TEORIJA PROCESA EKSPLOZIJE I DETONACIJE PRI MINIRANJU

1.DETONACIONI TALAS

Eksplozija je veoma brzo oslobađanje energije koja je sposobna da izvrši rad. Eksplozija moze biti izazvana fizičkim, hemijskim ili nuklearnim procesima, pri čemu se oslobađaju velike količine energije i toplote za veoma kratko vreme. Materije koje učestvuju u eksloziji nazivaju se eksplozivima.

Našim PROPISIMA O MERAMA ZASTITE PRI RUKOVANJU EKSPLOZIVNIM SREDSTVIMA I MINIRANJU U RUDARSTVU, obavezujuće su definisani nazivi za eksplozivna sredstva eksploziva, sredstva za paljenje mina, pomoćna sredstva i pribor za paljenje mina. Zatim su strogo određeni načini i uslovi rukovanja, transporta i smeštaja eksplozivnog materijala. Ti kriterijumi upravo su proizišli iz saznanja o procesima eksplozije i detonacije.

- Detonacija je proces razlaganja eksplozivne materije, koji se odvija znatno brze od brzine zvuka.

- Gorenje je proces razlaganja eksplozivne materije koji se odvija brzinom od nekoliko cm do vise stotine mtara u sekundi. Zasniva se na prenošenju toplote čestica na česticu,često uz plamen.

- Termičko razlaganje je najsporija (lagana)reakcija koja se odvija u mai pri zagrevanju eksploziva ispod temperature na kojoj dolazi do eksplozije.

Najefikasnija forma razlaganjaeksplozivne materije kod miniranja u rudarstvu je -detonacija. Pri detonaciji hemijska reakcija razlaganja eksploziva se odvija velikom brzinom, uz veoma visok pritisak(više stotine hiljada bara) i visoku temperaturu u veoma uskoj zoni koja okružuje eksplozivnu materiju. Pri tome sedetonacioni talas kroz eksplazivnu materiju (bez obzira na agregatno stanje) kreće jednom konstantnom brzinom.

Pod detonscionim talasom, podrazumevamo prenošenje detonacije kroz eksplozivnu masu. Iza detonacionog talasa od gasovitih produkta eksplozije nastaju visoka temperatura i pritisak.(sl.10)

Veličina pritiska P na čelo detonacionog talasa može se odrediti iz jednačine:

P=0,25 p D², dN/cm²

Brzina kretanja gasova V iza čela detonacije iznosi:

Sl. - Šema detonacionog talasa

V=0,25 D, m/s

odakle je pritisak

P=ρV ², dN/cm²

u prednjim jednačinama znače:

ρ - gustina eksploziva kg/1

D - brzina kretanja detonacionog talasa, m/s

Svi ovi članovi i veličine obavezni su kataloški podaci proizvođača eksploziva.

Kod cilindričnih eksplozivnih punjenja (inače najčešće primenjenih u rudarstvu), detonaciona brzina se menja u zavisnosti od prečnika istog. Ukoliko je prečnik manji od nekog kritičnog prečnika patrone eksploziva d kr, tada do prenošenja detonacionog talasa neće doći. Sa povećanjem prečnika povećava se i brzina detonacije, sve dok se prečnik ne poveća do neke granične vrednosti d kr, kada brzina detonacije ostaje stalna, sl. . Kritični prečnik, je takođe obavezan podatak koji se može naći u katalozima za sve vrste eksploziva koji se proizvode u našoj zemlji.

Sl. - Zavisnost brzine detonacije od prečnika cilindričnog minskog punjenja

2. UDARNI TALAS

Produkti detonacije (iza čela eksplozije) nalaze se pod velikim pritiskom, poseduju određenu količinu energije, koja se ispoljava u njihovom svestranom širenju. Tada produkti detonacije vrše pritisak na sredinu koja okružuje eksplozivno punjenje i u ovoj izazivaju povećano naprezanje u obliku udarnog impulsa. Zato se smatra da je i pritisak talasne prirode. Ovaj pritisak se prenosi naglo, znatno brže od brzine zvuka i brzo opada sa udaljenjem od žarišta eksplozije. Naglo povećanje pritiska u sredini koja okružuje eksplozivno punjenje, kao posledica detonacije naziva se udarni talas. Pritisak u nekoj tački kroz koju prođe udarni talas raste od P0

na P1 zatim veoma brzo opada i posle nekog vremena t ÷ opašće i ispod P0 - faza pritiska se smanjuje fazom zatezanja sl.

Sl. - Šema promene pritiska udarnog talasa

Prelaz sadetonacionog talasa na udarni talas i obratno šematski je prikazana na slici

Sl. - Uzajamni odnosi detonacionog i udarnog talasa između dve eksplozivne patrone na međusobnom rastojanju manjem od kritčnog 1<1kr

Kod iniciranja leve patrone detonatorom (udarna patrona) detonacioni talas se vrlo brzo stabilizovao i kroz ovu patronu se kreće jednom određenom brzinom i amplitudom A (deo označen sa I na slici ). U međuprostoru između leve i desne patrone detonacioni talas prelazi u udarni i u ovoj zoni (deo označen sa II) brzina i pritisak sa rastojanjem opadaju. Ukoliko amplituda udarnog talasa nije manja od neke kritične vrednosti za određenu vrstu eksploziva, to će pri susretu ovog talasa sa desnom patronom doći do njenog iniciranja tj. prenosa detonacije, koja će se dalje u zoni III ponovo stabilizovati. Maksimalno rastojanje tj. daljina prelaska sa udarnog na detonacioni talas, naziva se kritičnim rastojanjem prenosa detonacije i ono je takođe označeno u proizvodnim katalozima sve vrste domaćih eksploziva, a izraža se u cm.

