонатора (обычно 30 см3).
Для получения сравнимых результатов необходимо соблюдать стандартные условия испытания и изготовления бомб.
Каждая партия бомб перед испытанием тарируется по эталонному взрывчатому веществу, которым служит дважды перекристаллизованный из спирта тротил.
Более простым и надежным методом определения работоспособности, позволяющим выразить ее в единицах энергии,
является метод баллистических мортир или баллистических
маятников большой массы.
Баллистическая мортира 1 (рис. 5.15а) представляет собой массивный цилиндр, подвешенный на подвесках 4./4/.
В корпусе мортиры 1 выполнена взрывная камера, в которой подрывается заряд 6 (обычно массой 10 г), и расширительная камера, в которой помещается массивный поршеньснаряд 2.
При взрыве поршень-снаряд 2 выталкивается из мортиры, а сама мортира отклоняется на некоторый угол, который
93

фиксируется специальным устройством.
Рис.5.15 Стенд для
определения работоспособности ВВ
а-баллистическая мортира;
б-баллистический маятник
1-мортира; 2-снаряд; 3вкладыш; 4-подвеска; 5опора; 6-заряд ВВ; 7маятник; 8-камера

Баллистический маятник 7 (рис.5.15 б) отклоняется при
взрыве заряда 6 взрывчатого вещества, который размещается
вне маятника в специальной камере 8 передвижной мортиры.
По углу отклонения α мортиры 1 или маятника 7 оценивается работоспособность ВВ.
В МакНИИ применяется метод определения работоспособности взрывчатых веществ (с критическим диаметром детонации не более 30 мм) на баллистическом маятнике
(рис.5.16)./6/.

Рис.5.16 Схема баллистического маятника МакНИИ
1- опорная призма; 2- тяга; 3- маятник; 4- канал
маятника; 5- указатель
отклонения; 6- канал мортиры; 7- мортира

Метод основан на измерении показателей работоспособности в сравнении с эталонным ВВ и расчете обобщенного
94

параметра работоспособности.
В качестве эталонного взрывчатого вещества для предохранительных ВВ IV, V и VI классов принят угленит Э6. Для
предохранительных ВВ III класса и непредохранительных—
аммонит 6ЖВ.
Стальная мортира 7 имеет диаметр 450 мм, длину 1000
мм, массу 1500 ±25 кг, канал 6 в мортире диаметром 70 мм,
длиной 400 мм. Масса маятника 3, подвешенного на тягах 2 составляет 11000 кг.
В канал мортиры 6 помещается заряд испытуемого ВВ
массой 200 или 300 г, диаметром 36—37 мм. Мортира 7 подкатывается вплотную к маятнику 3, не допуская при этом смещения его с отмеченного нулевого положения, и производится
взрывание заряда. При взрыве мортира 7 откатывается по рельсам, а маятник 3 вследствие отдачи отклоняется.
По шкале измерительной линейки отмечается положение маятника после отклонения с точностью ±0,5 мм.
Относительная работоспособность определяется из выражения
l0= lи / lэ,
где lи,, lэ,—средние значения отклонений маятника при испытании соответственно исследуемого и эталонного зарядов ВВ, мм.
Для снижения трудоемкости при проведении исследований ВВ на работоспособность в том же институте используется двухмаятниковая баллистическая установка (рис. 5.17).
Заряд испытуемого взрывчатого вещества массой 10
±0,1 г и диаметром 24 мм помещается во взрывную камеру
мортиры. Маятники с помощью лебедок устанавливается в исходное положение. Стрелки указателя угла отклонения маятников переводятся в нулевое положение.
Производится взрывание заряда. По шкале фиксатора
отсчитывается величина отклонения маятников с точностью до
0,1°.
Взрывание зарядов испытуемого и эталонного взрывчатого вещества производится поочередно, начиная с эталонного.
Заряды помещаются поочередно во взрывную камеру правого и
левого маятников.
95

Рис.5.17 Двухмаятниковая баллистическая установка для
определения работоспособности ВВ
1-станина; 2- вал; 3- металлическая ферма; 4- маятник; 5- ловитель; 6фиксатор отклонения; 7- лебедка;8- гребенка

Производится по три параллельных испытания для каждого взрывчатого вещества, и вычисляются средние значение
отклонений для исследуемого и эталонного ВВ.
По полученным данным находится относительное отклонение маятников
α0= αи /αэ ,
где αи, αэ —среднее значение отклонений маятников при испытании соответственно исследуемого и эталонного зарядов ВВ,
градус.
В качестве эталонного взрывчатого вещества, для предохранительных ВВ IУ, V и VI классов принимается угленит
Э6, для ВВ III класса и непредохранительных—аммонит 6ЖВ.
Для определения работоспособности используются таблицы пересчета угловых отклонений маятников баллистической
установки на значение расширения канала свинцовой бомбы.
96

