Теория взрыва и взрывчатых веществ.
8. Классификация взрывов. Отличительные признаки химического взрыва ВВ. Понятие взрывчатых веществ.
Взрыв – это весьма быстрое физическое или химическое превращение вещества или смеси веществ, сопровождающееся переходом его потенциальной энергии в энергию сжатия и движения самого вещества или продуктов его превращения и окружающей среды.
Взрывы по характеру источника энергии и её превращения могут быть физическими (взрыв парового котла, сильный искровой разряд, взрыв метеорита при ударе о землю, беспламенное взрывание и т.д.), химическими (взрыв зарядов ВВ, взрывное горение порохов, пиротехнических составов) и ядерными (атомный взрыв, основанный на делении ядер, и термоядерный – на синтезе ядер).
Отличительными признаками химического взрыва ВВ являются: высокая объемная концентрация энергии, большая скорость превращения, экзотермичность процесса, образование газообразных продуктов и звуковой эффект. Всякий взрыв производит действие на окружающую среду. Действие взрыва будет тем значительней, чем больше выделившаяся энергия. При взрыве скорость распространения реакции достигает нескольких тысяч метров в секунду, это обеспечивает значительную мощность взрыва. На 1 кг ВВ выделяется 600–1000 литров газов и 2,5–7,1х103 кДж тепла, что обеспечивает нагревание продуктов взрыва до 1900…4500oC.
Взрывчатые вещества (ВВ) – это химические соединения или смеси веществ, способные в определенных условиях к крайне быстрому (взрывному) самораспространяющемуся химическому превращению с выделением тепла и образованием газообразных продуктов. Рабочим телом, совершающим механическую работу, являются газообразные продукты взрыва, первоначально сжатые до давления порядка гигопаскалей и имеющие температуру в несколько тысяч градусов. Расширяясь, сжатые газы уплотняют окружающую среду и вызывают в ней образование волн сжатия с резким перепадом давления на фронте волны.
9. Основные формы превращения взрывчатых веществ.
Химическое разложение взрывчатых веществ при взрыве происходит по формулам:
Тротила - 2С7H5(NO2)3 = 5H2O+7СО+7С+3N2 + Q (3455кДж/кг)
Аммиачной селитры - 2NH4 NO3 = 2N2 + О2 + 4H2O + Q(1425кДж/кг)
Гексогена - С3H6N6O6 = 3H2O+3СО+3N2 + Q (5700кДж/кг)
Тетрил - С6Н2(NО2)4NСH3 = 5H2O+6СО+8С+5N2 + Q (4870кДж/кг)
Тэн - С5Н8(ОNО2)4= 4H2O+3СО2+2СО+2N2 + Q (5950кДж/кг)
Химическая реакция превращения ВВ обычно самодостаточна, т.е. в составе ВВ содержатся все компоненты и в необходимом количестве для осуществления реакции. Химические превращения ВВ могут протекать в форме термического распада, горения или детонации. Все виды превращения взрывчатых веществ происходят в виде экзотермических реакций, т.е. с выделением тепла. Химическая формула распада, горения, и детонации одна и та же, эдентичны и образующиеся в результате реакции газы. Термический распад не сопровождается заметным повышением температуры среды и не сопровождается ударной волной. Горение сопровождается разогревом продуктов химической реакции и окружающей среды. Детонация характеризуется наличием ударной волны и высокой температуры. Критерием отнесения превращения ВВ к тому или иному виду является скорость химической реакции.
Термический распад – это сравнительно медленная химическая реакция, происходящая во всем объеме ВВ, при его нагреве ниже температуры вспышки (воспламенения), скорость которой определяется температурой окружающей среды. При нормальной температуре хранения скорость термического распада ПВВ ничтожно мала и все тепло, выделяющееся в процессе реакции, отдается окружающей среде. Практически все ВВ, как неустойчивые системы, подвержены термическому распаду. Скорость реакции увеличивается с увеличением температуры. При превышении количества тепла, выделяемого от разложения взрывчатого вещества, над количеством тепла отходящим в окружающую среду, происходит увеличение температуры ВВ. По достижении температуры вспышки взрывчатое вещество самовоспламеняется. Для предотвращения термического разложения ВВ, температура в хранилищах складов ВМ ограничивается 300С.
