Теория горения и взрыва

Чувствительность ВВ к удару зависит от химических свойств ВВ, физического состояния, наличия примесей и других факторов. Увеличение плотности ВВ способствует снижению их чувствительности к удару. Введение в состав ВВ масла, жиров, воска, парафина или других примесей, как правило, снижает чувствительность ВВ к механическим воздействиям. С повышением температуры ВВ чувствительность к удару, как правило, возрастает.Введение в состав ВВ инертных примесей, таких как песок, металлические опилки, порошок стекла и другие, с большей твердостью и температурой плавления, чем ВВ, резко повышают чувствительность ВВ к механическим воздействиям. На местах производства взрывных работ необходимо следить за тем, чтобы в ВВ не попали твердые примеси, так как это увеличивает опасность обращения с такими ВВ. Обычно чувствительные к удару ВВ чувствительны и к трению.

На шахтах при ударно-поворотном или вращательном бурении шпуров и случайном попадании коронкой или резцом на остатки невзорвавшихся ВВ в шпуре может произойти загорание аммонита или взрыв ЭД и таких ВВ, как скальный аммонит и детониты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 61. Кислородный баланс

Кислородным балансом называют избыточное, достаточное или недостаточное количество кислорода в взрывчатом веществе по сравнению с количеством, необходимым для полного окисления содержащихся в нем углерода, водорода и других элементов, способных к окислению при взрыве. Носителями кислорода в ВВ являются обычно соли азотной кислоты — аммиачная, натриевая или калиевая селитра и т. п. Кислородный баланс может быть нулевым, положительным или отрицательным. Нулевым считается такой кислородный баланс, при котором в составе ВВ кислорода содержится столько, сколько его необходимо для полного окисления всех горючих элементов, входящих в состав ВВ, т. е. углерода, водорода или твердых горючих добавок. Если количество кислорода недостаточно для полного окисления горючих элементов, то кислородный баланс считается отрицательным. При избытке кислорода в составе ВВ кислородный баланс его положительный. Кислородный баланс выражают обычно в процентах из расчета на 100 г ВВ.Теплота, выделяющаяся при взрыве ВВ, и состав взрывных газов в значительной степени зависят от соотношения горючих элементов и кислорода в составе ВВ. Наиболее эффективным является ВВ с нулевым или близким к нулевому кислородным балансом, так как при полном окислении горючих элементов выделяется максимально возможное количество тепла.  При недостатке кислорода в составе ВВ во взрывных газах содержатся твердый углерод в виде сажи и ядовитый оксид углерода СО. При избытке кислорода во взрывных газах присутствуют ядовитые оксиды азота N0 и N02, на образование которых расходуется значительное количество тепла, что уменьшает энергию взрыва ВВ. Поэтому ВВ, предназначенные для производства взрывных работ в подземных условиях, обычно имеют нулевой или близкий к нулевому кислородный баланс. Однако полностью исключить образование ядовитых газов при взрывных работах в шахтах не удается, поскольку вместе с компонентами, входящими в состав ВВ, в реакции взрывчатого превращения участвуют материалы оболочки патронов, мелкая угольная пыль, находящаяся в шпуре. Кроме того, на образование ядовитых газов могут влиять увлажнение, слеживание, переуплотнение ВВ и т. п.Для оценки ВВ, с точки зрения возможности применения в подземных условиях, их испытывают на способность к образованию ядовитых газов при взрыве ВВ. Учитывая повышенную токсичность оксидов азота, ее количество выражают через условный оксид углерода, а общее количество токсичных газов выражают в виде суммы объема оксида углерода и объема оксидов азота, умноженного на коэффициент 6,5. В соответствии с инструкцией при расчете вентиляции газовость ВВ принимается равной 100 л/кг при взрывании по углю и 40 л/кг при взрывании по породе в пересчете на оксид углерода. Исходя из этого, устанавливается минимальное время на проветривание забоя после взрывных работ, раньше которого в него входить запрещается.

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 62. Объем газов, теплота и температура взрыва

Объем газов при взрыве важно знать для оценки работоспособности ВВ. Превращение энергии взрыва ВВ в механическую работу происходит тем полнее, чем больше объем газов, образующихся при взрыве. Объем газов при взрыве1 кг промышленных ВВ находится в широких пределах — от 300 до 1000 л/кг. Он зависит от состава ВВ, его плотности и других факторов.

