«Взрывные работы в горных породах: Практическое руководство»

Пироксилин можно взять в качестве примера химического соединения. Древесная или волокнистая часть растений называется «целлюлозой». Ее химическая формула — C6H10O5, то есть молекула целлюлозы состоит из шести атомов углерода в соединении с десятью атомами водорода и пятью атомами кислорода. Если это вещество окунуть в концентрированную азотную кислоту, часть водорода вытесняется, и вместо него замещается перекись азота. Продуктом является нитроцеллюлоза, формула которой — C6H7(NO2)3O5. Если сравнить эту формулу с предыдущей, можно увидеть, что три атома водорода были удалены, а их место заняли три молекулы перекиси азота NO2; так что теперь мы имеем составную молекулу, которая по своей природе нестабильна. Молекулы перекиси азота вводятся в молекулу целлюлозы с целью снабжения кислородом, необходимым для горения углерода и водорода, точно так же, как группы молекул селитры вводились в древесный уголь пороха для горения углерода и водорода этого вещества. Только в первом случае молекулы перекиси находятся в химическом соединении, а не просто смешаны механическими средствами, как во втором. Составную молекулу нитроцеллюлозы можно записать как C6H7N3O11, то есть в 297 фунтах этого вещества содержится (6 × 12) 72 фунта углерода, (7 × 1) 7 фунтов водорода, (3 × 14) 42 фунта азота и (11 × 16) 176 фунтов кислорода; или 24,2 процента углерода, 2,3 процента водорода, 14,1 процента азота и 59,4 процента кислорода. Когда молекула распадается под действием тепла, кислород соединяется с углеродом и водородом и высвобождает азот. Но можно заметить, что количество присутствующего кислорода недостаточно для полного окисления углерода и водорода. Этот недостаток, хотя и не сильно влияет на объем генерируемого газа, делает развиваемое тепло, как показано в предыдущем разделе, значительно меньшим, чем оно было бы при полном сгорании, и приводит к образованию вредного газа — окиси углерода.

Хлопок является одной из чистейших форм целлюлозы, и, поскольку его можно получить по дешевой цене, он был принят для производства взрывчатых веществ. Эта разновидность нитроцеллюлозы известна как «пироксилин». Используемый сырой хлопок — это отходы хлопчатобумажных фабрик, которые после использования для чистки оборудования сметаются с пола и отправляются на отбеливание для очистки. Это делается путем кипячения в сильной щелочи и извести. После ручной переборки для удаления всех посторонних веществ его разрывают на части в «чесальной» машине, разрезают на короткие отрезки и сушат в атмосфере при 190° по Фаренгейту. Затем его окунают в смесь из одной части крепкой азотной кислоты и трех частей крепкой серной кислоты. Использование серной кислоты заключается, во-первых, в извлечении воды из азотной кислоты, чтобы сделать ее крепче, и, во-вторых, в поглощении воды, которая образуется во время реакции. После окунания его помещают в глиняные горшки для выдержки в течение двадцати четырех часов, чтобы обеспечить превращение всего хлопка в пироксилин. Для удаления кислоты пироксилин пропускают через центрифугу, а затем промывают и кипятят. Затем его превращают в пульпу и снова промывают водой, содержащей аммиак, для нейтрализации любого оставшегося следа кислоты. Когда он становится совершенно чистым, его спрессовывают в диски и плиты удобных для использования размеров.

Другим важным химическим соединением является нитроглицерин. Глицерин — это хорошо известная, сладкая, вязкая жидкость, которая отделяется от масел и жиров в процессах изготовления свечей. Его химическая формула: C3H8O3; то есть молекула состоит из трех атомов углерода в соединении с восемью атомами водорода и тремя атомами кислорода. Другими словами, глицерин состоит из 39,1 процента углерода, 8,7 процента водорода и 52,2 процента кислорода. Когда это вещество обрабатывают, как целлюлозу, крепкой азотной кислотой, часть водорода вытесняется, и вместо него замещается перекись азота; таким образом, продукт представляет собой: C3H5(NO2)3O3, подобный, как можно заметить, нитроцеллюлозе. Этот продукт известен как нитроглицерин. Формулу можно записать как C3H5N3O9. Следовательно, в 227 фунтах нитроглицерина содержится (3 × 12) 36 фунтов углерода; (5 × 1) 5 фунтов водорода; (3 × 14) 42 фунта азота; и (9 × 16) 144 фунта кислорода; или 15,8 процента составляет углерод, 2,2 процента водород, 18,5 процента азот и 63,5 процента кислород. Когда молекула распадается под действием тепла, кислород соединяется с углеродом и водородом и высвобождает азот. И видно, что количество присутствующего кислорода более чем достаточно для полного окисления углерода и водорода. В этом нитроглицерин превосходит нитрохлопок. В обоих этих соединениях продукты горения полностью газообразны, то есть они не выделяют дыма и не оставляют твердого остатка.

При производстве нитроглицерина кислоты, состоящие из одной части крепкой азотной кислоты и двух частей крепкой серной кислоты, смешиваются вместе в глиняном сосуде. Когда смесь полностью остынет, в нее медленно вливают глицерин, при этом во время процесса смесь поддерживают в состоянии перемешивания, так как в процессе выделяется тепло; и, поскольку температура не должна подниматься выше 48° по Фаренгейту, сосуды окружают ледяной водой, которая поддерживается в циркуляции. Когда в смесь влито достаточное количество глицерина, последнюю выливают в чан с водой. Нитроглицерин, будучи намного тяжелее смеси разбавленных кислот, опускается на дно; затем кислотную жидкость сливают и добавляют больше воды, повторяя этот процесс до тех пор, пока нитроглицерин не станет совершенно свободным от кислоты.

Нитроглицерин при обычных температурах представляет собой прозрачную, почти бесцветную маслянистую жидкость с удельным весом около 1,6. Он имеет сладкий, едкий вкус, и если его положить на язык или даже позволить ему коснуться кожи в любой части, он вызывает сильную головную боль. Ниже 40° по Фаренгейту он затвердевает в кристаллы.

Динамит — это нитроглицерин, поглощенный кремнистой землей, называемой кизельгуром. Обычно он состоит из около 75 процентов нитроглицерина и 25 процентов кизельгура. Использование абсорбента предназначено для устранения трудностей и опасностей, связанных с обращением с жидкостью. Динамит — это пастообразное вещество консистенции замазки, и по этой причине с ним очень безопасно обращаться. Его изготавливают в виде патронов и поставляют для использования всегда в такой форме.

Раздел III. — Относительная сила обычных взрывчатых веществ.

Сила, развиваемая порохом.