Горение ВВ– это более быстрая самораспространяющаяся химическая реакция, при которой прогревается только поверхностный горящий слой, температура массы ВВ повышается путем теплопередачи. Горение возникает при поджигании материала, т.е. при локальном подводе тепла, достаточного для нагрева некоторого участка (очага) до температуры вспышки. Горение происходит в сравнительно узкой зоне – пламени, которое перемещается по поверхности вещества в результате прогрева слоя материала и перехода вещества из твердого состояния в газообразное. Образующиеся газы вступают в экзотермическую химическую реакцию, нагреваются до состояния свечения – пламени. Скорость горения ограничивается скоростью теплопередачи и составляет несколько мм/сек. Образующиеся горячие газы, не только прогревают массу ВВ, но и создают поверхностное, избыточное давление, что увеличивает скорость химической реакции горения у большинства ВВ. Ограничения оттока тепла и газов, при горении ВВ в замкнутом пространстве или горение большой массы ВВ могут привести к детонации. Вызвать переход горения в детонацию может и нахождение в массе ВВ посторонних включений имеющих температуру плавления выше температуры плавления ВВ, например песка, металлических опилок, стекла и т.п. Поэтому тушение горящих ВВ должно производиться водой, углекислотой, хладонами, снижающими температуру горения и не ограничивающими отток газа. Применение различного рода изолирующих материалов: кошмы, порошков, песка для тушения ВВ запрещается.
Детонация ВВ – это форма их взрывчатого превращения, вызываемая проходящей по заряду ударной волной, которая вызывает скачкообразное изменение давления, температуры и плотности в очень узком слое ВВ. Для возбуждения детонации необходимы сильные механические или термические воздействия на ВВ. Детонация распространяется в виде цепной реакции со скоростью нескольких километров в секунду. При детонации ВВ в очень малый промежуток времени, миллионные доли секунды, выделяется большое количество газов 800-1000 л/кг и большое количество тепла 3000 – 6000 кДж/кг или 700 – 1500 ккал/кг (достаточной для увеличения температуры 1л воды на 700-15000С). Увеличение температуры газа, как известно, сопровождается увеличением его объема, а в замкнутом пространстве увеличением давления газа. Поэтому на месте взрыва ВВ наблюдается скачок (удар) давления в несколько десятков и сотен тысяч атмосфер. Резкое, громадное увеличение давления при взрыве, превосходящее во много раз прочностные характеристики горных пород и металлов, и обуславливает разрушающее действие взрывов.
10. Физическая сущность процесса детонации взрывчатого вещества. Влияние газовости ВВ, температуры взрыва, скорости химической реакции, на процесс детонации.
Детонация ВВ – это форма их взрывчатого превращения, вызываемая проходящей по заряду ударной волной, которая вызывает скачкообразное изменение давления, температуры и плотности в очень узком слое ВВ. Для возбуждения детонации необходимы сильные механические или термические воздействия на ВВ. Детонация распространяется в виде цепной реакции со скоростью нескольких километров в секунду. При детонации ВВ в очень малый промежуток времени, миллионные доли секунды, выделяется большое количество газов 800-1000 л/кг и большое количество тепла 3000 – 6000 кДж/кг или 700 – 1500 ккал/кг (достаточной для увеличения температуры 1л воды на 700-15000С). Увеличение температуры газа сопровождается в замкнутом пространстве увеличением давления газа. Поэтому на месте взрыва ВВ наблюдается скачок (удар) давления в несколько десятков и сотен тысяч атмосфер. Резкое, громадное увеличение давления при взрыве, превосходящее во много раз прочностные характеристики горных пород и металлов, и обуславливает разрушающее действие взрывов.
Механизм возбуждения взрыва и детонации ВВ может быть схематично представлен в следующем виде. При взрыве детонатора продукты взрыва резко ударяют по прилегающему к детонатору слою ВВ, формируя в нем ударную волну. В результате такого воздействия в этом слое возбуждается интенсивная экзотермическая реакция. Продукты этого слоя в свою очередь воздействуют аналогично детонатору на прилегающие слои ВВ, вызывая взрывчатое превращение.
Способность ВВ при взрыве производить механическую работу определяется запасом энергии, высвобождаемой взрывчатом превращении. Эффективность применения взрывчатых веществ характеризуют ряд их свойств:
Газовость ВВ - объем газов в литрах образующихся при взрыве 1 килограмма ВВ, приведенная к нормальным условиям, чем выше газовость ВВ тем больше его работоспособность. Объем газов, выделяемых при взрыве, определяется формулой химической реакции. Газовость современных промышленных ВВ составляет 800-900л/кг. Современные взрывчатые вещества подбираются таким образом, чтобы при их взрыве не оставалось твердых компонентов.
