2.9Взрывчатые вещества

Взрывное разрушение горных пород является следствием взрыва взрывчатого вещества, помещенного в какой-либо полости породного массива. Взрыв — процесс освобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за весьма короткий промежуток времени. Характерными признаками взрыва являются высокая объемная концентрация энергии и сверхзвуковая скорость ее выделения, образование большого количества газообразных продуктов и звуковой эффект. Вследствие высокой скорости выделения энергии при взрыве возникают большие усилия, получение которых другими способами практически невозможно.

Взрывчатое вещество (ВВ) — вещество (химическое соединение или механическая смесь различных компонентов), способное под действием внешнего импульса (нагревания, удара, трения) к крайне быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов. Взрывчатые вещества могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Наиболее широко применяются твердые ВВ.

В зависимости от интенсивности внешнего воздействия процесс химического превращения ВВ может протекать в виде термического разложения, горения или детонации. При взрывных работах используются ВВ, срабатывающие в режиме детонации. Детонация — самораспространяющийся процесс перемещения по ВВ ударной волны, сопровождающийся химическим превращением вещества. Ее скорость зависит от состава ВВ и составляет 2–8 км/с. Детонация заряда ВВ возбуждается инициированием с помощью капсюля-детонатора, электродетонатора или детонирующего шнура.

Взрывчатые вещества подразделяются на химические соединения и механические смеси. Однокомпонентные ВВ, содержащие в своем составе все элементы, необходимые для нормального протекания реакции взрыва, называются индивидуальными ВВ (тротил, тетрил, гексоген, нитроглицерин, нитрогликолъ, тэн, коллодионный хлопок, аммиачная селитра и др.). Они являются основными компонентами промышленных ВВ. В промышленности чаще всего применяют механические смеси. Для придания определенных свойств смесям ВВ в их состав вводят окислители, горючие добавки, сенсибилизаторы, стабилизаторы, флегматизаторы и пламегасители.

Взрывчатые вещества, предназначенные для производства взрывных работ в горной промышленности и других отраслях, называются промышленными ВВ. По составу они представляют собой механические смеси. В их состав входят горючие вещества и содержащие кислород в количестве, достаточном для полного окисления горючих веществ. По химическому составу все промышленные ВВ подразделяются на нитросоединения и их смеси, включая смеси с металлами, аммиачно-селитренные ВВ и нитроэфировые ВВ с содержанием их не более 15%.

Промышленные ВВ подразделяются также на непредохранительные и предохранительные. Делятся они на классы:

• I класс — непредохранительные ВВ для взрывания только на земной поверхности (цвет упаковки или оболочки патронов белый): гранулотол, алюмотол, гранитол марок 1 и 7А, гранулит С-6М;

• II класс — непредохранительные ВВ для взрывания на земной поверхности и в забоях подземных выработок, не опасных по скоплениям горючих газов или пыли (отличительный цвет красный): гранулит марок 79/21, AC-4, AC-4B, игданит, аммонит скальный № 3, аммонит 6ЖВ, детонит М;

• III класс — предохранительные ВВ для взрывания только по породе в забое выработок, в которых выделяется метан, но отсутствует взрывчатая пыль (отличительный цвет синий): аммонит АП-5ЖВ;

• IV класс — предохранительные ВВ для взрывания по углю и породе в забое выработок, опасных по взрыву пыли или для сотрясательного взрывания (отличительный цвет желтый): аммонит марок Т-19, ПЖВ-20;

• V класс — предохранительные ВВ повышенной предохранительности для взрывания по углю и породе в особо опасных по метану забоях подземных выработок, но в отсутствии контакта заряда с метановоздушной смесью (отличительный цвет желтый): угленит Э-6;

• VI класс — высокопредохранительные ВВ для взрывания по углю или породе в особо опасных по метану забоях подземных выработок, когда возможен контакт заряда с метановоздушной смесью (отличительный цвет желтый): угленит марок 12ЦБ, П-12ЦБ-2, патроны СП-1;

• VII класс — предохранительные ВВ для ведения специальных взрывных работ в забоях выработок, опасных по метану и угольной пыли (отличительный цвет желтый): ионит, ЗПН-1.

В угольных шахтах, опасных по взрыву газа и пыли, применяют предохранительные ВВ III—VII классов в виде патронов диаметром 36–38 мм.

Важнейшими рабочими характеристиками взрывчатых веществ являются работоспособность, бризантность, теплота взрыва и скорость детонации.

Работоспособность ВВ — способность взрывчатого вещества производить работу в замкнутом пространстве за счет расширения газов взрыва. Существует несколько методов оценки работоспособности ВВ. Оценивается она в кубических сантиметрах (по пробе Трауцля).

Бризантность — способность ВВ измельчать, пробивать или дробить при взрыве породы, соприкасающиеся с зарядом ВВ. По пробе Гесса она оценивается в миллиметрах (табл. 2.7).

Необходимость применения предохранительных ВВ на угольных шахтах обусловлена тем, что метан и угольная пыль в определенных условиях могут образовывать взрывоопасные смеси.

Выделяющийся в угольных шахтах рудничный газ (метан — CH₄) обладает свойством взрываться в смеси с воздухом при содержании его 4,9–15,4% и давлении 0,1 МПа. Наиболее сильный взрыв происходит при содержании метана 9,5%. Взрыв метановоздушной смеси может произойти от соприкосновения ее с нагретым телом до температуры 650 °С и выше.

Время от начала соприкосновения до момента взрыва зависит от температуры нагретого тела. При указанной температуре это время составляет 10 с, а при повышении оно быстро сокращается.

Таблица 2.7 Рабочие характеристики взрывчатых веществ

Взрывчатое вещество	Работоспособность, см3	Бризантность, мм	Теплота взрыва, кДж/кг	Скорость детонации, км/с
тротил	285	16,5	3654	4,7
тетрил	350	19,0	3528	5,6
гексоген	475	16,0	3990	6,1
нитроглицерин	550	20,0	6552	1.6
нитрогликоль	600	30,0	7140	1.9
тэн	500	14,5	5964	8,2
игданит	320–330	15–20	3760	2,2
аммонит 6 ЖВ	360–380	14–16	4330	3,6
аммонит АП-5ЖВ	330	14–17	3500	3,6
аммонит ПЖВ-20	265–280	14–16	3400	3,5
аммонит Т-19	265–280	15–17	3410	3,6
детонит М	460–500	18–22	5800	4,9
угленит № 5	50–90	4–8	1302	1,7
угленит № 6	130–170	7–11	2680	1,9
угленит 12ЦБ	95–120	—	2300	1,9
ионит	95–125	5–6	1930	1,6

Очень тонкая каменноугольная пыль с содержанием летучих более 10 %, находящаяся в воздухе во взвешенном состоянии в количестве 30–40 г/м³, также способна взрываться при соприкосновении с нагретым телом до 700–800 °С.

Температура взрыва взрывчатых веществ значительно выше. Поэтому, чтобы не произошло взрыва метановоздушной смеси или пыли, при ведении взрывных работ должны применяться такие взрывчатые вещества, у которых реакция взрыва протекает крайне быстро и сопровождается выделением большого количества инертных газов, т.е. таких, которые не вступают в повторные реакции между собой и кислородом воздуха. Обладающие таким свойством ВВ называются предохранительными. Это достигается добавлением пламегасителей, т.е. веществ, поглощающих часть теплоты взрыва, С этой целью в состав смеси ВВ вводят инертные добавки (хлористый натрий, хлористый калий и др.). Например, в состав аммонита АП-5ЖВ входят аммиачная селитра, тротил, хлористый натрий.