— При горении пороха элементы, из которых он состоит, — а эти элементы, как мы видели, представляют собой углерод, водород, азот, кислород, калий и серу, — соединяются, образуя в качестве газообразных продуктов углекислый газ, окись углерода, азот, сероводород и болотный газ или карбюрированный водород, а в качестве твердых продуктов — сульфат, гипосульфит, сульфид и карбонат калия. Теоретически некоторые из этих соединений не должны образовываться; но эксперимент показал, что они образуются. Также было установлено, что чем выше давление, тем выше доля образующегося углекислого газа, так что чем больше работы должен выполнить порох, тем совершеннее будет горение и, следовательно, тем больше будет развиваемая сила. Этот факт показывает, что передозировка заряда не только очень расточительна в отношении взрывчатого вещества, но и что атмосфера при этом загрязняется более вредным образом. То же замечание еще более сильно относится к пироксилину и нитроглицериновым соединениям.

Тщательные эксперименты господ Нобля и Абеля показали, что взрыв пороха дает около 57 процентов по весу твердых веществ и 43 процента постоянных газов. Твердые вещества в момент взрыва находятся в жидком состоянии. В этом состоянии они занимают 0,6 пространства, первоначально заполненного порохом, следовательно, газы занимают только 0,4 этого пространства. Эти газы при атмосферном давлении и температуре 32° по Фаренгейту занимали бы объем в 280 раз больше, чем заполненный порохом. Следовательно, поскольку они сжаты в 0,4 этого пространства, они дали бы давление 280 / 0,4 × 15 = 10 500 фунтов, или около 4,68 тонн на квадратный дюйм. Но в реакции высвобождается большое количество тепла, и, как было показано в предыдущем разделе, это тепло колоссально увеличит напряжение газов. Эксперименты Нобля и Абеля показали, что температура газов в момент взрыва составляет около 4000° по Фаренгейту. Таким образом, температура 32° + 461,2° = 493,2° абсолютных была повышена в 4000 / 493,2 = 8,11 раза, так что общее давление газов составит 4,68 × 8,11 = 42,6 тонны на квадратный дюйм. И это давление в упомянутых экспериментах было показано крешерным манометром. Поэтому, когда порох взрывается в пространстве, которое он полностью заполняет, развиваемую силу можно оценить как создающую давление около 42 тонн на квадратный дюйм.

Относительная сила, развиваемая порохом, пироксилином и нитроглицерином.

— К сожалению, до сих пор не было проведено полных экспериментов для определения абсолютной силы, развиваемой пироксилином и нитроглицерином. Поэтому мы не можем оценить давление, создаваемое взрывом этих веществ, или сделать точную оценку их силы относительно силы пороха. Однако следует иметь в виду, что правильная оценка давления, создаваемого на квадратный дюйм, не позволила бы нам сделать полное сравнение эффектов, которые они способны вызвать. Ибо хотя, установив, что одно взрывчатое вещество дает вдвое большее давление, чем другое, мы узнаем, что одно произведет вдвое больший эффект, чем другое; однако из этого факта отнюдь не следует, что более сильное произведет не более чем вдвое больший эффект, чем более слабое. Разрывающее действие взрывчатого вещества в значительной степени зависит от быстроты, с которой происходит горение. Сила, внезапно развиваемая при разложении химических соединений, действует как удар, и хорошо известно, что одна и та же сила при таком применении произведет больший эффект, чем при применении в качестве постепенно возрастающего давления. Но были проведены некоторые расчеты и выполнены некоторые эксперименты, которые позволяют нам сформировать приблизительную оценку относительной силы этих взрывчатых веществ.

Господа Ру и Сарро приводят следующее в качестве результата своих исследований, полученного из рассмотрения веса генерируемых газов и высвобождаемого тепла. Вещества просто взрываются, и сила пороха принимается за единицу.

Substance. Relative

Weight of

Gases. Heat in

Units

liberated

from 1 lb. Relative

Strength.

Gunpowder 0·414 1316 1·00

Gun-cotton 0·850 1902 3·00

Nitro-glycerine 0·800 3097 4·80

Относительная сила — это сила, обусловленная объемом газов и теплом, без учета увеличенного эффекта, обусловленного быстротой взрыва.

Альфред Нобль попытался оценить эффекты этих различных взрывчатых веществ с помощью мортиры, заряженной 32-фунтовым снарядом и установленной под углом 10°, причем расстояния, пройденные снарядом, были приняты в качестве результатов для сравнения. Рассматривая вес к весу, он оценивает следующим образом относительные силы сравниваемых веществ, при этом порох снова принят за единицу: —

Gunpowder 1·00

Gun-cotton 2·84

Dynamite 2·89

Nitro-glycerine 4·00

Относительная сила, объем к объему, однако, имеет большее значение при взрывных работах в горных породах. Это легко вычислить из предыдущей таблицы и удельного веса веществ, который составляет 1,00 для пороха и спрессованного пироксилина, 1,60 для нитроглицерина и 1,65 для динамита. Сравненные таким образом, объем к объему, эти взрывчатые вещества располагаются следующим образом: —

Gunpowder 1·00

Gun-cotton 2·57

Dynamite 4·23

Nitro-glycerine 5·71

Следовательно, для данной высоты заряда в шпуре пироксилин развивает примерно в 2 1/2 раза большую силу, чем порох, а динамит — примерно в 4 1/4 раза большую силу.

Раздел IV. — Средства воспламенения обычных взрывчатых веществ.

Действие тепла.

— Мы видели, что кислород, необходимый для горения углерода в порохе, накоплен в селитре. До тех пор, пока селитра остается ниже определенной температуры, она будет удерживать свой кислород; но когда эта температура достигается, она расстанется с этим элементом. Для воспламенения пороха поэтому используется тепло, чтобы высвободить кислород, который немедленно захватывает углерод, с которым он находится в присутствии. Средства, используемые для передачи тепла к взрывчатому веществу, были описаны в предыдущей главе. Необходимо приложить тепло только к одной точке взрывчатого вещества; достаточно, если оно будет приложено только к одному зерну. Та часть зерна, которая таким образом нагревается, начинает «гореть», как обычно выражаются, то есть эта часть немедленно входит в состояние горения, селитра отдает свой кислород, а высвобожденный кислород вступает в соединение с углеродом. Установление этого действия называется «воспламенением». Горячие газы, генерируемые при горении, воспламеняют другие зерна, окружающие первое воспламененное; газы, образующиеся при горении этих зерен, воспламеняют другие зерна; и таким образом воспламенение передается по всей массе. Таким образом, прогресс воспламенения является постепенным. Но хотя в каждом случае оно происходит постепенно, если газы ограничены пространством, занимаемым порохом, оно может быть чрезвычайно быстрым. Легко видеть, что газы, выделяемые из очень небольшого числа зерен, достаточны, чтобы заполнить все промежутки и окружить каждое отдельное зерно, из которого состоит заряд. Но помимо этого воспламенения от зерна к зерну, то же самое происходит снаружи внутрь каждого отдельного зерна, причем зерно горит постепенно снаружи внутрь концентрическими слоями. Последовательные воспламенения в этом направлении, однако, слой за слоем, обычно описываются как прогресс горения. Таким образом, время взрыва складывается из времени, необходимого для воспламенения всех зерен, и времени, необходимого для их полного горения.

