Уровень предохранительности ВВ устанавливают только экспериментально путём воспламенения метано- и пылевоздушной смесей зарядами ВВ при различных наиболее опасных условиях их взрывания. Поэтому взрывчатые вещества, предназначенные для шахт, опасных по газу или пыли, следует подвергать, кроме общих, специальным испытаниям на безопасность воспламенения МВС и ПВС. В процессе испытаний искусственно воспроизводятся наиболее опасные ситуации, возможные при взрывных работах в угольных шахтах. При этом чем выше класс предохранительности, тем жёстче условия испытаний и выше нормативы уровня предохранительности.
Испытания проводят в опытном штреке. Количество опытов по газу - 20, по пыли - 5. Штрек представляет собой стальную трубу (рис. 1) диаметром 1,5... 1,8 м и длиной 15...25 м, закрытую с одного торца прочным стальным днищем с отверстием диаметром 300...400 мм, к которому соосно подкатывают на специальной тележке стальную мортиру (из легированной стали 20Х, 30Х и др.) с просверленным по центру несквозным каналом диаметром 55 и длиной 1050 мм, имитирующим единичный шпур, называемую канальной мортирой. Стенки ее прочные и массивные, выдерживающие десятки и сотни взрывов.
Опытный штрек диафрагмой (бумажной или в виде механического шторного затвора) разделён на две неравные части. Участок от днища до диафрагмы объёмом 10 м3 называется взрывной камерой, в которой перед испытанием создаётся метановоздушная смесь с концентрацией метана около 9,5% (при взрывании по газу) или пылевоздушная смесь с концентрацией пыли около 300 г/м3 (при взрывании по пыли).
Равномерная концентрация метана в смеси обеспечивается лопастной мешалкой, установленной во взрывной камере, или, как показано на рис. 1, наружным замкнутым вентиляционным устройством. Кроме того, штрек снабжён системой принудительного проветривания после взрывания.
Для создания взрывоопасной смеси газа с воздухом используется природный газ с содержанием метана не менее 90%, этана, бутана, пропана и других высших углеводородов не более 8%, углекислого газа не более 1% и при полном отсутствии водорода. Концентрацию газа во взрывной камере измеряют дистанционным электрическим газоанализатором ГЭУК-21 или ГМТ-3, другими современными средствами.
1 - тележка; 2 и 7 - канальная и пылераспылительная мортиры; 3 и 11 - системы проветривания и подвода метана; 4 - люк: 5 - смеситель; 6 - штора (диафрагма); 8 - рельсовый путь: 9 - стальная труба; 10 - взрывная камера; 12 - стальное днище.
Рисунок 1 - Опытный штрек
Для создания в опытном штреке пылевоздушной смеси на расстоянии 8... 11 м от днища (в зависимости от диаметра штрека) под углом 20° к горизонту устанавливают пылераспылительную мортиру, на дне которой помешают заряд предохранительного ВВ массой 50 г с ЭДКЗ-ОП и поверх него насыпают 6 кг угольной пыли. Распыление производят за 6...8 с до взрыва испытуемого заряда. Угольная пыль, используемая при испытаниях, должна содержать: 29...35% летучих; не более 9% золы и не более 2% влаги. Этим требованиям в Донбассе удовлетворяет пыль пласта m3 Макеевский. Пыль просеивают через сито с отверстиями 0,5x0,5 мм. На сите должно остаться не более 10% навески. Затем пыль просеивают через него с количеством отверстий 6400 на I см2. Через него должно пройти не менее 50% пыли.
Количественной характеристикой (критерием) уровня предохранительности ВВ служат:
Приняты две схемы испытания ВВ на предохранительность.
По первой схеме взрывание зарядов ВВ производится в канальной мортире без забойки - моделируется торцевое обнажение заряда (рис. 2). Различают такие варианты пространственного размещения испытуемого заряда в канале мортиры: если испытываются ВВ классов III и IV заряд досылается до дна канала; при испытании ВВ классов V и VI заряд размешают на расстоянии 50 мм от устья канала. Это основной вид испытания, которому подвергаются ВВ классов III...VI. При взрывании в канале мортиры энергия взрыва будет в основном направлена на выброс (через устье канала) раскалённых продуктов взрыва (смесь газов, частиц ВВ, ЭД и пламегасителя). Выброшенные продукты взрыва расширяются во взрывной камере и смешиваются со взрывчатой метано- или пылевоздушной смесью. Часть их, способная к окислению, догорает в воздухе и создаёт новое, более сильное пламя, чем то, которое при детонации вырвалось из канала мортиры.