Теплота взрыва – количество тепловой энергии в килоджоулях или килокалориях, выделяющееся при взрыве 1 килограмма ВВ, чем выше данный показатель ВВ, тем больше его работоспособность. Теплота взрыва аммонита №6ЖВ 4316 кДж/кг. Максимальную температуру, до которой могут нагреться продукты взрыва, называют температурой взрыва. Температура взрыва наиболее распространенных ВВ находится в пределах 1500 – 45000С. Температура взрыва обычно выше у тех ВВ, у которых больше теплота взрыва и меньше теплоемкость продуктов взрыва. Температуру взрыва можно менять внесением различных добавок во взрывчатое вещество. Алюминиевая пудра при внесении ее в состав ВВ повышает температуру взрыва, а внесение инертных солей, например хлорита натрия (поваренной соли), за счет своей теплоемкости снижает температуру взрыва.
Скорость детонации – скорость в км/сек распространения детонации в заряде ВВ, чем выше скорость детонации тем больше концентрация энергии в единицу времени т.е мощность ВВ. Увеличение скорости химической реакции взрыва сопровождается увеличением давления на фронте детонационной волны, что в свою очередь обеспечивает устойчивость её прохождения. У аммонита №6ЖВ скорость детонации 3,6 – 4,8 км/сек.
11. Бризантность, работоспособность, мощность как основные характеристики промышленных взрывчатых веществ.
Бризантность и работоспособность промышленных взрывчатых веществ являются их основными технологическими характеристиками.
Бризантность – свойство ВВ при взрыве оказывать дробящее воздействие на окружающий массив, под действием ударной волны, которое проявляется в непосредственной близости от заряда и определяется плотностью энергии во фронте детонационной волны.Бризантными являются ВВ с большими скоростями детонации. Высокобризантные ВВ используются для взрывания крепких и весьма крепких горных пород.
Бризантность ВВ определяется по способу Гесса: 50 г испытуемого ВВ помещают в гильзу из бумаги диаметром 40мм. В заряд вставляют капсюль-детонатор или электродетонатор. Подготовленный заряд устанавливают на стальную круглую пластинку толщиной не менее 10мм, диаметром 41мм, расположенную на свинцовом столбике диаметром 40мм и высотой 60мм. Столбик с зарядом ВВ укрепляют на стальной плите. При взрыве заряда происходит обжатие свинцового столбика. Замер высоты столбика до и после взрыва определяет величину обжатия свинцового столбика в миллиметрах, которая и характеризует бризантность ВВ.
Работоспособность ВВ — способность производить определенную работу по разрушению и перемещению среды. Работоспособность характеризует общее действие взрыва и может определяться полным количеством энергии, выделившейся при взрыве. Работоспособность – суммарная способность ВВ при взрыве совершать бризантное действие и фугасное т.е.. перемещение горных пород силой взрывных газов, действие.
Работоспособность ВВ может определяться взрывом навески ВВ в свинцовой бомбе и на баллистических маятниках и мортирах. Но чаще определяется расчетным путем, определяют идеальную работу взрыва в кДж/кг. Для аммонита №6ЖВ составляет 3561, для граммонита 30/70 - 2824 кДж/кг.
Для испытания ВВ в свинцовой бомбе по способу Трауцля применяются бомбы из рафинированного свинца. Бомба имеет форму цилиндра высотой (200±2)мм, диаметром(200±2)мм, несквозной канал по оси цилиндра глубиной (125±2) мм и диаметром (25±0,5)мм. Заряд испытуемого ВВ массой (10±0,01) г в оловянной фольге с детонатором помещают в канал свинцовой бомбы. Свободное пространство канала бомбы засыпают просеянным кварцевым песком. Взрывают заряд ВВ, после чего полость в бомбе очищают и замеряют объем с помощью мерного цилиндра. Из полученного объема вычитают объем канала и объем полости взрыва одного капсюля-детонатора. Этот объем равен примерно 30 см3. Разность дает значение работоспособности ВВ в см3.
