Теория горения и взрыва

 

 

 

 

 

Вопрос 72 Взрывчатые вещества в предохранительных оболочках

В настоящее время для взрывания в особо опасных по метану забоях и для распыления воды в полиэтиленовых сосудах применяют патроны ПВП-1-У или ПВП-1-А. Конструктивно ПВП-1-У состоит из внутренней и наружной полиэтиленовых оболочек, между которыми размещается концентрированный раствор аммиачной селитры принимает участие в реакции взрывчатого разложения. Слой раствора вокруг взрывчатого ядра составляет 4—5 мм. В качестве взрывчатого ядра во внутреннюю оболочку помещают предохранительный аммонит ПЖВ-20 массой 125 г для ПВП-1-У и 185 г для ПВП-1-А. При взрыве аммонита окружающий раствор аммиачной селитры принимает участие в реакции взрывчатого разложения. При этом образуется дополнительное количество газообразных продуктов взрыва, что позволило увеличить работоспособность и улучшить детонационные свойства. Один патрон ПВП-1-У по эффективности взрыва примерно одинаков с аммонитом ПЖВ-20 массой 200 г. Пламегасящим средством в данном случае является капельножидкая вода, распыляемая взрывом аммонита ПЖВ-20 внутри оболочки. Поэтому патроны ПВП-1-У , как и патроны ПВП-1, в оболочке которых был раствор соли, имеют повышенные предохранительные свойства — они не воспламеняют метановоздушную смесь (содержащую 9,5 % СН4) при взрыве двух патронов в свободноподвешенном состоянии. Температура замерзания аммиачно-селитренного раствора — ниже —17 °С. Раствор аммиачной селитры в оболочке, кроме предохранительных свойств, защищает ВВ в патроне от выгорания, благодаря чему такие патроны устойчивы против выгорания в шпурах. Наиболее безопасными для взрывных работ в угольных забоях выработок, отнесенных к особо опасным по взрыву метана и угольной пыли, являются взрывные патроны СП-1 в полиэтиленовых оболочках. Эти патроны, в ядре которых помещен угленит Э-б, а в оболочке — более концентрированный раствор аммиачной селитры (до 70 %), в 1973 г. допущены к применению в условиях, для которых предназначены средства беспламенного взрывания. В отличие от известных предохранительных ВВ они не воспламеняют взрывчатую смесь метана с воздухом при взрыве заряда, состоящего из четырех патронов, общей массой около 2 кг в  стальной уголковой мортире (рис. 2) при наличии отражательной стенки. Такой вид испытаний предусмотрен только для высоко предохранительных ВВ (VI класса), для зарядов массой до 1,4 кг. Самой важной и существенной особенностью этих патронов является высокая их устойчивость против выгорания в шпурах. угольных, но и в других шахтах и рудниках,

 

 

 

 

 

Вопрос 73. Общие правила обращения с взрывчатыми материалами и их деление по степени опасности при хранении и перевозке

При любых операциях с ВМ необходимо соблюдать максимальную осторожность: ВМ не следует подвергать ударам и толчкам, запрещается также толкать бросать, волочить, перекатывать (кантовать) и ударять ящики с ВМ. При обращении с ВМ запрещается курить, а также применять открытый огонь ближе 100 метров от места расположения ВМ. При работе с ВМ запрещается иметь при себе огнестрельное оружие, спички и другие зажигательные, а также курительные принадлежности. Как исключение, спички или иные зажигательные принадлежности разрешается иметь только мастерам-взрывникам, лаборантам и другим лицам, которые в процессе работы или испытания непосредственно зажигают огнепроводный шнур. Запрещается нарушать целостность и форму патронов — ломать, резать, мять, снимать оболочку, делать углубления для детонаторов и пр. Категорически запрещается применять при взрывных работах  слежавшиеся (не поддающееся   размятию   руками) порошкообразные аммиачно-селитренные ВВ или ВВ, увлажненные более установленной нормы. Порошкообразные аммиачно-селитренные ВВ в патронах для шпуровых зарядов перед применением необходимо осторожно разминать без нарушения целостности оболочки. Слежавшиеся порошкообразные ВВ, содержащие гексоген или жидкие нитроэфиры, разрешается использовать па открытых работах без предварительного размятия этих ВВ в патроне. В шахтах, не опасных по газу или пыли, при заряжании шпуров разрешается надрезать оболочку по длине патронов.

