Дәріс тақырыбы. Жарылыс теориясының негізі және дүмпу қасиеттері.

Жарылыстар бірнеше түрлерге бөлінеді.

Физикалық жарылысдеп тек физикалық құбылыстан пайда болатын, заттың химиялық құрамының өзгеріссіз қалып жарылуын айтамыз (сұйық көмір қышқылы немесе сығылған ауа көмегімен жалынсыз жарылыс, бу қазандықтарының жарылысы, сығылған газ балллоны және электрлі разряд жарылысы, т.б.).

Химиялық жарылысЖЗ жарылысынан пайда болатын химиялық реакцияның көмегімен, 3400–6000 кДж/кг мөлшердегі жылудың және 700–1000 л/кг мөлшердегі газдың бөлінуінен пайда болатын құбылыс. Химиялық реакцияның кезінде заттың молекулақ құрылыстары өзгереді де, бірақ атомдардың құрылыстары өзгермейді [1, 2].

Ядролық жарылыстажаңа элементтерді бөлу арқылы ядроның бөлшектену реакциясы жүреді, яғни атомның ядросында тынып жатқан қуат бірден сыртқа шығады. Қазіргі кезде жарылыс кезінде атом қуатының бөлінуінің екі әдісі қолданылады: ауыр ядролардың жеңілге өзгеруі және керісінше жеңіл ядролардан ауырларының пайда болуы. Ядролық және термоядролық жарылыс кезінде қопарылатын материал бірлігіне шаққандағы бөлінетін жылудың мөлшері химиялықпен салыстырғанда миллион есе артық болады (6,8∙10¹⁰ кДж/кг – ядролық жарылыста, 4,19∙10¹¹ кДж/кг –термоядролық жарылыста).

Тау-кен өндірісінде негізінен ЖЗ химиялық жарылыс күші қолданылады.

Жарылғыш заттар (ЖЗ) деп сыртқы импульс әсерінен (қызу, үйкеліс, соққы, т.б.) жарылатын химиялық немесе механикалық қоспаларды айтады. Сонымен қатар оларда қоршаған ортаны қопарып жарылыс жасайтын, жылу және газ бөлінетін жылдам реакция жүреді.

ЖЗ жарылысы кезінде қуат химиялық реакцияның әсерінен, яғни сутегінің суға, көміртегінің көмірқышқыл газына айналуынан пайда болады.

ЖЗ жарылған кезде жанғыш элементтер оттегімен қосылады да тотықтану реакциясы жүреді. Сондықан химиялық тұрғыдан қарағанда жарылыс процесі жану процесіне ұқсас болып келеді.

Өндірісте қолданылатын жарылғыш заттар қатты заттадан немесе қатты зат пен сұйық заттың қосындысынан тұрады. Сондықтан көлемі бір литр (салмағы бір кг шамасында) ЖЗ жарылыстан кейін 600−1000 литр газ бөледі, яғни оның көлемі мың есеге жақын өседі.

Дүмпу жылдамдығының өте жоғары болуына байланысты оқтам аймағында бастапқы уақытта өте жоғары қысым (1000 МПа) таралады. Ол оқтамға жақын орналасқан жерде күшті жарылыс жасауға себепкер болады. Сонымен қатар жарылыстан өте күшті дыбыс шығады.

Химияда сыртқы импульс әсерінен жарылатын химиялық қоспалардың түрлері көп. Бірақ өнеркәсіптік ЖЗ дайындау және қолдану кезінде қауіпсіз, техникалық және экономикалық жағынан тиімді, ұзақ уақыт сақталған кезде өздерінің қасиеттерін жоймайтын қоспалар қолданылады.

Жарылғыш заттардың химиялық өзгерісінің негізгі үш формасы бар: баяу химиялық өзгеріс − салыстырмалы төмен температурамен жүреді. Бұл процес ЖЗ қолайсыз жағдайларда сақтаған кезде немесе химиялық тұрақтылығы төмендеген кезде жүреді. Сұйық және ұнтақ ЖЗ дүмпуі кезінде көрші орналасқан қуат жылдамдығы 3−6 км/с аралығындағы дүмпу толқыны арқылы беріледі. Түйіршікті және құрамында суы бар жарылғыш заттардың жарылысы кезінде импульс газ ағымының жануы түрінде беріледі.

Жарылғыш заттар екі топқа бөлінеді: бризантты (ұсақтағыш) және лақтырғыш.

Бризантты ЖЗ тобына жоғары сезімталды қоздырғыш жарылғыш заттарды жатқызуға болады. Бризантты өнеркәсіптік ЖЗ қоршаған жынысты ұсақтау және қопару үшін қолданылады.

Лақтырғыш ЖЗ (түтінді оқдәрі) жекелеген тастарды аз жарылыс күшімен қопару үшін қолданылады.

Өнеркәсіптік жарылғыш заттардың физикалық күйі бойынша келесі түрлері болады: ұнтақталған (порошокты), тығыздалған (престелген), құйма (литый), түйіршіктелген, құрамында су ұстайтын суспензиялы, аққышты, эмульсиялы, т.б.

Түйіршіктелген ЖЗ түйіршіктерінің өлшемдері 1−3 мм шамасында болады. Құрамында су ұстайтын жарылғыш заттарға қойылтқыш су қосылғандықтан қою бал тәрізді консистенцияда болады.