I za privredne i vojne potrebe znatno je važnije poznavati uzajamno dejstvo detonacionog talasa i detonacionog udara u prostoru, pri miniranju stubnog minskog punjenja, koje proizilazi iz razlika u brzinama prostiranja elastičnih udružnih talasa (jedan od više oblika udarnog talasa) i detonacionog talasa duž minskog punjenja, šematski prikazanog na slici .

Sl. - Određivanje ugla nagiba udarnog talasa

Kada se od tačke M detonacioni talas prenese do tačke N udarniimpulsi prešli su u okolni masiv rastojanjaMP, MP1, ... Tangentnim spajanjem fronta pojedinih tačaka impulsnih udara P, P1, P2... dobijamo opšti fron kretanja udarnog talasa u masivu (ravan PN). Front udarnih talasa

ima znači konusni deo PN i sferični PK, pri miniranju u tački M.

Najveći opasnost od seizmičkog dejstva pri miniranju ima konusni deo. I seizmičko i odbacujuće dejstvo minskog punjenja zavisi od ugla koji zaklapa konusni deo udarnog talasa sa slobodnom

površinom. Pravac kretanja fronta udarnog talasa određen je uglom koga zaklapa normala (povučena na osu stubnog punjenja prema pojedinim tačkama udarnog impulsa. Iz slike vidimo da je:

φ=90°−δ

Ugao δ određuje se iz odnosa brzine prostiranja udarnog talasa (eksplozivnog) talasa u masivu, prema rzini prenošenja detonacionog talasa duž stubnog minskog punjenja u jedinici vremena (obično sekundi) tj.:

sin δ=±MPMN

=VsD

MP - brzina prostiranja udarnog talasa

MN - brzina prenošenja detonacionog talasa u jedinici vremena

Vs - brzina prostiranja uzdužnih seizmičkih talasa u masivu, m/sec

D - detonaciona brzina primenjenog eksploziva, m/s.

Za Vs = 5640 m/sec i D =7000 m/s

sin δ = 56407000

=0,750 (δ = 48°35 ')

Prema toma, front udarnog eksplozivnog talasa pada deluje na slobodnu površinu pod uglom:

φ=90°−48°35 '=41°25'

Opšti izgled miniranja odvaljane stenske ili rudne mase tj. deformacije otkopnog čela ili etaže, prikazan je na slici .

Sl. - Izgled čela radilišta: a) neposredno pre miniranja; b) 200m posle miniranja i c) 350m posle miniranja

3. UTICAJ MINSKOG PUNJENJA NA JAČINU PRITISKA UDARNOG TALASA

Prilikom iniciranja minskog punjenja sferičnog oblika, od centra sfere pritisak izazavan udarnim talasaom prenosi se u svim pravcima podjednako. Kod iniciranja ostalih oblika minskog punjenja pritisak udarnog talasa se ne rasporstire svuda podjednako, jer njegov intenzitet zavisi od pravca delovanja i tačke iniciranja, sl.

Sl. - Izolinije isith pritisaka pri eksploziji različitih oblika eksplozivnog punjenja

4. DEJSTVO UDARNOG TALASA KOD EKSPLOZIJE U VAZDUHU

Kao posledica eksplozije u vazduhu, dolazi do stvaranja udarnog talasa, koji se prenosi u obliku vazdušnog udara i ima veliko razorno dejstvo. Sa udaljenjem od žarišta eksplozije, jačina udarnog talasa brzo opada, jer sa udaljavanjem od žarišta, energije eksplozije troši na zagrevanje i pokretanje okolne vazdušne mase, koja sa porastom rastojanja postoje i sve veća.

Udarni talas izazvan eksplozijom u vazduhu, raspolaže velikom energijom tako da je:

P1=15−20dN /cm ², pritisak na čelu udarnog talasa

V 1=1100−1400m / s , brzina kretanja vazduha ispred čela udarnog talasa i

V 2=900−1100m /s, brzina kretanja vazduha iza čela udarnog talasa.

Veličina vazdušnog pritiska P, kod eksplozije u neograničeno] vazdušnoj sredini može se po aSdovskom odrediti dovoljno tačno iz jednačine:

P1=0,84R

+ 2,7R2

+ 7R3

, dN/cm²

gde znače:

R - stvarno rastojanje od žarišta eksplozije do mesta merenja, m R - redukovano rastojanje, mQe - količina upotrebljenog eksploziva

U prednjoj jednačini računato je sa trotilom. Pri eksploziji l kg. trotila na rastojanju od l m, raste vazdušni pritisak za 10,3 dN i oslobađa specifičnu toplotu od 4.187 J.