Мощность это физическая величина, измеряемаявеличиной отношения выполненной работы к промежутку времени, в течение которого она совершена. Учитывая, что работоспособность взрывчатых веществ изменяется, для различных условий их применения, скорость детонации, а следовательно и время совершения полезного действия, так же меняются, понятие мощности взрывчатых веществне является характерным для применения взрывчатых веществ. В горном деле используются понятие мощные ВВ,то есть высокобризантные взрывчатые вещества, обладающие высокими скоростями детонации.
12. Начальный импульс и чувствительность взрывчатых веществ.
Вызвать взрыв заряда ВВ можно различными видами внешнего воздействия: быстрым нагревом, механическим ударом, трением, взрывом другого заряда ВВ. Энергия теплового воздействия, необходимая для возбуждения взрыва, называется начальным импульсом, а сам процесс – инициированием. Одной из форм начального импульса является взрыв инициирующего заряда (детонатора).
Минимально необходимая величина начального импульса различна для разных ВВ и зависит от чувствительности ВВ, его восприимчивости к внешним воздействиям. Наиболее чувствительными являются так называемые инициирующие ВВ. В отличие от них, бризантные ВВ обладают более низкой чувствительностью; они не в такой степени опасны при изготовлении, транспортировании, хранении и применении. По восприимчивости к внешним воздействиям ВВ подразделяются на первичные и вторичные. К первичным относят ВВ, способные взрываться в небольшой массе при поджигании (быстрый переход горения в детонацию). Они также значительно более чувствительны к механическим воздействиям, чем вторичные. Детонацию вторичных ВВ легче вызвать (инициировать) ударно-волновым воздействием, причем давление в инициирующей ударной волне должно быть порядка нескольких тысяч или десятков тысяч мПа. Практически это осуществляется с помощью небольших масс первичных ВВ, помещенных в капсюль-детонатор, детонация в которых возбуждается от луча огня и контактно передается вторичному ВВ. Поэтому первичные ВВ называют также инициирующими.
Чувствительность ВВ – степень восприимчивости к определенному фактору, внешнему импульсу, вызывающему детонацию заряда. Для возбуждения взрыва необходимо сильное механическое или термическое воздействие на взрывчатое вещество. Восприимчатость к внешним воздействиям, их виду и силе называют чувствительностью ВВ к соответствующему виду воздействия – удару, трению, нагреву, лучу огня и др. Она зависит от свойств ВВ, его состояния: химический и гранулометрический состав, температура, влажность. Чувствительность ВВ характеризуется величиной минимального импульса энергии. Чувствительность к инициированию принято оценивать минимальным зарядом, который необходим для возбуждения детонации. Определяется чувствительность лабораторным путем. Так для тротила требуется 0,36 г, для аммонита № 6ЖВ – 0,3г гремучей ртути. Величина минимального импульса возрастает с увеличением плотности ВВ, его влажности, крупности частиц. Чувствительность ВВ к тепловому импульсу определяется температурой вспышки.
Чувствительность твердых и жидких ВВ к механическим воздействиям, воспламенению и детонации возрастает с увеличением степени их измельчения (диспергирования), с повышением начальной температуры и при наличии в них пузырьков воздуха, создающих при адиабатическом сжатии «горячие точки» начала термического разложения. Последний фактор в настоящее время нашел практическое применение для повышения детонационной способности водонаполненных пластичных, гелеобразных и эмульсионных ВВ. Для насыщения данных ВВ пузырьками воздуха их состав аэрируют.
Особенно повышают чувствительность ВВ к удару и трению примеси абразивных веществ (песка, кусочков породы, стекла, металлической стружки) – сенсибилизаторов чувствительности, твердость которых выше твердости самого ВВ. На острых гранях концентрируется энергия удара и трения, происходит интерференция ударной волны отраженной от более плотных частиц, что способствует образованию локальных очагов воспламенения и взрыва.
При нагревании лишь немногие ВВ детонируют, а большая часть их сгорает без взрыва (при небольшом количестве).
Чувствительность ВВ к тепловому воздействию можно определить по температуре вспышки – минимальной температуре, при которой в течение небольшого отрезка времени в навеске ВВ, помещенной в нагретую среду, происходит вспышка с звуковым эффектом.
13. Понятие инициирующие взрывчатые вещества. Применяемые первичные и вторичные инициирующие вещества и их свойства.
