پایان نامه بررسي سيستم آتشباري نانل
مقدمه
در اوايل قرن هفدهم باروت سياه توليد گرديد و براي لق كردن سنگ در صنعت معدن، انفجار جايگزين روش اصلي يعني حرارت دادن شد. با ورود به قرن هيجدهم باروت بطور گسترده اي در كارهاي ساختماني مورد استفاده قرار گرفت تا زماني كه ويليام بيكفورد انگليسي فتيله اطمينان را در سال 1831 به ثبت رساند. اين فتيله يك وسيله مطمئن و ايمن براي آتش زدن باروت در اختيار آتشكاران قرار گرفت.
درسال 1846، اسكانيوسوبره رو كه يك ايتاليايي بود نيتروگليسيرين را كشف كرد. آلفرد نوبل براي ايمن كردن نيتروگليسيرين به هنگام حمل و نقل در سال 1867 آنرا جذب Kieselguhr (نوعي خاك دياتومه) كرد كه نه تنها سه برابر وزن خود نيتروگليسيرين را جذب مي كرد بلكه از حساسيت آن نسبت به ضربه مي كاست و پس از خمير شدن و شكل گرفتن به صورت فشنگ در داخل كاغذ پيچانده مي شد بدين ترتيب ديناميت اختراع شد.
آلفرد نوبل در سال 1875، نيتروگليسيرين حل كرد و بدين ترتيب ژلاتين انفجاري (نوعي ديناميت) كه مخلوطي ژلاتيني شكل از 92% نيتروگليسيرين و 8% نيتروسلولز بود ساخت. و در سال 1879 از مخلوط كردن نيترات سديم و ساير مواد به ژلاتين انفجاري مواد منفجره ضعيفتر بدست آمد. در سال 1920، نيتروگليكول به ديناميت اضافه شد كه نقطه انجماد آن را بطور قابل ملاحظه اي پايين آورد.
در سال 1956، آنفو (نيترات آمونيوم و گازوئيل) وارد بازار آمريكا شد. در سال 1985 نيترونوبل، آنفوي جديدي را كه مقاومت بيشتري در برابر آب داشت به نام Akvanol عرضه كرد.
و در سال 1960، اسلاري و مواد منفجره با گرانروي بالا توليد شدند ودر سال 1970 امولسيونهاي انفجاري (اموليت) و در سال 1980، آنفوي تقويت شده جديد (امولان) تكميل و عرضه شدند كه تحول جديدي را در چالهاي آبدار بوجود آوردند. (9)
مواد منفجره صنعتي را به دسته هاي زير تقسيم گرديده اند: (7)
- مواد منفجره دانه اي مثل باروت و نيترات آمونيوم
- مواد منفجره ژله اي
- ديناميت ها
1-2- باروت
باروت مخلوطي مكانيكي از نيترات سديم يا پتاسيم زغال و گوگرد است. در حالي كه هيچكدام از آنها ماده منفجره نيستند. باروت از مواد منفجره كند سوز است و سرعت سوختن آن در مقايسه با مواد منفجره قوي خيلي كمتر از آنهاست. تركيب انواع باروت در جدول (1-1) آمده است.
جدول (1-1): تركيب انواع باروت (7)
مواد تركيبي | درصد تركيبي در دو نوع A و B | |
A | B | |
نيترات پتاسيم | 74 | – |
نيترات سديم | – | 71 |
زغال | 6/15 | 5/16 |
گوگرد | 4/10 | 5/12 |
حساسيت به ضربه و سرعت سوختن باروت نيترات سديم دار (B) كمتر از باروت نيترات پتاسيم دار (A) است. ازدياد زغال سبب كمتر شدن سرعت سوخت ميشود. مقدار رطوبت كمتر از 2% و تغيير مختصر گوگرد اثري در سرعت سوختن باروت ندارد. باروت درفضاي باز با سرعت 1cm/sec مي سوزد و چنانچه شرايط سوختن سريع فراهم شود سرعت سوختن آن به 450m/sec مي رسد. باروت را ميتوان به صورت فله در چال ريخت يا به صورت فشنگهاي ساخته شده به شكل استوانه مصرف كرد. (7)
1-3- آنفو (ANFO)
آنفو حروف اول كلمات (Ammonium Nitrate Fuel Oil) به معني مخلوط نيترات آمونيوم و سوخت مايع است. نيترات آمونيوم در اكثر مواد منفجره بعنوان اكسيد كننده مصرف دارد.
آنفو به علت ارزاني و ايمني زياد بمقدار وسيعي در كارهاي معدني مصرف ميشود. بطور كلي آنفو شامل 94% نيترات آمونيوم است كه دانه هاي آن با مواد ويژه ضد كلوخه شدن (Anticake) پوشيده شده و 6% سوخت مايع هم جذب آن گرديده است.
