Теория горения и взрыва

 

 

 

 

 

 

Вопрос 56. Давление при детонации взрывчатых веществ

Взрывчатое превращение ВВ, вызванное и обусловленное ударной волной, распространяющейся по заряду с постоянной, максимально возможной в данных условиях, скоростью называют детонацией. ВВ, будучи сильно сжатыми во фронте ударной волны, подвергаются химическому превращению в очень узкой зоне, непосредственно перемещающейся за ударной волной. Высокое давление во фронте ударной волны поддерживается за счет энергии, выделяющейся в зоне химической реакции, неотрывно следующей за фронтом ударной волны. Детонация происходит до тех пор, пока впереди детонационной волны имеется ВВ, способное к самораспространяющейся взрывной реакции, т.е. до окончания детонации всего заряда. О развивающихся давлениях в детонационной волне можно судить по расчетным данным, вытекающим из современных представлений о теории детонации.

Давление взрывных газов Рд за фронтом детонационной волны тем больше, чем выше удельная энергия взрыва ВВ. Кроме того, оно пропорционально плотности ВВ , т. е. концентрации массы ВВ в единице объема. Подставив значения исходных данных того или иного ВВ, нетрудно определить величину давления за фронтом детонационной волны.

Наиболее сильное начальное давление взрывных газов оказывается чрезвычайно высоким  и во много раз превосходит значения временного сопротивления на  раздавливание всех известных самых крепких металлов и горных пород. Именно этим и обусловлено разрушающее действие взрыва.

 

 

 

 

 

 

Вопрос 57. Скорость детонации взрывчатых веществ и методы ее определения

Для различных ВВ скорость детонации находится в пределах от 1 до 9 м/с. Однако одно и то же ВВ в зависимости от физического состояния и условий взрывания может детонировать с различными скоростями. На скорость детонации большое влияние оказывают диаметр заряда, плотность ВВ и другие факторы.

При диаметре заряда, близком к критическому, скорость детонации будет минимальной. При постепенном увеличении диаметра заряда выше критического скорость детонации будет возрастать. По достижении некоторого диаметра заряда для данного ВВ дальнейшее увеличение скорости детонации практически не происходит; такой диаметр заряда называют предельным. Для однородных ВВ при переходе от критического диаметра к предельному относительное увеличение скорости детонации невелико, а для порошкообразных смесевых ВВ малой плотности оно больше. Повышение плотности ВВ до критического значения увеличивает скорость детонации как однородных, так и смесевых ВВ. Увеличение плотности ВВ сверх критической в смесевых ВВ приводит к затуханию детонации в заряде. Существующие способы определения скорости детонации ВВ можно разделить в основном на две группы. К первой группе относятся способы, позволяющие определить скорость детонации в каждой точке по всей длине испытуемого заряда ВВ. Ко второй относятся методы, с помощью которых устанавливается средняя скорость детонации на каком-либо фиксированном отрезке заряда ВВ.

 Определение скорости  детонации при помощи измерительных  приборов производят только в  специально оборудованных лабораториях  или на полигонах в научно-исследовательских  институтах. Для этого в большинстве  случаев используют измерители  времени высокой  точности, позволяющие  определить время прохождения  детонации между фиксированными  точками заряда на определенной  его длине. Разделив    пройденный  путь детонации на время (обычно  в миллионных долях секунды  — микросекундах), определяют скорость  детонации. Для практического контроля  качества выпускаемых и применяемых  ВВ как наиболее простой и доступный может быть использован метод Дотриша .Этот способ основан на  сравнении  измеряемой скорости детонации  испытуемого ВВ с заранее известной скоростью детонации ДШ и не требует точных приборов для измерения времени детонации. В заряд испытуемого ВВ длиною около 0,4 м и диаметром 32 или 36 мм на расстоянии один от другого 0,3 м вводят два отрезка ДШ А и В. Длина отрезков А и В равна    соответственно    1,5 и 1 м. Свободные концы отрезков   ДШ укладывают на свинцовую или стальную пластинку К толщиной 2—4 мм и длиной 0,3—0,4 м. На пластинке отмечают ее середину поперечной линией О и отрезки ДШ размещают так, чтобы конец отрезка А точно совпадал с одним концом пластинки (точка d), а конец отрезка В — с другим в точке с. В более длинный конец от места ввода ДШ в испытуемый заряд вводят капсюль-детонатор или электродетонатор. Во время  взрыва испытуемого заряда  детонационная  волна, дойдя до точки а. возбудит детонационную волну в отрезке А и дельте пройдет по заряду ВВ и по отрезку А. В точке б вызовет детонацию в отрезке В детонирующего шнура. Детонационные волны, возникшие в отрезках ДШ, движутся навстречу друг другу и встречаются в какой-то точке f. В результате столкновения детонационных волн давление значительно возрастает и на пластинке фиксатора, на которой располагались концы ДШ, будет образовано характерное углубление, от центра которого производят необходимые замеры.