Radi toga u proračunima za svaku vrstu eksploziva treba računati sa njegovom količinom i ekvivalentnom veličinom toplote Q u odnosu na istu količinu trotila pomoću jednačine:

Qe=Qqqt

, kg

gde znače:Q - količina stvarno upotrebljenog eksploziva, kg

q - specifična toplota upotrebljenog eksploziva (kataloški fabrički obavezan podatak), J

qt - specifična toplota trotilaqt - 4187 J/kg.

Vreme delovanja faze pritiska iznosi nekoliko milisekundi (ms). Dejstvo udarnog talasa :kod eksplozije u vazduhu šematski je prikazano na sl

Sl. - Šema obrazovanja vazdušnog udarnog talasa: a) u negraničenoj i b) u ograničenoj sredini

Eksplozija naprimer na površini zemlje sl. b) po svom efektu, odgovara dvostruko većem eksplozivnom punjenju od količine u neograničenoj vazdušnoj sredini. U skladu sa time i svi parametri vezani za udarni talas kod eksplozije na površini zemlje biće dvustruko veći. Porast pritiska čela udarnog talasa određuje se po jednačini:

P1=1,06R

+ 4,3

R2+ 14

R3, dN /cm²

Često se događa da se miniranje izvodi na izvesnom rastojanju od čvrste prepreke prema šemi na slici

Sl. - Šema stvaranja odbojnih talasa od slobodne površine

U momentu kada udarni talas dospe do prepreke njegova brzina se toliko smanji da se on zaustavlja i zahvaljujući još neutrošenoj energiji, odbija od pregrade i vraća u suprotnom smeru. Na ovome se upravo i zasniva zaštita od vazdušnih udarnih talasa postavljanjem prekrivki na mestima miniranja i zaštitnih barikada na objektima koji se štite. Time se istovremeno sprečavaju neželjene posledice od udara miniranjem odbačenih komada (ili masa) materijala.

Odbojni talas, vraća se ka tentru eksplozije 1, tj. ponaša se kao da je na suprotnoj strani od mesta eksplozije, istog punjenja i istog rastojanja. Povećanje pritiska Pod može se odrediti po jednačini:

Pod=2P1+6 P1

P1+7P0

,dNcm2

Ako P1→P0 P0=1dN /cm2 tada je odnos između Pod /P0 2.

Kod veoma snažnih udarnih talasa kada je P1P0 tada je Pod 8 Pi .

5. DEJSTVO UDARNOG TALASA KOD EKSPLOZIJE U VODI

Prilikom detonacije eksplozivnog punjenja u vodi (ukoliko je ovo dovoljno udaljeno od površine i dna) produkti eksplozije u vodenoj sredini formiraju mehure u kojima se gasni produkti nalaze pod velikim pritiskom i visokom temperaturom. Kao posledica širenja ovih mehura u vodi, dolazi do pojave udarnog talasa. U početku se udarni talas širi veoma brzo, znatno brže od brzine zvuka (~ 1500 m/s) a pritisak dostiže i 1000 dN/cm². SA udaljenjem od centra eksplozije brzina se naglo smanjuje, tako da već na rastojanju od samo 15 (do - prečnik eksplozivnog punjenja) iznosi 520 m/s što je već blisko brzini zvuka.

Dejstvo udarnog talasa je u svim pravcima podjednako po zakonima hidraulike. S obzirom da je gustina vode za oko 800 puta veća od gustine vazduha, to će se i jačina udarnog talasa gasiti u vodi znatno sporije nego u vazduhu. Prema tome i intenzitet udarnog talasa za ista rastojanja i količinu eksploziva biće veći u vodi nego u vazduhu. Veličina pritiska na čelu udarnog talasa kod eksplozije u vodi, zavisi od količine eksplozivnog punjenja Q, kp i rastojanja od centra eksplozije R, m u granicama za R = (10 - 100) do, m.

P1=533( 3√QR )1,13 ,

dN

c m2(M Pa)

Specifična energija E kojom raspolaže udarni talas na nekom rastojanju R, cm od centra eksplozije, može se odrediti po jednačini:

E=100 3√Q( 3√QR )

2,1

, dN /cm ²(M Pa)

Može se smatrati da je kod upotrebe iste vrste eksploziva istih količina i na istim rastojanjima, veličina pritiska u vodi veća za oko 100 puta od istog pri miniranju u vazduhu.

Ako se eksplozija vrši blizu površine vode vrednosti pritiska i impulsa će se znatno izmeniti. Na mestu eksplozije u vodenom ogledalu pojaviće se stub znatne visine, što je uslovljeno kretanjem produkata eksplozije.

U slučaju eksplozije blizu dna, tada se znatan deo energije udarnog talasa prenosi na materijal od koga se sastoji dno. Za razliku od miniranja na površini zemlje, ovde parametre udarnog talasa ne treba uvećavati za dva puta već za 30 - 40% od istih pri miniranju u neograničenoj vazdušnoj sredini.

Kod eksplozije trotila u vodi 53% energije utroši se na udarni talas a 47% na pokretanja gasova i vodene mase koja okružuje minsko punjenje. 30% energije utroši se na rastojanju 5 do, a oko 48% na rastojanju 25 do. Za dejstvo udarnog talasa na rastojanju većem od 25 do prestaje još samo 22% raspoložive energije.