Инициирующие взрывчатые вещества – это вещества, способные даже в малых количества взрываться под действием начального импульса любого вида (удар, трение, искра, нагрев) и вызывать при этом детонацию промышленных ВВ. Современной химии известно значительное количество неустойчивых химических соединений способных под действием слабого теплового, механического или химического импульса, разлагаться с большой скоростью, выделением тепла и газов. К ним относится бертолетова соль (хлорат калия), гремучая ртуть, гремучее серебро, азид свинца, хлорат тетраамина меди, диазонитрофенол и многие другие. Эти свойства инициирующих ВВ делают их очень опасными при изготовлении, хранении, транспортировке и обращении с ними. Инициирующие ВВ применяются небольшими порциями, для изготовления средств инициирования зарядов малочувствительных взрывчатых веществ. Учитывая высокую чувствительность инициирующих ВВ, их не перевозят, а перерабатывают на месте изготовления. Средства инициирования, снаряжаемые этими ВВ, также требуют осторожного обращения. Хранят их в отдельных помещениях. Их следует беречь от ударов и нагревания. Разбирать средства инициирования категорически запрещается, так как царапание по заряду или незначительное нажатие может спровоцировать взрыв. По способу возбуждения взрыва ВВ, по чувствительности и назначению инициирующие ВВ подразделяются на первичные и вторичные взрывчатые вещества. К первичным (инициирующим), относят ВВ, безотказно взрывающиеся от огня или небольшого механического воздействия. Взрыв вторичных (бризантных) ВВ вызывается взрывом первичных. Первичные более чувствительные, вторичные менее чувствительные, но как правило более мощные. Отличительной особенностью первичных инициирующих ВВ является: весьма высокая чувствительность к механическим и тепловым воздействиям; способность взрываться в малых количествах (0,05-05г.); горение этих ВВ почти сразу переходит в детонацию. Взрыв первичных инициирующих ВВ (гремучая ртуть, азид свинца, ТНРС) инициирует детонацию, более мощных, вторичных взрывчатых веществ (тетрил, гексоген, ТЭН). Вторичные инициирующие ВВ заводят детонацию промышленного ВВ, или шашки-детонатора, или промежуточного детонатора из патронов аммонита.
14. Влияние на устойчивость и скорость детонации диаметра заряда, дисперсности ВВ.
При взрывных работах отмечаются нежелательные явления затухания или неполной детонации зарядов. Устойчивость детонации зарядов ВВ определяется как химическим его составом, так и физическим состоянием. К физическим факторам, определяющим устойчивость детонации удлиненного заряда ВВ, относятся диаметр заряда, плотность ВВ в заряде, степень измельчения и равномерность смешивания компонентов ВВ, влажность ВВ, наличие и характер оболочки, мощность начального импульса.
Минимальный диаметр заряда, при котором обеспечивается его устойчивая детонация без затухания по всему заряду, называется критическим диаметром. При меньшем диаметре детонация затухает. При взрыве безоболочного заряда ВВ часть энергии взрыва направлена наружу заряда для выполнения полезной работы, а часть направлена внутрь заряда для создания детонационной волны большого давления. С уменьшением диаметра заряда уменьшается и величина энергии, уменьшается давление на фронте детонационной волны, скорость детонации снижается, и детонация переходит в горение, а затем затухает. Критический диаметр ВВ является мерой его детонационной способности, чем меньше критический диаметр, тем выше детонационные способности ВВ. Критический диаметр некоторых ВВ при плотности 1 г/см3 и средней величине частички 0,18 мм находится в следующих пределах, мм: ТЭН – 2-3; гексоген – 3-4; тетрил – 5-7; тротил – 9-11; аммонит №6ЖВ – 10-12; игданит – 100-120. Из выпускаемых ПВВ, наименьший критический диаметр имеют нитроэфиросодержащие смеси, наибольший крупнозернистые и водонаполненные ВВ.
Большое влияние на критический диаметр оказывает дисперсность ВВ. С увеличением размера частиц величина критического диаметра детонации возрастает. Поэтому все крупнодисперсные ВВ (гранулиты, граммониты) имеют значительно большие величины критических диаметров, чем ВВ того же состава, но порошкообразной структуры. Так для тротила при величине частиц 0,06 мм критический диаметр равен 9 мм, а при величине частиц 0,5 мм составляет 28мм. Критический диаметр для смесевых ВВ существенно зависит от процентного соотношения компонентов. Так, с уменьшением содержания тротила в аммонитах с 21 до 5%, их критический диаметр увеличивается с 12 до 25 мм. Критический диаметр заряда можно существенно уменьшить, если заряд поместить в оболочку, которая замедляет разлёт продуктов детонации благодаря своей прочности. При этом на создание детонационной волны будет использоваться энергия, отраженная от стенок оболочки. Чем более массивная оболочка, тем меньше критический диаметр заряда. Поэтому детонационная способность ВВ резко возрастает в стальных трубах; в шпурах и скважинах, выбуренных в скальных грунтах, и сравнительно мало изменяются по сравнению с зарядами, помещенными в сыпучие и пластичные среды. Так граммонит 79/21 зачастую не полностью детонирует в бумажной гильзе диаметром 100мм, но полностью взрывается в стальной трубе диаметром 45мм.