Время воспламенения в значительной мере определяется соотношением между промежутками, или пустыми пространствами между зернами, и общим объемом, занимаемым порохом. Если последний находится в форме тончайшей пыли, воспламенение не может распространяться по всей массе описанным нами образом; вместо этого будет происходить лишь горение от зерна к зерну. Если же, напротив, порох состоит из крупных сферических зерен или гранул, промежутки будут большими, и первые образовавшиеся газы мгновенно прорвутся сквозь них, воспламеняя все зерна одно за другим с такой быстротой, что воспламенение можно считать одновременным. Таким образом, время воспламенения сокращается за счет увеличения размера зерен и приближения их формы к сферической.

Однако время горения определяется условиями, противоположными этим. Поскольку горение распространяется постепенно от внешней стороны зерна к внутренней, очевидно, что чем крупнее зерно, тем больше времени потребуется на его полное сгорание. Также очевидно, что если зерно имеет форму тонкой пластинки, оно сгорит за гораздо меньшее время, чем в сферической форме. Таким образом, условия быстрого воспламенения и быстрого горения являются антагонистичными. Минимальное время взрыва достигается, когда зерна имеют неправильную форму и лишь достаточно велики, чтобы обеспечить довольно свободный проход горячим газам. Существуют и другие условия, влияющие на время горения; среди них — плотность зерна. Это очевидно, поскольку чем плотнее зерно, тем больше количество материала, подлежащего сгоранию. Но кроме этого, горение через плотное зерно протекает медленнее, чем через пористое. Наличие влаги также способствует замедлению горения.

Процесс как воспламенения, так и горения является ускоряющимся, а не равномерным. По мере воспламенения зерен объем выделяющихся газов увеличивается, и поскольку процесс горения продолжает генерировать газы, их напряжение растет, пока, как мы видели, давление не поднимется до 42 тонн на квадратный дюйм. По мере роста давления горячие газы все глубже проникают в зерна, и горение, следовательно, протекает все быстрее.

Детонация.

— Под детонацией понимается одновременное разрушение всех молекул, из которых состоит взрывчатое вещество. В строгом смысле этот термин применим только к химическим соединениям. Однако он применяется к пороху для обозначения одновременного воспламенения всех зерен. Способ инициирования взрыва посредством детонации, очевидно, очень благоприятен для достижения разрывающего эффекта, требуемого от взрывчатого пороха, поскольку он сводит к минимуму время взрыва. Во всех случаях это достигается с помощью начального взрыва. Детонатор, который производит этот начальный взрыв, состоит из взрывчатого соединения, предпочтительно быстродействующего, заключенного в оболочку, достаточно прочную, чтобы удерживать газы до тех пор, пока они не приобретут значительное напряжение. Когда оболочка разрывается, это напряжение мгновенно проталкивает их через промежутки между зернами пороха, вызывая тем самым одновременное воспламенение. Гранула пироксилина или патрон динамита, особенно последний, являются хорошим детонатором для пороха. При таком способе инициирования от пороха можно получить гораздо лучшие результаты, чем при обычном способе. Действительно, во многих видах горных пород с его помощью можно выполнить больше работы, чем с пироксилином или динамитом.

Действие детонатора на химическое соединение иное. В этом случае взрыв, по-видимому, обусловлен скорее вибрацией, вызванной ударом, чем теплом газов от детонатора. Вероятно, обе эти причины действуют совместно, создавая такой эффект. Как бы то ни было, несомненным фактом является то, что под влиянием взрыва детонатора молекулы химического соединения, такого как нитроглицерин, разрушаются одновременно, или, по крайней мере, настолько почти одновременно, что для получения полного эффекта взрыва не требуется никакой забойки. Динамит всегда, а пироксилин обычно, инициируются с помощью детонатора. Для детонации пороха требуется гораздо большее количество взрывчатого вещества, чем для динамита или пироксилина, поскольку для первого взрывчатого вещества необходим большой объем газов. Детонаторы для динамита обычно состоят из 6–9 гран гремучей ртути, помещенных в медный колпачок, как описано в предыдущей главе. Детонаторы для пироксилина аналогичны, но имеют заряд от 10 до 15 гран гремучей ртути. Недостаточный заряд лишь разбросает взрывчатое вещество, вместо того чтобы инициировать его, если оно не заключено в оболочку, и лишь взорвет его без детонации, если оно находится в замкнутом пространстве.

Раздел V. — Некоторые свойства распространенных взрывчатых веществ.

Порох.

— Горение пороха, как мы видели, является постепенным и сравнительно медленным. Поэтому его действие скорее разрывающее и отбрасывающее, чем дробящее. Это составляет одно из его главных достоинств для определенных целей. Например, во многих карьерных работах дробящее действие химических соединений было бы очень разрушительным для добываемого продукта. При отделении блоков сланца или строительного камня требуется сравнительно мягкое подъемное действие, и именно такое действие оказывает порох. Более того, это действие можно модифицировать, используя легкую забойку или не используя ее вовсе — способ применения пороха, часто используемый в сланцевых карьерах. Эффект мощных взрывчатых веществ не может быть изменен таким образом.

Порох портится от влаги. Высокая степень влажности полностью уничтожит его взрывчатые свойства, поэтому его нельзя использовать в воде без защитной оболочки. Даже незначительная степень влажности, всего один процент от его веса, существенно снижает его силу. По этой причине во влажном грунте его следует использовать только в патронах. Это, действительно, самый удобный и экономичный способ использования пороха при любых обстоятельствах. Правда, при этом происходит небольшая потеря силы из-за пустого пространства вокруг патрона в шпурах, которые далеки от круглой формы. Но по крайней мере столько же будет потеряно без патрона из-за влаги, поступающей из породы, даже если шпур не является мокрым. Однако во всех шпурах, направленных вниз, пустые пространства могут быть более или менее полностью заполнены сухим рыхлым песком.

Продукты взрыва пороха частично газообразные, частично твердые. Из первых наиболее важными являются углекислый газ, оксид углерода и азот. Сероводород и углеводороды образуются лишь в небольших количествах. Оксид углерода — очень вредный газ; но он не образуется в значительном количестве, за исключением случаев перезаряда. Твердые продукты представляют собой соединения калия с серой и калия с углеродом. Они составляют дым, густые клубы которого характерны для взрыва пороха. Этот дым препятствует немедленному возвращению горнорабочего к забою после того, как произошел взрыв.

Пироксилин.

— Горение пироксилина происходит с чрезвычайной быстротой, вследствие чего его действие очень мощное. Его эффект скорее дробит породу, чем отделяет ее большими блоками. Это качество делает его непригодным для многих карьерных работ. В некоторых видах слабых пород его разрушительное действие уступает действию пороха. Но при обычных горных работах, где приходится иметь дело с прочной твердой породой, его превосходная сила и быстрота действия, особенно последнее качество, производят гораздо больший разрушительный эффект, чем тот, который можно получить от пороха. Более того, его дробящее действие способствует разбиванию отбитой породы на мелкие куски, благодаря чему ее удаление значительно облегчается.