Oko centra eksplozije gasni produkti detonacije, formiraju jedan gasni mehur u kome su gasovi pod povećanim pritiskom i temperaturom i nastoje da se šire. Brzina širenja ovih gasova postepeno se smanjuje između ostalog i zbog smanjenja unutrašnjeg pritiska u gasnom mehuru, sve dok se pritisak gasova ne izjednači sa pritiskom vode koja ga okružuje. Međutim, i posle prestanka širenja gasnog mehura, okolna voda nastavlja da se kreće po inerciji zbog čega je pristanak u gasnom mehuru manji od hidrostatičkog pritiska vode, kao posledica izvesnog razređenja. Posle prestanka kretanja vodene mase (na izvesnim udaljenostima), ova se ponovo vraća ka gasnom mehuru, pri čemu vrši sabijanje gasova. Ovo postepeno prigušivanje pulzacija traje sve dok se pritisci ne izjednače. Tada se kao specifično lakši gasni mehur lagano diže prema površini vode i teži da "ispliva". Kod manjih dubina broj ovih pulzacija je tri do četiri a kod većih je oko deset.

Prilikom širenja gasnog mehura, dolazi do izdvajanja izvesne količine energije u vidu talasa pritiska, usmerenog u radijalnim pravcima u odnosu na samu površinu gasnog mehura. Najveći pritisak koji nastaje kao posledica širenja gasnog mehura, pri prvoj pulzaciji ne prelazi 10-20% od pritiska udarnog talasa.

6. DEJSTVO UDARNOG TALASA KOD EKSPLOZIJA U MINERALNIM SIROVINAMA

Ponašanje udarnog talasa pri miniranju u stenama i mineralnim sirovinama znatno je složenije od istog u izotropnim sredinama. Ono se objašnjava u postojanju velikih razlika fizičko-mehaničkih osobina, stena i m.s.

S aspekta prostiranja udarnog talasa pri miniranju sve se stene mogu podeliti na dve grupe:

1. - vezane (čvrste) i

2. - veoma porozne.

Razlika između njih ogleda se isključivo u sadržaju pora u steni i veličini kohezije. U porozne stene ubrajamo: glinu, pesak, peščani tufles i druge kod kojih su pore i šupljine zastupljene u velikom procentu.

Iako se prema gustini stene malo razlikuju od tečnosti, uslovi rasprostiranja udarnog talasa su drugačiji, zbog prisustva pora u pukotinama i stenskoj masi koje mogu biti ispunjene tečnošću ili gasom, tako da u opštem slučaju, stensku masu možemo smatrati da je sastavljena iz tri komponente: čvrstih čestica koje obrazuju mineralni skelet, zatim gasova i tečnosti koje ispunjavaju pore u mineralnom skeletu. Zahvaljujući ovakvom sastavu prilikom prolaženja udarnog talasa kroz stensku masu, ovaj u masi izaziva PRITISNA NAPREZANJA. Kao posledica tih pritisnih naprezanja u početku dolazi do međusobnog približavanja čestica mineralnog skeleta, pri čemu se zapremina pora smanjue, a kod većih pritisnih naprezanja dolazi do razaranja veze između čestica i zbijanja materijala uz odogovarajuće deformacije.

Zbog prividne popustljivosti sistema na koji deluje udarni talas pritiska se postepeno povećava. Za razliku od talasa koji se prostire kroz gasnu i tečnu sredinu i koga smo nazvali udarni talas, talas koji se prostire kroz stenski masiv i u njemu izaziva opisane promene naziva se EKSPLOZIVNI TALAS!

EKSPLOZIVNI TALAS

Maksimalni pritisak koji izaziva eksplozivni talas u steni naziva e njegov INTENZITET. Ovaj pritisak deluje u ravni koja je upravna na proces prostiranja eksplozivnog talasa. Pritisak koji izaziva eksplozivni talas u čvrstom stenskom materijalu obično se naziva NAPREZANJE.

Kod prolaza eksplozivnog talasa korz stensku masu dolazi u početku do zbijanja iste, što omogućuje povećanje gustine mase i brže kretanje eksplozivnog talasa. Najveći deo energije eksplozije tada se utroši na pokretanje čestica u fazi zbijanja i razaranja stenskog materijala, koje je vezano bilo za razaranje i savlađivanje sile trenja ili plastične deformacije, što zavisi u kojoj se od kategorija stene eksplozija izvodi.

Za rudarsku praksu od značaja su dva slučaja koja mogu da nastanu pri eksploziji u stenskoj masi, i to da li se eksplozija izvodi u neograničenoj stenskoj masi, tj. u većim dubinama, kada se dejstvo eksplozije ne oseća na površini, i u slučaju kadada se eksplozija izvodi blizu površine, pri čemu kao posledica dejstva razlaganja eksploziva dolazi do razaranja dela stenske mase koja izgrađuje površinu. Ukoliko se miniranje izvodi na većoj dubini i na površini se ne osete nikakve posledice, tada se ovakav slučaj naziva KAMUFLETNIM, a eksplozivno punjenje kamufletnim punjenjem.