Испытание взрывчатых веществ на передачу
детонации.
Детонационная волна, кроме разрушительного действия, может вызвать взрыв близко расположенного заряда
взрывчатого вещества.
При взрыве активного заряда (патрона-боевика), возникшая детонационная волна при выходе из взрывчатого вещества превращается в ударную волну и распространяется по воздушному промежутку с затуханием, так как происходит потеря
энергии на сжатие среды и расширение в стороны фронта волны.
Если энергии на фронте ударной волны, достигшей границы пассивного заряда, достаточно для возбуждения в нем
детонации, то ударная волна снова переходит в детонационную
волну уже в пассивном заряде и распространяется по заряду с
постоянной скоростью, вызывая взрыв ВВ пассивного заряда.
Возможность взрывчатого вещества передавать детонацию на определенное расстояние учитывается при размещении
патронов ВВ в шпурах в случае неплотного прилегания патронов друг к другу или раздвигании их продуктами взрыва.
Поэтому проверяется соответствие паспортным данным
чувствительности одного взрывчатого вещества к взрыву другого заряда.
Для этого на плотном грунте укладываются активный
заряд 2 (патрон-боевик) и пассивный 3 заряд взрывчатого вещества (рис. 5.18).
Расстояние между ними S выбирается в соответствии с
данными, указанными в характеристике данного взрывчатого
вещества.
Рис. 5.18 Расположение зарядов
при исследовании на передачу детонации
а-расположение патронов перед взрывом; б-углубление после взрыва обеих зарядов;в-углубление после взрыва только
активного заряда
1-электродетонатор; 2-активный заряд; 3-пассивный заряд

97

О полноте взрыва судят по наличию углублений в грунте
и по отсутствию остатков бумаги и взрывчатого вещества.
Если на месте расположения патронов в грунте образовалось два углубления (рис.5.18б), причем длина каждого не менее длины испытываемого патрона, то это означает, что детонация передалась.
Если же в грунте окажется только одно углубление под
активным зарядом (рис.5.18в), то детонация не передалась, и
взорвался только активный патрон. Второй патрон может быть
отброшен или разбит.
Взрывчатое вещество считается выдержавшее испытания,
если при трех взрывах детонация от активного патрона передается пассивному.
В случае отказа число опытов удваивается. Если при этом
будут снова отказы, партия ВВ бракуется.
Взрывчатые вещества, поступившие на склад в мешках,
не испытываются на передачу детонации, однако если возникает такая необходимость, то из них изготавливаются патроны
диаметром 31±1 мм, массой по 200 г с плотностью около 1000
кг/м3 и затем проводятся испытания.
Испытание на передачу детонации водоустойчивых
взрывчатых веществ, проводится после выдержки патронов,
установленных в вертикальном положении в воде на глубине
1м от нижнего торца в течение 1ч. Патроны помещаются
в специальные футляры с отверстиями.
Слежавшиеся патроны ВВ при испытаниях не разминаются, кроме торца, в который вставляется детонатор.
Определение чувствительности взрывчатых веществ.
Чувствительность взрывчатого вещества к инициированию – это способность ВВ претерпевать взрывчатое превращение под воздействием внешнего импульса.
Чувствительность к инициированию оценивается минимальным количеством энергии начального импульса, достаточного для возбуждения детонации (взрыва).
Определение чувствительности взрывчатого вещества к
98

удару, т.е. способность ВВ к химическому превращению при
действии на него падающего с высоты груза, проводится на
специальных копрах (рис. 5.19).
На навеску 11 испытываемого взрывчатого вещества
массой 0,02-0,05 г, заключенную в специальное устройства 5
называемое - штемпельный прибор, сбрасывается груз 3 определенной массы.
При испытании инициирующих ВВ используется груз
массой 0,5—1,8 кг. Для бризантных ВВ применяются грузы
массой 5—20 кг.
Рис.5.19 Копер для определения чувствительности к
удару в ДонГТУ
а-копер с грузом;
б-штемпельный прибор
1-стойки; 2-зажим для крепления каретки груза; 3-груз; 4основание копра; 5-штемпельный прибор; 6-стрелка; 7линейка; 8-боек и наковальня
(стальные ролики); 9-корпус;
10-основание; 11-навеска испытываемого ВВ

Мерой чувствительности ВВ к удару является высота
сбрасывания груза, при которой при шестикратном сбрасывании груза произойдет хотя бы один взрыв.
Определение чувствительности взрывчатого вещества к
трению производится на маятнике трения или растиранием навески взрывчатого вещества в фарфоровой ступке.
Испытание на маятнике трения (рис. 5.20) производится путем сдвига боковым ударом подвижного ролика 4, прижатого с определенной силой поршнем 1 к поверхности навески 2
испытываемого взрывчатого вещества.
Чувствительность к трению характеризуется процентом взрывов при разных усилиях прижатия и выражается кривыми на специальных графиках.
99

Рис. 5.20 Стенд для определения
чувствительности ВВ к трению
1-поршень для создания давления на
навеску ВВ; 2-навеска ВВ; 3-упор; 4подвижный ролик; 5-неподвижный
ролик; 6-муфта; 7-ударник

Кроме того, чувствительность взрывчатого вещества к механическому воздействию определяется путем испытания навески ВВ в смеси с песком, увеличивающим чувствительность
взрывчатого вещества.
Для этого, на приборе вращательного действия типа
сверла (рис.5.21), между двумя плоскими стальными поверхностями (пуансонами), размещается навеска ВВ массой 0,05 г,
которая растирается в течение 10с при скорости вращения
верхнего пуансона 150 об/мин и определенном давлении, которое создается действием на специальный рычаг длиной L грузов массой 5, 10 и 20 кг.
Рис.5.21 Прибор для
испытания ВВ на чувствительность к механическому
воздействию
1- сверлильный станок; 2рычаг; 3- груз; 4-верхний
пуансон; 5- нижний пуансон; 6- корпус; 7- навеска
ВВ

