Файл: Кутузов, Б. Н. Взрывные работы учебник.pdf

Глава III

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И СВОЙСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

§ 12. Классификация взрывов

По своей природе взрывы делятся на:

Ф и з и ч е с к и е , при которых происходят только физические преобразования веществ (беспламенное взрывание с помощью жидкой углекислоты и сжатого воздуха, взрывы паровых котлов, баллонов со сжиженным газом, электрические разряды и т. д.).

Х и м и ч е с к и е , при которых происходят чрезвычайно бы­ стрые химические реакции с выделением тепла 800—1400 ккал/кг

игазов (взрывы ВВ, метана, угольной пыли).

Яд е р н ы е, при которых происходят цепные реакции деления ядер с образованием новых элементов. Существует два способа выделения атомной энергии при взрыве: превращение тяжелых ядер

в более легкие (радиоактивный распад и деление атомных ядер) и образование из легких ядер более тяжелых (соединение и образо­ вание новых атомных ядер). Например, при термоядерном взрыве из тяжелого водорода образуется гелий. При ядерном и термоядер­ ном взрыве выделяется в миллионы раз больше тепла на единицу взрываемого вещества, чем при химическом: 1,6-1010 ккал/кг при ядерном и 1011 ккал/кг при термоядерном, а при взрыве химиче­ ского ВВ выделяется в среднем ІО3 ккал/кг. Ядерные взрывы являются наиболее мощными из известных человечеству в настоящее время.

При взрывных работах на карьерах применяются химические взрывы ВВ, которые и рассмотрены в учебнике. Имеются техни­ ческие возможности применения ядерных взрывов для вскрытия

§ 13. Характеристика взрыва промышленных взрывчатых веществ

В з р ы в ч а т ы м и в е щ е с т в а м и называются химические соединения или механические смеси, которые под действием внешнего импульса способны взрываться (детонировать), т. е. чрезвычайно

быстро со сверхзвуковой скоростью в результате прохождения по заряду ВВ детонационной волны вступать в химическую реакцию с выделением тепла и газов, способных производить разрушение и перемещение окружающей среды.

Если в заряде обеспечены условия нормального распространения детонации, то она происходит с постоянной характерной для данного типа ВВ и заряда скоростью, т. е. процесс детонации имеет самораспространяющийся характер, не требующий для своего нормального протекания дополнительного подвода энергии, кроме начального импульса.

Известно большое число химических соединений и смесей, спо­ собных взрываться, но к промышленным ВВ (пригодным для при­ менения в промышленных взрывах) относятся соединения и смеси, достаточно безопасные в изготовлении и обращении, эффективные в применении, технически и экономически доступные в изготовлении, не меняющие своих химических и физических свойств при длитель­ ном хранении.

Энергия при взрыве промышленных ВВ выделяется вследствие протекания химической реакции окисления содержащихся в составе ВВ водорода — в воду и углерода — в окись (СО) или дву­ окись (С02) углерода кислородом, входящим также в состав молекул компонентов ВВ. Это обеспечивает высокую концентрацию энергии в единице объема ВВ (объемную концентрацию энергии).

При обычном горении веществ реакция окисления происходит за счет кислорода воздуха. Так, при сжигании 1 л стехиометрической смеси (смесь, в которой все компоненты полностью вступают в реак­ цию) спирт — кислород выделяется всего 3,5 ккал, водород — кисло­ род — 1,8 ккал, а при взрыве 1 л мощного жидкого ВВ нитроглице­ рина выделяется 2350 ккал тепла. Низкая объемная концентрация энергии 1 л смеси обычных горючих и кислорода объясняется тем, что на сжигание 1 л спирта требуется около 2000 л кислорода и при его теплотворной способности 7100 ккал/кг теплота на 1 л смеси будет 7100/2000, т. е. 3,5 ккал.

В то же время тепловая энергия (теплота взрыва, выделяющаяся при взрыве 1 кг ВВ и составляющая примерно 1000 ккал/кг) значи­ тельно меньше теплоты сгорания обычных горючих: керосина 11 000 ккал/кг, каменного угля 7000 ккал/кц и т. д. У промышлен­ ных ВВ скорость распространения реакции равна 2—8 км/с. Это обеспечивает получение чрезвычайно большой мощности взрыва, характеризуемой количеством энергии, выделяемой в единицу вре­ мени.

Так, при взрыве патрона аммонита № 6JKB весом 200 г при теплоте

ции ВВ 3500 м/с в момент взрыва выделяется мощность, равная

15-ІО8 Дж, или 14,6-10® кВт.