Sl. - Šema eksplozije: a) u neograničenoj; b) u ograničenoj stenskoj sredini

6.1. EKSPLOZIJA U NEOGRANIČENOJ STENSKOJ SREDINI

Kao rezultat eksplozije u neograničenoj stenskoj sredini u ovoj se obrazuju uglavnom tri zone:

Sl. - Šema dejstva eksplozije u neograničenoj stenskoj sredini: a) u plastičnoj i b) u krtoj

I zona je zona sprašivanja i predstavlja oblast u kojoj je kao posledica delovanja pritisnih naprezanja izazvanih eksplozivnim talasaom došlo do zbijanja stenskog materijala i narušavanja njegove provotine strukture.

Pri eksploziji u poroznim stenama oko prve zone javlja se kao zona razaranja, zona plastičnih deformacija, kao kod miniranja u glini (zona II). Kod kamufletnog dejstva mine u čvrstima stenema proces vezan za razaranje stenskog materijala nešto složeniji i tu se razlikuju dve oblasti. Prov, pritisna naprezanja izazvana eksplozivnim talasom približavaju se modulu pritiska stenske mase, i kao posledica ovoga dolazi do formiranja oblasti u kojoj je došlo do velikih deformacija. U ovoj jako deformisanoj oblasti javljaju se mnogobrojne pukotine koje se međusobno presecaju i na taj način menjaju strukturu stenske mase. Ova zona naziva se zona drobljenja (II1). Sa udaljenjem od centra ekspllozije, naprezanja izazvana eksplozivnim talasom se smanjuju, tako da se obim deformacije stenske mase menja. ukoliko je u pitanju elastična sredin, taa se u njoj od cetra eksplozije rasprostiru dve vrste talasa: podužni i poprečni, pri čemu je brzina poprečnog talasa za oko 30% niža od podužnog. Kao rezultat postojanja ova dva talasa u stenskoj masi dolazi do deformacija koje uslovljavaju pojavu radijalnih i tangencijalnih pukotina. Ova zona naziva se zona PUKOTINA. I na kraju, kada eksplozivni talasa toliko oslabi da naprezanja koja nastanu njegovim delovanjem nisu sposobna samo da izvrše deformaciju sistema u oblasti elastičnih deformacija, imamo zonu potresanja III. U ovoj zoni dolazi do pojave jačeg ili slabijeg potresanja stenskog materijala, koja slabi sa udaljenjem od centra eksplozije. Često se ova zona, s obzirom da e deformacije odvijaju u granicama elastičnosti materijala od koga je izgrađen sistem naziva i ELASTIČNOM zonom, a talasi koji su izazvali ova pomeranja SEIZMIČKIM talasima.

6.2. EKSPLOZIJA U OGRANIČENOJ STENSKOJ SREDINI

Kada je dubina mine manja od poluprečnika zone razaranja, tada će zona razaranja dopreti do površine i posledice eksplozije biće vidljive. U ovakvim slučajevima, kada zona razaranja dospe do površine kažemo da e eksplozija izvodi u ograničenim uslovima.

U zavisnosti od osnosa R:W poluprečnik zone razaranja: dubini mine (linije n.o.) zavisće da li će zona razaranja samo dopreti do površine (slučaj kada je R=W) ili će zahvatiti i jedan deo izvan površine (slučaj kada je R>W) sl .

Sl. - Šema dejstva eksplozije u zavisnosti od odnosa R:W

Sl. - Šema dejstva eksplozije u zavisnosti od osnosa r:W

Sl. - Šema obrazovanja pukotina u unutrašnjoj i spoljašnjoj zoni drobljenja

Ukoliko je R=W, tada će stenski materijal zahvaćen zonom razaranja sve do same površinebiti razoran ili će ostati na mestu. Sama površina na ovom mestu biće nešto ispupčena zbog povećanja zapremine nastale kao posledica razaranja sl.

U slučaju kada je R>W tada će iznad eksplozivnog punjenja, u zoni razaranja doći do odbacivanja materijala i stvaranja na površini jednog udubljenja u obliku levka sl.

U zavisnosti od toga da li je R=W ili je R>W razlikuju se dve pojave, i to:

- pojava kada materijal ostaje na mestu ili je neznatno odgurnut i

- pojava kada je materijal odbačen - miniranje sa odbcivanjem.

Najčešći slučaj koji se javlja u rudarstvu kod miniranja u ograničenoj sredini, vezan je za drugu pojavu, tj. odbacivanje materijala van zone razaranja, pri čemu se na površini javlja udubljenje u obliku levka. Z zavisnosti od veličine i oblika levka razlikuju se tri slučaja:

I - r = W Normalni oblik

II - r < W Oslavljeni levak

III - r > W Pojačani levak.

