【采矿课件】02 钻眼爆破.ppt
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1、1,2019/7/7,井巷工程,第二章 钻眼爆破,2,2019/7/7,第二章 钻眼爆破,第一节 钻眼机具,第二节 炸药和爆炸概论,第三节 工业炸药,第四节 起爆材料,第五节 电雷管起爆法,第六节 破岩原理和爆破技术,3,2019/7/7,第一节 钻眼机具,一、风动凿岩机,二、液压凿岩机,三、电钻,四、凿岩机钎子,五、电钻钻具,4,2019/7/7,一.风动凿岩机,以压缩空气为动力的钻孔机具。按支架形式分为:手持式、气腿式、向上式、导轨式。按冲击频率分为:低频、2000次/min以下,中频20002500次,高频超过2500次/min。应用广泛的是气腿凿岩机,其结构见图气腿凿岩机结构。,5,2
2、019/7/7,6,2019/7/7,YT23(7655)型气腿凿岩机的工作系统,冲击机构:由气缸、活塞和配气系统组成,借助配气系统自动变换压气进入气缸的方向,使活塞完成往复运动,冲程和回程(冲击作用原理)。,转钎机构: YT23(7655)型采用棘轮、螺旋棒、并利用活塞的往复运动,经过转动套筒等运动来转动钎子(见转钎机构及炮眼形成过程)。,排粉机构: 湿式排粉,利用轴向供水系统,水经过柄体上的给水接头和水道进入水针,水针插入钎子中心内,水经由钎子中心孔进入钻眼的眼底。注水与岩粉形成浆液后从钎杆与钻眼壁之间的 间隙流出孔外,见排粉系统。,润滑系统: 凿岩机正常工作减少机件磨损、延长机件寿命。现
3、代凿岩机均采用独立的自动注油器实现润滑,悬挂式注油器见图。,7,2019/7/7,8,2019/7/7,转钎机构及冲击式凿岩炮孔形成过程,9,2019/7/7,10,2019/7/7,压气与油雾,11,2019/7/7,以液压为动力的新型凿岩机械,压力大、油循环使用。,二、液压凿岩机,冲击机构。液压凿岩机借助配油阀使高压油交替的进入活塞的前后油腔形成压力差,使活塞做往复运动。,液压凿岩机的转钎机构采用独立机构,由液压马达带动一组齿轮再带动钎子转动。,排粉机构,侧向供水排除岩粉。,凿岩台车:为了提高钻眼机械化程度,出现了高效能 的凿岩台车,组成:行走部分、钻臂和凿岩机的推进机构。,12,2019
4、/7/7,13,2019/7/7,凿岩台车,14,2019/7/7,三、电钻,在旋转式钻眼法破岩中,切割型钻头在轴压力P和回转力Pc的作用下,克服岩石的抗切削强度,将岩石一层层的切割下来,钻头运行轨迹是沿螺旋线前进,破碎的岩屑被排至孔外。,15,2019/7/7,煤电钻:电动机、减速器、散热风扇、开关、手柄、钻杆。,岩石电钻:适用在中等硬度(c=4080MPa)岩石上钻眼、 扭矩功率大于煤电钻。,16,2019/7/7,17,2019/7/7,四、凿岩机钎子,两种:组合钎子和整体钎子,钻眼工具是安装在钻眼机械上用以破碎岩石的工具,在凿岩机上使用的叫钎子。,(b)整体钎子 1-钎头;2-钎杆;3
5、-钎肩;4-钎尾,18,2019/7/7,钎头:钎头形状,一字型、十字型和球齿钎头。,19,2019/7/7,钎头结构参数指标 刃角:钎头两个刃面夹角,一般90120,多为110; 隙角:钎头体两侧面夹角,3,球齿钎头7; 钎刃:端面为一字型做成曲率为18的弧型,球齿钎头周边 齿向外倾斜3035; 钎头直径:3843,保证药卷装入炮眼; 排粉沟:布置在钎头顶端和侧面的排出底部岩浆的沟槽。 钎头材料:除硬质合金片外的钎头部分称为钎头体,合金 钢。 镶嵌在钎头上的硬质合金为钨钴类合金。炭化钨高硬 度、高耐磨性、高抗压强度,钴韧性好。,20,2019/7/7,21,2019/7/7,钎杆:承受活塞冲
