Технологические характеристики некоторых ВВ

ВВ	Упрощенная реакция взрыва	КБ, %	Температура взрыва, t 0C	Объем газов при взрыве, л/кг	Теплота взрыва, кДж/кг
NH4NO3	NH4NO3=2H2O+N2+0,5O2	+20,0
Гексоген	С3H6N3(NO2)3=3H2O+3CO+3N2	-21,6
Дигликоль-динитрат	C4H8О(ONO2)2=4H2O+3CO+С+N2	-40,8	-	-
Динитронафталин	C10H6(NO2)2=3H2O+CO+N2 +9C	-129,4
Коллоидный хлопок	C6H7О3(ОNО2)3=3,5H2O+3,5CO+2,5CО2+ +1,5N2	-33,6
Ксилил	C8H7(NО2)3=3,5H2O+2,5CO+5,5C+1,5N2	-	-	-
Нитроглицерин	C3H5(ONO2)3=2,5H2O+3CO2+1,5N2+0,25O2	+3,5
Нитрогликоль	C2H4(ONO2)2 = 2H2O + 2CO2 + N2
ТЭН	C5H8(ONO2)4=4H2O+3CO2+2CO+2N2	-10,2
Пикриновая кислота	C6H2(NО2)3OH=1,5H2O+5,5CO+0,5C+1,5N2	-45,4	-	-
Тетрил	C7H5N(NO2)4=2,5H2O+5,5CO+1,5C+2,5N2	-47,4
Тротил	C7H5(NO2)3=2,5H2O+3,5CO+3,5C+1,5N2	-74,0

Дополнительные компоненты аммиачно-селитренных ВВ

В состав аммиачно-селитренных ВВ входят невзрывчатые органические горючие добавки, богатые горючими элементами (Н₂, С), которые окисляются избыточным кислородом АС с выделением тепла (древесная мука, мука хлопкового жмыха). В качестве добавок используют карбамид (мочевину) - СО(NH₂)₂. Карбамид с аммиачной селитрой (48/52) образует смесь с температурой плавления t_плавл=48°С, а при 15% карбамида смесь плавится при 75°С. Жидкой горючей добавкой (5%) является соляровое масло всех выпускаемых марок. Используют при изготовлении гранулитов. Широко применяемой в качестве твердых горючих добавок является

алюминиевая пудра или алюминиевый порошок, повышающие чувствительность ВВ, теплоту взрыва и объемную концентрацию энергии ВВ.

Алюминий часто заменяют ферросплавами, содержащими кремний, ферросилиций (содержит 20–80% Si, 1–3% Al, 0,2–0,4% Cr, 0,2–0,6% Mn) и силикокальций (содержит 10–30% Ca, 1–2% Al, 6–25% Fe).

В состав водоустойчивых ВВ входят гидрофобные добавки (парафин, стеарат кальция, асфальтит), выполняющие роль горючих компонентов. При необходимости загущения растворов АС в водосодержащих ВВ применяют полиакриламид, изаргам, гуаргам, который получают размолом бобов тропической акации.

Структурообразующие добавки применяют для создания поперечной

связи макромолекул загущающих полимеров. Для этой цели применяют сульфат хрома, бихромат натрия, сернокислый алюминий, буру, калиевые квасцы хрома и др.

Пороха коллоидного типа (пироксилиновые пороха) для взрывных работ используют сравнительно редко. При заряжании скважин пироксилиновый порох смешивают с насыщенным раствором АС, что повышает бризантность и энергию взрыва.

Конверсионными взрывчатыми веществами принято называть ВВ и средства инициирования (СИ), которые использовали в военном деле, а затем из-за истечения сроков хранения применяют в горном деле для взрывов дробления или выброса.

Все ВВ (заряды в снарядах, авиабомбах, торпедах, ракетах), а также артиллерийские и ракетные пороха имеют большой отрицательный КБ, повышенную чувствительность (ВВ с добавками гексогена, тэна, сплавов алюминия и магния), сильную электризуемость (пороха), т.е. они гораздо опаснее при их применении в промышленных взрывах.

Пороха и некоторые ВВ выделяют, кроме традиционных газов СО, NO₂, а также ядовитые хлористые газы. Это позволяет использовать эти ВВ только на земной поверхности, при этом, они экологически будут вреднее промышленных.

Конверсионные ВВ более подходят (по организационным факторам) к использованию на временных объектах - сооружение дорог, каналов, плотин, взрывов на выброс и т.д.

В качестве средств инициирования можно использовать тротиловые и тротил-гексогеновые шашки (ТГ) для промежуточных детонаторов, а также более высококачественные, чем промышленные, боевые ЭД с платиноиридиевыми мостиками накаливания, а также КД и огнепроводные шпуры. В настоящее время накоплен опыт переработки и использования в качестве водоустойчивых ВВ под названием гранипоров артиллерийских порохов, выплавки из снарядов тротила, последующего его гранулирования и использования взамен гранулотола под названием конвертол. Успешные результаты получены при использовании баллиститных порохов для изготовления удлиненных кумулятивных зарядов для дробления негабаритов, резки металлоконструкций при утилизации или разрушения объемных бетонных и железобетонных сооружений.