Теплотой взрыва называют количество тепла, выделяющегося при взрывчатом превращении 1 кг ВВ. Теплота взрыва является характеристикой, определяющей работоспособность ВВ. Обычно, чем выше теплота взрыва, тем выше и работоспособность ВВ. При взрыве большинства промышленных ВВ выделяется от 2500 до 5900 кДж/кг тепла. Отдельные индивидуальные ВВ выделяют более 6300 кДж/кг, а высокопредохранительные маломощные — менее 2500 кДж/кг.

Максимальную температуру, до которой могут нагреваться продукты взрыва, называют температурой взрыва. Температура взрыва обычно выше у тех ВВ, у которых больше теплота взрыва и меньше теплоемкость продуктов взрыва. Температура взрыва повышается при введении в состав ВВ некоторых веществ, например алюминия, и понижается при введении инертных солей, увеличивающих суммарную теплоемкость продуктов взрыва. Температура взрыва наиболее распространенных ВВ находится в пределах 1800—4400 оС. а предохранительных ВВ — 1500—2500 °С.

 

 

 

 

 

 

Вопрос 63 Бризантное действие взрывчатых веществ

Бризантное, или дробящее действие взрыва определяют способом Гесса , сущность которого состоит в том, что цилиндрический заряд испытуемого ВВ (50 г) взрывают на свинцовом столбике определенной высоты и измеряют величину его обжатия после взрыва. Для этого заряд помещают в цилиндрическую бумажную гильзу из плотной бумаги внутренним диаметром 40 мм с прикрепленным дном из тонкой бумаги. Навеску ВВ специальным пуансоном подпрессовывают до плотности 1 г/см3 с одновременным образованием гнезда для детонатора. Поверх навески ВВ вкладывают картонный кружок с отверстием в центре. Затем в гнездо вставляют КД с отрезком огнепроводного шнура или ЭД. Подготовленный заряд устанавливают на стальной диск толщиной 10 мм и диаметром 41 мм, расположенный на свинцовом цилиндре диаметром 40 мм и высотой 60 мм. Предварительно штангенциркулем замеряют высоту цилиндра с четырех сторон. Свинцовый цилиндр устанавливают на стальной плите толщиной не менее 20 мм. Заряд укрепляют оттяжками. При взрыве происходит обжатие свинцового цилиндра. Замер высоты цилиндра до и после взрыва дает возможность определить величину обжатия в миллиметрах, которая косвенно характеризует   бризантность испытуемого ВВ. Расхождение между двумя параллельными опытами допускается не более 1 мм. Однако на величину бризантности влияют кроме плотности заряда его влажность, однородность смешивания, степень измельчения компонентов и др. При определении бризантности способом Гесса заряд ВВ одним торцом помещают на стальной пластинке. Поэтому деформация или обжатие цилиндрика осуществляется не полным импульсом взрыва, а только головной его частью, т. е. импульсом части заряда, непосредственно прилегающей к стальной пластинке.  стальной оболочке.Для определения бризантности ВВ с помощью баллистического маятника заряд испытуемого ВВ (50 г) устанавливают на торце рабочего тела маятника, свободно  подвешенного на подвесках. Массу маятника подбирают в  пределах 60—70  кг.  Величина отклонения маятника в результате импульсного воздействия взрыва характеризует бризантное действие ВВ.

 

 

 

 

 

 

Вопрос 64. Работоспособность взрывчатых веществ

Работоспособность ВВ характеризует его способность производить при взрыве разрушение горных пород. Самым надежным способом определения работоспособности ВВ является испытание их в производственных условиях. Однако подобные испытания очень сложны и дороги. Поэтому существует несколько способов относительной оценки работы взрыва, позволяющих сравнивать различные ВВ по их работоспособности.

Наиболее распространенным способом практической оценки условной работоспособности ВВ является испытание и определение расширения канала свинцовой бомбы Трауцля (рис. 3с) взрывом заряда ВВ стандартной массы. Для испытания применяют бомбы, отлитые из чистого рафинированного свинца. Бомба имеет форму цилиндра, высота и диаметр которого 200±2 мм. В бомбе имеется несквозной канал по оси цилиндра глубиной 125 ± 2 мм и диаметром 25 ± 0,5 мм.