6、击力和回转力矩,传递到钎头上去的细长杆体。 两种:中空六角形和中空圆形。 材料:钎钢。中空8铬、中空55硅锰钢、中空40硅钼钒。 钎尾:承受和传递能量的部位,钎尾规格和淬火硬度对凿岩速度有很大的影响。 钎肩:六角形钎杆用环行钎肩,圆形钎杆用耳形钎肩。,22,2019/7/7,五.电钻钻具,煤电钻: 钻具由钻头和麻花钻杆组成;麻花钻杆用菱形断面或矩形断面T7、T8钢加热状态扭制而成。 岩石电钻:钻杆由六角中空钢制成。,23,2019/7/7,第二节 炸药和爆炸概论,一、炸药爆炸的基本特征 二、炸药的分类 三、炸药的氧平衡和爆热 四、炸药的爆轰 五、炸药的猛度和爆力 六、炸药的敏感度,24,201
7、9/7/7,一、炸药爆炸的基本特征,爆炸:物质发生快速的物理或化学变化,瞬间放出大量 能量,借助于系统原有气体或生成的气体的膨胀,对周围介 质做功,使之发生巨大的破坏效应,同时可能伴随有声光热 效应。 爆炸现象可分为三类: 物理爆炸: 化学爆炸: 炸药爆炸的基本特征 1放出大量热 2生成大量气体 3反应过程必须高速进行,核爆炸:,25,2019/7/7,26,2019/7/7,二.炸药的分类,炸药:在一定条件,能够发生快速的化学反应,放出能 量,生成气体产物,显示爆炸效应的化合物或混合物,主要 元素C、H、O、N,爆炸过程的实质是H、C被氧化的过 程,O是炸药本身所含有,自带氧。 炸药按其组成
8、成分可分为: 1.单质炸药(单体炸药)如硝化甘油,梯恩梯 。 2.混合炸药 硝酸铵类炸药、硝化甘油类炸药 。 炸药按其用途可分为: .起爆药 雷汞(Hg(CNO)2)、叠氮化铅Pb(N3)2、 和二硝基重氮酚C6H2(NO2)2N2O等。 2.猛炸药 黑索金 梯恩梯。 3.发射药(火药)如黑火药 。,27,2019/7/7,三.炸药的氧平衡和爆热,炸药的氧平衡 C+O2C O2+395KJ/mol; 2H2+ O22 H2 O+240.7 KJ/mol; NN2 由于O的量不足或有剩余,会生成 CO、H2、C、NO、 NO2 等。 氧平衡:就是用来表示炸药内含氧量与充分氧化可燃 元素所需氧量之
9、间的比例关系。 用每克炸药不足或多余氧的克数来表示。单质炸药的 分子式可写成CaHbNcOd,a、b、c,d分别代表一个炸药分 子中碳、氢、氮、氧的原子个数,或一摩尔质量炸药中, 碳,氢、氮、氧的克原子数。,28,2019/7/7,氧平衡计算公式:,适用混合炸药,Kb0时正氧平衡,剩余的氧和N反应生成NO和N2O5,等 有害物质,吸热反应,氮氧化物还对瓦斯爆炸起催化作用。 Kb0时负氧平衡,生成CO、C、H2、CO有毒气体。 Kb=0时,零氧平衡,充分氧化,生成大量热。,g/g 适用单质炸药,CaHbNcOd,29,2019/7/7,例题:计算硝酸铵NH4NO3,的氧平衡值 在铵油炸药中,(硝
10、酸铵和柴油混合物) 加入4%的木粉做 松散剂,按氧平衡配方。 解:查表P31 NH4NO3 +0.2g/g,柴油-3.42 g/g,木粉-1.37g/g。,X=92.21克,Y=3.79克 ,NH4NO3=92.2%,柴油=3.8%,木粉=4%。,设100g中,NH4NO3 X克,柴油y克,30,2019/7/7,(二) 爆热,爆热:单体质量炸药在定容条件下爆炸时放出的热量,KJ/mol,KJ/kg,是评价炸药威力的直接标志。 爆热的计算理论: 盖斯定律: 化学反应的热效应与反 应进行的路径无关,而只取 决于反应的初态和终态。,盖斯三角形,31,2019/7/7,例题:计算太恩C(CH2ONO