Минимальная
нагрузка, при которой
при шести опытах не
происходит вспышки
навески ВВ определяется по формуле
QгL
p 
,
lS
100

где Qr — вес груза, Н; L — плечо подвески груза, м; l — расстояние от оси рычага до центра навески ВВ, м; S — площадь
пуансона для растирания навески ВВ, м2.
Чувствительность взрывчатого вещества к тепловому
импульсу производится в термостате и определяется температурой вспышки, т.е. той температурой, ниже которой при выдержке навески взрывчатого вещества в течение 5 минут
вспышка не происходит.
Определение влажности ВВ.
Из пяти патронов, взятых для осмотра из пяти пачек,
берется взрывчатое вещество и смешивается. После смешивания берутся две навески ВВ массой по 10 г, помещаются в стаканчиках в термостат и сушатся при температуре +65 °С до получения пробы постоянной массы.
Влажность ВВ определяется по формуле
Q Q2
B 1
100 ,%,
Q3
где Q1 — масса навески ВВ со стаканчиком до сушки, г; Q2 —
масса навески ВВ со стаканчиком после сушки, г; Q — масса
навески ВВ без стаканчика до сушки, г.
Влажность ВВ должна соответствовать требованиям
ГОСТа или техническим условиям на данное ВВ.
Рассмотренные выше характеристики дают только относительную оценку эффективности ВВ без учета объема, температуры и давления газов взрыва.
Поэтому в дополнение к вышеприведенным испытаниям определяются расчетами или экспериментально теплота и
температура взрыва, а также объем и давление газов при взрыве.
Определение теплоты взрыва
Теплота взрыва является характеристикой оценки эффективности взрывчатого вещества при разрушении пород. Чем
101

больше тепла выделяется при взрыве, тем выше работоспособность взрывчатого вещества.
Теплотой взрыва называется количество тепла, которое
выделяется при взрыве 1 кг взрывчатого вещества.
Теплота взрыва определяется теоретически или экспериментально с учетом закона Гесса - тепловой эффект химического превращения системы зависит только от начального и
конечного ее состояний и не зависит от промежуточных состояний.
Поэтому теплота взрыва Qтв может быть рассчитана,
если известна теплота образования взрывчатого вещества QтоВВ
и уравнение реакции взрыва
Qтв=QтоВВQтоПВ, кДж/г моль,
где QтоВВ и QтоПВ-соответственно теплота образования ВВ и
теплота образования продуктов взрыва.
Теплота взрыва 1 кг взрывчатого вещества определяется по формуле
Qтв1= Qтв 1000/М, Дж,
где М- молекулярная масса ВВ.
Для экспериментального определения теплоты взрыва
применяется калориметр с бомбой объемом 5 литров, рассчитанной на давление 50 МПа при 100 °С. Калориметр (рис.5.22)
позволяет определить теплоту взрыва, объем газов и их состав.
Рис. 5.22 Калориметр
для определения теплоты
взрыва
1-жидкость; 2-сосуд; 3 бомба; 4-электрические провода;
5-мешалка; 6-вентиль; 7выпускная пробка; 8- термометр; 9-лопасти мешалки; 10крышка; 11- заряд ВВ; 12- теплоизоляционная оболочка

В бомбах малого размера испытываются
102

заряды массой 1—2 г, которые воспламеняются раскаленной с
помощью электрического тока проволочкой. Такие бомбы пригодны для испытания инициирующих ВВ.
Для испытания аммонитов и тротила применяются бомбы большого размера, где с помощью электродетонатора взрывается заряд массой 50—100 г.
Для замера тепла, выделившегося при взрыве, бомба
помещается в сосуд с точно измеренным количеством воды.
Количество тепла, выделившегося в бомбе и поглощенного телом бомбы или бомбой и водой, вычисляется путем умножения
теплоемкости бомбы или системы бомба плюс вода на разность
между конечной и начальной температурами воды или тела
бомбы. Теплота взрыва 1 кг ВВ определяется из выражения
Qтв1=(с+с0)(Тк-Тн) 1000/Qвв, Дж/кг,
где с—теплоемкость общего количества воды, окружающей
бомбу Дж/°С; с0-теплоемкость аппаратуры, Дж/°С; Тк и Тн—
соответственно конечная и начальная температура воды и бомбы, °С; Qвв — навеска ВВ, г.
Определение температуры взрыва.
Температура взрыва—это максимальная температура,
до которой нагреваются газообразные продукты взрыва за счет
теплоты, выделяющейся при взрывчатом превращении ВВ.
Из-за сложности опытного определения, температура
взрыва обычно определяется расчетным методом. Процесс
взрыва принимается адиабатическим, поскольку время реакции
для промышленных взрывчатых веществ настолько мало, что
потерями тепла на нагревание окружающей среды и некоторым
расширением газов можно пренебречь.
Температура газов взрыва вычисляется по формуле
t 