VI. KRITERIJUMI SIGURNOSTI KOJE MORAJU DA ZADOVOLJE BUŠAKO-MINERSKI RADOVI

Kod projektovanje bušačko-minerskih raodva obim minerskih radova postaje sve veći i time za ljudstvo, objekte i opremu sve opasniji. U našoj zemlji već imamo rudnika sa radom više od 50 godina i proizvodnjom od blizu ili znatno više od milion tona godišnje. Ukupna potrošnja eksploziva (za istražne, pripremne i otkopne radove) po 1 toni rude neka je napr. 0,6 kg/t tada za jednu godinu i proizvodnju od 1.000.000 t imamo potrošnju eksploziva od 600.000 kg odnosno za 50 godina rada od 3.000.000 kg =3 ktt, što je ravno jakom nuklearnom udaru. Naravno ta potrošnja eksplozija je raspoređena na duže vreme, veliki broj radilišta i manje količine. Sa porastom broja ležišta u eksploataciji sa manjim sadržajem metala, raste i potreba za masovnim miniranjem i većom produktivnošu, tj. jednovremenim miniranjem sa većim količinama eksploziva. Tako je prfo. V. Veselinović na površinskom otkopu rudnika gvožđa Tajmiše u SR Makedonij, jednim miniranjem oborio masu rude od 800.000 t. Pri tome je praktično jednovremeno aktivirano oko 200 t eksploziva.

Za otkopavanje jednog međukomornog uzdužnog sa dva manja porpečan sigurnosna stuba u jami rudnika "Marej" u Kanadi izrada minskih bušotina započeta je u maju 1960. godine a završena krajem marta 1961. godine, za koje vreme je izrađeno 1700 m minskih bušotina prečnika 50 mm. Rad na punjenju minskih bušotina trajao je tri nedelje (sedmice), ogranizovan u dve smene. ukupno jdnovremeno upotrebljena aktivirana količina eksploziva iznosila je oko 250 t. Na punjenju minskih bušotina u svakoj smeni je radilo po 20 ljudi.

Kada se zna da 1 kg privrednih eksploziva oslobađa energiju, koja izvrši rad od više stotina hiljada dNm, onda je jasno da se pri jednovremenom miniranju podmetnutih količina od više tona ili čak i stotina tona moraju preduzeti posebne mere u prvom redu tehničke zaštite. Stepen korisnog dejstva potencijalne energije eksploziva znatno zavisi od načnina upotrebe i u rudarskoj praksi retko kada prelazi 10%. Približna distribucija ukupne potencijalne energije prikazaje je na sl.

Na svoju okolinu eksplozija štetno ili opasno može da deluje:

a) vazdušnim udarnim talasom,

b) razornim dejstvom,

c) seizmičkim dejstvom,

d) dejstvom otrovnih i zagušljivih gasovitih produkata eksplozije i

e) toplotnim dejstvom eksplozije.

Za određivanje optimalno bezbednostnog rastojanja merodavna su dejstva navedena pod a,b i c, mada se ne sme podcenjivati i opasno dejstvo (pod d) - slučaj u Kokinom Brodu, Krivoj Feji itd.

Sl. - Šematski prikaz bilansa energije eksploziva

1. DEJSTVO VAZDUŠNOG UDARNOG TALASA

Na mestu eksplozije i u njenoj neposrednoj okolini, vazdušni udarni talas dostiže nekoliko stotina hiljada Njutna. Pri tome, po zdravlje čoveka ceni se (prema prposima u Rusiji), nije opasan vazdušni nadpritisak do 2,5 N/cm². Poveća vazdušni udar manifestuje se na čoveka prskanjem zidova krvnih sudova i uglavno unutrašnjim krvarenjem, do spoljne pojave krvarenja na nosu, ustima i ušima, nakon čega nastupa smrt.

Radijus opasne zone od dejstva vazdušnog udarnog talasa na ljude računa se podnačini:

R=5√Q ,m

gde Q znači masu ekspoziva u kg.

Poluprečnik R v opasnog dejstva vazdušnog udarnog talasa eksplozije na objekte, računa se po jednačini:

R v=K v √Q ,m

gde znače:

R v - koeficijenat prporcionalnosti, čija veličina zavisi od mase eksploziva Q, kg.,

dubine njegovog smeštaja i vrste mogućeg oštećenja, kako je to prikazano u tabeli br.

Slabo pričvršćena stakla lome se pri povećanju nadpritiska vazduhaza samo 0,07 N/cm², a ako ono iznosi 0,7 N/cm², dolazi do opadanja maltera i izbijanja dobro učvršćenih ramova prozora i vrata. Pored rastojanja i sa porastom dubine smeštaja eksploziva naglo opada opasnost od dejstva vazdušnih udarnih talasa. Držanje otvorenih vrata i prozora potpomaže bržem izjednačavanju spoljašnjeg i unutrašnjeg pritiska vazdušnog udarnog talasa.

Povoljni uslovi za izvođenje minerskih radova

Kompleksan uticaj meteoroloških faktora zavisi od intenziteta pojedinih fakotra i njihovog uzajamnog dejstva. Veliki intezitet površinske eksploatacije i dalji trend za povećanjem proivzodnje zahtevaju izvođenje miniranja sa velim količinama eksploziva. Izgradnja autostada, kanala i drugih grandioznih građevinskih objekata takođe zahtevaju primenu velikih količina eksploziva koji se aktiviraju u vrlo kratkom periodu vremena. To prouzrokuje velike vazdušne talase, koji mogu imati kobne posledice na same objekte koji se grade, kao i na obližnja stambena naselja. Meteorološki uslovi smanjuju ili povećavaju intenzitet vazdušnih udarnih talasa. Pri takvom obimu i tehnologiji miniranja ne smeju se zanemariti atmosferski uticaji.