Пироксилин может детонировать во влажном состоянии с помощью небольшого количества сухого материала. Это очень важное качество, поскольку оно позволяет использовать вещество во влажном шпуре без защиты и значительно способствует безопасности тех, кто с ним работает. Во влажном состоянии он невоспламеняем и не может взорваться от самых сильных ударов. Только мощная детонация вызовет в нем взрыв, когда он находится во влажном состоянии. Поэтому для безопасности его хранят и используют в таком состоянии. Поскольку он нечувствителен к ударам, его можно плотно утрамбовывать в шпур, чтобы заполнить все пустые пространства. Однако запал из сухого пироксилина, который должен вызвать его детонацию, должен храниться в абсолютно сухом виде и с ним следует обращаться осторожно, так как он легко детонирует от удара. Пироксилин при воспламенении в небольших количествах в незамкнутом пространстве горит яростно, но не взрывается.

Продуктами горения пироксилина являются: углекислый газ, оксид углерода, вода и немного углеводорода или болотного газа. Из-за недостатка кислорода, на что уже указывалось, образуется значительная доля оксида углерода, который портит атмосферу, в которую он выбрасывается. Перезаряд, как и в случае с порохом, вызывает образование аномального количества этого оксида.

Динамит.

— Поскольку горение в нитроглицерине происходит быстрее, чем в пироксилине, действие динамита более дробящее, чем у последнего вещества. Пироксилин, действительно, занимает среднее положение в этом отношении между динамитом, с одной стороны, и порохом — с другой. Поэтому динамит еще менее пригоден, чем пироксилин, для тех целей, где требуется получение продукта в виде крупных блоков. Но в очень твердой и прочной породе он значительно эффективнее пироксилина, и при некоторых условиях он отбивает породу, которую пироксилин не может разрыхлить.

Динамит не подвержен влиянию воды, поэтому его можно использовать во влажных шпурах; более того, вода обычно используется в качестве забойки с этим взрывчатым веществом. В шпурах, направленных вверх, где вода, конечно, не может быть использована, динамит обычно взрывают без забойки, так как его быстрое действие делает забойку ненужной.

Пастообразная форма динамита представляет собой большое практическое преимущество, поскольку она позволяет плотно утрамбовывать взрывчатое вещество в шпур, заполняя все пустые пространства и трещины. Это важно, так как очевидно, что чем компактнее размещен заряд в шпуре, тем больше будет эффект взрыва. Более того, этот пластичный характер делает его очень безопасным в обращении, так как удары вряд ли могут вызвать в нем достаточно тепла, чтобы вызвать взрыв. Если небольшое количество динамита положить на наковальню и ударить молотком, он легко взрывается; но большее количество при таком ударе не взрывается, потому что удар амортизируется кизельгуром. При воспламенении в небольших количествах в незамкнутом пространстве он горит спокойно без взрыва.

Если с динамитом много работать вне патронов, это вызывает сильные головные боли; такой же эффект производится при нахождении в закрытом помещении, в котором находится динамит в незамерзшем состоянии.

Динамит обладает одним качеством, которое ставит его в невыгодное положение по сравнению с другими взрывчатыми веществами, а именно: замерзание при сравнительно высокой температуре. При температуре около 40° F (4,4° C) нитроглицерин затвердевает, и динамит приобретает меловой вид. В этом состоянии он взрывается с трудом, и, следовательно, его необходимо оттаивать перед использованием. Это можно безопасно делать с помощью горячей воды; при выполнении любым другим способом операция опасна.

Продуктами горения динамита являются углекислый газ, оксид углерода, вода и азот. Однако, поскольку в соединении имеется более чем достаточно кислорода, оксида образуется мало, когда заряд не является чрезмерным. Поэтому, если динамит правильно детонирует и избегается перезаряд, его взрыв не сильно испортит атмосферу. Но если он детонирует лишь частично, выделяются пары азотной кислоты, которые оказывают очень вредное воздействие на здоровье. Таким образом, крайне важно, чтобы была осуществлена полная детонация не только для получения полного эффекта от взрывчатого вещества, но и для предотвращения образования этого вредного газа. Это может быть сделано путем использования детонатора достаточной силы и размещения его глубоко в запале.

Температуры воспламенения распространенных взрывчатых соединений.

— Следующая таблица показывает температуры, при которых взрываются широко используемые соединения:—

When

slowly

Heated. When

suddenly

Heated.

Gunpowder .. from 500° to 540°

Gun-cotton 360° 482°

Kieselguhr dynamite 356° 446°

Cellulose dynamite 342° 446°

Хлопковый порох взрывается при тех же температурах, что и пироксилин, а литофрактер — при той же температуре, что и кизельгуровый динамит.

Раздел VI. — Некоторые разновидности соединений нитроцеллюлозы и нитроглицерина.

Нитрированный пироксилин.

— Было показано, что пироксилин содержит недостаточное количество кислорода для полного сгорания. Чтобы восполнить недостающее, в пироксилин иногда добавляют определенную пропорцию нитрата калия или нитрата бария. Это соединение, которое, как можно заметить, является одновременно химическим соединением и механической смесью, известно как «нитрированный пироксилин».

Хлопковый порох, или тонит.

— Взрывчатое вещество, которое сейчас хорошо известно как «тонит» или «хлопковый порох», по сути является нитрированным пироксилином. Оно производится в гранулированной форме и спрессовывается в патроны различных размеров в соответствии с требованиями практики. Удобная форма, в которой тонит изготавливается, готовая к использованию горнорабочим, в значительной степени способствовала его популярности. Но независимо от этого, тот факт, что он настолько сильно спрессован, что имеет плотность, равную или почти равную плотности динамита, дает ему решительное преимущество перед другими нитроцеллюлозными соединениями в том виде, в каком они используются в настоящее время.

Порох Шульце.

— В порохе Шульце целлюлоза получается из древесины. Древесину сначала распиливают на листы толщиной около 1/16 дюйма, а затем пропускают через машину, которая пробивает ее на зерна одинакового размера. Они очищаются от смолистых веществ путем кипячения в карбонате соды и дополнительно очищаются промывкой в воде, обработкой паром и отбеливанием хлорной известью. Зерна, которые затем представляют собой чистую целлюлозу, превращаются в нитроцеллюлозу тем же способом, что и хлопок, а именно путем обработки смесью азотной и серной кислот. Полученная таким образом нитроцеллюлоза впоследствии вымачивается в растворе нитрата калия. Таким образом, готовое соединение по своему характеру сходно с нитрированным пироксилином.

Литофрактер.