11、2)4的爆热。,C(CH2ONO2)4 3CO2+2CO+4H2O+2N2 查表 得各物质生成热: CO2 395 KJ/mol; CO 113.8 KJ/mol; H2O 240.7 KJ/mol; 太恩 512.5 KJ/mol Q1=3953+113.82+240.74=2375.4 KJ/mol Q2=512.5 KJ/mol Q= Q1- Q2=2375.4-512.5=1862.9 KJ/mol, 或Q=1862.91000/316=5895.3 KJ/Kg,32,2019/7/7,33,2019/7/7,四、炸药的爆轰,炸药的燃烧和爆轰 冲击波 爆轰波 爆速及其影响因素 炸药传播
12、的间隙效应,34,2019/7/7,炸药的燃烧和爆轰,炸药有三种化学反应形式: 缓慢分解(热分解):缓慢进行的化学变化过 程,环境温度升高,热分解速度加快,有可能发生爆 炸。 燃烧:在热源火焰作用下,引起温度、压力升 高,极限情况可能发生爆炸。 爆轰:炸药瞬间反应的一种形式,是爆轰波的传 播形式。,35,2019/7/7,燃烧和爆轰的区别: 传递方式: 燃烧:通过热传导传递能量,激起化学反映; 爆轰:通过压缩冲击波的作用传递能量和激起化学放应; 受环境影响不同 燃烧:受环境影响大; 爆轰:不受环境影响; 反应状态不同 燃烧:反应速度慢,几十米每秒,最大几百米,反应产物 运动方向与传播方向相反;
13、 爆轰:反应速度快,20009000m/s,反应产物运动方向 与传播方向相同。,36,2019/7/7,冲击波:,1、压缩波基本概念 (1)实验,在无限长气筒活塞右侧充满压力为P0的气体,当活塞在F 力的作用下向右运动时,活塞右侧气体存在三个区域: 压力为P1的均匀区; 压力介于P1与P0之间的扰动区; 压力仍为P0的未扰动区。,F,37,2019/7/7,(2)压缩波的定义 扰动传播后,使介质状态参数(P、T)增加的波称为 压缩波。在均匀区与未扰动区之间,存在过渡的扰动区。 (3)压缩波的特点 1)其介质质点运动方向u与波的传播方向c相同; 2)其压力的增加是连续的。 (4)波阵面 介质中已
14、受扰动区和未受扰动区的界面。 (5)波速 扰动波沿介质传播的速度, 也就是波阵面的传播速度。,38,2019/7/7,2、冲击波 (1)冲击波的形成,R=R0瞬间,管中的气体未受扰动。,在R=R1 瞬间,活塞从静止开始运动,前端的气体受到压缩,产生一道压缩波,在未扰动的介质中传播,波阵面在A1-A1, 传播速为未扰动气体介质的音速。,在R=R2 瞬间,活塞前端气体产生了第二道压缩波,波阵面为A2-A2,波速大于音速,与第一道压缩波叠加。,在 R=Rn 瞬间,第n道压缩波会与n-1道压缩波叠加,形成一个强压缩波,波阵面An-An上的介质参数突跃性变化,从而产生冲击波。,39,2019/7/7,(
15、2)冲击波定义 冲击波是炸药爆炸后在介质中产生的传播速度高于 介质声速的一种压缩波,其波阵面有陡峭的前沿,介质 压力在波阵面发生突跃上升。经长距离传播后,压力上 升逐渐趋于平缓或下降,冲击波最终将衰减成声波。 (3)性质 1)其波速D大于介质音速C; 2)其波阵面是完全陡峭的,在此面上介质参数剧增; 3)当DC时,其复原为压缩波,扰动区重新出现, 过程复原。,40,2019/7/7,爆轰波,定义:带有化学反应区的冲击波称为爆轰波。 冲击波头与其后的化学反应区以相同的速度向前传播, 称为爆速。,爆轰波在药包中的传播 爆轰波模型,41,2019/7/7,爆轰波波头的理想模型:爆轰波是在炸药 中传递
