книги из ГПНТБ / Кутузов, Б. Н. Взрывные работы учебник

(

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

для данного ВВ, а при больших диаметрах скорости детонации для зарядов открытых и в оболочках становятся практически одинако­

выми (рис. 45).

В табл. 16 приведены критические диаметры для некоторых ВВ при примерно одинаковых условиях и близких физических состоя­ ниях вещества: порошкообразное ВВ плотностью 0,9—1 г/см3 с раз­ мером частиц 0,18 мм.

Если применяются ВВ в зарядах малого диаметра, необходимо обеспечить тщательное заполнение ВВ шпура, чтобы последний выполнял роль оболочки. При взрывах зарядов большого диаметра это не влияет на устойчивость детонации, и должны выбираться другие критерии для оценки качества заряжания.

Плотность ВВ по-разному влияет на скорость детонации для однокомпонентных и смесевых ВВ. Для первых скорость детонации увеличивается с увеличением плотности до максимальных значений (рис. 46). Смесевые ВВ имеют критическую плотность (1,4—1,5 г/см3), при которой скорость детонации максимальна.

При дальнейшем увеличении плотности происходит снижение скорости детонации или заряд вообще не взрывается. Это можно объяснить тем, что в смесевых ВВ активными очагами развития химической реакции при прохождении детонационной волны являются воздушные поры между частицами ВВ. С уменьшением размеров пор до некоторого предела процесс ускоряется, но затем наступают условия, когда воздушные поры уже не могут служить очагами разогрева, и ВВ должно детонировать по другому механизму.

При сильном уплотнении аммиачная селитра в аммонитах ведет себя как инертное вещество и, поглощая энергию, делает невозмож­ ным распространение детонации по заряду. С другой стороны, при большом содержании мощного компонента в составе ВВ (тротил, гексоген) можно достичь такого уплотнения, что детонация будет идти только по этому компоненту, в результате чего скорость уве­

*2

Тип, дисперсность и состав ВВ. С увеличением теплоты взрыва скорость детонации ВВ увеличивается, а критический диаметр уменьшается. Так, теплота взрыва тротила 1010 ккал/кг, скорость детонации 7 км/с, критический диаметр 10 мм, а для гексогена эти же величины соответственно равны 1300 ккал/кг, 8,4 км/с и 1,5 мм (см. табл. 16). На величину критического диаметра существенное влияние оказывает дисперсность ВВ. Тротил с размером частиц 0,01 мм имеет критический диаметр 9 мм, а при частицах 0,5 мм — 28 мм. При простом смешивании селитры и тротила критический диаметр аммонита 20 мм, а при обработке этой же смеси в шаровой мельнице в течение двух часов критический диаметр уменьшится

до 8 мм. Все грубодисперсные ВВ имеют большие критические диаметры, чем порошкообразные ВВ того же состава.

Критический диаметр для смесевых ВВ зависит от процентного соотношения компонентов. Так, с уменьшением содержания тротила

Влияние мощности начального импульса сказывается лишь на начальном участке детонации заряда, где в зависимости от величины импульса может быть получена скорость детонации выше или ниже характерной для данного заряда, но в любом случае на участке,

Глава IV

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И КАЧЕСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

§ 19» Общие положения о работе и балансе энергии при взрыве

При взрыве работа проявляется в полезных формах, для чего производится взрыв, и бесполезных, представляющих собой потери энергии. При изменении условий взрыва и его целей формы работы и к. и. д. взрыва могут существенно меняться. Применительно к взрывным работам в скальных породах наибольшее значение имеет работа дробления больших объемов пород, в рыхлых — простреливание (образование полостей) и выброс.

Работа взрыва совершается за счет'теплоты Qr, выделившейся при взрыве,

в породе, называют полной работой взрыва. Полная работа соста­ вляет часть полной энергии (теплоты) взрыва:

Лп = Дт]п, (IV.2)

где Е — энергия взрыва, кгс-м; т)п — полный к. п. д. взрыва.