— Литофрактер — это нитроглицериновое соединение, в котором часть основы сделана взрывчатой. В динамите основа, или абсорбирующий материал, как мы уже говорили, представляет собой кремнистую землю, называемую «кизельгур». В литофрактере используется то же вещество; но дополнительно вводится смесь нитрата бария и древесного угля, своего рода порох. Цель использования этой взрывчатой смеси — увеличить силу взрыва, так как кизельгур является инертным веществом. Очевидно, что эта цель была бы достигнута, если бы взрывчатая смесь обладала той же абсорбирующей способностью, что и кизельгур. Но, к сожалению, это не так, и, как следствие, используется меньше нитроглицерина. Таким образом, то, что выигрывается в абсорбенте, теряется в поглощаемом веществе. Состав литофрактера несколько варьируется; но его средние пропорции ингредиентов следующие:—

Nitro-glycerine 52·50

Nitrate of baryta 16·40

Charcoal 2·85

Sulphur 25·75

Kieselguhr 22·50

100·00

Порох Брейна.

— Порох Брейна — это нитроглицериновое соединение, сходное по характеру с литофрактером. Точный состав основы никогда не публиковался, насколько это касается пропорций ингредиентов. Но он состоит из хлората калия, древесного угля и нитрированных опилок. Пропорция нитроглицерина никогда не превышает 40 процентов. Порох Хорсли содержит примерно такую же пропорцию нитроглицерина в основе из хлората калия и чернильных орешков.

Целлюлозный динамит.

— В Германии пироксилин используется в качестве абсорбента для нитроглицерина, соединение известно как «целлюлозный динамит». Он в основном используется для запалов при взрывании замерзшего динамита. Он более чувствителен к ударам, чем кизельгуровый динамит.

ГЛАВА III. Принципы взрывных работ в горных породах.

Линия наименьшего сопротивления.

— Давление жидкости распространяется одинаково во всех направлениях; следовательно, окружающая масса, подвергающаяся воздействию силы, уступит, если вообще уступит, в своей самой слабой части, то есть в части, которая оказывает наименьшее сопротивление. Линия, вдоль которой масса уступает, или линия разрыва, называется «линией наименьшего сопротивления». Если бы окружающая масса была совершенно однородной, это всегда была бы прямая линия, и это было бы кратчайшее расстояние от центра заряда до поверхности. Однако это никогда не бывает так, и линия разрыва, следовательно, всегда является более или менее нерегулярной линией и часто намного длиннее, чем линия от центра прямо к поверхности. При размышлении станет очевидно, что линия наименьшего сопротивления будет в значительной степени зависеть от (1) текстуры породы, которая может варьироваться от одной точки к другой; (2) ее структуры, которая делает ее более легко расщепляемой в одном направлении, чем в другом; (3) положения, направления и количества трещин, которые разделяют породу на более или менее обособленные части; и (4) количества и относительного положения свободных поверхностей породы. Все эти обстоятельства должны быть установлены, а положение и направление шпура определены в соответствии с ними, чтобы получить максимальный эффект от заданного количества взрывчатого вещества. Однако не следует полагать, что это работа, требующая тщательного изучения и долгих размышлений. Напротив, взгляда обычно достаточно, чтобы позволить тренированному глазу оценить значение этих обстоятельств и определить соответственно наиболее эффективное положение для выстрела. На практике линия наименьшего сопротивления принимается за кратчайшее расстояние от центра заряда до поверхности породы, если только наличие плоскостей трещин, разница в текстуре или какое-либо другое обстоятельство не показывает, что она лежит в каком-то другом направлении.

Сила, необходимая для вызова разрушения.

— Когда линия наименьшего сопротивления известна, остается определить количество взрывчатого соединения, необходимое для преодоления сопротивления вдоль этой линии. Этот вопрос имеет большое значение, так как не только любой избыток является пустой тратой, но эта трата будет израсходована на причинение вреда. При горных работах отбитая порода с силой выбрасывается, а воздух портится в ненужной степени; а при карьерных работах камни дробятся, которые желательно извлечь в целостном состоянии. Вредные последствия перезаряда, вызывающие образование вредных газов, были указаны в последней главе. Конечно, невозможно так соразмерить заряд с сопротивлением, чтобы порода была только приподнята и не более; потому что ни сила, развиваемая зарядом, ни величина сопротивления не могут быть известны с точностью. Но легко можно прийти к достаточному приближению, чтобы позволить нам избежать громкого звука, который является признаком потраченной впустую силы.

Заряды взрывчатого соединения одинаковой силы производят эффекты, которые варьируются в зависимости от веса этих зарядов, то есть двойной заряд сдвинет двойную массу. И, поскольку однородные массы варьируются как куб любой подобной линии внутри них, установлено общее правило, что заряды пороха, способные производить одинаковые эффекты, относятся друг к другу как кубы линий наименьшего сопротивления. Как правило, количество черного взрывчатого пороха, необходимое для преодоления сопротивления, будет варьироваться от 1/20 до 1/30 куба линии наименьшего сопротивления, причем последняя измеряется в футах, а первая — в фунтах. Таким образом, если порода, которую нужно взорвать, представляет собой, например, умеренно прочный известняк, а кратчайшее расстояние от центра заряда до поверхности породы составляет 3 фута, мы получим 3 × 3 × 3 = 27, куб линии, и 27/25 фунта = 1 2/25 фунта, или около 1 фунта 1 унции, как вес требуемого пороха. Если используется динамит, и мы предполагаем, что он в четыре раза сильнее обычного черного пороха, конечно, потребуется только одна четверть этого количества. Также если используется пироксилин или хлопковый порох, и мы предполагаем, что его сила в три раза больше силы черного пороха, потребуется только одна треть. Опять же, если используется новый особо прочный порох Кертиса и Харви, инициируемый детонатором, мы можем предположить, что он в два раза сильнее обычного черного пороха, инициируемого обычными средствами, и, следовательно, нам потребуется только половина количества, указанного формулой.

Ни практически, ни желательно, чтобы такие расчеты и измерения производились для каждого взрыва; их практическая ценность заключается в том, что если принципы, лежащие в их основе, четко поняты, взрывник может соразмерить свои заряды на глаз с сопротивлением, которое необходимо преодолеть, с достаточной степенью точности. Несколько экспериментов в различных видах пород, за которыми последует некоторая практика, позволят человеку приобрести эту способность.

Поскольку обычной и удобной практикой является использование шпура в качестве меры количества используемого взрывчатого вещества, мы рассчитали следующую таблицу:—

Diameter

of the

Hole. Black

Powder

in

1 inch. Gun-

cotton

in

1 inch. Dynamite

(or Tonite)

in

1 inch.

ins. ozs. ozs. ozs.

1 0·419 0·419 0·670

1 1⁄4 0·654 0·654 1·046

1 1⁄2 0·942 0·942 1·507

1 3⁄4 1·283 1·283 2·053

2 1·675 1·675 2·680

2 1⁄4 2·120 2·120 3·392

2 1⁄2 2·618 2·618 4·189

2 3⁄4 3·166 3·166 5·066

3 3·769 3·769 6·030

Рис. 40.

