Файл: Шепелев С.Ф. Газовость промышленных взрывчатых веществ на рудниках.pdf

может присутствовать даже твердый углерод в виде сажи. В результате неполного окисления 1 г ■атом С (до СО) выделяется всего 26 ккал тепла, а при полном (до СОг)— 94 ккал, т. е. потеря энергии очевидна, и в продуктах взрыва будет преобладать окись углерода.

Нулевой кислородный баланс способствует полному окислению горючих составляющих ВВ и обусловливает максимальное выделение энергии после взрыва. Поэтому рецептура промышленных ВВ подбирается из расчета, чтобы их кислородный баланс был близок к нулевому.

Об эффективности применения того или иного ВВ су­ дят обычно по теплоте взрыва, его работоспособности, бризантности и скорости детонации. Из этих параметров с точки зрения количества образующих газов основное зна­ чение, пожалуй, имеет теплота взрыва и скорость дето­ нации.

Теплота взрыва устанавливается как расчетным пу­ тем, так и экспериментально и характеризует потенциаль­ ную энергию химического превращения ВВ. С некоторым приближением можно считать, что работа ВВ прямо про­ порциональна теплоте взрыва. Однако здесь следует учи­ тывать степень расширения взрывных газов и их состав. Расширение газов зависит от параметров взрывных работ и влияет на величину полезной работы взрыва, а составом газообразных продуктов определяется величина отноше­ ния средних теплоемкостей газов при постоянных давле­ нии и температуре. Для большинства промышленных ВВ это отношение равно 1,2—1,25, а при наличии твердых и жидких компонентов в продуктах взрыва — 1,15 и ниже. Из сказанного можно заключить, что, хотя в общем слу­ чае теплота взрыва прямо пропорциональна его работе, для различных ВВ могут наблюдаться отклонения от тако­ го соотношения этих величин [1].

Согласно гидродинамической теории, теплота взрыва пропорциональна квадрату скорости детонации, которая, в свою очередь, служит мерой потенциальной энергии ВВ. Однако исследованиями последних лет прямой связи меж­ ду скоростью детонации и взрывной эффективностью ВВ не установлено, что обусловливается влиянием ряда до­ полнительных факторов.

Взрывчатые вещества с небольшой скоростью детона­ ции имеют малое давление газообразных продуктов, по­ этому при их взрывах в крепких породах отмечается не­ большая концентрация энергии вследствие незавершенно­ сти процесса газообразования. Различная скорость взрыв­ чатого превращения приводит к разбросу газообразных

11

продуктов отдельных компонентов и удлинению зоны химического разложения, что способствует повышенному образованию ядовитых газов. Это наиболее характерно для увлажненных и переуплотненных ВВ.

Для того чтобы оценить объем газообразных продук­ тов взрыва, их состав, а также теплоту и температуру взрывчатого превращения, необходимо иметь представле­ ние о химических реакциях, протекающих при взрыве, поскольку на основе их анализа с некоторым приближе­ нием можно определить количество ядовитых атмосфер­ ных примесей.

Реакции взрыва

Большинство промышленных ВВ представляют собой смеси окислителей с органическими горючими вещества­ ми, состоящими из водорода, кислорода, азота и углерода. Поэтому и состав газообразных продуктов взрыва в ос­ новном предопределяется этими элементами, а наиболь­ ший удельный вес в количественном отношении принад­ лежит углекислому газу, окиси углерода, азоту и парам воды. Физико-химическая характеристика взрываемой среды также может играть немаловажную роль в качест­ венном составе взрывных газов, обусловливая присутст­ вие в атмосфере кислородных соединений серы, сероводо­ рода и т. д.