Q
C

т

,

v

где Qm—теплота взрыва ВВ, кДж;/г моль; Сv — средняя теплоемкость всех продуктов взрыва при постоянном объеме в интервале от 0 до 7 °С.
103

Теплоемкость в зависимости от температуры и может
быть определена по формуле
Сv= а+b t, Дж/моль•°С,
где а—значение теплоемкости газов при t == 0 °С; b—
коэффициент, учитывающий прирост теплоемкости газов с увеличением температуры.
Теплота взрыва определяатся из выражения
Qm =(с+с0)(Тк-Тн).
Определение объема газов при взрыве.
Объем газов при взрыве определяется по реакции
взрывчатого разложения ВВ на основе закона Авогадро, согласно которому объем, занимаемый грамммолекулой различных газов при температуре 0 °С и давлении 0,4 МПа равен
0,2242 м3.
Объем газов, образующихся при взрыве 1 кг ВВ, определяется по формуле
V 

0 , 2242 ( n 1  n 2  ...  n n )1000 м3/кг,
,
m 1 M 1  m 2 M 2  ...  m n M n

где n1, n2,..., nп—число грамммолекул газообразных продуктов
взрыва; m1,m2,..., mn—число грамммолекул составных частей
ВВ; М1,M2,...,Мn— молекулярный вес составных частей ВВ.
Объем газов, образуемый какой либо смесью компонентов, определяется как сумма объемов газов, образуемых отдельными компонентами смеси.
Определение давления газов при взрыве.
Возникающее при взрыве давление газов в зарядной камере может быть определено исходя из газового уравнения
Клайперона:
p V
pV  RT  0 0 ,
237

где р — давление газов при взрыве, Па; V — объем зарядной
камеры, м3; R –газовая постоянная; Т—абсолютная температура
104

газов при взрыве; р0—атмосферное давление при 0 °С, Па; V0объем газов при взрыве 1кг взрывчатого вещества при t = 0°,м3.
Для идеальных газов давление определяется из выражения
RT .
p 
V

С учетом собственного объема молекул газообразных
продуктов взрыва, а также наличия в продуктах взрыва твердых
остатков формула для определения давления имеет вид
RT
,
p 
V  ( α  β)

где α –собственный объем молекул газообразных продуктов
взрыва (коволюм); β –объем твердых остатков в продуктах
взрыва.
Коволюм на 1 кг взрывчатого вещества можно определить из выражения
n1 α 1  n 2 α 2  ...  n k α k
,
α
m 1 M 1  m 2 M 2  ...  m k M k
где n1, n2,...,nk —число грамммолекул газообразных продуктов
взрыва; a1, a2,...,ak—величины коволюма для газов, равные для
азота N2—0,00062, водорода H2—0,00025, кислорода O2—
,00051, воды Н2О—0,00036, CO2, CO—0,00068; m1,m2,..., mk —
число молекул компонентов ВВ; М1,M2,...,Мk —молекулярные
веса компонентов ВВ.
Объем твердых остатков определяется по формуле
β 

(n 1 β 1  n 2 β 2  ...  n k β k )1000 ,
m 1 M 1  m 2 M 2  ...  m k M k

где b1,b2,...,bk —объем молекул твердых остатков в продуктах
взрыва, м3.
С учетом плотности заряда давление газов, образующихся при взрыве в зарядной камере, вычисляется по формуле
RT 
, Па,
p 
1   ( α  β)

где  —плотность заряда взрывчатого вещества, кг/м3.
Эта формула дает точные результаты при плотности заряда не более 600 кг/м3.
105

Определение стойкости взрывчатых веществ.
Стойкостью называется способность взрывчатого вещества сохранять постоянными свои первоначальные химические и физические свойства.
Различают химическую и физическую стойкость.
Химическая стойкость — способность взрывчатого вещества сохранять неизменными свои химические свойства. Она
зависит от состава взрывчатых веществ (нитроэфировые взрывчатые вещества менее стойкие, чем аммониты), от чистоты (наличие следов кислот в нитроэфировых взрывчатых веществах
сильно снижает их стойкость) и т. д.
Физическая стойкость — способность взрывчатого вещества сохранять неизменными свои физические свойства и
структуру при хранении и применении.
При характеристике физической стойкости различаются:
-гигроскопичность — способность ВВ поглощать влагу из атмосферы;
-слеживаемость — способность порошкообразных
взрывчатых веществ терять при хранении сыпучесть и превращаться в сплошную массу со снижением или полной потерей
восприимчивости к детонации;
-водоустойчивость — способность патронов ВВ при
соприкосновении с водой сохранять в течение определенного
времени взрывчатые свойства.
-расслаиваемость — свойство взрывчатых веществ в
условиях транспортирования и заряжания терять однородность
состава за счет перераспределения компонентов с разной плотностью. В результате расслаиваемости ухудшается детонационная способность взрывчатого вещества.
Испытание порохов.
Бездымные пороха, применяемые иногда на карьерах,
перед использованием подвергаются физико-химической оценке их состояния. Кроме того, определяется их работоспособность и способность к детонации.
106

