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

солярового масла

“ « - Ц г = 6-3 г <%)’

аммиачной селитры

тас = 100—6,3 = 93,7 г (%).

В гранулированной аммиачной селитре содержится до 3% при­ месей, поэтому приведенный расчет относится к игданиту на хими­ чески чистой селитре.

Аналогично производится расчет многокомпонентных ВВ. Промышленные ВВ, выпускаемые в патронах, обычно имеют

незначительный положительный кислородный баланс — от 0,1 до 3—4% . Избыток кислорода расходуется на окисление бумажных оболочек и парафинового покрытия патронированных ВВ.

Масса бумажной оболочки не должна превышать 2 г и парафина 3 г на 100 г ВВ.

Для ориентировочного расчета состава продуктов взрыва при­ нято все ВВ делить на три группы:

1. ВВ с количеством кислорода, достаточным (или избыточным) для полного окисления горючих элементов. В этом случае весь угле­ род превращается в углекислый газ, а водород — в воду и выделяются свободный кислород и азот. Так протекает реакция разложения динитрогликоля

C2H4(ON02)2 — ►2C02 + 2H20 + N2.

2. ВВ с количеством кислорода, достаточным для полного газо­ образования. При этом принимается, что кислород сначала окисляет весь водород в воду, углерод — в окись углерода, а затем оставшаяся часть кислорода образует с окисью углерода углекислый газ. Так протекает реакция разложения тэна

С6Н8 (<Ж02)4 — ►4Н20 + ЗСОа + 2СО + 2N2.

3. ВВ с количеством кислорода, недостаточным для полного газообразования. В этом случае водород окисляется в воду, а часть углерода в окись углерода и выделяется свободный углерод. Так протекает реакция разложения тротила

2С7Нб(N02)s — ►5Н20 + 7СО + 7С+ 3N2.

Это правило составления реакций дает только ориентировочный состав газообразных продуктов взрыва и не позволяет найти вторич­ ные продукты реакции, которые часто, особенно у ВВ с отрицатель­ ным кислородным балансом, резко меняют состав газов взрыва.

Характеристика взрывчатых превращений некоторых ВВ типа химических соединений приведена в табл. 14.

На карьерах разрешается применять ВВ с кислородным балансом, отличным от нулевого, однако при крупных взрывах и при взрыва­ нии на глубоких горизонтах карьеров при определении опасной зоны

76

необходимо учитывать направление движения газового облака после взрыва, чтобы избежать случаев отравления рабочих. С уве­ личением глубины карьеров целесообразность применения ВВ с нулевым кислородным балансом, с точки зрения санитарно-гигиени­ ческих условий атмосферы, будет увеличиваться.

Вряде случаев при взрывах на глубоких горизонтах карьеров целесообразно применять специальные вентиляторные установки для удаления или осаждения образовавшегося после взрыва газового облака. В качестве такой установки может быть использована турбо­ реактивная установка для образования и выброса в газовое облако водяного тумана.

§17. Физическая сущность детонации промышленных взрывчатых веществ

Внастоящее время общепризнанной является гидродинамическая теория детонации ВВ, разработанная в основном советскими и фран­ цузскими учеными.

Согласно гидродинамической теории, детонация обусловлена распространением до ВВ детонационной волны, которая вызывает в момент прохождения скачкообразное изменение давления, темпера­ туры и плотности ВВ. На фронте волны происходит интенсивное разогревание тонкого слоя ВВ и протекает интенсивная химическая реакция, за счет энергии которой поддерживаются постоянство

77

параметров детонационной волны и постоянство детонационного

процесса в целом.

При взрыве детонатора, выполняющего роль инициатора (на­ чального импульса), продукты взрыва производят резкий удар по прилегающему к детонатору слою ВВ и формируют ударную волну, имеющую следующие особенности: скорость ее распространения всегда выше скорости звука в данной среде; на фронте волны проис­ ходит скачкообразное изменение давления, плотности и температуры среды (рис. 43, а); среда движется вслед за фронтом ударной волны; скорость ударной волны зависит от величины ее амплитуды; ударная волна распространяется в виде однократного скачка уплотнения

(рис. 43, а).

В результате действия ударной волны на ее фронте возбуждается интенсивная, чрезвычайно быстро протекающая химическая реакция с выделением тепла и газов. Энергия реакции этого слоя поддерживает амплитуду и скорость распространения ударной (детонационной) волны на определенном уровне, обеспечивая постоянство скорости детонации для данного диаметра заряда.

Следовательно, при детонации в каждый момент времени в ре­ акции участвует очень ограниченная масса ВВ в слое, находящемся под действием переднего фронта детонационной волны.

Ширина зоны химической реакции очень мала и составляет для порошкообразных ВВ доли миллиметра, у гранулированных ВВ она увеличивается до 3—4 см. За фронтом детонационной волны на­ чинается расширение продуктов детонации с образованием волны разрежения, распространяющейся к оси заряда (рис. 43, б). Фронт волны разрежения не достигает фронта детонационной волны, и остается динамически стабильный определенный объем нерасши­ рившихся газов, прилегающих к детонационной волне, который под­ держивает стабильность параметров волны. Если это динамическое равновесие нарушается, то скорость детонации или увеличивается (при увеличении объема нерасширившихся газов), или затухает

78

(в случае, когда волна разрежения соприкасается с фронтом дето­ национной волны).

Теория детонации наиболее глубоко разработана для газовых смесей. Основы теории детонации твердых ВВ разработаны совет­ скими учеными Л. Д. Ландау и К. П. Станюковичем. Они впервые уподобили состояние продуктов во фронте детонации состоянию кри­ сталлической решетки твердого тела.

Известно, что энергия твердого тела складывается из упругой энергии, обусловленной силами взаимодействия между молекулами, и из тепловой энергии колебаний частиц около их положений равно­ весия.

Л. Д. Ландау и К. П. Станюкович показали, что в условиях детонации можно учитывать только упругую энергию. Исходя из этого они установили, что давление во фронте детонации Р пропор­ ционально кубу плотности ВВ.

Скорость детонации определяется по формуле

ѵ а = W + C ,

где с — скорость звука в продуктах детонации, м/с; w — скорость движения продуктов взрыва, м/с.

Скорость детонации может быть определена в зависимости от энергетической характеристики ВВ по формуле

va= V 2 ( k * - l ) Q TV,

где QtV — теплота взрыва ВВ при постоянном объеме, ккал/кг. Значение к для QtV = 1000 ккал/кг в зависимости от начальной

плотности может быть принято равным:

Из приведенных формул видно, что скорость детонации является всегда сверхзвуковой, и ее величина непосредственно зависит ог энергетических характеристик ВВ, которые также определяют и

79

(

скорость детонации уменьшается и при некотором диаметре, названном к р и т и ч е с к и м dKp, становится неустойчивой (рис. 44). Влияние диаметра на скорость детонации заряда было впервые теоретически объяснено Ю. Б. Харитоном и развито Ф. А. Баумом.

Высокое давление на фронте волны детонации вызывает интен­ сивный разлет продуктов детонации в стороны. Возникающая при этом волна разрежения будет проникать в зону реакции и снижать давление и температуру продуктов взрыва, а следовательно, сни­

большой плотности, но сильно ска­ зывается на скорости детонации зарядов средней плотности. На

скорость детонации влияют, главным образом, инерционные свой­ ства оболочки и ее сжимаемость. При малых плотностях заряжания оказывает влияние на устойчивость детонации и прочность обо­ лочки. Необходимо подчеркнуть, что оболочка позволяет только при меньших диаметрах получить предельные скорости детонации