Konstantnih uslova nema i sa njima se ne sme računati. To posebno vazi za rudnike, gde na atmosferske uslove utiču i faktori zagađenosti proizvodnog područja i blizina urbane sredine.

Povoljni meteorološki - atmosferski uslovi za izvođenje miniranja su:

- Vedro do delimično oblačno nebo sa vunastim, odnosno kovrdžastim oblacima, slabim vetrovima i ravnomernim povećanjem temperature od zore, tj . svitanja do zalaska sunca tj. sutona.

-Generalno, miniranje treba izvoditi oko 10 časova pre podne ili u podne kada je u većini slučajeva eliminisana pojava inverzije temperature.

- Inverzija temperature najčešće se događa u toku noći i to u 50 do 75% slučajeva. To nije ni važno, jer prema našim propisima miniranje se može izvoditi na površini samo u toku dana, tj. u toku dnevne svetlosti. Inverzija temperature polako nestaje u jutarnjim čaosovima, a zatim se opet javlja u sumrak. Obično miniranja koja se izvode brzo posle zalaska sunca, odnosno smrknuća prouzrokuju ozboljnu uznemiravajuću buku.

- Pri relativno visokim temperaturama sa neznatnim kolebanjem u toku dana uslovi za izvođenje miniranja su vrlo povoljni.

Takođe oblačni dani sa brzim promenama intenziteta brzine vetra, pa čak iako su praćeni sa pljuskovima mogu predstavljati pogodne uslove za miniranje. Sveto se mora analizirati.

Nepovoljni uslovi za izvođenje miniranja

Kada razmatramo nepovolje uslove za izvođenje miniranja, uvek moramo analizirati intenzitet pojedinih faktora koji mogu prouzokovati negativne efekte.

Nepovoljni uslovi za izvođenje miniranja su sledeći:

- Najnepovoljniji dani za izvođenje miniranja su kada je vazduh relativno tih bez pokreta, odnosno kada vlada omorina - zapara. Ovi dani su obično magloviti, sumagličasti ili sa dosta dima u vazduhu i to posebno u velikim gradskim naseljima i industrijskim centrima sa velikim brojem dimnjaka. Indikacija da egzistiraju nepovoljni uslovi može da se zaključi na osnovu dima koji izlazi iz susednih fabričkih dimnjaka.

Ako se dim kreće u nekoliko pravaca, odnosno ako se razvijaju u obliku lepeze i to horizontalno, posle inicijalnog uspona sa malim povijanjem u petlju, ili vertikalnim kretanje, to ukazuje da se dim pokreće daleko od vrha dimnjaka i da egzistiraju tihi vremenski uslovi sa mogućnošću brzog nastajanja inverzijte temperature.

- Vedri, katkad sumagličasti dani sa prrilično konstantnim temperaturama i mogućim veoma slabim vetrovima utiču na povećanje vazdušnih udarnih i zvučnih efekata.

- Magloviti, sumorni dani sa velikim sadržajem vlage u vazduhu ili zadimljeni dani sa malo vetra ili vez vetra, tj. kada imamo stanje tipične inverzije temperature sa visokim indeksom zagađenosti vazduhu.

- U toku jakih vetrova koji su praćeni sa prodorom hladnog fronta

- U onim periodima dana kada temperatura površine zemlje opada.

- U zoru ili suviše rano jutro ili posle zalaska sunca i kod vedrih dana sa malim pojavama slabog vetra.

- U oblačne dane sa niskim oblacima, specijalno kada ima malo vetra ili ga uopšte nema itd.

Atmosferski uslovi su često promenjivi u toku jednog istog dana. Zbog toga se oni moraju pratiti i na osnovu toga odrediti vreme miniranja. To zahteva da se uvek raspolaže sa rezervom u izminiranoj rudii raskrivci, kako bi rudnik mogao raditi bez zastoja. Atmosferski uslovi nesumnjivo utiču na povećanje intenziteta nadpritiska vazdušnih talasa pri kome se stvara veće uznemiravanje građana u urbanoj sredini, a pored toga mogu nastati razne štete, te pri nepovoljnim atmosferskim uslovima treba odložiti izvođenje miniranja.

Miniranje treba odložiti u sledećim slučajevima.

- Pri približavanju atmosferskog električnog pražnjenja. Za to danas stoje na raspoloženju razni, instrumenti koji ukazuju na tu opasnost.

- Ako u stmosferi egzistira pozitivni gradijent iznad negativnog gradijenta, to upućuje na postojanje inverzije i na nastojanje fokusiranja vazdušnih talasa.

- Miniranje treba isto tako da se odloži ako je nadpritisak vazduha prekoračio vrednost 0,00186 bara na osmatranom mestu, odnosno na ugroženom području.

- Ako se brzina vetra povećava sa visinom to predstavlja restriktivni uslov, posebno ako pravac vetra koincidira sa stambenim područjem niz vetar.

- Brzina vetra koja se smanjuje sa visinom prouzrokuje veće povratno dejstvo na strani miniranja uz vetar. To opet predstavlja restriktivni uslov, pogotovo ako vetar koincidira sa stambenim područjem.