16、的带有反应能以补充能量稳定的特殊冲击 波,是爆轰作用的激发源。 由捷里道维奇、诺依曼和达尔林各自独立提 出的爆轰波结构模型如图所示,称为Z-N-D模型:,42,2019/7/7,爆速及其影响因素:,测定仪器,专用BS-1型爆速仪。,43,2019/7/7,爆速的影响因素 1.药卷直径: D 药卷直径d 时的爆速; D1理想爆速; a与炸药性质有关的常数。,2.装药密度 单质炸药随密度增加,爆速增大,D=a+b0,a、b随炸 药品种变化的常数,0炸药密度。 混合炸药在达到最佳密度前,随炸药密度增加,爆速增 加,超过最佳密度,随密度增加有压死现象。,D1,44,2019/7/7,炸药爆速装药密度,
17、45,2019/7/7,3.装药外壳 在极限直径范围内,增加外壳,限制爆炸产物飞 散。 4.炸药粒度 一般,同一种炸药粒度越细,会增加爆速,临界 直径、极限直径减小。但混合炸药,敏感成分粒度越 细,临界直径小,爆速高,钝感成分粒度细临界直 径增大,爆速减小,但粒度小到一定程度,临界直 径随粒度减小爆速增加。,46,2019/7/7,炸药传播的间隙效应,定义 连续多个混合炸药药卷在空气中都能正常传爆,但在炮 眼内如果药卷与炮眼孔壁存在间隙,常常会发生爆轰中断或 爆轰转变为燃烧的现象,称为间隙效应或管道效应。 原因: 药卷在炮眼内起爆后,爆轰波在炮眼与药卷之间产生了 超前于爆轰波传播的冲击波,波速
18、为爆轰波的1.2倍,冲击波 的压力使药卷压缩,药卷直径缩小,密度增大,若有效直径 减小到临界直径以下或密度增大到一定程度时,爆速下降, 爆轰中断。,47,2019/7/7,48,2019/7/7,解决办法 采用偶合散装炸药可以从根本上克服间隙效应亦可在连续药卷上,隔一定距离套上硬纸板或其它材料做成的隔环,以阻止间隙内空气冲击波的传播或削弱其强度。 通过试验表明,采用水胶炸药或乳化 炸,可以消除因间隙效应发生的爆轰中断现 象。,49,2019/7/7,五.炸药的猛度和爆力,炸药爆炸对周围介质 (例如岩石)产生的破坏能力,分别 以猛度与爆力来表示。 猛度:炸药爆炸瞬间爆轰波和爆轰产物对邻近的局部
19、固体介质的破碎能力,表征炸药的动作用。 用铅柱压缩法实验测定:炸药爆炸后量出压缩前后的高 度差(),即炸药的猛度。,H=H1-H2,50,2019/7/7,爆力:炸药爆力是指爆生气体在高温下膨胀作功破坏 周围介质的能力。 常用铅铸扩孔法来衡量,表征炸药的静作用。炸药爆炸 后,孔眼扩大成梨形,可用量筒向内注水测得其容积,从 中减去原孔眼体积和雷管扩孔体积,即为炸药爆力数 据,单位为mL。试验时标准温度为15,若试验时的温度不 同于标准温室,扩孔值应进行修正。,炸药爆力测定法的铅铸 爆炸前的铅铸;爆炸后的铅铸,=V-V1-V2,51,2019/7/7,六.炸药的敏感度,炸药在外界起爆能的作用下,发