Запрещается тянуть за провода электродетонаторов, т.е. вытягивать их из гильзы или вытаскивать таким образом ЭД из шпура. При обращении с ДШ запрещается ударять по шнуру чем-либо или бросать на него предметы. Вблизи ящиков с ВМ не разрешается курить и держать открытый огонь. Не разрешается резать ДШ  после введения в заряд ВВ и зажигать его

   Все ВМ по степени опасности при хранении и перевозке разделяют на следующие группы:

I группа — ВВ с содержанием жидких нитроэфиров более 15%, нефлегматизированный гексоген, тетрил.

II группа — аммиачно-селитренные  ВВ, тротил и сплавы его с другими нитросоединениями, ВВ с содержанием жидких нитроэфиров не выше 15%, флегматизированиый гексоген, ДШ.

III группа — пороха дымные  и бездымные.

IV группа—детонаторы, КД, ЭД, пиротехническое реле КЗДШ.

V группа — перфораторные  заряды и снаряды с установленными  в них взрывателями.

 ВВ различных групп необходимо хранить и перевозить раздельно. Возможность совместной перевозки допускают только при соблюдении условий, предусмотренных требованиями «Единых правил безопасности при взрывных работах».

Огнепроводный шнур, средства его зажигания, зажигательные патроны, а также электровоспламенители можно хранить и перевозить совместно с ВМ II, III и IV групп. ДШ можно хранить совместно с детонаторами. В тех условиях, где помещения приспособлены для хранения ВВ с содержанием жидких нитроэфиров более 15%, разрешается в отдельных помещениях (ячейках, или камерах) таких складов хранить и ВВ II группы.

 

 

 

 

 

 

Вопрос74 Инициирующие взрывчатые вещества

Инициирующие ВВ, как уже отмечалось, способны даже в незначительных количествах взрываться под действием одного из простейших начальных импульсов (луча огня, удара, накола, трения). Способность инициирующих ВВ детонировать в ничтожно малых количествах связана с быстрым нарастанием скорости их взрывчатого превращения.

Для возбуждения взрыва инициирующих ВВ обычно используют тепловой импульс. При одинаковых условиях воспламенения восприимчивость к детонации у одних инициирующих ВВ выше, а у других — ниже.  Инициирующую способность инициирующих веществ определяют несколькими методами. Наиболее распространенным из них является определение предельного заряда, который требуется для того, чтобы вызвать полную детонацию в заряде вторичного (бризантного) ВВ, запрессованного в медную гильзу капсюля-детонатора. Инициирующие ВВ очень чувствительны к трению, что увеличивает опасность обращения с КД в процессе изготовления зажигательных трубок в результате трения о стенки гильзы КД. Даже легкое трение инициирующих ВВ способно вызвать их взрыв. Поэтому обращение с инициирующими ВВ и изделиями, содержащими их, должно быть очень осторожным.

Гремучую ртуть получают при взаимодействии металлической ртути, этилового спирта и азотной кислоты. Плотность кристаллов гремучей ртути колеблется в пределах 4,3—3,4 г/см3 и зависит от ее чистоты. Насыпная плотность порошкообразной гремучей ртути 1,22—1,25 г/см3. Она хорошо прессуется. При давлении прессования 300 кгс/см2 плотность ее достигает 3,5 г/см3. Чистая гремучая ртуть в практически мало гигроскопична. Растворимость гремучей ртути I в воде очень низкая. В 100 г воды при температуре 12 °С растворяется всего лишь 0,07 г, а при 100°С — 0,77 г гремучей ртути. При сильном увлажнении она теряет свои взрывчатые свойства, при 10 %-ной влажности горит, не детонируя, при 30 %-ной влажности она даже не загорается. Поэтому гремучую ртуть в целях безопасности хранят под водой. Химическая устойчивость гремучей ртути достаточна для практического применения. Температура вспышки гремучей ртути находится в пределах 170—180 °С. От луча огня огнепроводного шнура или от электровоспламенителя гремучая ртуть безотказно загорается. Порошкообразная гремучая ртуть, взятая в небольших количествах, загорается, дает вспышку с характерным глухим хлопком, но при этом не получается бризантного действия. Запрессованная под давлением 250—350 кгс/см2, она взрывается и инициирует навеску бризантного ВВ. Недостатком гремучей ртути является ее способность перепрессовываться, вследствие чего при воспламенении от луча огня она выгорает, но не детонирует. Температура взрыва гремучей ртути, вычисленная на основании уравнения взрывчатого разложения, равна 4450 °С. При разложении 1 кг гремучей ртути образуется 311 л газообразных продуктов. Теплота взрыва 405 ккал/кг. Скорость детонации гремучей ртути 4,5-4,85 км/с. Гремучую ртуть ранее широко применяли в качестве инициирующего ВВ в капсюлях-детонаторах и электродетонаторах, однако в последнее время ее все шире заменяют азидом свинца. Кроме перечисленных недостатков гремучей ртути, причиной ограничения ее применения является высокая токсичность паров ртути, образующихся при ее взрыве.