С увеличением диаметра заряда выше критического скорость детонации увеличивается, достигая определенного значения. Наименьшая величина диаметра заряда, по достижении которой прекращается возрастание скорости детонации получила название предельного диаметра (dпр).
15. Влияние на устойчивость и скорость детонации величины начального импульса, температура взрыва.
Возбуждение взрыва зарядов промышленных взрывчатых веществ осуществляется взрывом небольших зарядов размещенных в средствах инициирования. По своей чувствительности промышленные взрывчатые вещества можно разделить на две группы: взрывающиеся от стандартного капсюля-детонатора (ЭД или ДШ) и требующие мощного детонатора в виде шашки или патрона ВВ первой группы.
Использование в качестве инициирующего заряда недостаточной массы, не способного создать необходимое давление на фронте детонационной волны, чаще всего приводит к низкоскоростному взрывному разложению ВВ (выгорание). Которое весьма не устойчиво и при определенных условиях способно прекратиться (затухнуть) или перейти в детонацию с нормальной скоростью. Явление выгорания ВВ вокруг проходящего по заряду граммонитов и гранулитов детонирующего шнура, отмечается при взрывани скважинных зарядов.
Используя промежуточные детонаторы из мощных высокоскоростных ВВ, можно инициировать детонацию смесевых взрывчатых веществ со скоростью превышающую его обычную стационарную скорость детонации. Но затем скорость детонации возвращается к стационарному значению в пределах расстояния, в несколько диаметров заряда. Данное явление получило название разгонной волны. Длину разгонной волны, т.е. расстояние детонации ВВ со скоростью больше стационарной, можно увеличить, увеличивая массу промежуточного детонатора. Инициирование взрывчатых веществ с низкими, не устойчивыми скоростями детонации осуществляется увеличенными зарядами мощных высокоскоростных ВВ.
Повышение температуры взрывных газов, например добавками алюминия или ферросилиция, увеличивает давление на фронте ударной волны, что способствует увеличению её скорости и устойчивости детонации. Снижение температуры взрывных газов, например добавками хлористого натрия наоборот снижает давление на фронте ударной волны и её скорость, ухудшает устойчивость детонации, поэтому в высокопредохранительные ВВ добавляют сенсибилизирующие добавки нитроглицерин и нитрогликоль. Влияние на устойчивость и скорость детонации плотности ВВ, наличия оболочки заряда.
16. Влияние на устойчивость и скорость детонации плотности взрывчатого вещества.
Плотность ВВ в заряде оказывает большое влияние на устойчивость и скорость детонации. В свою очередь, плотность заряжания зависит как от плотности самого ВВ, так и от его способности хорошо заполнить объем зарядной полости. У индивидуальных ВВ (химических соединений) увеличение плотности сопровождается ростом скорости детонации до определённого предела и далее не изменяется.
У механических смесей взрывчатых химических соединений с увеличением плотности скорость детонации ВВ возрастает до максимального значения, соответствующего критической плотности, далее детонация затухает (кривая 2). Так, аммонит №6ЖВ имеет скорость детонации 4200 м/с; тот же аммонит, но прессованный – имеет скорость детонации 5000–5500 м/с. При относительно малой плотности, ее увеличение вызывает увеличение скорости детонации и уменьшение критического диаметра. При дальнейшем повышении и достижении определенной плотности (получившей название критической) процесс детонации становится неустойчивым, а затем совсем прекращается. Как и критический диаметр, критическая плотность зависит от физического состояния, степени измельчения компонентов и состава ВВ. Например, порошкообразный мелкокристалический тротил, спресованный до плотности 1,46 г/см3, детонирует при диаметре заряда 2,1 мм, порошкообразный при плотности 0,9-1,0 г/см3 детонирует при диаметре заряда 8-10 мм, а литой тротил плотностью 1,64 г/см3 детонирует только в зарядах диаметром не менее 32 мм.
Следовательно, критическая плотность смесевых ВВ – это значение плотности, выше которой детонация становится неустойчивой и затухает, переходя в горение, что в условиях шахт, опасных по взрыву газа и пыли, может вызвать взрыв метано- или пылевоздушной смеси. Это явление характерно для большинства промышленных ВВ, например аммонитов. С вводом в состав ВВ сильных сенсибилизаторов (гексоген и др.) значение критической плотности увеличивается. При некотором процентном содержании сенсибилизатора кривая для смесевых ВВ может иметь характер кривой 1 и в этом случае детонация в основном проходит по сенсибилизатору.
Иногда помещение заряда, устойчиво детонирующего на воздухе, в оболочку с небольшим зазором (что возможно на практике при заряжании патронированными ВВ шпуров) в определенных условиях приводит к затуханию детонации. Это явление известно как «канальный эффект». В зазоре оболочки под воздействием продуктов детонации возникает ударная волна, фронт которой распространяется со скоростью большей, чем скорость детонации. Ударная волна в зазоре имеет возможность оказать воздействие на ВВ перед фронтом детонации и уплотнить его. В аммиачно-селитренных ВВ переуплотнение приводит к затуханию детонации (при этом она может вести себя в детонационной волне как инертное вещество, поглощая большое количество теплоты и снижая способность ВВ к детонации), в мощных индивидуальных ВВ наблюдают пульсирующую детонацию с повышенной скоростью.
Неустойчивость детонации, приводящая к выгоранию шпуровых зарядов ВВ, может возникнуть при следующих изменениях характеристик и состояния ВМ: переуплотнение аммиачной селитры в составе аммонита; слеживание или спекание ВВ; увлажнение ВВ в процессе хранения и транспортировки; недостаточная инициирующая мощность патрона-боевика; большая толщина бумажной оболочки; значительное углубление в торцах патронов, а также попадание влагоизолирующего состава в торцы патрона, флегматизация ВВ и др.
17. Классификация взрывчатых веществ в т.ч. по химическому составу. Однокомпонентные ПВВ.
Классификация промышленных взрывчатых веществ осуществляется по ряду признаков:
¾ по характеру воздействия на окружающую среду ПВВ условно подразделяются на высокобризантные ВВ (скорость детонации 4,5 – 7,0км/сек), бризантные (скорость детонации 3,0 - 4,5км/сек), низкобризантные (скорость детонации 2,0 - 3,0км/сек) и метательные или пороха (скорость взрывного горения 0,1 – 0,4км/сек);
¾ по степени опасности при хранении и перевозке ПВВ разделяют на пять групп, к каждой из которых предъявляются свои требования по безопасности при хранении и перевозке;
¾ по условиям применения разделяют на группы непредохранительных ВВ для взрывания только на земной поверхности или в шахтах не опасных по взрыву газа и пыли, и несколько групп предохранительных взрывчатых веществ для подземных выработок, в которых имеется выделение горючих газов или взрывчатая угольная (сланцевая) пыль, а также несколько групп ВВ, предназначенные для специальных взрывных работ,
¾ по агрегатному состоянию ПВВ разделяют на порошкообразные, гранулированные, прессованные, литые, водосодержашие (льющиеся);
¾ по химическому составу ВВ классифицируют на аммиачно-селитренные, нитропроизводные и их сплавы, ВВ на основе жидких нитроэфиров и пороха.
Промышленные взрывчатые вещества по составу бывают однокомпонентными химическими соединениями: тротил, ТЭН, гексоген,октоген,тетрил, гремучая ртуть, азид свинца, ТНРС и механическими смесями на основе аммиачной селитры с твердыми взрывчатыми веществами (аммониты, граммониты), жидкими нитроэфирами (детониты) и с твердыми и жидкими горючими не взрывчатыми веществами (гранулиты). ВВ типа химических соединений (нитроглицерин, тротил, тэн, гексоген и т.п.) содержат в составе молекулы вещества все элементы, необходимые для нормального протекания химической реакции при взрыве. Химическая реакция в смесевых ВВ происходит между различными веществами, находящимися в механической смеси. Для реакции окисления в таких ВВ необходимы горючее и окислитель.
Однокомпонентные (индивидуальные) взрывчатые вещества, т.е. вещества имеющие в своем составе только один вид молекул, используются, в основном, для изготовления смесевых ВВ и средств инициирования. Из перечисленных в качестве промышленных ВВ только тротил применяется самостоятельно, как взрывчатое вещество. Все другие индивидуальные химические соединения, имеющие большую чувствительность к инициирующему импульсу, используются для создания взрывчатых смесей или средств взрывания.
18. Основные составляющие смесевых ПВВ.
Промышленные взрывчатые вещества по составу бывают однокомпонентными химическими соединениями: тротил, ТЭН, гексоген,октоген,тетрил, гремучая ртуть, азид свинца, ТНРС и механическими смесями на основе аммиачной селитры с твердыми взрывчатыми веществами (аммониты, граммониты), жидкими нитроэфирами (детониты) и с твердыми и жидкими горючими не взрывчатыми веществами (гранулиты). Взрывные превращения многокомпонентных соединений происходят в форме реакции окисления. Химическая реакция в смесевых ВВ происходит между различными веществами, находящимися в механической смеси. Для реакции окисления в таких ВВ необходимы горючее и окислитель, а также различные компоненты для придания определенных свойств и характеристик этим ВВ.
Окислители – вещества, содержащие избыточный кислород, расходуемый при взрыве на окисление горючих элементов. В качестве окислителя применяют аммиачную, натриевую селитры, перхлораты калия и аммония, жидкий кислород и т.п.
Взрывчатые составляющие в смесевых ВВ используются как основной компонент или сенсибилизатор, т.е. вещества повышающие чувствительность ВВ и устойчивость детонации. Для создания смесевых взрывчатых веществ используются индивидуальные химические взрывчатые соединения: тротил, гексоген и ТЭН. Свойства и взрывчатые характеристики которых нами уже изучены. Ряд, однокомпонентных соединений: нитроглицерин, нитрогликоль, пироксилин, динитронафталин используется только для создания смесевых взрывчатых веществ.
Горючие не взрывчатые составляющие смесевых ВВ – твердые или жидкие компоненты: нефтепродукты, тонкоизмельченный уголь, алюминий. Для снижения опасности применения и снижения цены в состав аммиачно-селитренных ВВ вводят невзрывчатые органические добавки, богатые (водородом и углеродом), которые окисляются избыточным кислородом аммиачной селитры, выделяя при этом избыточную энергию. Твердые горючие добавки вводят в состав ВВ в измельченном виде, чтобы увеличить поверхность соприкосновения с селитрой (древесная, торфяная мука, угольный порошок и т.п). эти добавки играют роль разрыхлителя, снижая слеживаемость ВВ при хранении. Из жидких горючих добавок применяются нефтепродукты дизельное топливо, индустриальное масло. Применяемые нефтепродукты по своему элементарному составу мало отличаются друг от друга (85-86% углерода, 13-14% водорода, небольшие примеси серы, азота, кислорода – до 5%). Комбинация жидких и твердых добавок обеспечивает лучшее удержание нефтепродуктов на гранулах селитры.
19. Понятие кислородного баланса ВВ, его влияние на состав взрывных газов и работоспособности.
Кислородный баланс ВВ– это отношение количества кислорода, содержащегося в ВВ, к его количеству, необходимому для полного окисления всех горючих компонентов, входящих в состав ВВ. Кислородный баланс выражают в долях или процентах. Различают положительный (избыток кислорода), отрицательный (недостаток кислорода) и нулевой (полное соответствие) кислородный баланс. Так, аммиачная селитра имеет положительный кислородный баланс (120 %), тротил – отрицательный (74 %). Носителями кислорода обычно являются соли азотной кислоты – селитры. Учитывая, что взрыв основан на окислении кислородом горючих веществ (углерода, водорода, металлов), рецептуру промышленных ВВ составляют с таким расчетом, чтобы в результате взрыва образовались наименее опасные для людей вещества.
Из приведенных выше формул следует, что основными составляющимипродуктов взрывов являются: вода в виде пара; углекислый газ и свободный азот, основные составляющие земной атмосферы. Но, как правило, в результате взрывчатого превращения ВВ наряду с данными безвредными газами образуются и ядовитые газы — в основном окись углерода и окислы азота.
Нулевой кислородный баланс определяет наибольшую полноту взрывчатого разложения, а следовательно, наибольшую эффективность взрыва и минимальный объем вредных газов. Так добавление 6% дизельного топ