Разработана технология переработки зарядов твердого топлива в гранулы, пригодных для производства синтетических алмазов, пороховых зарядов твердотопливных ракет в гранулы разных размеров, пригодных для заряжания обводненных скважин.

Нитроглицериновые ВВ

Высокопроцентные нитроглицериновые ВВ имеют весьма небольшое применение по сравнению с аммиачно-селитренными. Основные компоненты: нитроглицерин и нитрогликоль. Очень опасны в обращении. Из высокопроцентных нитроглицериновых ВВ имеет применение, при том весьма незначительное лишь 62% динамит. Он состоит из смеси нитроглицерина - 37% и нитрогликоля - 25%, желатинированных коллоидным хлопком - 3,5%, калийной или натровой селитры - 32%, древесной муки - 2,5%. Тугая пластичная масса ВВ патронируется в бумажные гильзы, плотность патронов 1,45. Динамит водоустойчив. Бризантность 16 мм. Чувствительность к удару 28 см. Температура замерзания t_замерз= –20°С (опасность в обращении увеличивается). Замерзшие динамиты перед употреблением надо отогревать при температуре не выше +30°С. При отогревании, а также при хранении в условиях повышенной температуры может происходить эксудация - выделение из массы патрона жидких нитроэфиров. Эксудирующий динамит столь же опасен в обращении, как и нитроглицерин. Поэтому работа с таким динамитом и его хранение запрещаются. Динамит подлежит немедленному уничтожению. Низкопроцентные нитроглицериновые ВВ содержат до 15% нитроэфиров. По условиям хранения и транспортировки они приравниваются к аммиачно-селитренным ВВ, но в обращении они опаснее, имеют некоторую токсичность.

Непредохранительные ВВ II класса. Детонит №10А и детонит М - порошкообразные непредохранительные ВВ, содержащие до 10% нитроэфиров и до 10% порошка алюминия, 8÷11% тротила и более 70% - АС. Плотность 1,1÷1,3 г/см³. Бризантность 17-18 мм. В воде заряды детонита выдерживают несколько часов без снижения качества. Эти ВВ рекомендуются при заряжании обводненных скважин и шпуров в крепких породах.

ВВ этого класса разрешается применять:

- при проведении горизонтальных, наклонных, восстающих и вертикальных выработок, а также углубке шахтных стволов с действующих горизонтов шахт при соблюдении следующих условий:

- отсутствии в забоях угольных пластов, пропластков, а также выделения метана;

- подтоплении водой забоя углубляемого ствола перед взрыванием на высоту не менее 20 см, считая по наивысшей точке забоя;

- отставании от любой точки забоя до угольного пласта (при приближении к нему) не менее 5 м, считая по нормали. После пересечения пласта забоем выработки расстояние от любой точки забоя до пласта должно быть более 20 м, считая по протяжению выработки. Если выработка закреплена монолитной крепью, исключающей поступление в нее метана из пласта, и работы по изоляции пласта ведутся по проекту, согласованному организацией – экспертом по безопасности работ, ВВ II класса могут применяться после пересечения угольных пластов и пропластков;

- в забоях, проводимых с поверхности шурфов или стволов шахт, опасных по газу или пыли, в том числе при пересечении этими забоями пластов, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа;

- при сотрясательном взрывании в выработках, проводимых по выбросоопасным породам при условии применения водораспылительных завес, создаваемых взрывным распылителем воды из полиэтиленовых сосудов в сочетании с туманообразующими завесами.

Предохранительные ВВ III класса. Победит ВП-4, содержит до 10% нитроэфиров, имеет хорошие детонационные свойства. В обводненных забоях и в крепких породах более эффективен, чем аммонит АП–5ЖВ. Бризантность – 14 мм, плотность 1,1÷1,3 г/см³. Температура взрыва - 2565°С. Применяется в породных забоях, опасных по метану, но не опасных по пыли.

Аммонит серный №1ЖВ, порошок желтого цвета, жирный на ощупь, сенсибилизирован нитроэфирами. Имеет низкую водоустойчивость, малую мощность, хорошую детонационную способность. Токсичен, требует повышенной осторожности в обращении, чувствителен к низким отрицательным температурам. Состав: 5% нитроэфиров, 11,5% тротила; 52% - АС. Бризантность 11 мм, температура взрыва 1570°С. Плотность ВВ в патронах 0,95÷1,05 г/см³.