Заряд массой 10 ± 0,01 г испытуемого ВВ плотностью около  I г/см3 помещают в бумажную гильзу. В специально сделанное гнездо в заряде помещают КД или ЭД. Подготовленный таким образом заряд ВВ вводят в канал бомбы до его дна . Свободное пространство канала над зарядом засыпают кварцевым песком, просеянным через сито № 144 (144 отверстия на 1 см2). Затем производят взрыв заряда ВВ, после чего образующуюся в бомбе грушевидную полость (рис. 3в) очищают волосяным ершом, содержимое удаляют перевертыванием бомбы и замеряют объем полости водой, заливаемой из стеклянного мерного цилиндра. Из полученного объема вычитают первоначальный объем канала и  объем той полости, которая получается при взрыве одного капсюля-детонатора без заряда ВВ (этот объем примерно равен 30 см3). Полученная разность и дает численное значение работоспособности испытуемого ВВ в кубических сантиметрах. Работоспособность ВВ рассчитывают как среднее арифметическое из двух параллельных опытов, между которыми отклонения должны быть не более 10 см3. Обычно испытания производят при температуре бомбы примерно +15 °C с отклонением ±5 °С. При больших отклонениях температуры вводится поправка на изменение объема от температуры до 10 % измеренного объема.

Описанный стандартный метод испытания в свинцовой бомбе является условным и не позволяет определить действительную работоспособность различных ВВ.

А. Ф. Беляев, применив в качестве эталона заряды аммонита № 6, получил следующие данные относительной работоспособности; некоторых ВВ (в %): аммонит № 6 — 100 %, тротил 82 %, тетрил — 100 %, 62 %-ный динамит — 104 %, гексоген — 122 %, тэн —123 %,. аммонит скальный № 1 — 119 %, детонит М — 118 %, аммонал — 132 %. В практике взрывных работ необходимо это учитывать при переходе от маломощных ВВ к мощным и наоборот. Более простым и надежным методом определения работоспособности, позволяющим выразить ее в единицах энергии, является метод баллистической  мортиры  или  баллистического маятника большой массы. При взрыве заряда ВВ в мортире такого маятника, подвешенного на подвеске определенном длины, маятник отклоняется на угол, соответствующий энергии взрыва заряда. При известной массе тела маятника и длине подвески по углу отклонения рассчитывают работоспособность в единицах энергии или пересчитывают на расширение свинцовой бомбы. Баллистические маятники или мортиры проверяют по эталонному тротилу, так же как и свинцовые бомбы.

 

 

 

 

 

 

Вопрос 65. Использование энергии взрыва

Работа взрыва совершается за счет энергии (теплоты), выделившейся при взрыве. Общим выражением энергии химического превращения ВВ считают теплоту, которая выделяется при взрыве, ВВ в постоянном объеме без совершения внешней работы. Сильно нагретые газообразные продукты взрыва обеспечивают превращение теплоты взрыва в механическую работу в процессе их расширения. Однако превращение тепла в механическую работу при взрыве происходит со значительными химическими и тепловыми потерями. Суммарные тепловые потери при взрыве могут составить более половины от всей энергии взрыва ВВ. Из всех форм механической работы, совершаемой при  взрыве в данных  конкретных условиях, полезными являются лишь немногие. Например, при взрыве заряда; расположенного в массиве горной породы, значительная часть энергии уходит на ненужный в данном случае разброс и переизмельчение прилегающей к заряду части породы. Часть тепла при взрыве заряда в породе идет на нагревание окружающей породы, формирование ударных и акустических волн в массиве и т. п. При взрывных работах в шахтах значительная часть тепла выбрасывается в воздух в виде горячих газов. Некоторые приближенные расчеты показывают, что при взрывах на рыхление используется всего 20—25 %  потенциальной энергии взрыва  ВВ, а при взрывах на выброс — 3—7 %. Лучшее использование работы взрыва достигается применением более рациональных методов ведения взрывных работ и правильным выбором ВВ. Характер работы взрыва ВВ существенно зависит от таких характеристик ВВ, как теплота взрыва, объем образующихся газов, плотность ВВ и скорость детонации.