Азид свинца получают осаждением из водных растворов азида натрия и азотнокислого свинца по реакции

Pb(NO3)2 + 2NaN3 à Pb(N3)2 + 2NaNO3

Азид свинца не содержит ни углерода, ни водорода, ни кислорода. Реакция взрыва азида свинца представляет собой распад молекулы на свинец и азот (Pb(N3)2 à Рb + ЗN2) и сопровождается значительным выделением тепла. Азид свинца представляет собой мелкокристаллический порошок белого цвета с плотностью в кристаллах 4,73 г/смЗ. Прессование не оказывает заметного влияния на инициирующую способность азида свинца, но применяется он только в прессованном виде. Чувствительносгь азида свинца к лучу огня, особенно в запрессованном виде, несколько ниже, у гремучей ртути. Температура вспышки его paвна 325—350 оС. К основным недостаткам азида свинца следует отнести возможность самопроизвольных взрывов в процессе изготовления из-за высокой его чувствительности к механическим воздействиям (удару, трению и др.). Применение медных или латунных гильз для снаряжения капсюлей-детонаторов азидом свинца запрещено, так как создается опасность образования азида окисной меди, чувствительность которого к механическим воздействиям чрезвычайно высока. С алюминием азид свинца не взаимодействует. Практически азид свинца не взаимодействует с железом, поэтому его обычно запрессовывают в стальные колпачки (втулки).

Теплота взрывчатого разложения азида свинца равна 381 ккал/кг. Объем  газов, образующихся при взрыве, составляет 308 л/кг. Тёмпература взрыва 4300 °С. Скорость детонации 5,3 км/с. Азид свинца применяется в качестве инициирующего ВВ в капсюлях-детонаторах.

Тенерес (тринитрорезорцинат свинца) получают на основе резорцина,  который подвергают нитрации. Затем его обрабатывают углекислым натрием для получения тринитрорезорцината натрия, водный раствор которого используют для осаждения тринитрорезорцината свинца при взаимодействии с раствором азотнокислого свинца. Тенерес представляет собой темно-желтые  сильно электризующиеся кристаллы с плотностью3,01 г/см3. Он физически и химически стоек, мало  растворим в воде и мало гигроскопичен, с металлами не взаимодействует. Чувствительность к удару у тенереса ниже, чем у гремучей ртути и азида свинца. По чувствительности к трению он занимает среднее место между гремучей ртутью и азидом свинца. Температура вспышки тенереса 270—280 °С, инициирующая способность его ниже, чем у гремучей ртути и азида свинца. В связи с этим его применяют в качестве инициирующего ВВ лишь вместе с азидом свинца, которому он передает воспламенение. Объем газов взрыва 448 л/кг, теплота взрыва 418 ккал/кг (1749 кДж/кг), температура взрыва 3030 °С, скорость детонации 5,2 км/с.

 

 

 

 

Вопрос 75. Капсюли-детонаторы и электродетонаторы

КД представляют собой комбинированный заряд из запрессованных в металлическую гильзу первичного заряда инициирующего ВВ и заряда вторичного бризантного ВВ. Размеры гильз: диаметр наружный 7,05—7,2 мм, внутренний 6,3—6,5 мм, длина гильзы 48,5—51 мм. Гильзы изготовляют из меди, алюминия, стали или биметалла.