در پيرامون مواد ضد كلوخه شدن بايد گفت كه اين مواد از اين جهت به نيترات آمونيوم افزوده ميشود كه اولا از بهم چسبيدن دانه هاي نيترات و كلوخه شدن آنها جلوگيري نمايد و در مرحله بعد باعث گردد كه دانه هاي نيترات آمونيوم از استحكام كافي در برابر تغييرات درجه حرارت و تغييرات درصد رطوبت برخوردار شوند.
البته لازم به ذكر است كه ميزان افزودن مواد ويژه ضد كلوخه شدن بايد به اندازه اي باشد كه روي جذب گازوئيل اثر منفي نگذارد. حساسيت آنفو به انفجار مربوط به تركيب، خواص فيزيكي ، ابعاد دانه ها و وزن مخصوص آن ميباشد. سرعت انفجار آنفو با ازدياد قطر خرج اضافه ميشود و به حداثر 4300m/sec در قطر 13cm مي رسد. محصور بودن نيز سرعت انفجار آنفو را بالا ميبرد ماكزيمم انرژي از انفجار آنفوزماني است كه مقدار سوخت به 7/5 % برسد. اضافه كردن فلزات سوختي نظير آلومينيوم سبب ازدياد انرژي آنفو ميباشد.
آنفو داراي مقاومت بسيار ضعيفي در برابر آب است. بنابراين در چالهايي كه آب وجود داشته باشد آنفو را درون بسته هاي پلاستيكي ريخته و سپس درون چال فرستاده ميشود. ايجاد دود نارنجي قهوه اي پس از انفجار، نشانه فاسد شدن آنفو به وسيله آب است كه بايد آنفو را درون كيسه هاي پلاستيكي بهتر بسته بندي كرد و يا از محصولات مقاوم در برابر آب استفاده نمود. معمولاً اختلاط نيترات آمونيوم و سوخت با نسبتهاي مورد نظر در سر چال در كاميونهاي ويژ ه خرجگذاري صورت ميگيرد و به داخل چال پمپ ميشود. (7)
1-4- آنفوي مقاوم در مقابل آب (Akvanol)
همانطور كه اشاره شد يكي از مشكلات اصلي آنفو هنگام استفاده مقاومت ضعيف آن در برابر آب است. شركت نيترونوبل، آنفوي مقاوم در برابر آب با عنوان تجارتي آكوانول (Akvanol) عرضه كرده است. آكوانول ازتركيب نيترات آمونيوم بخصوص وسوخت نفت (گازوئيل) ساخته ميشود. و درمجموع وقتي كه در معرض آب قرار گيرد شكل ژل به خود ميگيرد. خاصيت آكوانول در آب بستگي به توانايي غليظ شدن عوامل جهت تورم و تشكيل ژل دارد. خرجگذاري آكوانول ترجيحا در دل چال با ماشين خرجگذار از انتها تا سر چال انجام ميگيرد. (9)
1-5- نيترات آمونيوم سنگين (Heavy ANFO)
همانطور كه مي دانيم هر چه وزن مخصوص ماده منفجره بيشتر باشد انرژي واحد وزن آن بيشتر است بعلاوه با ازدياد وزن مخصوص، سرعت انفجار نيز بالا مي رود كه هر دوي اينها در كارآئي ماده منفجره موثرند. اما فضاي خالي بين دانه هاي نيترات آمونيوم به 30 تا 40 درصد مي رسد. براي بالا بردن وزن مخصوص بهتر است دانه هايي با ابعاد متفاوت را با هم مخلوط كنيم تا فضاي خالي بين دانه ها كم شود و سرعت انفجار بالا رود. اين پديده تا جايي ادامه دارد كه وزن مخصوص نيترات آمونيوم به 25/1 برسد ادامه دارد و پس از آن سرعت انفجار شديدا پايين ميآيد. (7)
1-6- مواد منفجره ژله اي (Slurry)
از سال 1950، مخلوط نيترات آمونيوم و سوخت بعنوان ماده منفجره بكار گرفته شد. اين تركيب مخصوصا از نظر ايمني و ارزاني بسيار ايده آل است. اما نقايص عمده آن شامل: عدم مقاومت دربرابر آب، وزن مخصوص كم و قطر بحراني زياد براي جبران اين نقايص در سال 1960، مواد منفجره ژله اي بر پايه تركيب آب و نيترات آمونيوم ساخته شد. تركيب عمده اين مواد ناريه در جدول (1-2) آورده شده است.