Рисунок 2 - Принципиальная схема испытания ВВ на предохранительность в канальной мортире по газу (а) и пыли (б)
Порядок испытаний. В канале мортиры формируют заряд ВВ заданной массы. Мортиру на тележке подкатывают к днищу штрека, перекрывая отверстие в нём. Таким образом канал, а следовательно, и заряд сообщаются со взрывной камерой. В камере создают МВС или ПВС и производят взрывание. При получении «воспламенения» заряд уменьшают, а «невоспламенения» - увеличивают и повторяют опыт. Изменяя заряд по методу артиллерийской пристрелки (делением отклонения пополам), добиваются «невоспламенения» при максимально возможном заряде, который подтверждают двадцатью или пятью последовательными взрываниями (устанавливают mпр ) или же методом «вверх-вниз» определяют m50, т. е. массу заряда, дающего 50% воспламенений.
При второй схеме испытания заряды ВВ взрывают в уголковой мортире со стальной отражательной стенкой, установленной на расстоянии 0,6 м от задней поверхности заряда, - моделируется боковое обнажение шпурового заряда (рис. 3).
Уголковая мортира представляет собой стальной цилиндр с продольными прямоугольными пазами, помещается во взрывной камере опытного штрека, заполненной стехиометрической МВС или ПВС, параллельно его оси. Патроны ВВ помещают в паз уголковой мортиры и взрывают. Аналогично с предыдущим методом испытаний по методу артиллерийской пристрелки устанавливают mпр для испытываемого ВВ или подтверждают её для серийных образцов. ВВ считается предохрани¬тельным, если при выполнении опытов не произойдёт воспламенение метано- и пылевоздушной смесей от взрыва заряда ВВ, масса которого не ниже нормативного значения mпр.
1 - опытный штрек; 2 - отражательная стенка; 3 - заряд ВВ; 4 - мортира
Рисунок 3 - Принципиальная схема испытания ВВ на предохранительность при взрывании в уголковой мортире
Нормативы по предохранительности, которым должен удовлетворять каждый класс ВВ (при прямом инициировании), приведены в табл. 1.
В зависимости от вида испытаний на предохранительность, которые выдержало данное ВВ, а также от полученных значений показателей относят вновь разработанное ВВ к тому или иному классу (III...VI). При испытаниях серийно выпускаемых ВВ оценивается качество конкретной партии. Если ВВ не выдержало положенный вид испытаний, то партия бракуется, а фактические значения mпр или m50) при этом не устанавливают. Наряду со стандартными проводятся испытания по специальным методикам, моделирующим условия применения ВВ VII класса (в отдельных случаях V и VI класса) на практике.
Например, испытывают заряды, предназначенные для создания предохранительной среды - путём взрывания в МВС в свободно подвешенном состоянии; для перебивания стоек - одновременным взрыванием 20 зарядов, рассредоточенных во взрывной камере; для дробления негабаритов и разбучивания углеспускных печей - в уголковой мортире с расположением отражательной стенки на расстоянии 200 мм в виде связки (пучка) из нескольких патронов и т.д. Норматив: выдерживать установленные нормативными документами условия испытаний, имитирующих условия их специального применения.
Таким образом, предохранительность - это относительное понятие. Предохранительные ВВ не воспламеняют газопылевоздушную смесь только при взрывании в строго определённых условиях, характерных для класса. Поэтому взрывчатые вещества, выдержавшие испытания в опытном штреке, будут безопасны при применении их в шахтах, опасных по газу или пыли, лишь при соблюдении таких условий: каждый шпуровой заряд должен быть достаточным для выполнения назначенной ему работы, но не преувеличенной; в незаряженной части шпура должна быть размещена забойка; содержание метана в атмосфере забоя и на протяжении до 20 м должно быть менее 1%; забой, кровля, стенки и почва выработки на протяжении до 20 м от забоя должны быть обильно смочены водой с добавкой смачивателей; в призабойном пространстве выработки должна быть создана водораспылительная завеса, если это регламентируется нормативными документами.