Рис. 41.

Рис. 42.

Рис. 43.

Условия разрушения.

— Объяснив закон, согласно которому упругие газы, выделяющиеся при взрыве, воздействуют на окружающую породу, и показав, как можно рассчитать силу, необходимую для вызова разрушения, теперь остается рассмотреть условия, при которых может происходить разрушение. Предположим, что блок нетрещиноватой породы отделен со всех сторон, как показано на плане на рис. 40, и шпур расположен в центре этого блока. Если заряд будет взорван в этом положении, линии разрыва будут расходиться из центра к любым двум или ко всем четырем свободным поверхностям блока, потому что развиваемые силы будут действовать одинаково во всех направлениях, а линии разрыва будут линиями наименьшего сопротивления. Очевидно, что это наиболее благоприятное условие для заряда, поскольку порода предлагает свободную поверхность со всех сторон; и очевидно, что линия разрыва должна достичь свободной поверхности, чтобы произошло отделение. Предположим, опять же, как показано на рис. 41, что блок не имеет опоры только с трех сторон, а заряд помещен в h. В этом случае линии разрыва могут идти к любым двум или ко всем трем свободным поверхностям; и, следовательно, это будет следующее наиболее благоприятное условие для действия заряда. Наибольший полезный эффект, однако, будет получен в этом случае путем размещения заряда дальше назад в h', когда линии разрыва должны обязательно идти к противоположным поверхностям b c, и, следовательно, весь блок будет отделен. Предположим другой случай, в котором порода не имеет опоры только с двух сторон, как показано на рис. 42, и заряд помещен в h. В этом случае линии разрыва должны идти к каждой из свободных поверхностей a b. Таким образом, очевидно, что это условие, хотя все еще благоприятное для хорошего эффекта заряда, уступает предыдущему. Поскольку порода никогда не бывает однородной по составу или равномерной по текстуре, линии разрыва, которые, как отмечалось ранее, будут линиями наименьшего сопротивления, могут достигать поверхностей в любой точке, например, в m n, m' n' или любой точке между ними. Но будет видно, что полезный эффект будет наибольшим, когда эти линии, расходящиеся от заряда, образуют угол 180°, или, другими словами, идут в прямо противоположных направлениях, и что полезный эффект уменьшается с углом, образованным этими линиями разрыва. Предположим, опять же, что порода не имеет опоры только с одной стороны, как показано на рис. 43, и заряд помещен в h. В этом случае линии разрыва должны идти к поверхности a, и условие, следовательно, должно считаться менее благоприятным, чем предыдущее. Как и в этих случаях, полезный эффект будет зависеть от угла, образованного линиями разрыва h m и h n, который может быть очень малым и который обязательно должен быть намного меньше 180°. Больший эффект может быть получен при этом условии путем одновременного взрывания нескольких зарядов. Если, например, у нас есть два заряда, помещенные один в h, а другой в h', и взорванные последовательно, линии разрыва будут идти в направлениях h m, h n, h' m', h' n' или близких к ним, и часть отбитой породы будет m h n h' n'. Но если эти два заряда будут взорваны одновременно, линии разрыва будут h m, h o, h' o, h' n', и масса отбитой породы будет m h h' n'. Одновременное взрывание таким образом дает значительно увеличенный полезный эффект во многих случаях, и горный инженер, и особенно карьерный мастер, сделают хорошо, если направят свое внимание на этот источник экономии. Есть еще один случай, который следует рассмотреть, в котором условия еще менее благоприятны. Предположим, две свободные поверхности под прямым углом друг к другу, и заряд помещен в h, как показано на рис. 44. В этом случае линии разрыва будут идти к каждой из двух свободных поверхностей; но поскольку эти линии должны обязательно образовывать очень малый угол друг с другом — ибо длина линий быстро увеличивается с углом — полезный эффект будет меньше, чем в последнем случае. Отсюда следует, что это наиболее неблагоприятное условие, и как таковое его следует избегать на практике.

Рис. 44.

Рис. 45.

Рис. 46.

В предыдущих рассуждениях предполагалось, что шпуры являются вертикальными, и по этой причине свободная поверхность, перпендикулярная шпуру, то есть поверхность, в которую пробурен шпур, не учитывалась. Ибо очевидно, что при принятых условиях линии разрыва не могут достичь этой поверхности, которая, следовательно, практически не существует. Предположим, например, шпур, расположенный в h на рис. 45, и породу, имеющую опору со всех сторон, кроме той, что под прямым углом к шпуру. Силы, действующие перпендикулярно направлению шпура, противодействуют со всех сторон бесконечным сопротивлением. Следовательно, в этом случае либо забойка будет выбита, либо, если развиваемые силы недостаточны для работы, никакого эффекта не будет, кроме небольшого расширения шпура у основания. Это, однако, случай, часто встречающийся на практике, и становится необходимым принять меры для того, чтобы сделать эту свободную поверхность доступной. Очевидно, что эта цель может быть достигнута только путем такого направления шпура, чтобы линия, перпендикулярная ему, могла достичь поверхности; то есть линия шпура должна образовывать со свободной поверхностью угол менее 90°. Это направление шпура показано на рис. 46, который можно рассматривать как сечение рис. 45. В этом случае линии разрыва, которые будут идти аналогично тем, что возникают в случае, показанном на рис. 43, достигнут свободной поверхности в b, и длина этих линий, а следовательно, и глубина выемки для данной длины шпура, будет зависеть от угла, который последний образует с поверхностью. Этот способ сделать единственную открытую поверхность доступной называется «наклонным бурением шпуров», и к нему обычно прибегают при проходке шахтных стволов и проведении выработок. Условия, связанные с «наклонным бурением», благоприятны для действия мощных взрывчатых веществ.

Пример выработки.

— Чтобы показать, как эти принципы применяются на практике, мы возьмем типичный случай выработки 7 на 9 футов, как показано на рис. 47. В этом случае у нас в начале есть только одна открытая поверхность, которая перпендикулярна направлению проходки. Следовательно, очевидно, что нам придется действовать путем наклонного бурения шпуров. Мы могли бы начать в любой части открытой поверхности; но, как станет ясно далее, наиболее благоприятное положение — центр. Поэтому мы начинаем в этой точке с бурения серии шпуров, пронумерованных 1 на чертеже. Эти шпуры наклонены друг к другу; то есть два набора из трех шпуров, расположенных вертикально друг над другом, сходятся в направлении своих нижних концов, как показано на сечении на рис. 48. В этом примере мы предположили, что шесть шпуров необходимы и достаточны. Но очевидно, что количество шпуров, а также их расстояние друг от друга по горизонтали будут определяться их глубиной, прочностью породы и силой используемого взрывчатого вещества. Когда эти шпуры будут взорваны, клиновидная часть породы будет выбита, и этот результат будет более эффективно и надежно получен, если заряды будут взорваны одновременно. Удаление этой части породы называется «выемкой клина». Эффект удаления этого клина заключается в том, что окружающая порода остается без опоры со стороны центра; то есть образуется еще одна поверхность, перпендикулярная первой.