مقدار TNT در تركيب بسته به قطر بحراني و درجه حرارت محيط كار تغييرمي كند. در بين مواد ژله اي آنها كه آلومينيوم دارند قوي ترند. اين مواد در شرايط مرطوب و معادن روباز به مقدار زياد استفاده ميشوند. وزن مخصوص خرجگذاري بالا سيال بودن و ايمني كاربرد اين نوع مواد را زياد ميكند. مواد ژله اي را ميتوان با دست يا پمپ به داخل چال فرستاد. مواد منفجره ژله اي به دو صورت فشنگي و فله اي ساخته ميشود. آنهايي كه به صورت فشنگ ساخته ميشود هر چه قطر آنها بيشتر باشد حساسيتشان كمتر مي گردد. هر جا كه مواد منفجره ژله اي به صورت فله اي خرجگذاري شوند، براي حساس كردن آن، مواد گاز زا (مثل ميكروبالنها) را همراه با ماده منفجره به داخل چال مي فرستند. (7)
1-7- مواد منفجره امولسيون (Emulsion)
نوعي از مواد منفجره سيال است كه در اوايل 1970 ، وارد بازار گرديد امولسيون مخلوطي از اكسيد كننده و سوخت است. در ساختمان شيميايي اين ماده ذرات اكسيدكننده در سوخت مايع شناورند. (شكل 1-1).
جدول (1-2): فهرست و ميزان مواد مورد استفاده در ساخت مواد ژله اي (7)
نام مواد | ميزان مصرف (درصد) |
نيترات آمونيوم | 30 تا 70 |
نيترات سديم | 10 تا 15 |
نيترات كلسيم | 15 تا 20 |
نيتراتهاي آمين آليفاتيك | تا 40 |
آلومينيوم | 15 تا 25 |
TNT يا حساس كننده | 5 تا 25 |
صمغ | 1 تا 2 |
تثبيت كننده | 1/0 تا 2 |
گليكول اتيلن | 3 تا 15 |
آب | 10 تا 20 |
امولسيون بصورت جامد ، ژله و مايع ساخته ميشود. اما براي بسته بندي نوع جامد آن مناسب تر از ساير انواع ميباشد. در درجه حرارت 7 – تا 32+ درجه سانتيگراد خواص خود را حفظ ميكند. پايداري مواد منفجره امولسيون در برابر مرور زمان زياد است و به ضربه كمتر از مواد ژله اي و ديناميتها حساسند و در مقايسه با اسلاري ها سرعت انفجار امولسيونها بيشتر است. در شرايط مرطوب مواد منفجره ژله اي و امولسيون هر دو مناسبند اما مواد امولسيون حتي در زير آب هم قابل استفاده اند. بعلت بالا بودن سرعت انفجار، فشار موج ضربه مواد امولسيون نيز زياد است چرا كه فشار موج ضربه با سرعت انفجار نسبت مستقيم دارد. لذا اينگونه مواد براي شكستن سنگهاي سخت و يا ساختن بوستر و پرايمر براي انفجار آنفو استفاده ميشود. اسلاريها و مواد امولسيوني از يك خانواده اند اما دو تفاوت عمده بين آنها وجود دارد. اول اينكه امولسينها به علت اينكه در تركيب آنها TNT وجود ندارند، حساسيت كمتر و ايمني بيشتري دارند. تفاوت ديگر اين است كه سرعت انفجار امولسيون از اسلاري بيشتر است (بعلت ريز بودن ابعاد دانه هاي اكسيد كننده ها سرعت انفجار آنها زياد است) افزودن آلومينيوم به مواد امولسيوني سبب پايين آمدن سرعت انفجار و بالا رفتن انرژي ماده منفجره ميشود. (7)
شكل (1-1): تجسمي از ساختمان شيميايي مواد منفجره امولسيون (7)
1-7-1- اموليت (Emulite)
از جمله مواد منفجره ساخت نيترونوبل است كه وزن مخصوص آن 2/1 سرعت انفجار m/sec 5000 قطر بحراني mm 20 است. و قدرت آن نسبت به آنفو از 80 تا 104 درصد متغير است. اموليت فله را توسط كاميونهاي پمپ دار به داخل چال پمپ مي كنند.