U našoj praksi u većini slučajeva zanemaruje se i ne uzimaju se u obzir meteorološki atmosferski uslovi pri određivanju vremena za izvođenje miniranja. Urbane sredine su neposredno izložene različitim vidovima uznemiravanja, koja su katkad praćena raznim štetama. Danas, u doba kada se mora i treba voditi računa o zaštiti čovekove sredine, takođe materija ovde obrađena mora da se uzme u obzir.

2. RAZORNO DEJSTVO EKSPLOZIJE

Razorno dejstvo eksplozije manifestuje se u steni stvaranjem dve zone:

- zone drobljenja i

-zone pukotina.

Kao posledica razornog dejstva eksplozije sa karakteristikom (koeficijentom dejstva) n=1-3, zona dorbljenja tako snažno zahvata slobodnu površinu da dolazi do odbacivanja stenske mase, nekoliko desetina, a pojedinih komada čak i nekoliko stotina metara. Taj odnos u praksi je oko 1:6-7.

Poluprečnik zone drobljenja Rd za dužinu minskog punjenja koja je bliska prečniku tj. za L≤5dp i intimni kontakt sa zidovima bušitine, može se odrditi po jednačini:

Rd=a√ Qσr

,m

gde znače:

a - koeficijenat proporcionalnosti a=7

Q - masa upotrebljenog eksploziva u kg i

σr - čvrtoća stenske mase na kidanje d/cm².

Ako kontakt između eksploziva i okoline stene nije intiman, već je površina poprečnog preseka šupljine znatno veća od poprečnog preseka eksplozivnog punjenja, Pe:Pk=1:2 do 1:2,3 eksperimentalno je utvrđeno da je koeficijenat proporcionalnosti tada a=0,304. Ovaj slučaj najčešće srećemo kod smeštaja eksploziva u komorama jamskih magacina. Ostale vrednosti za koeficijenat proporcionalnosti a, mogu se dobiti interpolacijom datih odnosa.

Što se tiče bezbedne dubine lokacije komora magacina za smeštaj eksploziva, ova se ceni kroz određivanje vrednosti koeficijenta dejtva eksplozije n. Ako se koeficijenat n kreće u granicama n=1-3 zona dorobljenja će tako snažno zahvatiti površinu terena, tako da će doći do razletanja komada stena. Za n<1 razorno dejstvo eksplozije neće se ispoljiti na površinu. Koeficijent dejstva eksplozije, određuje se iz jednačina:

n= 1H

3√ 1,7Qq

,

za dubinu komore H manje od 25m od površine i za dubinu H veću od 25m.

n= 1H

3√ 8,3Qq √H

,

u prednjim jednačinama znače:

Q - masa eksploziva u kg i

q - koeficijenat koji zavisi od vrste stne u kojoj je magacin izrađen (tabela br.).

Vrednosti za koeficijenat q

Oko zone drobljenja u stenskoj masi nastaje zona pukotina poluprečnika Rp, koja se približno može odrediti iz jednačine:

Rp≈2,65 Rd ,m

Ako je dužina minskog punjenja Lpveća od 6 njegovih prečnika dp (Lp>6dp¿ tada kažemo da se radi o otežanom miniranju (što je u proizvodnoj praksi dominantno).

Za Lp≤6 dp onda kažemo da se radi koncentrisanom punjenj - kraternom miniranju, a time i kraternom odbacivanju.

Daljina miniranjem odbačenog materijala raste uglavnom sa porastom prečnika minskog punjenja i specifičnom potrošnjom eksploziva, podrazumevajući da je propisna dubina začepljenja najmanje jednaka liniji najmanjeg otpora tj.:

lč=Ln.o.

Najveća udaljenost miniranjem odbačenih komada Lo u zavisnosti od navedenih geometrijskih parametara može se odrediti po jednačinama:

Loe=403√d p2,m

za etažno miniranje i pod uslovom da je q≤0,5kg /m3

Lok=2603√d p2 ,m

za kraterno miniranje - odbacivanje.

Ukoliko se miniranja moraju izvoditi na manjim udaljenostima, tada se moraju primeniti veštačke pokrivke radi smanjenja daljine preleta komada, kao i pokrivanje na objektima koji se štite.

U prednjim jednačinamad pje prečnik minskih bušotina u colima (l' '=25,4mm¿.

Prečnik najdalje odbačenih komada stene dk izračunava se po jednačini:

dk=0,13√d2 p ,m

Treba imati u vidu i to, da sa porastom kosine (padine) terena na kome se vrši miniranje raste i daljina odbacivanja.

Kraterne efekte odbacivanja često imamo kod etažnog miniranja i to iz dva razloga: prvi je kada postoji vrlo mali odnos između dubine bušitine i njenog prečnika (na primer pri miniranju vrlo tvrdih stena), gde je dužina čepa svega jedna polovina l.n.o. kako bi se izbegao veliki obim sekundarnog miniranja. U drugom slučaju kraterni efekti mogu nastati i na čelu etaže usled nehomogenosti stenske mase.

Zapremina levka (kratera) odbacivanja znantno je veća pri iniciranju minske buššotine, ako se ono vrši od njenog početka ka kraju nego obrnuto.