20、生爆炸的难易程度,称 为炸药的敏感度 。 热敏感度: 加热感度:通常用爆发点来表示,用爆发点测定器, 炸药温度升高后,自行加速分解,转为爆炸时的温度,称为 爆发点。 火焰感度:是炸药在明火(火焰、火星)作用下发生爆 炸的难易程度,常以导火索燃烧时喷出的火焰点燃0.5g炸药 试样的最大距离来表示。 热安定度:炸药试样在75C时加热48小时,称其质 量失重的百分数,并与质量可靠的炸药失重的百分数进行对 比。,52,2019/7/7,爆发点测定器 1-合金浴锅;2-电热丝;3-隔热层;4-铜试管;5-温度计,53,2019/7/7,机械感度,机械敏感度是炸药对冲击、摩擦、挤压、针刺等机械作 用的敏感
21、程度。其中最主要的是冲击感度,常以落锤仪测定 测定。即以10kg落锤自25cm的高度自由下落,冲击位于砧子 和冲杆之间的0.05g炸药试样。重复试验:25次,用25次实验 中炸药试样发生爆炸的百分数表示该炸药的冲击感度。,54,2019/7/7,爆轰感度,爆轰感度是指炸药对别的炸药爆炸时所产生的爆轰冲击 的敏感程度。 单质炸药:通常用起爆它所需要的最小起爆药量来表 示。 混合炸药:用殉爆距离来表示。 殉爆: 装有雷管的主动药包爆炸时,能使相隔一定距离的另一 同种药包发生爆炸的现象。,55,2019/7/7,殉爆距离的测定,殉爆距离:装有雷管的主动药包爆炸时,能使相隔一 定距离的另一同种药包百分
22、百发生爆炸的最大距离。 殉爆安全距离:装有雷管的主动药包爆炸时,使相隔 一定距离的另一同种药包百分百不能发生爆炸的最小距离。,56,2019/7/7,第三节 工业炸药,一、单质猛炸药 二、硝铵类炸药 三、浆状炸药 四、水胶炸药 五、乳化炸药,57,2019/7/7,一.单质猛炸药,1.梯恩梯(TNT)三硝基甲苯(C6H2(NO2)3CH3), 淡黄色晶体,吸湿性小,几乎不溶于水。热安定性好, 180C才分解。爆热4229KJ/kg,爆速6850m/s,爆力285 300ml,猛度19.9,机械感度低,主要为硝铵类炸药的敏化 剂,单独使用是重要的军事炸药。,2.黑索金(RDX)环三次甲基三硝胺(
23、CH2NNO2)3)白色晶体、不吸湿,不溶水,50C以下长期不分解,机械感度比较高,=1.66g/cm3,爆力520 ml,猛度16,爆速830 m/s ,一般做导爆索的药芯和雷管中的加强药。,3.太恩(PETN)季戊四醇四硝酸脂(C(CH2ONO2)4),无色晶体,不溶于水,密度1.74g/cm3,爆力500 ml,猛度15,爆速840 m/s。作用同黑索今。,4硝化甘油 三硝酸甘油酯,58,2019/7/7,二、硝铵类炸药,以NH4NO3为主要成分的混合炸药 铵梯炸药(硝铵炸药) 铵油炸药 高威力硝铵炸药,59,2019/7/7,铵梯炸药(硝铵炸药),组成: 氧化剂:硝酸铵( NH4NO3
24、)提供氧元素; 敏化剂:改善炸药性能,增加起爆感度,可燃剂,常用的 TNT; 疏松剂:木粉,使硝酸铵不容易结块,平衡多余的氧; 防水剂:在防水品种炸药中加入石蜡、沥青。 消焰剂:在煤矿许用炸药中加入适量食盐(NaCl),吸收 热量、降低爆温,防止引起瓦斯爆炸。 种类:分煤矿、岩石、露天三类。,60,2019/7/7,61,2019/7/7,煤矿安全规程煤矿许用炸药的选用应遵守下列规定: 低瓦斯矿井的岩石掘进工作面必须使用安全等级不低于一 级的煤矿许用炸药。 低瓦斯矿井的煤层采掘工作面、半煤岩掘进工作面必须使 用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药; 高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域,必须使用安全
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