В качестве вторичного заряда в капсюле-детонаторе используют тетрил (1 г), гексоген (1 г) или тэн (1 г). В качестве первичного заряда используют 0,5 г гремучей ртути или 0,18—0,20 г азида свинца с добавкой 0,1 г тенереса. Тетрил, гексоген или тэн запрессованы в донную часть гильзы. После запрессовки вторичного заряда ВВ подсыпают еще небольшое количество того же ВВ и засыпают первичный заряд инициирующего ВВ, затем в гильзу КД помещают металлическую чашечку. Передача луча огня от электровоспламенителя и огнепроводного шнура к инициирующему ВВ происходит через отверстие в чашечке диаметром 2—2,5 мм. В начальный период горения инициирующего ВВ (гремучей ртути, тенереса) прочные стенки чашечки ограничивают расширение продуктов горения и за счет возрастающего давления облегчают переход горения в детонацию. Наличие чашечки уменьшает опасность при вводе в КД огнепроводного шнура при изготовлении зажигательной трубки. КД могут легко взрываться от удара, искры, пламени, трения. Поэтому при обращении с ними нужно соблюдать большую осторожность: их нельзя бросать, ронять, а также ударять по ним любыми предметами. Хранить КД нужно только в сухих помещениях.

Электродетонатор представляет собой КД, в свободную часть гильзы которого вмонтирован электровоспламенитель. В ЭД короткозамедленного и замедленного действия между инициирующим ВВ и электровоспламенителем помещают замедляющий элемент.  Электровоспламенитель состоит из мостика накаливания и воспламенительного состава, мостик накаливания — из нихромовой проволоки диаметром 0,03 мм, припаянной к двум выводным проводам. Длина мостика накаливания составляет 1,0—1,2 и 2,0—3,0 мм, в зависимости от конструкции электровоспламенителя. На мостик накаливания нанесен первый слой воспламенительного состава, состоящий из бертолетовой соли — 50 %, роданистого свинца — 50 % и свинцового сурика—1 % сверх 100 %, замешанных на 3 %-ном коллоксилиновом лаке. На первый слой нанесен зажигательный состав из свинцового сурика — 90 % и силикокальция — 10 %. Сверху   электровоспламенитель покрывают нитролаком. Принцип действия ЭД заключается в том, что электрический ток, проходя через мостик накаливания, нагревает его и прилегающий к нему воспламенительный состав. Последний, воспламеняясь, вызывает воспламенение инициирующего ВВ в КД или замедляющего состава ЭД короткозамедленного и замедленного действия. Замедляющий пиротехнический состав, сгорая за определенное время, воспламеняет инициирующее ВВ в капсюле-детонаторе.

Размеры гильз ЭД: длина 51—72 мм, диаметр 7,2—7,6 мм. Гильзы ЭД изготавливаются из биметалла. ЭД герметизируют пластикатовой пробкой путем обжимки их гильз по пробочке.

Выводные провода всех ЭД имеют водостойкую изоляцию (полиэтиленовую или поливинилхлоридную). Диаметр медной жилы выводных проводов равен 0,5 мм, длина проводов может быть 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 и 4,0 м. ЭД с длиной проводов 3 м и более изготовляют по специальным заказам потребителя. Сопротивление ЭД, имеющих медную жилу проводов, находится в пределах 1.6— 3,6 Ом в ЭД с жестким креплением мостика накаливания и 2,0—• 4,2 Ом в ЭД с эластичным креплением. Для большей надежности , инициирования уплотненных предохранительных ВВ снаряжают ЭД с усиленным вторичным зарядом, т. е. тетрила 1,6 г или гексогена 1,45 г. На гильзы предохранительных ЭД мгновенного и короткозамедленного действия с толщиной стенки 0,2—0,3 мм нанесен предохранительный слой из лака с добавкой сернокислого калия (K2SO4) толщиной 0,1—0,2 мм. Такие ЭД имеют повышенную инициирующую способность и безопасны в метано-воздушной среде. В настоящее время на угольных шахтах применяют предохранительные ЭД мгновенного ЭД-8-ПМ   и короткозамедленного действия ЭДКЗ-ПМ-15 и ЭДКЗ-ПМ-25 .Для взрывания в забоях, не опасных по метану или пыли, применяют ЭД замедленного действия ЭДЗД .

 

Предохранительный ЭД мгновенного действия ЭД-8-ПМ:

1- гильза биметаллическая  толщиной 0,3 мм,  2-предохранительная  оболочка из сернокислого калия (K2SO4) толщиной 0,12-0,1 мм, 3-тетрил, тэн или гексоген,  4-азид свинца, 5-электровоспламенитель, 6- пробка пластмассовая, 7- провода.