Для теоретической оценки химических реакций взрыв­ чатого превращения промышленные ВВ условно подразде­ ляют на следующие группы:

—ВВ с положительным и нулевым кислородным ба­ лансом;

—ВВ с отрицательным кислородным балансом, не имеющие в продуктах взрыва свободного углерода;

—ВВ, продукты взрыва которых содержат углерод. Уравнения взрывчатого разложения составляются по

элементарным компонентам (1 кг) взрывчатой смеси. При этом устанавливается количество их грамм-молекул и в зависимости от соотношения элементов в составе смеси составляется правая часть уравнения.

Число грамм-молекул газа взрывчатых веществ с нулевым и положительным кислородным балансом мож­ но установить по общему уравнению

CeHbNcO„ = aCO~+ j - Н20 + ^ -N 2+ - \ [ d — \ — 2а) 0 2 .

Эта реакция протекает с выделением большого количе­ ства тепла, и взаимодействие углерода с кислородом идет

12

до образования СОг. Водород полностью сгорает, образуя пары воды, а азот выделяется в чистом виде. Окись угле­ рода при таких реакциях обычно не образуется.

В качестве примера рассмотрим взрывчатое превраще­ ние аммонита № 6, представляющего смесь аммиачной селитры с тротилом. Кислородный баланс этого ВВ близок к нулевому, и при полном окислении углерода и водорода будет справедливо следующее уравнение:

9,88NH„N03 + 0,925C7H5O3N3 -*■ 6,48С02 + 22,07Н2О +

+11,26N 2+ 0,0802.

Следует иметь в виду, что в зависимости от условий взрывания во взрывных газах могут присутствовать и не­ полные продукты окисления.

Особое место в этой группе принадлежит простейшим ВВ, у которых в качестве горючих добавок используются углеводороды от ряда С„Н2п до ряда С„Н2п- 6 .

Как известно, взрывчатое разложение аммиачной се­ литры протекает по реакции

NH4NO3= 2Н20 + N 2+ 0,5О2,

а разложение дизельного топлива с химическим составом С1зН20 и Ci6H32 — соответственно по реакциям

Ci3H20-t-1802= 1ЭС02+ ЮН20,

С,6Н32+'2402 = 16С02 + 1 6Н20.

Тогда уравнения взрыва игданитов в зависимости от состава горючих компонентов могут быть представлены следующим образом:

36NH4N 03+ Ci3H2q= 36N2+ 13С02+ 82Н20,

48NH4N03 + Ci6H32= 48N2 + 1 6С02 + 1 1 2Н20.

Приведенные реакции показывают, что использование дизельного топлива различного состава незначительно влияет на изменение кислородного баланса игданитов, а соответственно и на состав продуктов взрыва [2].

У ВВ второй группы составляющими взрывных газов помимо паров воды и углекислоты являются окись угле­ рода и свободный водород, а образование их протекает по уравнению

13

При наличии в продуктах взрыва углекислоты, угар­ ного газа и водорода между ними в зависимости от темпе­ ратуры и согласно равновесию реакции образования водя­ ного газа устанавливаются определенные соотношения

С 0+Н 20 ^ С02+ Н 2.

С увеличением температуры сдвиг реакции будет вле­ во, и наоборот. Термодинамическое равновесие газообраз­ ных продуктов характеризуется константой равновесия, которая может быть представлена отношением произведе­ ний правой и левой части уравнений, приведенных выше

Используя данные таблицы 2 и принимая во внимание соотношения (1.1) и (1.3), нетрудно составить четвертую за­ висимость для решения системы уравнений (1.2)

При составлении химических реакций для ВВ второй группы обычно считают, что кислород первоначально окисляет водород в воду и углерод в СО, а оставшийся кис­ лород реагирует с окисью углерода, давая С02.

Для примера рассмотрим реакцию взрывчатого пре­ вращения смеси аммиачной селитры с тротилом в про­ центном отношении 65:35.

По методу, описанному Б. Я. Светловым и И. Е. Яре­ менко [3], найдем элементарный состав этой смеси

8,12NH4N 03 -f 1,54C7H60 6N3 = Cxo.eHu.aOee.eBN20,88

или с учетом (1.1)

14