Рис. 47.

Рис. 48.

Рис. 49.

Таким образом, освободив породу от клина путем удаления этой части из центра, очевидно, будет ненужным, за исключением удобства или повышенного эффекта, наклонять какие-либо другие шпуры. Вторая серия, следовательно, пронумерованная 2 на чертеже, может быть пробурена перпендикулярно поверхности выработки. Когда эта серия будет взорвана, линии разрыва будут идти к свободной поверхности в центре — и от шпура к шпуру, если выстрелы будут произведены одновременно — и кольцевая часть породы, включенная между пунктирными линиями 1 и 2, будет удалена. Если выстрелы будут произведены последовательно, первый будет действовать в условиях одной свободной поверхности, как показано на рис. 43; но поскольку другая свободная поверхность будет образована удалением породы перед этим зарядом, последующие выстрелы будут подвержены более благоприятному условию, представленному на рис. 42. Взрывание этой второй серии выстрелов все еще оставляет окружающую породу без опоры по направлению к центру, и, следовательно, те же условия будут существовать для третьей серии, пронумерованной 3 на чертеже, взрывание которой завершит выемку. Рис. 49 показывает вид рис. 48 после взрывания центральных шпуров.

Здесь можно отметить, что из-за отсутствия однородности в породе, а также из-за наличия трещин и разломов, внешняя линия разрыва на практике не будет проходить так регулярно, как это показано в данном предполагаемом случае пунктирными линиями. Это обстоятельство повлияет на положение шпуров или количество взрывчатого вещества в следующей серии и даст возможность для проявления суждения со стороны взрывника.

Существуют также другие обстоятельства, которые будут влиять на положение и количество шпуров в очень значительной степени и которые поэтому должны быть полностью приняты во внимание при каждом продвижении. Одним из них является неровность поверхности выработки. Вместо образования неразрывной плоскости под прямым углом к направлению выработки или шахтного ствола, эта поверхность разбита выступающими буграми и более или менее глубокими впадинами. Очевидно, что эти выступы и полости будут влиять в немалой степени на линии наименьшего сопротивления; последние будут удлиняться или укорачиваться, или изменять направление из-за присутствия первых, которые создают свободные поверхности, к которым могут расходиться линии. Эти условия должны в каждом случае приниматься во внимание при определении наилучшего положения для шпура. Еще более важным является наличие плоскостей трещин и плоскостей напластования. Пласт породы может быть, и часто бывает, разрезан этими плоскостями на отдельные блоки больших или меньших размеров, в зависимости от более или менее совершенного развития различных наборов. Следовательно, становится необходимым при определении подходящего положения для взрывания заряда рассматривать такие плоскости как свободные поверхности и устанавливать направление и длину линий сопротивления при таких условиях. Если заряд помещен в непосредственной близости к одной из этих плоскостей, не только линии разрыва могут идти в непредвиденных направлениях, но большая часть силы взрыва будет потеряна из-за выхода газов вдоль плоскости. Такая же потеря силы может быть вызвана наличием полости, подобные которым часто встречаются в ячеистой или кавернозной породе. Когда плоскости трещин полностью развиты, их наличие можно установить при осмотре; но когда их развитие несовершенно, могут возникнуть значительные трудности в их обнаружении. В таких случаях породу следует тщательно осмотреть и простучать молотком или киркой. Когда при бурении попадается полость, ее можно плотно набить глиной и продолжить бурение через глину; или, если была достигнута достаточная глубина, заряд можно поместить на глину, которая предотвратит расточительное рассеивание газов. Поскольку ни одно из вышеупомянутых обстоятельств не происходит при точно схожих условиях, нельзя установить общее правило, которое было бы очень полезным; это вопросы, в которых взрывнику приходится полагаться на собственное суждение, и чтобы делать это эффективно, необходимо, чтобы он обладал некоторыми знаниями о материалах, с которыми он имеет дело.

Экономические соображения.

— Помимо важных экономических соображений, связанных с вышеизложенным, существуют другие, которые требуют внимания. Первым среди них является вопрос о том, лучше ли для достижения заданного эффекта увеличить или уменьшить индивидуальную значимость выстрелов; то есть лучше ли уменьшить количество шпуров и увеличить их диаметр, или уменьшить их диаметр и увеличить количество; или, опять же, уменьшить их диаметр и увеличить глубину, или увеличить их диаметр и уменьшить количество и глубину. Математически можно легко показать, и результаты подтверждаются опытом, что существует значительный выигрыш в уменьшении диаметра шпуров до самого низкого предела, допускаемого прочностью и гравиметрической плотностью взрывчатого вещества, и увеличении их глубины. Выигрыш в основном заключается в экономии труда, и он особенно заметен в случае машинного бурения. Здесь мы снова видим преимущество силы используемого взрывчатого вещества.

Одновременное взрывание выстрелов предлагает несколько важных преимуществ. Уже было показано, как один заряд помогает другому при таком условии и каким образом линия разрыва подвергается его влиянию. Когда выстрелы производятся последовательно, каждый из них должен оторвать часть породы, отведенную ему; но когда они производятся одновременно, их коллективная сила направляется на всю массу, подлежащую отделению. Это видно на диаграмме, рис. 43. Когда используются глубокие шпуры, больший полезный эффект, вызванный одновременным взрыванием, становится очень заметным. Поэтому электричество естественным образом ассоциируется с машинными бурами и мощными взрывчатыми веществами.

Забойка.

— «Забить» шпур — значит заполнить его над зарядом взрывчатого вещества каким-либо материалом, который при таком применении называется «забойкой». Цель забойки — противопоставить сопротивление выходу газов в направлении шпура. Следовательно, первичным условием является то, чтобы используемые материалы были сильно сопротивляющегося характера. Вторым определяющим условием является то, чтобы эти материалы были легки в применении. Это условие исключает использование всех таких устройств, как пробки, клинья и формы подобного характера, которые время от времени предлагались.

Единственный материал, который на практике оказался удовлетворительно отвечающим требованиям, — это порода в раздробленном, порошкообразном или пластичном состоянии. Однако, поскольку не всякая порода одинаково подходит, как с точки зрения ее сопротивляемости, так и с точки зрения удобства обращения, становится необходимым рассмотреть, какой из них наиболее полно удовлетворяет этим двум условиям.