 

 

 

 

 

 

Вопрос 58. Факторы, влияющие на скорость и устойчивость детонации

При взрывных работах патронированными ВВ часто встречаются с весьма нежелательными явлениями затухания или неполной детонации шпурового заряда ВВ. Устойчивость детонации шпуровых зарядов определяется как химическим составом ВВ, так и его физическим состоянием, а также условиями, при которых происходит взрыв. К физическим факторам, определяющим устойчивость детонации удлиненного заряда, относятся диаметр заряда, плотность ВВ в заряде, степень измельчения однородных ВВ или компонентов в смесевых ВВ, равномерность их смешения, влажность аммиачно-селитренных ВВ, наличие и характер оболочки, мощность начального импульса и т. п.

Известно, что устойчивая детонация удлиненных зарядов взрывчатых химических соединений и особенно механических смесей возможна лишь при диаметре заряда, превышающем значение критического диаметра. Критическим диаметром называют минимальный диаметр заряда бризантного ВВ, при котором обеспечивается его устойчивая детонация без затухания по всему заряду. При взрыве удлиненного заряда сразу же после прохождения детонационной волны объем взрывных газов быстро растет, а их давление и температура очень быстро снижаются. При этом вблизи от боковой поверхности заряда некоторый слой ВВ не успевает полностью разложиться и частично разбрасывается. Энергия взрыва в поверхностном слое ВВ выделяется только частично.

Поэтому с уменьшением удельной энергии взрыва уменьшается и скорость распространения детонационной волны в таких зарядах. Постепенно уменьшая диаметр заряда, можно получить такую его величину, при которой детонационная волна не будет распространяться по заряду ВВ. Согласно принципу Ю. Б. Харитона, детонация в удлиненном заряде будет устойчивой при условии, что продолжительность реакции во фронте детонационной волны будет меньше продолжительности разброса внешнего слоя ВВ. Продолжительность разброса увеличивается с увеличением диаметра заряда. Если продолжительность реакции во фронте детонационной волны велика, то для устойчивой детонации таких ВВ диаметр зарядов должен быть достаточным. Если ВВ обладает большой скоростью взрывчатого превращения и время реакции во фронте детонационной волны мало, то детонация может быть устойчивой даже при малом диаметре заряда. Например, для азида свинца критический диаметр составляет десятые доли миллиметра. При малом диаметре заряда относительные потери взрывных газов в боковых направлениях могут стать настолько большими, что распространение детонации станет невозможным. Величина критического диаметра детонации является мерой детонационной способности ВВ: чем меньше диаметр заряда, в котором ВВ способно детонировать, тем выше детонационная способность этого ВВ. С увеличением размера частиц ВВ величина критического диаметра детонации возрастает. Наибольшую детонационную способность и соответственно меньший критический диаметр детонации имеют составы ВВ с более высоким содержанием активных компонентов (тротила, гексогена и др.). Примеси инертных веществ в составе ВВ понижают скорость детонации и увеличивают критический диаметр заряда. Плотность ВВ в заряде оказывает большое влияние на устойчивость его детонации. При относительно малой плотности увеличение ее до определенных величин приводит к повышению скорости детонации и уменьшению критического диаметра. При относительно большой плотности некоторые ВВ в определенных условиях детонируют неустойчиво, т. е. с затухающей детонацией. При превышении критической плотности  ВВ  в  зарядах  данного  диаметра  детонация становится неустойчивой. Как и критический диаметр, критическая плотность зависит от физического состояния, степени измельчения компонентов и от состава ВВ.  Сказанное выше относится к зарядам, взрываемым в стеклянных трубках или в бумажных оболочках.

 Если заряд заключен  в прочную массивную оболочку  из достаточно плотного материала, взрывные газы в начальный  момент не могут свободно и  быстро расширяться, что препятствует  разбросу  внешнего слоя  ВВ и уменьшает относительные потери газов в боковых направлениях. Все это увеличивает давление взрывных газов, которое идет на поддержание детонационного режима в заряде ВВ. В конечном итоге такая оболочка значительно уменьшает величину критического диаметра и обеспечивает устойчивую детонацию при относительно малых диаметрах зарядов, при взрыве которых без прочной оболочки детонация резко затухает. В практическом применении шпуровых зарядов ВВ окружающая заряд горная порода выполняет роль массивной прочной оболочки, улучшая условия детонации ВВ. Устойчивую детонацию зарядов большинства ВВ можно обеспечить повышением мощности начального инициирующего импульса. Однако для ряда простейших ВВ. например игданнтов. гранулитов, акватолов, требующих достаточно мощных детонаторов, при диаметре заряда ниже критического невозможно обеспечить устойчивую детонацию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 59. Передача детонации

