Взрыв и взрывчатые материалы.

Взрывной процесс - это быстрое физическое или химическое превращение, сопровождающееся переходом потенциальной энергии в механическую. Работа, совершаемая при химическом взрыве, обусловлена быстрым расширением газообразных продуктов.

Существенным признаком взрыва, который служит непосредственной причиной его разрушительного действия, является резкий скачок давления, образованного ударной волной (УВ) в среде, окружающей место взрыва.

Ударная волна - область сжатия, распространяющаяся в среде со сверхзвуковой скоростью с резким скачком давления, плотности и температуры.

Взрывы, вызванные химическими превращениями взрывчатых веществ (ВВ), характеризуются следующими факторами:

А. Экзотермичность процесса - выделение тепла, обеспечивающее самораспространение процесса, разогрев газообразных продуктов и их расширение. Теплота взрыва (4-7 МДж/кг) является важнейшим критерием работоспособности ВВ. Чем больше теплота взрыва, тем больше разрушительное действие взрыва.

Б. Высокая скорость распространения процесса, когда переход к конечным продуктам взрыва происходит за стотысячные или миллионные доли секунды и при этом достигается очень высокая объемная концентрация и плотность энергии. Скорость детонации (скорость распространения взрыва) ВВ колеблется от 1,5 до 9,0 км/с.

В. Газообразование - расширение продуктов детонации (ПД), находящихся в момент взрыва в чрезвычайно сжатом состоянии, с переходом потенциальной энергии ВВ в кинетическую энергию и механическую работу. Объем газообразных ПД при атмосферном давлении составляет примерно 600-800 л на 1 кг ВВ, максимальное давление ПД достигает несколько десятков гигопаскалей.

Одновременное сочетание указанных факторов обеспечивает явление нормального взрыва.

В зависимости oт внешних условий, характера ВВ и других факторов основными формами химического превращения ВВ является следующее:

А. Медленное термическое разложение, характеризующееся тем, что все разлагающееся вещество находится при одинаковой температуре. Скорость разложения зависит от внешней температуры. При температуре, близкой к температуре самовоспламенения ВВ, Происходит так называемой тепловой взрыв, характеризующий порог термической стойкости ВВ. Порог термостойкости - максимальная температура, которую может выдержать заряд ВВ определенных размеров и формы в течение заданного времени в данных условиях. По условиям применения при прострелочно-взрывных работах в скважинах, заряды ВВ должны сохранять свои взрывчатые характеристики после выдержки при максимальной температуре иx применения в течение требуемого времени ( от одного часа до двух-шести суток в зависимости от вида аппаратуры и характера выполняемых работ) и самопроизвольно не детонировать в течении 24 ч.

Б. Горение - химическое превращение, протекающее со скоростью от сантиметров до десятков и сотен метров в секунду. Скорость горения существенно зависит от внешнего давления, возрастая с его повышением. Горение является характерным видом взрывчатого превращения порохов и других горюче-окислительных систем.

В. Взрыв - процесс, характеризующийся резким скачком давления (ударом расширяющихся газов по окружающей среде), вызывает дробление и сильные деформации преграды на относительно небольших расстояниях.

Г. Детонация представляет стационарную форму взрыва, распространяющегося со скоростью до 9 км/с, при которой достигается максимальное разрушительное действие.

Работоспособность (фугасностъ) - определяется потенциальной энергией ВВ. Возрастает с увеличением теплоты взрыва, удельного объема и теплоемкости газообразных продуктов детонации (ПД).

Бризантностъ - разрушительное действие в месте контакта ВВ со средой, являющееся результатом резкого удара продуктов детонации о преграду.

Заряд ВВ (активный) может возбуждать детонацию другого заряда (пассивного), находящегося на некотором расстоянии. При передаче детонации через воздушный промежуток детонация в пассивном заряде возникает в результате непосредственного действия УВ, ПД и осколков оболочки. Когда детонации передается через плотные среды (вода, стекло, металл, грунт и др.) основным фактором, влияющим на возникновении детонации в пассивном заряде (ПЗ), является ударная волна, вышедшая из среды, так называемая инициирующая ударная волна (ИУВ), которая способна возбудить в ПЗ детонацию лишь при достаточной её интенсивности. Скорость и давление должны превышать некоторые критические значения, величина которых определяется свойствами зарядов ВВ, их плотностью, детонационной способностью, физико-механическим состояниям, наличием оболочки и другими параметрами.

Взрывчатые вещества - химические соединения и составы -подразделяются на следующие группы: инициирующие ВВ, бризантные ВВ, пороха (метательные составы) и горюче-окислительные системы, пиротехнические составы.

А Инициирующие (первичные) взрывчатые вещества (ИВВ) применяются для инициирования взрывных процессов. Их отличительными свойствами является способность взрываться под влиянием незначительных внешних воздействий и быстрота нарастания скорости взрывного превращения до максимума. Применяются в воспламенительных устройствах, детонаторах, взрывателях и т.п. в индивидуальном виде, либо в смеси и могут быть избирательно чувствительными к начальному импульсу (тепловому, начальному, ударному и др.). Основные из них: гремучая ртуть, тетразен, тринитрорезорцинат свинца, азиды металлов и др. Все инициирующие вещества и составы высокочувствительны к механическим воздействиям.

Б. Бризантные (вторичные) взрывчатые вещества (БВВ) в отличие от ИВВ, обладают большей устойчивостью к внешним воздействиям. Детонация БВВ осуществляется с помощью соответствующих ИВВ. Для прострелочно- взрывных работ в скважинах при изготовлении зарядов перфораторов и торпед, взрывных устройств и детонирующих шнуров используют промышленные БВВ - ТЭН, тротил, составы и сплавы (например тротил-гексоген), а также термостойкие ВВ (вещества, выдерживающие воздействие повышенных температур в скважинах) -гексоген, октоген, тринитробензол, составы на их основе и др.

В. Пороха (метательные ВВ) и топливно-окислителъные системы, основным видом взрывчатого превращения которых является горение. ПВР в скважинах используются для метания пуль и снарядов перфораторов, бойков грунтоносов, для термогазо-термического воздействия на пласт, гидроразрыва пласта, привидения и действие взрывных пакеров и тампонажных снарядов и других целей.

Некоторые системы являются детонационноспособными, что должно учитываться при их применении.

Воспламенение производится с помощью специальных устройств (электровоспламенителей, пиропатронов и др).

Г. Пиротехнические составы - механические смеси, применяющиеся в сигнальных устройствах, воспламенителях.

Как источник энергии, ВВ характеризуются теплотой взрыва, удельным объемом, составом и температурой продуктов детонации (ПД).

Температура взрыва (Т_в) - максимальная температура ПД. Для большей части ВВ она составляет 3000-4000 .

Состав ПД - продукты взрывчатого превращения, в основном, органических соединений, состоящих из углерода, кислорода, водорода и азота. Наиболее характерные продукты взрывчатого превращения: СО₂, СО, С, H₂O, H₂, N₂, NO, O₂, в незначительных количествах образуются CH₄, C₂N₂ и др.