Хотя нелегко привести совершенно удовлетворительную причину, почему один вид горной породы оказывает большее сопротивление движению в шпуре, чем другой, все же несомненно, что это сопротивление в основном обусловлено трением между частицами этого вещества. Если колонну твердой, прочной породы того же диаметра, что и шпур, забить на заряд, сопротивление, оказываемое колонной запертым газам, будет, пренебрегая весом первой, сопротивлением трения между сторонами колонны и сторонами шпура. Но если используется раздробленная порода, не только частицам сообщается абсолютное движение, но из-за варьирующихся сопротивлений — и относительное движение. Следовательно, трение происходит между частицами, и поскольку их количество огромно, сумма незначительного трения одной частицы о другую и значительного трения внешних частиц о стороны шпура составляет гораздо большую величину, чем трение внешних частиц твердой колонны о стороны шпура. Если принять во внимание только этот взгляд на факты, следует, что сухой песок является наиболее устойчивым материалом и что чем мельче зерна, тем большее сопротивление он предлагает. На практике, однако, было обнаружено, что, хотя сопротивление, предлагаемое песчаной забойкой, очень велико, и хотя также вышеупомянутый вывод верен, когда забойка поднимается давлением твердого тела снизу, это вещество заметно уступает некоторым другим, когда на него воздействует взрыв газов. Объяснение этой кажущейся аномалии заключается в том, что газы под огромным напряжением, которому они подвергаются в шпуре, проникают между частицами и тем самым предотвращают трение, которое в противном случае имело бы место. Когда принимается во внимание готовность, с которой вода под влиянием только силы тяжести проникает даже в плотно спрессованный песок, не будет трудно представить аналогичное действие со стороны более тонких газов в состоянии экстремального напряжения. При таких условиях нет никакого сопротивления, обусловленного трением, и единственное сопротивление, противопоставляемое выходу газов, — это сопротивление, исходящее от инерции массы. Как это сопротивление может быть очень большим, мы показали в случае воздушной забойки. Следовательно, становится необходимым прибегнуть к какому-либо другому материалу с составом, менее подверженным такому воздействию, или искать средства исправления дефекта, который делает такое действие возможным.

Глина, высушенная либо на солнце, либо, предпочтительно, на огне, по-видимому, в полной мере отвечает требованиям к материалу для забойки. Это вещество состоит из чрезвычайно мелких зерен кремнистых веществ, связанных вместе глиноземистым и известковым или железистым цементом. В таком составе нет пустот между частицами, как в пористых веществах, и, следовательно, нет прохода для газов, так как вещество одинаково непроницаемо для воды и газа. Следовательно, когда этот материал используется в качестве забойки, силы действуют только на нижнюю поверхность, трение происходит между частицами, и создается необходимая степень сопротивления. Благодаря обладанию этим свойством глина обычно используется в качестве материала для забойки.

При взрывных работах в горных породах принято подготавливать глину заранее, и эта практика способствует как эффективным результатам, так и быстроте забойки. Последнее соображение является важным, поскольку операция, как она обычно выполняется, требует много времени. Чтобы подготовить глиняные гранулы, берется комок и скатывается между ладонями, пока он не примет форму колбаски длиной от трех до четырех дюймов и диаметром шпура. Эти гранулы затем высушиваются, пока они не станут полностью сухими, после чего они готовы к использованию. При изготовлении их до необходимого диаметра следует оставить небольшой запас на усадку, так как важно, чтобы они плотно входили в шпур. Когда заряд был помещен и покрыт пыжом из сена или горстью песка или мусора, одна из этих гранул вставляется и проталкивается до упора деревянным трамбователем. Следует приложить значительное давление, чтобы глина полностью заполнила шпур, но ударов следует избегать. Вторая гранула затем проталкивается таким же образом, и операции повторяются, пока весь шпур не будет забит. Чтобы уплотнить все, к внешней грануле можно приложить легкие удары. Будет выгодно поместить невысушенную гранулу непосредственно над зарядом, потому что пластичность такой гранулы позволяет ей заполнить все неровности сторон шпура и надежно запечатать проход между сторонами и забойкой, вдоль которого газы могли бы в противном случае прорваться. При взрывных работах в угле для забойки всегда используется мягкий сланец, потому что он всегда под рукой, а мощные выстрелы не требуются.

Битый кирпич представляет собой довольно хороший материал для забойки, особенно когда он увлажнен; но поскольку его нелегко достать, его применение неизбежно ограничено. Пыль и щебень отбитой породы широко используются в качестве забойки в карьерах. Этот материал, однако, имеет мало достоинств для этой цели, кроме своей доступности.

Теперь остается рассмотреть, какие средства имеются для исправления дефекта, присущего песку как материалу для забойки. Это составляет очень важный практический вопрос, потому что если дефект можно устранить, песок будет составлять, безусловно, наиболее подходящий материал всякий раз, когда шпур имеет направление вниз. Его можно везде получить по низкой цене; его можно засыпать в шпур так же легко, как воду; и его применение не создает никакой опасности. Очевидно, что трудность будет преодолена, если мы сможем найти подходящие средства для предотвращения проникновения газов в песок.

Предлагаемая цель может быть успешно достигнута с помощью пластичной глиняной гранулы, применяемой следующим образом. Непосредственно над зарядом поместите горсть совершенно сухого и очень мелкого песка. Этого можно добиться путем просеивания, если иначе достать невозможно. На этот песок с силой протолкните деревянным трамбователем, чтобы заполнить каждую неровность, пластичную глиняную гранулу длиной около четырех дюймов и того же диаметра, что и шпур, приготовленную путем скатывания между руками способом, уже описанным. Над этой гранулой заполните шпур сухим песком. Непроницаемая природа глины предотвращает попадание газов в песок, за исключением линии соединения глины со сторонами шпура. Забитый таким образом, получается сопротивление, едва ли, если вообще, уступающее тому, которое противопоставляется наиболее тщательно уложенной сухой глиной.

При использовании детонатора дефект, обусловленный пористым характером песка, не устраняется, но его влияние значительно уменьшается. Когда в взрывчатом соединении происходит детонация, полная сила упругих газов развивается мгновенно; и уже было показано, что при таких условиях сопротивление, вызванное присутствием любого вещества в шпуре, даже одного воздуха в случае нитроглицерина, достаточно, чтобы перенести основную часть силы на стороны шпура. Рыхлый песок, следовательно, может успешно использоваться в качестве забойки при этих условиях, так как его инерция будет противопоставлять достаточное сопротивление выходу газов. Но хотя порода может быть отбита при использовании легких забоек с детонацией, нет сомнений, что значительная часть силы взрыва теряется; и поэтому всегда будет выгодно надежно забивать с помощью глиняной гранулы, как уже описано. Наивысшая степень экономии достигается путем детонации заряда и забойки таким образом.

ГЛАВА IV. ОПЕРАЦИИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ.

Ручное бурение.

—После того как определены места и направления шпуров, операции по взрыванию начинаются с нескольких ударов молотом по точке, с которой должен начаться шпур, для подготовки поверхности к установке бура. В некоторых случаях эта предварительная операция не требуется, но, как правило, некоторая подготовка желательна, особенно если поверхность гладкая, а шпур должен буриться под углом к ней. Для примера рассмотрим случай шпура, буримого вертикально вниз, и предположим, что бурение выполняется двумя рабочими.

Бурение шпуров.