Явление передачи детонации одного заряда ВВ (активного) другому заряду (пассивному), находящемуся на некотором расстоянии, называют передачей детонации на расстояние. Заряд, иницируемый от капсюля-детонатора или электродетонатора, называют активным или передающим детонацию», а заряд, которому передается детонация, называют пассивным. или воспринимающим детонацию. Для возбуждения детонации в пассивном заряде при взрыве активного заряда необходимы следующие условия: некоторое давление ударной волны и взрывных газов, зависящее от чувствительности ВВ пассивного заряда; некоторое минимальное время действия давления, необходимое для возникновения детонации в пассивном заряде. Возникновение детонации в пассивном заряде определяется в Основном величиной критического давления, которое для высокочувствительных ВВ типа азида свинца составляет несколько десятков атмосфер; для таких ВВ, как гексоген, жидкий нитроглицерин, — сотни атмосфер, а для аммиачно-селитренных ВВ — тысячи атмосфер и более. При определенных условиях и, в частности, при наличии у активного заряда металлической или другой твердой оболочки детонация пассивному заряду может передаваться на значительные расстояния осколками оболочки.

Расстояние передачи детонации зависит от характеристик активного и пассивного зарядов. Для активного заряда решающими факторами  являются;  масса заряда  и  удельная  энергия  взрыва, а также диаметр заряда, плотность ВВ, скорость детонации, характер оболочки заряда;  для  пассивного заряда  —  чувствительность ВВ и восприимчивость к детонации, которые зависят от состава, диаметра заряда, плотности ВВ, размера частиц, влажности, Наличия  в  составе  флегматизирующих   или   инертных  добавок  и других факторов. У ВВ, содержащих нитроэфиры, передача детонации больше, чем у аммиачно-селитренных ВВ. При увеличении массы активного патрона с 200 до 300 г расстояние передачи детонации аммонитов увеличивается на 0,5—1 см.

 С увеличением содержания  флегматизирующих или инертных веществ в составе ВВ расстояние передачи детонации значительно уменьшается, а при увеличении содержания активных компонентов (тротила, гексогена, нитроэфиров) передача детонации  увеличивается. При сильном увлажнении, слеживании или переуплотнении аммиачно-селитренных ВВ детонация на расстояние не передается или передается на незначительное расстояние. Расстояние, на которое передается детонация, находится в линейной зависимости от диаметра патронов ВВ. Чем выше плотность ВВ в активном патроне и чем меньше плотность в пассивном, тем на большее расстояние передается детонация. С увеличением времени хранения ВВ расстояние передачи детонации для многих смесевых ВВ значительно снижается. Передача детонации сильно возрастает при размещении патронов в каналах или трубах. ВВ, которые на открытом воздухе передают детонацию только при расположении патронов впритык, помещенные в стальную или в картонную трубку передают детонацию на расстояние нескольких сантиметров.

Большое значение имеет среда, через которую передается детонация. Через воздух детонация передается на большее расстояние, чем через твердые преграды. Значительным препятствием для передачи детонации являются глина, песок, буровая мелочь, угольный штыб и другие материалы. Этим объясняются случаи неполной детонации и выгорания зарядов ВВ в шпурах при попадании между торцами патронов указанных материалов. Это случается при заряжании плохо очищенных шпуров, а также вследствие недосылания патронов, между торцами которых в результате неодновременного взрывания сближенных зарядов попадает разрушенная порода.

Вопрос 60. Чувствительность взрывчатых веществ к механическим воздействиям

В практике изготовления и применения ВВ основными формами механического воздействия на ВВ могут быть удар или трение, при которых вещества нагреваются. Химическое превращение ВВ под действием тепла, выделяющегося при ударе или трении, может возникнуть лишь в том случае, если энергия механического воздействия обеспечит повышение температуры некоторого количества ВВ до уровня, необходимого для мгновенного воспламенения ВВ. Энергией удара можно нагреть отдельные небольшие локальные участки в массе ВВ до температуры его воспламенения. Образование локальных горячих точек при ударе происходит вследствие адиабатического сжатия пузырьков газа или воздуха, имеющегося в составе ВВ в виде включений. Вблизи горячих точек за время» удара успевает произойти химическая реакция превращения ВВ. Выделяющейся при этом энергии может оказаться достаточно для возбуждения взрывчатого превращения соседних слоев ВВ с последующим распространением реакции взрывчатого превращения на весь заряд ВВ. Важным условием распространения взрывчатого превращения является то, что образовавшимся взрывным газам некуда расширяться: с одной стороны находится поверхность ударника, с другой — ВВ, поэтому они создают большое давление, которое сжимает соседний слой ВВ. Сжатие вызывает разогрев и быструю реакцию. Чувствительность ВВ к удару определяют на специальном копре. На навеску ВВ (0,05 г), заключенную в штемпельный приборчик, сбрасывают с некоторой высоты груз определенной массы (от 3 до 10 кг). В настоящее время принят метод, по которому определяют процент взрывов (частность взрывов) из 25 испытаний и более при падении груза массой 10 кг (для некоторых ВВ 5 или 2 кг) с высоты 25 см. Чувствительность к удару инициирующих. ВВ определяют на небольших копрах с грузом 0,5— 1,8 кг; ВВ, имеющие чувствительность к удару менее 7 см, считаются очень опасными в обращении, и перевозка их в обычном порядке воспрещается.