При физико-химической оценке устанавливается отсутствие следов разложения пороха (при разложении изменяется
цвет зерен пороха, появляются желтоватые вздутия и трещины).
У нитроглицериновых и нитрогликолевых порохов может наблюдаться выделение компонентов в виде капель жидкости (эксудация).
Капелька промокается промокательной бумагой, размещается на металлическом листе, а затем по ней ударяют молотком. Хлопок или треск свидетельствуют об эксудации пороха.
Такие пороха подлежат уничтожению.
Детонационная способность пороха определяется в зарядах массой 8 кг, располагаемых на глубине 1 м в шурфах или
канавах. Если порох не детонирует от детонатора из аммонита
массой 2 кг, партия бракуется.
Работоспособность пороха определяется проведением
сравнительных взрывов с аммонитом или тротилом в грунте.
Затем находятся переводные коэффициенты по объему выброшенного грунта, которые используются в дальнейшем при составлении паспортов буровзрывных работ.
При испытаниях дымного пороха из 10% прибывших
мешков отбираются навески по 0,5 кг и осматриваются. Зерна
пороха должны быть сизо-черного цвета с блестящей поверхностью. Белые или желтые кристаллы на зернах, слипшиеся комки пороха должны отсутствовать.
При высыпании пороха на белом листе не должно оставаться пыли или черных пятен. Если пробы не соответствуют
указанным требованиям, партия бракуется.
Испытания предохранительных ВВ
Предохранительные взрывчатые вещества, предназначенные для ведения взрывных работ в шахтах, опасных по
взрыву газа или разрабатывающих пласты, опасные по взрыву
пыли дополнительно подвергаются, специальным испытаниям
на безопасность воспламенения метановоздушной и пылевоздушной смесей.
Испытания каждой партии предохранительных взрывчатых веществ (ПВВ) на соответствие их предохранительных
107

свойств техническим условиям или стандартам проводятся на
заводах-изготовителях. Отдельные партии ПВВ проходят государственные контрольные испытания в МакНИИ или ВостНИИ.
Испытания проводятся в опытном штреке в виде металлической трубы (рис. 5.23) длиной 15 м, диаметром 1200—
1800 мм, открытой с одного конца. Другой конец трубы закрыт
днищем 6 с отверстием (люком) 9 диаметром 400 мм.

Рис. 5.23 Стенд для испытания предохранительных ВВ
1-распылительная мортира для распыления угольной пыли; 2термопара; 3-диафрагма; 4- смеситель; 5- взрывная камера; 6днище штрека; 7- вентиляционная труба; 8- мортира для исследуемого ВВ; 9- люк; 10- газопровод

Часть трубы (объемом 10—11 м3 ) со стороны днища 6
на время испытаний отделяется подвижной бумажной диафрагмой 3 для создания изолированной камеры с метановоздушной смесью (смесь газов или пыли в наиболее опасной концентрации). После создания во взрывной камере 5 взрывчатой
смеси диафрагма 3 быстро убирается и производится взрыв испытуемого заряда. При испытании на безопасность по угольной
пыли диафрагма 3 не устанавливается.
Равномерность концентрации газа создается вентилятором, а пылевое облако образуется за счет выброса в камеру
мелкой угольной пыли, просеянной через сито с 6400 отверстиями на 1 см2 в количестве 6 кг из специальной распылительной мортиры 1 зарядом ВВ массой 50 г.
108

Для создания пылевоздушной смеси используется
угольная пыль с содержанием летучих веществ – 30-35%, золы
– не более 9%, а влаги – не более 2%.
Взрывание осуществляется электрическим способом
электродетонатором мгновенного действия.
Испытываемое взрывчатое вещество помещается в
специальной мортире 8, которая на тележке подкатывается к
днищу трубы, так, чтобы отверстия мортиры 8 и днища 6 совпали.
Мортира 8 для испытания ВВ представляет собой массивный стальной цилиндр диаметром 500—600 мм и длиной
1200—1300 мм из высоколегированной хромоникелевой стали.
В канал мортиры (отверстие мортиры имитирует
шпур) диаметром 55 мм и глубиной 900 мм помещается заряд
исследуемого ВВ так, чтобы расстояние ВВ от устья мортиры
было не менее 50 мм. Устье мортиры забивается глиняной забойкой весом 50 г.
Предохранительные взрывчатые вещества подвергаются
следующим испытаниям /6/:
1.Определение предохранительных свойства ВВ моделированием взрыва шпурового заряда, когда передняя часть
шпура, в которой размещалась забойка, срезана предыдущим
взрывом заряда в смежном шпуре.
Испытываемые заряды ВВ взрываются в канальной
мортире без забойки.
Этим методом испытывают ВВ III и IV классов по условиям применения.
В штреке создается метановоздушная и пылевоздушная
смеси с концентрацией метана 9 ±0,5%. Общий объем метановоздушной смеси создается более 10 м3. Общая масса угольной
(сланцевой) пыли составляет 6000 ±100 г.
Распыление угольной пыли производится за 6—8с до
взрыва испытуемого заряда.
Температура взрывоопасной смеси должна быть 20 °С.
Для взрывания применяется прямое и обратное инициирование зарядов в мортире.