Тау-кен өнеркәсібінде жеке және қоспалы ЖЗ қолданылады.

Жеке ЖЗ дегеніміз бір химиялық қоспадан тұратын және құрамында жарылыс реакциясының қалыпты жүруі үшін қажетті барлық элементтері бар қоспаны айтамыз (нитроглицерин, тротил, ТЭН, гексоген, т.б.).

Қоспалы ЖЗ екі немесе одан да көп, әр қайсысы жеке міндет атқаратын компоненттерден тұрады. Қоспалы жарылғыш заттардың құрамына келесі компоненттер қосылады: тотықтырғыштар; жанғыш қоспалар; сенсибилизаторлар; стабилизаторлар; флегматизаторлар; жалынсөндіргіштер.

Жарылыс кезінде бөлініп шығатын газдар құрамы ЖЗ химиялық құрамына, оның оттегілік балансына және жарылыс жағдайына байланысты болады.

Оттегілік баланс жарылысқа керекті, яғни ЖЗ құрамындағы жанғыш элементтерді толық тотықтыруға қажетті оттегігінің жеткілікті немесе жеткіліксіз өлшемдерімен сипатталады. Оттегілік баланстың үш түрі болады: оң (положительный), теріс (отрицательный) және нольдік.

Егер ЖЗ құрамында жанғыш элементтерді толық тотықтыратын оттегі болса, онда нольдік оттегілік баланс деп аталады. Егер ЖЗ құрамындағы оттегі мөлшері жанғыш элементтерді толық тотықтыруға жеткіліксіз болса теріс, ал оттегі аса көп болса – оң оттегілік баланс деп аталады.

Өнеркәсіптік жарылғыш заттардың дүмпу қасиеттері.Жарылғыш заттардың дүмпу процесінің ерекшелігін бағалау үшін әр түрлі химиялық құрамдардың жану процесімен салыстырған дұрыс. Мысалы, сутегі немесе метан қоспасы сутегімен бірігіп 10–20 м/с жылдамдықпен жануы мүмкін. От жалыны бір жерден екінші жерге жылу өткізгіштік және диффузия процесі арқылы берілетіндігі бізге мәлім. Жану жылдамдығының мәні дыбыс жылдамдығынан әр қашан аз болып келеді.

Дүмпу (детонация) жылдамдығы керісінше, дыбыс жылдамдығынан әрдайым жоғары болады және жану жылдамдығынан жүз есе артық. Дүмпу – бұл газодинамикалық құбылыс, яғни жарылғыш зат бойымен таралатын соққы толқыны. Жарылғыш заттағы соққы толқыны электрдүмпіткіш (электродетонатор) немесе дүмпіткіш капсюльдер (капсюль детонатор) көмегімен қоздырылады.

Дүмпіткіштер жарылысы ЖЗ қабатына кенет соққы жасайды. Бұл соққы келесі ерекшеліктерге ие:

- оның таралу жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан ұдайы жоғары болады;

- толқынның жиектерінде қысым, тығыздық және температураның секірмелі өзгерісі жүреді;

- жарылыс бөлшектері соққы толқынының артынан қозғалады;

- соққы толқынының жылдамдығы толқын жиегіндегі қысым шамасына байланысты болады.

Өнеркәсіптік жарылғыш заттарда дүмпу толқынына жоғары жылдамдықпен сезінетін жоғары активті жеке ЖЗ (нитроглицерин, гексоген), төмен активті бірақ жарылғыштық қасиеті жоғары (тротил) және жарылғыштық қасиеті өте төмен (алюминий, ағаш ұнтағы, парафин, т.б.) жәнеде реакцияға кіріспейтін (жалын сөндіргшіштер, су, т.б.) ЖЗ болуы мүмкін. Сондықтан өнеркәсіптік ЖЗ қоспаларының химиялық реакциялары бір неше кезеңмен жүреді.

Өнеркәсіптік жарылғыш заттардың дүмпу қасиетіне оқтамдағы қоспалардың орналасу теңдігі елеулі әсер етеді, себебі реакцияның аяқталу уақыты және толығуы тек жану жылдамдығына тәуелді емес.

ЖЗ оқтамының дүмпу жылдамдығы жарылғыш заттың сипаттамасына (түрі, дисперсиялығы, оқтамадағы тығыздығы), оқтам диаметріне және жару жағдайына (шпурдағы немесе ұңғымадағы сыртқы немесе ішкі оқтам, тығындама түрі) байланысты болады.

Негізгі әдебиет:1. [57-124]; 2. [32-42]; 3 (1т.) [133-165, 289-338].

Қосымша әдебиет:1. [3-15].

Бақылау сұрақтары:

1. Жарылғыш зат дегеніміз не.

2. Жарылыс реакциясының өту түрі.

3. Өнеркәсіптік жарылғыш заттар қандай қоспалардан тұрады.

4. Жарылыстың қандай түрлері болады.

5. Химиялық жарылыс дегеніміз не..

6. Жарылғыш зат құрамдарына қоспалар қандай мақсатта қосылады.

7. Жарылғыш заттардың дүмпу қасиеттері.