1-8- امولان (Emulan)
امولان تركيبي ا زآنفو و اموليت فله است. در اين مخلوط فضاي خالي بين دانه هاي آنفو با مواد منفجره امولسيوني پر ميشود. در نتيجه افزايش در انرژي و هم در دانسيته بوجود ميآيد و در شرايط چالهاي آبدار و سخت بكار مي رود. نسبت اموليت به آنفو از 20 تا 80 در چالهاي خشك و از 80 تا 20 در چالهاي آبدار تغيير ميكند. در نتيجه دانسيته بالاتر و انرژي دروني زيادتر، قدرت خردكنندگي اين تركيب در هر متر حفاري تا 40% بيشتر و در نيتجه فاصله از سطح آزاد (Burden – فاصله رديفها) و هم فاصله چالها در هر رديف (Spacing) تا 20% افزايش مي يابد. (9)
1-9- ديناميت (Dynamite)
اساس ديناميتها را نيتروگليسيرين تشكيل ميدهد. تنها تعداد معدودي از كارخانه هاي سازنده، به جاي استفاده از نيتروگليسيرين ازنشاسته استفاده مي كنند. علت جايگزيني اين است كه معمولاً نيتروگليسيرين به هنگام مصرف موجب سردرد ميشود.
ميتوان گفت ديناميتها از حساس ترين مواد منفجره محسوب ميشوند. ديناميت براي اولين بار توسط آلفرد نوبل در سال 1867 در سوئد ساخته شد كه مركب از 75% وزني گليسيرين و 25% دياتوميت بود. بعدها بجاي دياتوميت از موادي نظير نيترات سديم، خرده چوب، و غيره استفاده شد گر چه اين مواد كمتر از دياتوميت، نيتروگليسيرين جذب مي كنند. اما ماده منفجره حاصل بمراتب قوي تر از ديناميت نيتروگليسيرين و ديناميت بود. (7)
ديناميت شامل دو زير گروه ميباشد.
الف- ديناميت هاي دانه اي
ب- ديناميت هاي ژلاتيني
بعد از اينكه عمليات خرجگذاري در داخل چال انجام شد بايد خرج چال را منفجر كرد. برخي از مواد منفجره صنعتي مثل باروت سياه بوسيله شعله كبريت يا نظاير آن آتش ميگيرد اما بقيه مواد منفجره صنعتي كه به عنوان خرج اصلي چالها قرار داده ميشوند به علت حسايست كم آنها نياز به يك عامل انفجاري قوي تر از شعله دارند كه اين كار به عهده چاشني هاست كه در فصل بعد بطور مختصر توضيح داده خواهد شد.
فصل دوم: عوامل انفجاري
2-1- مقدمه
فتيله اطمينان كه اولين سيستم انفجاري غيرالكتريكي بود توسط ويليام بيكفورد انگليسي درسال 1831 به ثبت رسيد. استفاده از ديناميت در سال 1867 سبب اختراع چاشني شد كه به فتيله اطمينان متصل مي شد چون همانطور كه مي دانيم فتيله اطمينان به تنهايي قادر به انفجار مواد منفجره نيست. اختراع چاشني حاوي فولمينات جيوه ازسوي آلفرد نوبل در 1867 انفجار انواع مواد منفجره را ايمن تر و موثرتر كرد. و بعد از آن در سال 1913 فتيله انفجاري اختراع شده و همزمان با گسترش ديناميت، تحقيقاتي در مورد روشهاي جديد آتش زدن مواد منفجره صورت گرفت تا در اوايل قرن بيستم، سيستم الكتريكي آتش زدن ارائه شد واز سال 1922، اولين چاشني الكتريكي تاخيري عملا مورد استفاده قرار گرفت. ارائه چاشني با تاخيرات كوتاه مدت (10 تا 100 ميلي ثانيه) در اواخر سالهاي 1940 بيشترين اهميت را در تكميل فن آوريهاي جديد آتشباري داشت. در اواخر سالهاي 1970 سيستم آتش زدن نانل تكميل گرديد. (9)
2-2- فتيله اطمينان (Safety Fuse)
فتيله اطمينان اساسا از مقداري باروت نرم كه دور آنرا الياف كنف و پنبه به شكل لوله گرفته است تشكيل ميشود. براي محافظت بيشتر در مقابل خراشيدگي ، رطوبت و سايرعوامل مكانيكي پوشش ديگري از جنس موم و صمغ و اجسام ديگر به آن اضافه مي كنند. نوع و جنس اين پوششها بسته به موارد مصرف فتيله در شرايط خشك مرطوب و يا آبدار فرق ميكند. پوشش آسفالتي براي آب و هواي خشك و پوشش كائوچويي براي محلهاي مرطوب است. قطر فتيله اطمينان 5 تا 6 ميليمتر و قطر دانه هاي باروت 2/0 تا 6/0 ميباشد. يكنواخت سوختن از محسنات اصلي فتيله اطمينان است. معمولاً يك متر فتيله اطمينان در هواي آزاد در مدت 80 تا 100 ثانيه مي سوزد. مقطع يك فتيله اطمينان
كه 18 برابر برزگتر شده در شكل (2-1) نشان داده شده است.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.