109

Число опытов при испытании в метановоздушной смеси
при прямом и обратном инициировании—по 20, а в пылевоздушной смеси—по 5.
Масса испытуемых зарядов устанавливается в зависимости от класса ВВ и составляет (г) для ВВ:
III класса
по газу ..................…………………………….150—175
по пыли ............…......………………………...не испытывается
IV класса
по газу ....................……………………………300
по пыли .....................………………………….700
V класса
по газу при прямом инициировании ...………1000
по газу при обратном инициировании ...…….600
по пыли ...................……………………………600
VI класса
по газу и пыли при прямом
и обратном инициировании ...............………..1000

Взрывчатые вещества считаются выдержавшими испытание по газу при указанной массе заряда, если:
-при испытании ВВ III и IУ классов частота воспламенения метановоздушной смеси в 20 опытах будет не более 50%;
-при испытании взрывчатых веществ V и VI классов отсутствуют случаи воспламенения метана.
Взрывчатые вещества считаются выдержавшими испытания по пыли при указанной массе заряда, если при испытании
ВВ всех классов в пяти опытах отсутствует воспламенение
угольной пыли.
2.Определение предохранительных свойства взрывчатых веществ моделированием условия взрывания распыляющих
зарядов при создании водораспылительных завес в случае отсутствия воды в сосуде, а также взрыва вылетевшего из шпура патрона-боевика.
Метод распространяется на предохранительные ВВ V
класса по условиям применения.
Метановоздушная и пылевоздушная смесь в опытном
штреке создается и контролируется, как и при испытании ВВ в
канальной мортире.
110

Испытуемый заряд 2 (рис. 5.24) свободно подвешивается горизонтально по центру взрывной камеры 1 штрека так,
чтобы ось заряда совпадала с осью трубы штрека.

Рис.5.24 Схема размещения свободно подвешенного
заряда ВВ
1-взрывная камера штрека; 2-заряд ВВ; 3- мортира; 4- диафрагма

Электродетонатор донной частью направляется в сторону открытой части трубы штрека. К фланцу люка в днище
штрека вплотную подкатывается мортира.
Масса заряда испытуемого ВВ устанавливается техническими условиями или стандартом на испытуемый образец ВВ.
Производятся по 20 опытов на безопасность воспламенения метановоздушной смеси и 5 опытов на безопасность воспламенения пылевоздушной смеси.
Взрывчатое вещество считается выдержавшим испытание, если отсутствует воспламенение газа и пыли.
3.Определение предохранительных свойств взрывчатых
веществ моделированием наиболее опасных условий в забое—
взрывания шпурового заряда с боковым обнажением.
Метод распространяется на высокопредохранительные
взрывчатые вещества VI класса по условиям применения.
Метановоздушная и пылевоздушная смесь в опытном
штреке создается и контролируется так, как и при испытании
ВВ в канальной мортире (рис.5.25).
111

Заряд 2, состоящий из одного или нескольких патронов,
расположенных в один ряд вплотную друг к другу, укладывается в уголковой мортире 1 по ее длине таким образом, чтобы
расстояние от обоих торцов колонки заряда до среза мортиры
было одинаковым, но не менее 50 мм.

Рис.5.25 Схема испытания
ВВ в уголковой мортире
1- уголковая мортира; 2- заряд
испытуемого ВВ; 3- отражательная стенка; 4- штрек

Патрон с электродетонатором располагается первым от
днища штрека.
Масса заряда испытуемого ВВ устанавливается техническими условиями или стандартами на данное ВВ.
При испытании предохранительных взрывчатых веществ
VI класса производится по 20 опытов на безопасность воспламенения метановоздушной смеси и 5 опытов на безопасность
воспламенения пылевоздушной смеси.
Взрывчатое вещество считается выдержавшим испытание, если отсутствуют воспламенения газа и пыли.
4.Определение предохранительных свойств взрывчатых
веществ (VII класса), предназначенных для специальных работ.
Испытания взрывчатых веществ VII класса на безопасность в метано-воздушной и пылевоздушной смесях проводятся
в опытном штреке.
Взрывчатые вещества, предназначенные для перебивания деревянных стоек при посадке кровли в выработанном пространстве очистного забоя, испытываются путем одновременного взрывания 20 зарядов, рассредоточенных во взрывной камере опытного штрека (рис.5.26).
Взрывчатые вещества, предназначенные для ликвидации зависаний горной массы и вторичного дробления, испытываются взрыванием в уголковой мортире с отражательной
112

стенкой (Рис.5.25), расположенной на расстоянии 200 ±50 мм от
заряда, состоящего из патронов, связанных в пучок. Масса заряда устанавливается техническими условиями или стандартом
на взрывчатое вещество.
Рис.5.26 Схема испытания рассредоточенных зарядов ВВ в
опытном штреке
1- днище штрека; 2,6деревянные стойки; 3-капроновая леска или провод; 4заряды ВВ; 5- стенка
штрека

5.5 Классификация взрывчатых материалов по степени
опасности при хранении и транспортировании
Все взрывчатые материалы по степени опасности при
хранении и транспортировании разделяются на пять групп
(табл. 5.5):
Принадлежность конкретного взрывчатого материала к
той или иной группе совместимости и подклассу определяется
разработчиком, подтверждается организацией — экспертом по
безопасной работе и указывается в стандартах (технических
условиях) и инструкциях (руководствах) по применению соответствующих ВМ
Взрывчатые материалы различных групп совместимости
должны храниться и перевозиться раздельно.
Допускается совместное хранение:
1) дымных (группа совместимости D) и бездымных
(группа совместимости С) порохов в соответствии с требованиями для наиболее чувствительных из них;
2) огнепроводного шнура, средств зажигания его и
порохов, сигнальных и пороховых патронов и сигнальных ракет
113