В момент взрыва ВВ образуется значительное количество газов (600—1000 л на 1 кг). Выделяемое при взрыве тепло нагревает про­

68

дукты взрыва до температуры 1900—4500° С, что обеспечивает полу­ чение чрезвычайно высокого давления газов взрыва (100 тыс. кгс/см2 и больше) в начальный момент.

Взрыв сопровождается определенным звуковым эффектом, так как ударная волна, распространяющаяся от заряда, на некотором расстоянии от центра взрыва переходит в звуковую.

Таким образом, отличительными признаками взрыва ВВ явля­ ются: высокая объемная концентрация энергии; большая ско­ рость выделения энергии; экзотермичность процесса; образование газообразных продуктов.

§ 14. Общие сведения о взрывчатых веществах и их классификация

По своему физическому состоянию известные ВВ могут быть: твердыми соединениями или смесями (гексоген, аммиачная селитра + -1-тротил и т. д.); смесями жидких и твердых веществ (аммиачная

дых или жидких веществ с газами (угольная, древесная и т. п. орга­ ническая пыль, брызги керосина, бензина с воздухом и т. д.); жид­ кими веществами (нитроглицерин, нитрогликоль); смесями жидких веществ (тетранитрометан + бензол, четырехокись азота + + соляровое масло и т. д.).

Практическое применение в качестве промышленных ВВ имеют первые две группы, наибольшее распространение получили взрыв­ чатые смеси из твердых веществ. Для взрывного бурения приме­ няются ВВ из смеси жидких компонентов.

Существуют три основные формы химического превращения ВВ: детонация, медленное химическое превращение, горение.

П р и д е т о н а ц и и энергия по заряду ВВ передается дето­ национной волной, которая распространяется по ВВ со сверхзву­ ковой скоростью от 2 до 8 км/с. Это нормальный процесс взрыва промышленных ВВ.

М е д л е н н о е х и м и ч е с к о е превращение протекает при относительно низких температурах по всему объему вещества. Этот процесс может протекать при неблагоприятных условиях хране­ ния ВВ и недостаточной его химической стойкости. При горении и детонации химическая реакция протекает в определенной, довольно узкой зоне — фронте химической реакции, который перемещается по ВВ. Скорость его перемещения определяется величиной выде­ ляющейся энергии и способом передачи ее к соседним слоям вещества. П р и г о р е н и и тепло передается путем теплопередачи. Это сравнительно медленный процесс, поэтому и скорость горения может быть от долей сантиметра до десятков метров в секунду.

По характеру действия на окружающую среду ВВ делятся на две группы: б р и з а н т н ы е (дробящие) ВВ и м е т а т е л ь ­ н ы е ВВ (пороха).

69

Среди бризантных ВВ в особую группу выделяют обладающие высокой чувствительностью инициирующие ВВ, которые приме­ няют для изготовления средств взрывания (капсюль-детонатор, электродетонатор, детонирующий шнур).

Для изготовления средств взрывания, применяемых в горной

применяются также в качестве компонентов мощных йромышлен-

ных ВВ.

Промышленные ВВ предназначаются для дробления, разрушения и перемещения окружающей среды. Это наиболее многочисленный

класс ВВ.

Применяются промышленные ВВ типа химических соединений (однокомпонентные ВВ) и механических смесей (двух и многоком­ понентные ВВ). Как правило, ВВ типа химических соединений вхо­ дят в состав смесевых ВВ.

К ВВ типа химических соединений относятся: нитросоединения ароматического ряда: тротил (тринитротолуол) C7H 5(N 02)3, пи­ криновая кислота (тринитрофенол) CeH 2(N 02)30H; нитропроиз­ водные аминов: гексоген (триметилентринитрамин) и др.; нитраты или эфиры азотной кислоты: нитроглицерин (глицеринтринитрат) C3H5(0N 02)3; нитрогликоль (этиленгликольдинитрат) С2Н4((Ж 02)2; тэн (пентаэритриттетранитрат) и т. д.

а м м о н и т ы — порошкообразные смеси аммиачной селитры с до­ бавкой тротила, гексогена, горючих добавок в разном процентном отношении; а м м о н а л ы — такие же смеси с добавкой алюминие­ вой пудры; з е р н о г р а н у л и т ы — смеси из гранулированного или чешуйчатого тротила и гранулированной аммиачной селитры; а л ю м о т о л — гранулированный сплав тротила и алюминиевой

ПУДРУ 11 насыщенный или перенасыщенный раствор селитры, обла­ дающие повышенной плотностью; д и н а м и т ы — многокомпо­ нентные натренированные смеси на основе нитроглицерина и нитро­

нических поглотителей с большой удельной поверхностью (торф,

70