концентрация окиси углерода в рудничном воздухе не вы ше 0,0016%.
Окислы азота. Самыми ядовитыми компонентами в продуктах взрыва следует считать окись и двуокись азота (NO, N 0 2), которые вызывают раздражение легких, а в тяжелых случаях — нх отек. Характерная особенность окислов азота: нх паталогнчсское дейст вие проявляется не сразу, а через 4—5 ч. Предельно допустимое содержание окислов азота в атмосфере 0,0002%. По своим токсиче ским свойствам эти газы значительно превосходят окись углерода, поэтому при подсчете суммарного количества условной окиси угле рода они умножаются на коэффициент токсичности, равный 6,5. По своим химическим свойствам эти два компонента резко отли чаются. Е сли о к и с ь азота весьма устойчива к воде, то двуокись легко растворяется, образуя азотную кислоту.
Сероводород — бесцветный газ с неприятным запахом тухлых япц, плотность по отношению к воздуху 1,19; легко растворим в во де. Прп вдыхании сероводород раздражающе действует на слизи стые оболочки глаз, дыхательных путей и вызывает отек легких. Предельно допустимая концентрация сероводорода прп длительном пребывании людей не должна превышать 0,00066%.
Сернистый ангидрид — бесцветный газ с сильно раздражающим «колючим» запахом, плотность по отношению к воздуху 2,21; легко' растворим в воде. При вдыхании появляется чихание, кашель, спазмы голосовой щели, а прп тяжелых отравлениях наблюдается воспаление бронхов, отек гортани п легких. Допустимая концентра ция в рудничном воздухе прп длительном пребывании 0,00095%. ГГО' своим токсическим свойствам сернистые газы занимают промежуточ ное положенпе между окисью углерода и окислами азота. Коэффици ент токсичности нх по отношению к окиси углерода принят 2,5.
Пары ртути и свинца. При взрыве гремучертутнотетриловых и азпдотетрнловых детонаторов пли электродетонаторов в атмо сферу выработки попадает незначительное количество ртути и свинца, которые при длптельпом воздействии вызывают хроническое отрав ление центральной первпой системы, органов пищеварения, а также отек легких.
§ 55. Механизм образования ядовитых газов
Образование окиси углерода и окислов азота обусловлено взрыв чатым превращением ВВ и представляет собой довольно сложный процесс; кроме неполноты разложения ВВ, существует механизм образования окиси углерода, принципиально отличающийся от меха низма образования окислов азота.
В процессе взрывчатого превращения компонентов ВВ, и особенно аммиачной селитры, из окислов азота практически образуется одна лишь окпсь азота:
2NH4N03 — >- 2N0 + N2+ 4H20-(-9,2 ккал/моль.
Количество окиси азота в продуктах взрыва зависит в основном от кислородного баланса и детонационной способности ВВ. При поло жительном кислородном балансе избыточный кислород в составе ВВ вступает во взаимодействие с соединениями азота и увеличивает выход окиси азота; для минимального образования окислов азота, наиболее выгодным является нулевой кислородный баланс (КБ) или близкий к нему отрицательный КБ.
От детонационной способности зависит количество непрореаги ровавших частиц ВВ, химическое превращение которых завершается при более низкой температуре и давлении, что способствует повы шенному образованию окислов азота.
При вторичных реакциях, идущих уже в атмосфере горных выра боток, окись азота окисляется кислородом воздуха и переходит в двуокись:
2N0 + 0 2= 2N02.
Время перехода N0 в N 0 2 в зависимости от концентрации реаги рующих веществ может длиться от нескольких секунд до нескольких суток. Чем выше концентрация N0 в продуктах детонации, тем быстрее происходит ее переход в N 0 2.
При взрыве промышленных ВВ могут протекать различные хими ческие реакции с образованием окиси углерода:
2С + 0 , ч~v 2С0; |
|
2С0 + 0 2 ч-=г 2С02. |
(XIV. 1) |
Эти реакции характеризуют образование и диссоциации угле кислого газа и являются основными при взрывчатом превращении ВВ с достаточным содержанием кислорода. Реакция (XIV.1) обра тима, повышение температуры вызывает смещение реакции влево, т. е. связано с увеличением количества о к и с и углерода; повышение давления смещает реакцию вправо с образованием углекислого газа.
Образование ядовитых газов зависит как от энергетических, так и от физико-химических свойств ВВ и происходит при детона ции зарядов, а также при вторичных химических реакциях.
В этом процессе играют роль вторичные реакции, связанные с газификацией 1 бумажно-парафиновой оболочки патронов, которая является неотъемлемой частью большинства натренированных ВВ, предназначенных для подземных работ.
Степень участия оболочки патронов в указанных реакциях опре деляется конкретными условиями в момент взрыва. При детонации заряда ВВ в воздухе или вакууме участие оболочки незначительно из-за быстрого отброса ее продуктами взрыва. При размещении патрона ВВ в шпуре газификация оболочки протекает более полно.