Аммонит нефтяной №3ЖВ. По многим свойствам близок к аммониту серному, но отличается от последнего высокой водоустойчивостью. Состав: 9% нитроэфиров, 7% тротила, 52% АС. Бризантность 12 мм, плотность 1÷1,3 г/см³. Температура взрыва – 1925°С.

Предохранительные ВВ III класса разрешается применять:

- в забоях выработок, проводимых только по породе, в том числе и по выбросоопасным породам, при выделении метана и отсутствии взрывчатой пыли; в забоях стволов, проводимых только по породе, при их углубке с действующих горизонтов и выделении в них метана;

- при вскрытии пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, до обнажения пласта при условии применения водораспылительных завес и наличии между пластом и забоем выработки породной пробки по всему сечению выработки. Размер пробки (считая по нормали) должен быть не менее 2 м при вскрытии крутых пластов и не менее 1 м при вскрытии пологих пластов.

Предохранительные ВВ IV класса. Аммонит ПЖВ–20, Аммонит Т-19. Отличаются увеличенным на 3% содержанием тротила и лучшей технологической обработкой, за счет чего несколько увеличились их взрывчатые характеристики. Выпускаются в патронированном виде; мелкодисперсные порошки светло–желтоватого цвета с видимым частицами пламегасителей. Способны детонировать при уплотнении до 1,7 г/см³. Работоспособность аммонита ПЖВ-20 – 265-280 см³; теплота взрыва 3400 кДж/кг. Скорость детонации 3,5÷4,0 км/с. Состав: 64% -АС; 16% - тротил; 20% -хлористый натрий. Работоспособность аммонита Т-19 составляет 270-280см³; теплота взрыва 3380 кДж/кг. Скорость детонации 3,6-4,3 км/с. Основные компоненты: 61%-АС; 19% -тротил; 20% -хлористый натрий. Область и условия применения: шпуровые заряды в сухих и мокрых угольных и смешанных забоях, опасных по взрыву метана и пыли (кроме забоев, отнесенных к особо опасным), а также скважинные заряды при вскрытии угольных пластов сотрясательным взрыванием. Аммониты для подземных работ выпускают в виде порошка или прессованные и только патронированные (плотность патрона 1-1,15 г/см³; диаметр патрона 32, 36 и 45 мм). Плотность прессованных аммонитов 1,4-1,58 г/см³. Патроны прессованные разминать не допустимо. Гильзы патронов делают из пергаментной бумаги, парафинируют. На гильзы патронов проставляют фабричное клеймо с обозначением наименования завода, типа ВВ и массы патрона. Массы патронов стандартного диаметра 100, 200, 250, и 300 г. Цвет гильзы (или клейма) соответствует классу ВВ. Гарантийный срок использования аммонитов предохранительных – 6 мес. Непредохранительных – 12 мес.

Предохранительные ВВ IV класса разрешается применять:

- в угольных и смешанных забоях выработок, проводимых по угольным пластам, опасным по взрывам пыли, при отсутствии выделения метана в этих выработках;

- в угольных и смешанных забоях горизонтальных, наклонных и восстающих (до 10°) выработок, проводимых по пластам, опасным по газу и пыли,

в которых отсутствует повышенное выделение метана при взрывных работах;

- при сотрясательном взрывании, в т.ч. камуфлетном, вскрытии угольных пластов после их обнажения и последующем проведении выработок на протяжении не менее 20 м;

- в бутовых штреках с нижней подрывкой пород; в бутовых штреках с верхней подрывкой пород при относительной метанообильности выемочного участка менее 10 м³/т; при взрывной выемке угля в лавах;

- при взрывании по породе в смешанных забоях выработок, проводимых по пластам, опасным по внезапным выбросам угля и газа, при опережающем породном забое;

- для подрывки некоторых боковых пород (f>4) в смешанных забоях выработок, при условии, что предварительная выемка угля будет проводиться без применения взрывных работ.

Предохранительные ВВ V класса. Угленит Э–6. Основные компоненты: нитроэфиры – 14%; натриевая селитра – 46%; хлористый аммоний – 30%; хлористый натрий – 7%; древесная мука – 2,5%. Теплота взрыва 2680 кДж/кг; скорость детонации 2 км/с; работоспособность 130 – 170 см3; мало водоустойчив. Свободно подвешенный заряд не вызывает взрыв метано-воздушной смеси. Ионнообменные соли в зоне повышенных давлений и температур, обеспечиваемых детонацией нитроэфиров, вступают в реакцию обмена, которая сопровождается выделением инертных газов и пылевидной инертной соли: NaNO₃+NH₄Cl→NaCl+N₂+2H₂O+0,5O₂. Избыточный кислород окисляет горючие элементы древесной муки.