(группа совместимости G) с взрывчатыми материалами групп
совместимости
3) детонирующего шнура (группа совместимости
D) с капсюлями-детонаторами, электродетонаторами и пиротехническими реле (группа совместимости В).
Таблица 5.5 Группы опасности взрывчатых веществ
Группа
совмести
Наименование вещества, изделия
мости
(опасности)

Классификационный шифр в подклассах

1.1

Изделия, содержащие иниции1.1В
рующие ВВ

B

C

Метательные ВВ и другие дефларирующие ВВ или изделия,
1.1C
их содержащие

D

Вторичные детонирующие ВВ:
изделия, содержащие детонирующие ВВ без средств ини1.1D
циирования и метательных зарядов

F

G

Изделия, содержащие вторичные детонирующие ВВ, средства Инициирования и метатель- 1.1F
ные заряды или без метательного заряда
Пиротехнические вещества и
1.1G
изделия их содержащие

1.2

1.3

1.2В

1.2С

1.4

1.5

1.4B

1.3С

1.2D

1.4С

1.4D

1.2F

1.3F

1.4F

1.2G

1.3G

1.4G

1.5D

5.6 Кислородный баланс взрывчатых веществ.
Ядовитые газообразные продукты взрыва
При ведении взрывных работ образуется значительное
количество ядовитых газов. Учитывая, что взрыв, как правило,
основан на окислении кислородом горючих веществ (углерода,
114

водорода, металлов), рецептуру промышленных ВВ составляют
с таким расчетом, чтобы в результате взрыва образовались продукты, представляющие наименьшую опасность для горнорабочих.
Поэтому необходимо учитывать, так называемый, кислородный баланс, т.е. отношение избытка или недостатка кислорода в составе ВВ к его количеству, необходимому для полного окисления всех горючих компонентов.
В зависимости от избытка или недостатка кислорода в
ВВ различают нулевой, положительный и отрицательный кислородный баланс.
Нулевым называют такой кислородный баланс, при котором количество кислорода в составе ВВ достаточно для полного окисления всех горючих элементов, входящих в состав
ВВ.
Нитрогликоль относится к ВВ с нулевым кислородным
балансом, так как в нем кислорода достаточно только для полного сгорания углерода и водорода.
Если в составе ВВ имеется избыток кислорода, то кислородный баланс считается положительным, а если недостаток — отрицательным.
При взрыве ВВ с нулевым кислородным балансом теоретически должно происходить полное окисление горючих
элементов с максимальным выделением энергии. При взрыве
такого ВВ образуется минимальное количество ядовитых газов.
Таким образом, ВВ с нулевым кислородным балансом является
наиболее эффективным.
При избытке кислорода выделяются окислы азота, а при
недостатке кислорода выделяется окись углерода.
При большом недостатке кислорода (отрицательный баланс), наряду с продуктами неполного окисления (СО, Н2 и др.),
часть углерода выделяется в свободном виде, резко снижая образование газов.
При большом избытке кислорода (положительный баланс), наряду с оксидами азота (NO, NO2, N2O3) в продуктах
взрыва может находиться азот в свободном состоянии.
115

Кислородный баланс рассчитывается по формуле
К=(16n/М)100% ,
где п — число избыточных (недостающих) атомов кислорода в
одной молекуле ВВ; М—относительная молекулярная масса
взрывчатого вещества.
Состав большинства промышленных ВВ (как однородных, так и смесей) может быть выражен общей формулой
Ca Hb Nc Od Ale ,
где а, b, с, d, e — число атомов соответственно углерода, водорода, азота, кислорода и алюминия в молекуле ВВ.
Поэтому избыточное (недостающее) число атомов кислорода можно определить из следующего выражения:
n = d(2a+

b 3
 e) .
2 2

Пример. Определить кислородный баланс аммиачной се
литры, химическая формула которой NH4NO3./9/.
Решение. Горючим элементом в аммиачной селитре является водород. Для окисления четырех атомов водорода необходимо два атома кислорода. В молекуле же имеется три атома
кислорода. Следовательно, кислородный баланс является положительным, а число избыточных атомов кислорода n=3—2=1.
Относительная молекулярная масса аммиачной селитры равна
80. Подставляя значения n и М в формулу, определяем кислородный баланс аммиачной селитры:
К ==(16·1/80). 100% = +20%.
Смешивая в определенной пропорции ВВ с отрицательным и с положительным кислородным балансом (например,
тротил и аммиачную селитру), можно получить ВВ с нулевым
или близким к нулю кислородным балансом и с большой энергией. Примером такой взрывчатой смеси является аммонит
№ 6ЖВ. Его удельная потенциальная энергия составляет 4316
кДж/кг, в то время как удельная потенциальная энергия тротила
— 4190 кДж/кг, а аммиачной селитры — 1521кДж/кг.
Добавляя к ВВ с положительным кислородным балансом горючие добавки (например, к аммиачной селитре мине116

