Влияние плотности ВВ на скорость детонации

Плотность ВВ по-разному влияет на скорость детонации для однокомпонентных и смесевых ВВ (рис. 5.6).

Для однокомпонентных ВВ типа химических соединений скорость детонации увеличивается с увеличением плотности до максимальных значений (рис.5.6, кривая 1).

Влияние плотности на скорость и устойчивость детонации для смесевых ВВ значительно сложнее. При увеличении плотности смесевых ВВ от насыпной r_н до оптимальной r_опт скорость детонации возрастает до максимальной величины (рис. 5.6, точка А на кривой 2) поскольку с уменьшением расстояния между частицами ВВ улучшаются условия теплопередачи от частицы к частице и пополнения энергией волны сжатия, распространяющейся по заряду, а также условия взаимодействия химических элементов, образовавшихся в процессе первичного превращения.

При дальнейшем увеличении плотности до критического значения r_кр уменьшается свободная, не контактирующая поверхность частиц ВВ, что затрудняет восприятие частицами теплоты. Также затрудняются процессы диффузионного смешивания продуктов первичного распада, необходимые для вторичных реакций с высоким тепловыделением.

Рис. 5.6. Зависимость скорости детонации от плотности ВВ

Смесевые ВВ имеют критическую плотность 1,4-1,6 г/см³, при которой скорость детонации максимальна.

При дальнейшем увеличении плотности происходят отказы. Так, при сильном уплотнении аммиачная селитра в аммонитах ведет себя как инертное вещество и, поглощая энергию, делает невозможным распространение детонации по заряду.

Более того, опыт применения прессованных взрывчатых веществ показал их повышенную опасность по сравнению с обычными патронированными ВВ из-за высокой чувствительности к механическим воздействиям и сложности заряжания шпуров из-за возможности заклинивания.

С другой стороны, при значительном содержании мощного компонента в составе ВВ (тротил, гексоген) можно достичь такого уплотнения, что детонация будет распространяться только по этому компоненту, за счет чего произойдет увеличение ее скорости. С увеличением диаметра заряда d₂ > d₃ критическая плотность увеличивается (рис. 5.6б, кривая 2).

Достичь критической плотности ВВ посредством механического воздействия на него нельзя. Обеспечить у заряда ВВ или его части плотность, приближающуюся к критической, возможно только с помощью взрывного импульса.

Основными причинами, которые могут привести к переуплотнению зарядов ВВ в шпурах до критической плотности и, вследствие этого, к их неполной детонации, являются.

1. Переуплотнение ударной воздушной волной, распространяющейся по промежутку между зарядом ВВ и стенками шпура (канальный эффект).

Между стенками шпура и патронами ВВ всегда проектируется кольцевой зазор величиной 10-15 мм, необходимый для обеспечения нормального процесса заряжания.

Экспериментальными исследованиями доказано, что в зазоре между зарядом и стенками шпура распространяется ударная воздушная волна, опережающая фронт детонации. Она возникает в результате сжатия воздуха в канале продуктами взрыва. Передний фронт продуктов детонации образует своеобразный газовый поршень, примыкающий к фронту детонации, перемещающемуся со скоростью W. Возникающая в канале ударная волна по общим законам газодинамики должна характеризоваться большей скоростью, чем скорость газового поршня. На рис. 5.7 изображена схема деформации заряда при канальном эффекте.

Рис. 5.7. Схема деформации заряда при канальном эффекте:

– фронт ударной воздушной волны в зазоре; – фронт детонационной волны;

d – диаметр заряда; b - толщина уплотненной зоны ВВ; L – длина зоны уплотненного ВВ

Первоначально канальный эффект исследовался только в предохранительных ВВ, имеющих малую критическую плотность и способных переуплотняться с затуханием детонации при прямом действии ударной воздушной волны.

Однако возможно за счет канального эффекта также переуплотнение и непредохранительных ВВ при значительной длине заряда ВВ (взрывание в крепких породах) в случае, когда ударная воздушная волна, опережающая фронт детонации, доходит до забоя шпура, отражается от него и накладывается на прямую ударную волну. Удвоенного давления в зоне фронта ударной воздушной волны достаточно, чтобы довести до критической плотности любое порошкообразное промышленное ВВ.

2. Переуплотнение ударной волной, распространяющейся по породе, от ранее взорванного заряда.

При одновременном взрывании зарядов вследствие разброса во времени срабатывания электродетонаторов мгновенного действия или применения короткозамедленного взрывания с минимальными интервалами замедления (15-25 мс) ранее взорвавшиеся шпуровые заряды предохранительных ВВ продуцируют в массиве пород волну сжатия. Заряды в невзорвавшемся шпуре могут переуплотняться за счет подвижки массива в районе шпура (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Схема уплотнения заряда предохранительного ВВ при групповом взрывании:

1– сечение заряда после уплотнения; 2 – первоначальное сечение заряда;

3 – первоначальное сечение шпура; 4 – разрушенная и уплотненная порода

3. Переуплотнение зарядов предохранительных ВВ газообразными продуктами взрыва, распространяющимися по трещинам от ранее взорванных зарядов.

Экспериментальными исследованиями, проведенных на угольных шахтах, установлено, что в сильнотрещиноватом массиве газообразные продукты детонации от ранее взорвавшегося заряда, распространяясь по трещинам, могут достигнуть при определенных условиях соседнего шпура и переуплотнить заряд предохранительного ВВ, что приведет или к затуханию детонации, или к переходу детонации в горение.