2.7. Фугасное, бризантное и кумулятивное действие взрыва 6
Под фугасным действием взрыва подразумевают общую работу, которую могут совершить газы, образовавшиеся при взрыве.
Работоспособность, бризантность и явление кумуляции относятся к числу основных свойств взрывчатых веществ, имеющих большое практическое значение при ведении взрывных работ.
Свойство ВВ при взрыве разрушать определенный объем породы называется работоспособностью. Работоспособность главным образом зависит от объема газов и количества теплоты, образующихся при взрыве данного ВВ.
Газообразные продукты взрыва, сильно сжатые и нагретые до высокой температуры, при расширении производят работу. Эта работа определяется экспериментально при помощи свинцовой бомбы.
Бомба представляет собой цилиндр (рис.7), отлитый из рафинированного свинца диаметром и высотой, равными 200 мм. Вдоль оси цилиндра имеется канал глубиной 125 мм и диаметром 25 мм. Первоначальный объем канала измеряют с точностью до 1 см3, наливая воду из градуированного сосуда. После этого 10 г испытуемого ВВ заключают вместе с электродетонатором в гильзу из оловянной фольги или пергаментной бумаги и размещают на дне канала свинцовой бомбы. Проводники электродетонатора выводятся на поверхность, а свободная часть канала до краев заполняется мелкозернистым сухим песком. Затем производится взрыв навески испытуемого ВВ. В результате взрыва канал принимает грушевидную, форму; он очищается от всех остатков, и его объем вновь измеряют с точностью до 1 см3, заливая водой из градуированного сосуда.
Рис.7. Свинцовая бомба для определения работоспособности ВВ: а – до взрыва, б – после взрыва;1-ВВ; 2-забойка; 3-электродетонатор
Разность объемов канала свинцовой бомбы до взрыва и после него характеризует работоспособность данного ВВ в кубических сантиметрах. Эта проба для испытания работоспособности ВВ была предложена Трауцлем и, несомненно, представляет собой условность, которая, однако, дает возможность определять относительную характеристику разрушающих способностей различных ВВ в районе расположения данного заряда.
Способность ВВ при взрыве дробить на более или менее мелкие части плотную среду, окружающую заряд, называется бризантностью. Она является неизменным свойством ВВ и колеблется в зависимости от состояния ВВ, условии взрыва и прежде всего от скорости взрывчатого превращения ВВ. Например, порошкообразный тротил имеет дробящее действие меньше, чем прессованный или плавленый тротил. Бризантность ВВ принято оценивать величиной обжатия свинцового цилиндрика при взрыве заряда, которая выражается в уменьшении высоты последнего в миллиметрах. Для проведения испытания берут свинцовый цилиндрик (рис.8) высотой 60 мм и диаметром 40 мм, который ставят на стальную плиту толщиной не менее 20 мм, а на верх цилиндрика накладывается стальная пластинка толщиной 10 мм и диаметром 41 мм. Сверху стальной пластинки устанавливается заряд испытуемого ВВ в бумажной оболочке с капсюлем-детонатором весом 50 г, затем производится взрыв. Энергия взрыва - резкий толчок на стальную плиту, которая, в свою очередь, сжимает свинцовый цилиндрик. После этого измеряют высоту цилиндрика в четырех диаметрально противоположных точках и подсчитывают среднее значение из этих измерений.
Эта проба для испытания бризантности ВВ была введена Гессом и является условной, как и проба, предложенная Трауцлем. По Методу Гесса можно получать относительные характеристики разрушающих способностей различных ВВ, которые проявляются непосредственно в районе твердой среды, окружающей заряд. Среда может быть представлена металлом, бетоном, горными породами и др.
Рис. 8. Испытание ВВ на бризантность:
1- свинцовый цилиндрик; 2- стальная плита; 3- стальная пластина;
4 – заряд ВВ; 5- детонатор;6- огнепроводный шнур;
7-свинцовый цилиндрик
Кумуляцией называется явление при взрыве, заключающееся в повышенном действии взрыва заряда ВВ определенной формы, достигаемое увеличением или скоплением направленных масс взрывчатого превращения, которые, разлетаясь первоначально по нормали к поверхности кумулятивной выемки заряда ВВ, встречаются примерно у ее оси, уплотняются и приобретают большую скорость. Впервые кумуляция была обнаружена в 1864 г. М.М. Боресковым, а в 1865 г. использована Д.И. Андриевским при создании капсюля-детонатора.
В 20-х гг. прошлого столетия М.Я. Сухарский положил начало изучению этого явления, а в дальнейшем М.А. Лаврентьев и Г.И. Покровский научно обосновали теорию кумуляции.
Кумулятивное действие осуществляется при помощи выемки, сделанной в основании заряда ВВ.
Направленное действие взрыва кумулятивного заряда можно проследить на следующем примере (рис.9). Если на стальную плиту небольшой толщины поставить два цилиндрических заряда ВВ одинокого объема, причем один заряд сплошной, а другой с конической выемкой в нижней части, противоположной детонатору, то при взрыве сплошного заряда образуется вмятина, а при взрыве заряда с конической выемкой, меньшего по весу, плита пробивается насквозь.
Такое сосредоточение действия взрыва объясняется тем, что газообразные продукты взрыва, движущиеся от поверхности конуса, встречаются на его оси и образуют плотную тонкую струю. Пробивное действие значительно усиливается, если выемка в заряде облицована тонкой металлической оболочкой. Кумулятивная струя, вызванная взрывом такого заряда, при высокой температуре под большим давлением плавит металл, включая его в себя, выбрасывается со скоростью 12-16 км/сек и пробивает сталь.
Мощность кумулятивной струи зависит от размеров конусообразной или сферической выемки в заряде, формы и плотности заряда и от применяемого ВВ.
Рис. 9. Пробивное действие фигурно пропорционального
и кумулятивного зарядов:
1- стальная плита; 2- фигурно-пропорциональный заряд;
3- кумулятивный заряд с конической выемкой;
4- вмятина; 5- сквозная пробоина
Более эффективны кумулятивные выемки, длина которых не превышает половины длины заряда, а толщина стенки торцовой части основания выемки равна 1/6 поперечника заряда (рис.10).
Рис. 10. Схема кумулятивной выемки в заряде
Явление кумуляции используется при изготовлении капсюлей-детонаторов и электродетонаторов путем устройства вогнутости в донышке гильзы, увеличивающей инициирующее действие.