ральное масло или древесную муку), можно получить взрывчатую смесь большей работоспособности, так как за счет избыточного кислорода взрывчатого компонента будут сгорать углерод и водород горючей добавки, повышая энергию ВВ.
Чем больше отклоняется кислородный баланс от нулевого значения, тем меньше потенциальная энергия взрывчатого
вещества и тем больше выделяется ядовитых газов.
Взрывчатые вещества с небольшим положительным или
с нулевым кислородным балансом теоретически не должны давать ядовитых газов, поэтому при изготовлении промышленных
ВВ их состав подбирается так, чтобы получать взрывчатые вещества с кислородным балансом максимально приближенным к
нулю.
Чтобы у ВВ с нулевым или с небольшим (0,2—3%) положительным кислородным балансом при горении бумажной
парафинированной гильзы патрона выделялось минимальное
количество окисей углерода, масса гильзы ограничивается: на
100 г ВВ масса бумажной обертки должна быть не более З г, а
парафина — не более 2,5 г.
Для подземных работ допускается применение взрывчатых веществ с нулевым или небольшим положительным кислородным балансом, которые при взрыве выделяют ядовитые газы в количестве до 80 литров на 1 кг ВВ (в пересчете на условную окись углерода).
Для пересчета составляется формула разложения ВВ на
компоненты, которые с использованием пересчетных коэффициентов приводятся к условной окиси углерода.
При пересчете окислов азота на условную окись углерода –
количество окислов азота умножается на коэффициент 6,5. При
пересчете сернистых газов и сероводородов на условную окись
углерода принимается коэффициент 2,5.
Ядовитые газообразные продукты взрыва
При взрыве взрывчатых веществ с различным кислородным балансом выделяются разнообразные газы, многие из
которых являются ядовитыми для человека.
117

При взрыве ВВ с отрицательным кислородным балансом выделяются окиси (оксиды) углерода (угарный газ СО).
Оксид углерода – газ без цвета, вкуса и запаха. При
вдыхании образуют в легких прочные соединения с красными
кровяными тельцами, которые являются носителями кислорода
из легких к тканям.
Газы очень опасны. При больших концентрациях человеческий организм испытывает кислородное голодание, поэтому появляется головокружение, потеря сознания и может наступить смертельное отравление.
В случае отравления оксидом углерода пострадавшего
нужно вынести на свежую струю, дать подышать кислородом, а
в случае потери сознания — сделать искусственное дыхание до
оказания специальной медицинской помощи.
Оксиды азота (NO, NO2, N2O3)—газы красно-бурого
цвета, опасны тем, что разрушают слизистые оболочки дыхательных путей и легких. Вдыхание оксидов азота вызывает кашель, слезотечение и одышку. Предельно допустимая объемная
концентрация оксидов азота 0,0001%. Эти газы особенно опасны, т.к. они токсичны, т.е. имеют скрытый период действия и
могут без особых проявлений накапливаться в организме
человека в течении 4—6 часов, после которого может наступить отек легких.
Газы токсичнее окислов углерода более чем в 6 раз.
При разрушении горных пород содержащих серу и сернистые соединения образуется сероводород и сернистый ангидрид.
Сероводород (Н2S)—бесцветен, имеет запах тухлых яиц.
Он сильно раздражает дыхательные пути, слизистые оболочки
глаз и носа. При сильных отравлениях наблюдаются судороги и
потеря сознания. Предельно допустимая объемная концентрация сероводорода 0,00066%.
Сернистый ангидрид (SO2)—бесцветен, отличается резким раздражающим запахом, вызывающим чихание, кашель и
спазмы в горле. При сильных отравлениях могут наблюдаться
воспаления бронхов и отек легких.
Предельно допустимая объемная концентрация 0,0007%.
118

При взрыве электродетонаторов образуются пары ртути
и аэрогели свинца и ртути, которые также являются ядовитыми
веществами.
Кроме перечисленных газов при взрыве ВВ выделяется
хлор, вызывающий раздражение дыхательных путей и отек легких. Хлор по токсичности более опасен, чем окись углерода.
5.7. Способы инициирования взрывчатых веществ
Взрывание зарядов (инициирование) может быть огневое, электрическое, электроогневое и взрывание детонирующим
шнуром (бескапсюльное).
При огневом способе инициирование зарядов взрывчатых веществ производится с помощью капсюля-детонатора, который взрывается с помощью огнепроводного шнура.
При электрическом способе инициирование зарядов
взрывчатых веществ производится электродетонатором, для
этого специальный электровоспламенитель, закрепляется в капсюле-детонаторе.
Промежуточное положение между огневым и электрическим - занимает электроогневой способ взрывания. При этом
инициирование зарядов ВВ производится с помощью капсюлядетонатора, а огнепроводный шнур зажигательной трубки поджигается электровоспламенителями.
При бескапсюльном способе, инициирование зарядов
ВВ производится непосредственно детонирующим шнуром.
5.8 Огневой способ взрывания зарядов
Огневой способ взрывания применяется при проведении
открытых горных выработок и в шахтах, не опасных по взрыву
газа или пыли при проходке подземных горизонтальных и наклонных не более 30° выработках.
В выработках, с углом наклона более 30°, а также в тех случаях, когда затруднен своевременный отход взрывника на безопасное
расстояние или в укрытие, огневое взрывание запрещено.

Основным достоинством огневого способа взрывания
119