1 Образование |
газообразных |
продуктов, |
преимущественно |
окиси |
углерода. |
|
|
|
|
205
В целях уменьшения окиси углерода за счет газификации обо лочки большое значение имеет выбор оптимального КБ. Учитывая, что патронировочпая бумага и парафин имеют сильно отрицатель ный КБ (соответственно — 130% и —345%), для окисления угле рода, входящего в их состав, до С 02 выгоднее обеспечить положи тельный кислородный баланс ВБ, однако это повлечет излишнее образование окислов азота. Наиболее выгодное значение кислород ного баланса ВБ, при котором меньше всего образуется ядовитых газов, должно определяться в каждом отдельном случае постановкой соответствующих опытов.
Кроме основных причин, обусловленных свойствами ВБ и нали чием горючей оболочки патронов, на процесс образования ядовитых газов оказывают значительное влияние внешние условия, связанные с характеристикой взрываемой среды, а также с параметрами и тех нологией буровзрывных работ.
К их числу в первую очередь следует отнести физико-механпче-- скне свойства горных пород, обводненность забоя, материал забойки, диаметр н глубину шпуров, дополнительные мероприятия, направ ленные па повышение безопасности взрывных работ (водораспыли тельные завесы, создание предохранительной среды из воздушномеханической пены) п другие. При взрывании шпуровых зарядов определяющими факторами, способными в значительной степени изме нять количество и состав ядовитых газов, являются: крепость взры ваемых пород, материал забойки н обводненность забоев.
В качестве примера, характеризующего влияние крепости гор ных пород на образование ядовитых газов, приводятся результаты исследований, проведенных на шахтах Донбасса (табл. 52).
Из табл. 52 видно, что каждому ВБ свойственна своя «газовость», изменение которой в значительной степени обусловливается кре постью взрываемой породы, т. е. с увеличением крепости пород образуется больше токсичных газов. Прп этом взрывание различных ВВ в одинаковых породах дает колебание «газовости» 56—74% , а при взрывании одного тппа ВВ в породах различной крепости — 60— 78%. Объясняется это тем, что окпсление углерода, входящего в со став ВВ, протекает в две стадии, вначале до СО, а затем до СО„. Часть окиси углерода, не успевшая о к и с л и т ь с я д о двуокиси, в про цессе детонации ВВ вступает во взаимодействие с конечными про дуктами детонации, в частности с парами воды, по реакции образо вания водяного газа
С0 + Н20 = £ C02+ H 2. (XIV.2)
Несмотря на крайне быстрое течение взрывчатого превращения, термодинамическое равновесие газообразных продуктов по этой
реакции успевает установиться, чему способствует высокая темпе ратура п давление.
Из теории известно, что для каждой температуры существует определенное отношение концентрации газообразных продуктов ле-
206
Т а б л и ц а 52
|
Коэффициент |
|
Среднее количество ядовитых |
||
|
|
|
газов, л /к г |
|
|
вв |
крепости пород |
Число |
|
|
|
по шкале проф. |
|
|
|
||
|
M. М. Протодь- |
опытов |
со |
NO + NO, |
сумма * |
|
пкоиова |
|
|||
Скальный аммонит № 1 |
3 - 4 |
7 |
32,5 |
2,8 |
50,7 |
|
5—6 |
10 |
41,1 |
2,9 |
59,8 |
|
7 - 8 |
7 |
48,4 |
3,3 |
69,7 |
|
9—12 |
6 |
63,6 |
3,4 |
85,7 |
Детонит 10А |
3 - 4 |
5 |
30,2 |
3,6 |
53,6 |
|
5 - 6 |
5 |
38,5 |
4,0 |
64,5 |
|
7—8 |
5 |
46,1 |
4,3 |
74,1 |
|
9 -1 2 |
5 |
62,4 |
4,7 |
93,1 |
Аммонит № 6ЖВ |
3 - 4 |
6 |
35,4 |
3,9 |
60,7 |
|
5—6 |
5 |
42,2 |
4,1 |
63,8 |
|
7—8 |
5 |
50,5 |
4,6 |
80,5 |
|
9 -1 2 |
4 |
64,1 |
4,4 |
97,9 |
Аммонит ПЖВ-20 |
3—4 |
7 |
20,4 |
2,6 |
37,2 |
|
5 - 6 |
9 |
22,0 |
2,7 |
39,5 |
|
7—8 |
5 |
32,0 |
3,0 |
51,5 |
Угленит Э-6 |
9 -1 2 |
5 |
41,6 |
2,8 |
60,4 |
3 - 4 |
5 |
15,7 |
2,1 |
29,3 |
|
|
5—6 |
4 |
19,6 |
2,0 |
32,6 |
* Суммарное количество ядовитых газов в пересчете на условную окись углерода определяется по формуле
чс <?c o + 6 ’d"n o + n o 2- л /к г .
вой и правой частей уравнения, характеризуемого константой равно весия
|
СО • Н 20 |
|
л р - |
С 0 2 - Н 2 |
’ |
С увеличением температуры |
К р возрастает, что соответствует |
|
более высокому процентному содержанию окиси углерода в продук тах взрыва. Резкое снижение температуры за счет адиабатического расширения газов способствует снижению скорости равновесных реакций и при некоторой критической температуре происходит так называемая «закалка» равновесия, после чего состав газообразных продуктов не изменяется.
Некоторое изменение количества окислов азота также обуслов ливается механизмом образования этих газов и зависит от конкрет ных условий, в которых завершается разложение непрореагировав ших в процессе детонации частиц аммиачной селитры, тротила и других соединений, содержащих в своем составе нитрогруппу N0 2.
207