Угленит №5. Теплота взрыва 1300 кДж/кг; скорость детонации 1,8 км/с; работоспособность - 50 см³. Состав основных компонентов: нитроэфиры -10%, аммиачная селитра - 14%, хлористыцй натрий - 75%, древесная мука - 1%. Применяется для перебивания стоек органной крепи в лавах и для рыхления угля, застрявшего в углеспусках.

Угленит №7 отличается от угленита №6 твердой сенсибилизирующей добавкой - окиси кремния. Предназначен для разбуривания печей в газовых шахтах и перебивания крепежных стоек. Работоспособность 80-120 см³.

Предохранительные ВВ V класса разрешается применять:

- в угольных и смешанных забоях горизонтальных, наклонных и восстающих (до 10°) выработок с повышенным выделением метана при взрывных работах. При этом в смешанных забоях по углю и по породе должно применяться одно и то же ВВ. В отдельных случаях по разрешению органа Госнадзорохрантруда, выданному на основании заключения организации-эксперта по безопасности работ, допускается применение по углю ВВ V класса, а по породе - IV класса;

- в угольных и смешанных забоях восстающих (до 10°) выработок, в которых выделяется метан, при проведении их с предварительно пробуренными скважинами, обеспечивающими проветривание выработок за счет общешахтной депрессии; в нишах лав, не отнесенных к забоям с повышенным выделением метана;

- в бутовых штреках, проводимых с верхней подрывкой пород, при относительной метанообильности выемочного участка 10 м³/т и более;

- для верхней и смешанной подрывки боковых пород (f=4 и менее) в смешанных забоях выработок с повышенным выделением метана при взрывных работах при условии, что предварительная выемка угля будет проводиться без применения взрывных работ.

Предохранительные ВВ VI класса. Угленит 12ЦБ (кроме патронов СП-12) как и угленит П-12ЦБ относятся к ионнообменным селективно-детонирующим ВВ. В качестве сенсибилизатора содержит нитроэфиры (нитроглицерин). Теплота взрыва 2300 кДж/кг; скорость детонации около 2 км/с; работоспособность 120 см³.

Предохранительные ВВ VI класса разрешается применять:

- в верхних нишах лав с повышенным выделением метана;

- в угольных забоях восстающих (до 10°) выработок, в которых выделяется метан, при проведении их без предварительно пробуренных скважин;

- в забоях выработок, проводимых по нарушенному массиву (в том числе и в забоях выработок, проводимых в присечку к нарушенному массиву), при выделении в них метана. При этом глубина шпуров должна быть не более 1,5 м, а масса шпурового заряда патронированного ВВ – не более 0,6 кг;

- для верхней и смешанной подрывки пород (f=4 и менее) в вентиляционных штреках, проводимых вслед за лавой. Шпуровые заряды в верхних нишах лав и в восстающих выработках, особо опасных по метану, изготавливаются из угленита П–12ЦБ.

Предохранительные ВВ VII класса. Ионит - это безопасное предохранительное ВВ VII класса; скорость детонации 1,8 км/с; теплота взрыва 1900 кДж/кг. В своем составе содержит компоненты такие же, как и углениты.

Предохранительные ВВ этого класса разрешается применять для следующих видов специальных взрывных работ:

- для ликвидации зависаний горной массы в углеспускных выработках и дробления негабаритов накладными зарядами;

- для взрывного перебивания деревянных стоек при посадке кровли. В забоях выработок, где имеется газовыделение или взрывчатая угольная пыль, разрешается применять только предохранительные электродетонаторы мгновенного и короткозамедленного действия.

Составы и свойства некоторых ионообменных промышленных ВВ для угольных шахт, опасных по газу и пыли, приведены в табл. 6 и 7.

В США доля потребления предохранительных ВВ составляет 1% от общего выпуска, при этом список допущенных ВВ такого класса к применению в угольной отрасли насчитывает более ста наименований: гранулированных составов - около 50 наименований, водосодержащих и эмульсионных составов - более 25, остальные - нитроэфиросодержащие ВВ. Предохранительные ВВ, в состав которых входит тротил, не производятся. В целом, ассортимент предохранительных ВВ США не типичен для применения в условиях украинских шахт, опасных по газу и пыли. С учетом принятой методики идентификации предохранительных ВВ в Украине взрывчатые вещества США относятся к III и IV классам.

Очевидно несовершенство и ограниченность существующего ассортимента предохранительных промышленных ВВ в Украине, которые более полувека представлены тремя порошкообразными патронированными аммонитами III и IV класса предохранительности, несколькими нитроэфирными ВВ V-VII класса. Однако их уровень предохранительных свойств и устойчивости против выгорания не в полной мере отвечают существующим требованиям сверхкатегорийных шахт.

Детонация промышленных ВВ

Главная особенность промышленных ВВ (ПВВ) состоит в том, что они являются физически и химически неоднородными системами. Этим объясняются особенности их детонации и некоторые аномалии относительно положений классической теории детонации конденсированных ВВ.

Таблица 6