 

 

 

 

 

Вопрос 66 Основные требования к взрывчатым веществам.

К ВВ в зависимости от их назначения предъявляют определенные требования, которым они должны удовлетворять. Например,  инициирующие ВВ должны легко воспламеняться и детонировать от луча огня, удара или трения, и надежно вызывать детонацию вторичных ВВ, в том числе и вторичных зарядов в КД или ЭД. Промышленные ВВ должны иметь достаточную работоспособность, постоянство физико-химического свойства, надежную восприимчивость к начальному импульсу, т. е. устойчиво детонировать от взрыва КД или ЭД, иметь малую чувствительность к механическим воздействиям и должны быть безопасны в обращении с ними при изготовлении, транспортировании, хранении и применении. При взрыве они не должны давать большого количества ядовитых газов в продуктах взрыва и должны быть сравнительно недорогими.Кроме того, ВВ, предназначенные для взрывных работ в шахтах, опасных по метану или по взрыву угольной пыли, должны отличаться возможно меньшей способностью воспламенять при взрыве метано- и пылевоздушную смесь и меньшей склонностью к выгоранию в шпурах. К большинству ВВ предъявляются требования, чтобы они были достаточно водоустойчивыми и тонули при заряжании обводненных скважин и шпуров.

 

 

 

 

 

Вопрос 67. Деление взрывчатых веществ по условиям их безопасного применения

По условиям безопасности применения все промышленные ВВ делят на следующие классы, принятые в настоящее время в России:

I класс — ВВ для производства взрывных работ только на открытых работах. Обычно для открытых работ предназначаются наиболее простые по составу и дешевые ВВ, удобные для транспортирования и заряжания скважин или шпуров. К этому классу относят акватолы (МГ, М-15, 65-35), алюмотол. гранулотол, зерногранулит 30/70, зерногранулиты 30/70-В, 50/50-В (водоустойчивые), зерногранулит 79/21, гранулиты АС-8, АС-4, С-2, М, игданит, граммонал А-8, аммонит № 6ЖВ непатронированный.

 II класс — ВВ, предназначенные для производства взрывных работ в подземных условиях, кроме забоев, опасных по метану или угольной пыли. Как правило, ВВ этого класса имеют кислородный баланс, близкий к нулю, и при их взрыве образуется меньшее количество ядовитых газов, чем при взрыве ВВ, идущих на открытые работы. К этому классу относят следующие непредохранительные патронированные ВВ: аммонит № 6ЖВ, аммонит скальный № I, аммонал скальный № 3, аммонал водоустойчивый, детониты М 10А, динафталит и др.

III класс — предохранительные ВВ ограниченного применения, которые разрешается применять только в породных забоях при содержании метана у забоя и в прилегающих выработках на протяжении 20 м менее I % и отсутствии взрывоопасной угольной пыли. К этому классу относятся аммонит АП-5ЖВ и победит ВП-4.

IV класс — предохранительные ВВ для производства взрывных работ в угольных и смешанных забоях по углю и по породе в забоях, опасных по метану или угольной пыли, кроме забоев, особо опасных по метану. К этому классу относят аммониты Т-19 и ПЖВ-20.

V класс — ВВ повышенной предохранительности для производства взрывных работ по углю и для подрывания слабых пород в особо опасных по метану забоях, за исключением восстающих тупиковых выработок, а также для распыления воды в полиэтиленовых сосудах при создании водораспылительных завес. К этому классу относят угленит Э-6, патроны ПВП-1-У и ПВП-1-А, а также угленит № 5 (для специальных работ).

VI класс — высокопредохранительные ВВ для взрывных работ по углю в особо опасных забоях, в которых разрешено применение средств взрывания типа гидрокс, для разбучивания углеспускных печей, для перебивания деревянной крепи при обрушении кровли и для распыления воды в полиэтиленовых сосудах.

 

 

 

 

 

Вопрос 68 Однородные взрывчатые вещества из класса нитросоединений.

Тротил (тринитротолуол) является одним из самых распространенных ВВ класса однородных химических нитросоединений. Представляет собой кристаллическое вещество желтоватого цвета. Его получают при нитрации толуола азотной кислотой в смеси с серной.: