Часть II. Нитроэфирсодержащие взрывчатые вещества

5 Технология производства нитроэфирсодержащих взрывчатых веществ

5.1 Современные направления развития

нитроэфирсодержащих промышленных ВВ

Нитроэфирсодержащими [1] называют все виды промышленных ВВ, содержащих нитроглицерин (НГЦ) (самостоятельно или в смеси с другими жидкими нитроэфирами), независимо от природы и содержания других компонентов. За рубежом нитроглицериновые ВВ называют динамитами. Их классифицируют по содержанию нитроглицерина (низкопроцентные – до 15 %, высокопроцентные – более 60 %), по консистенции (порошкообразные, пластичные, полупластичные) и по другим признакам (рисунок 5.1).

Динамиты – это первые смесевые бризантные ВВ, широко применяемые в горной промышленности. Первым представителем динамитов был гурдинамит, состоящий из нитроглицерина и кизельгура в качестве поглотителя, затем динамитные смеси, где в качестве поглотителя использовались активные наполнители – древесная мука, селитра. В данных ВВ НГЦ недостаточно прочно связан с поглотителем и легко вытесняется водой. В дальнейшем развитие получили физически более стабильные и мощные пластичные ВВ или желатин-динамиты. В них НГЦ связан нитроклетчаткой (коллодионный хлопок), с которой он образует желатин. Простейшим по составу и в то же время наиболее мощным динамитом является гремучий студень, представляющий собой пластичную каучукоподобную массу.

Динамиты более сложного состава содержат, помимо желатинированного динамита, смесь окислителя и горючего. При значительном содержании порошкообразных компонентов динамиты приобретают полупластичную структуру. Для понижения температуры замерзания в большинство динамитов (труднозамерзающих) наряду с НГЦ вводят нитрогликоли, образующие с НГЦ эвтектические смеси.

Достоинством динамитов является их высокая плотность, водоустойчивость и пластичность, благодаря чему достигается высокая технологичность и плотность заряжания. Однако высокая чувствительность к механическим воздействиям и высокая стоимость привели к сокращению производства динамитов во всех странах и к их замене более безопасными и дешевыми ВВ, главным образом аммиачно-селитренными В

		Нитроглицерин
Гурдинамит						Динамитные смеси
нитроглицерин 75 %						нитроглицерин 25–75 %
кизельгур 25 %					активные наполнители 25–75 %
нитроглицерин (нитроэфиры) – коллодионный хлопок
порошкообразные ВВ			гремучий студень			желатинизированный нитроглицерин
нитроглицерин 5–20 % активные наполнители 95–80 % коллодионный хлопок 0,5–1,0 %			нитроглицерин 92 % коллодионный хлопок 8 %			нитроглицерин 97 % коллодионный хлопок 3 %
детониты	высокопредо- хранительные			желатиндинамит			аммонжелатин- динамит
нитроглицерин 5–15 % аммиачная селитра 74–78 % тротил 5–10 % алюминий 5–11 %	нитроглицерин 10–15 % активные наполнители 60–70 % пламегасители 7–18 %			желатинированный нитроглицерин 46–65 % активные наполнители 35–54 %			желатинированный нитроглицерин 30–40 % аммиачная селитра 60–70 %

Рисунок 5.1 – Нитроэфирсодержащие ВВ

настоящее время во взрывном деле в основном используются порошкообразные ВВ с содержанием нитроэфиров не более 20 %. Данные ВВ применяются там, где необходимы заряды небольших габаритов (патроны) с высокой восприимчивостью к детонационному импульсу. К таким ВВ относятся детониты и высокопредохранительные ВВ. Детониты по химическому составу – это аммиачно-селитренные ВВ, сенсибилизированные нитроэфирами и алюминиевой пудрой. Применяются для дробления пород особой крепости и в шахтах, не опасных по газу и пыли. Сенсибилизация жидкими нитроэфирами особенно важна применительно к высокопредохранительным ВВ, энергия которых ослаблена наличием инертных солей-пламегасителей. Высокопредохранительные ВВ применяются в угольной промышленности в шахтах с опасными и особо опасными условиями ведения взрывных работ.

ФНПЦ «Алтай» – один из крупных научных центров России по разработке рецептур, технологий и производств промышленных ВВ [2, 3]. На рынке потребления ВВ он известен как поставщик аммоналов, детонитов, карбатолов (мощных ВВ для разрушения особо крепких горных пород), гексопластов (пластичных и листовых ВВ для резки и упрочнения металлов взрывом), а также как единственный производитель антигризутных или высокопредохранительных ВВ для категорийных угольных шахт, опасных по горючему газу и угольной пыли. Дело в том, что при добыче угля в атмосферу шахт помимо угольной пыли выделяются и сопутствующие горючие газы, главным образом, метан. Давление газов в угольных пластах может достигать 60 атм, а их содержание в угле до 100 м³ на одну тонну. Как метан, так и угольная пыль в смеси с воздухом чрезвычайно чувствительны к искре, пламени и температуре. Концентрационные пределы взрывчатости К_пр горючих веществ в смеси с воздухом, минимальная энергия воспламенения от искры W и температура вспышки Т приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Взрывоопасные характеристики горючих смесей

Вещество	Характеристика
	Кпр	W, мДж	Т, С
Метан	5–15 %	0,28	545–730
Оксид углерода	12,5–74,2 %	8	500–610
Ацетилен	2,5–80,0 %	0,19	335–355
Угольная пыль	10–2500 г/м3	40	750–1100

Взрывы и пожары в угольных шахтах во всем мире стали наблюдаться начиная с XVIII в., когда по мере увеличения добычи угля возникла необходимость разрабатывать пласты, залегающие на значительных глубинах и обладающие большой газообильностью. К сожалению, случаются они и в настоящее время. За последние 15 лет на угольных шахтах России произошло 128 взрывов и пожаров метано- и пылевоздушных смесей. При этом аварийные ситуации от взрывных работ составили 28,7 %; от электрических приборов и устройств 23,3 %; от эндогенных пожаров 12,3 %; фрикционного искрения 19,3 % и от прочих 16,4 %. В этих условиях необходимо повышение безопасности взрывных процессов, поэтому требования к ВВ постоянно возрастают.

Большой вклад в решение этого вопроса внесли советские ученые. В работах академиков Н.И. Семенова и Я.Б. Зельдовича основное развитие получила теория цепных реакций применительно к газовым взрывам.

Экспериментальные работы Л.В. Дубного, К.К. Андреева, А.П. Глазковой, Б.Н. Кукиба и других по изучению механизма ингибирования реакций окисления метана на стадии воспламенения горючих смесей послужили основой для проектирования высокопредохранительных ВВ.

В настоящее время ФНПЦ «Алтай» выпускает углениты и иониты (таблица 5.2) – многокомпонентные селективно-детонирующие ВВ ионно-обменного типа, обладающие самой высокой степенью безопасности из всех существующих. По сути действия – это очень «умные» ВВ, способные самостоятельно дозировать выделение энергии в зависимости от технологических условий протекания взрывного процесса.

При аварийных ситуациях выделяется только часть энергии, не способная воспламенить горючую смесь, а в оптимальном режиме – максимальное количество энергии, соизмеримое с энергией большинства промышленных ВВ.

Необходимый уровень предохранительности достигается строгим соблюдением химического и дисперсного состава компонентов.

В состав угленитов и ионитов входят антигризутные, антипиреновые, пламегасящие вещества, окислители, горючие и сен-сибилизатор, в качестве которого используется НГЦ – одно из самых мощных и особо опасных при производстве бризантное ВВ.

Таблица 5.2 – Характеристики нитроэфирсодержащих ВВ

Характеристика	Гремучий студень	Динамит 62 %-ный	Детонит М	Угленит Э-6	Угленит 12ЦБ	Ионит
Плотность, г/см3	1,55	1,4–1,5	0,95–1,2	1,1–1,3	1,0–1,3	1,0–1,2
Скорость детонации, км/с	7,8	6,5	4,2–5,0	1,9–2,2	1,9–2,0	1,6–1,8
Теплота взрыва, кДж/кг	6530	5333	5800	2680	2300	1930
Работоспособность, см3	595	360–400	460–500	130–170	95–120	95–125
Бризантность, мм	24	15–18	18–22	7–11	5–7	5–6