Величина полного к. п. д. взрыва достигает 0,7—0,8, однако полезный к. п. д. составляет всего несколько (от 1 до 10) процен­ тов. При изменении условий взрыва полная работа изменяется несу­ щественно, а отдельные формы проявления работы взрыва могут изменяться значительно. Так, если взрыв произведен на поверхности массива, то полная работа взрыва остается прежней, работа на раз­ рушение среды уменьшится, а затраты энергии на образование воздушной волны увеличатся.

Если принять, что к. и. д. взрыва для различных ВВ примерно одинаков, то сравнение эффективности этих ВВ может быть произ­ ведено путем сравнения их теплоты взрыва (см. табл. 14).

85.

Максимальную работу, которую могут совершить газы взрыва при условии перехода всей внутренней энергии в механическую

работу, называют п о т е н ц и а л о м ВВ.

На рис. 49 приведена схема баланса энергии при взрыве. В ка­ честве исходной взята потенциальная химическая энергия ВВ. Из-за возможности частичного разброса непрореагировавшего ВВ, недостаточной полноты взрывчатого превращения или других про­ цессов фактическая теплота взрыва будет меньше на величину потерь.

7Z7777777777777777777777/.^

Полезные

формы

механической

работы

Рис. 49. Схема баланса энергии при взрыве (по А. Ф. Беляеву)

"Фактическая теплота взрыва не может быть полностью превращена в работу, так как газы теряют способность производить работу по разрушению и отбрасыванию породы, имея достаточно высокую температуру, а, как известно, полная работа газов рассчитывается при их охлаждении до 0° С. Таким образом, полная работа будет меньше фактической теплоты взрыва на величину тепловых потерь. Часть полной работы взрыва расходуется на те или иные полезные формы общего (фугасного) или местного (бризантного) действия взрыва. Кроме того, значительная часть энергии затрачивается на бесполезные формы работы взрыва (отбрасывание породы, образо­ вание воздушной и сейсмической волны).

86

Существующие методы испытаний ВВ, рассмотренные ниже, позволяют оценивать только часть энергии, идущую на ту или иную работу деформирования или разрушения, причем чаще это делается в относительных величинах, позволяющих только качественно срав­ нивать ВВ между собой.

§ 20. Классификация методов испытаний взрывчатых веществ

Все новые ВВ, средства и приборы для взрывания, машины для механизированного заряжания должны проходить лабораторно­ полигонные или стендовые испытания в следующих институтах: МакНИИ, ВостНИИ, ВНИИТБ, ВНИИГеофизике или другом на­ учно-исследовательском институте по безопасности работ, а также промышленные испытания в производственных условиях, по резуль­ татам которых в соответствии с инструкцией «Единых правил безо­ пасности при взрывных работах» о порядке допуска к применению новых взрывчатых материалов, принадлежностей и приборов взры­ вания принимается решение о допуске их к постоянному примене­ нию.

Для оценки взрывчатых свойств ВВ, характеризующих произ­ водственную эффективность, производится экспериментальное определение скорости детонации, бризантности, работоспособности. Кроме того, экспериментальным или расчетным путем для новых сортов определяются теплота и работа продуктов взрыва, объем,, температура и давление газов взрыва.

Для оценки чувствительности и опасности ВВ в обращении опре­ деляется чувствительность к тепловому импульсу, к удару и трению,, к инициированию, дается оценка химической и физической стой­ кости ВВ.

Дымные пороха проверяются на наличие в них пыли, и делается проверка прочности порохового зерна. Бездымные пороха испыты­ ваются в соответствии с ведомственной инструкцией.

Для проверки качества уже выпускаемых ВВ, их соответствия ГОСТу и пригодности к применению производится наружный осмотр тары и отобранных патронов ВВ, определение способности к пере­ даче детонации от патрона к патрону, а также влажности ВВ.

Для ВВ, содержащих нитроэфиры в количестве более 30% г определяют наличие эксудата (выделение на поверхности патронов жидких нитроэфиров).

§ 21. Методы оценки параметров взрыва взрывчатых веществ

Определение скорости детонации. Наиболее простой метод опре­ деления скорости детонации основан на сравнении известной ско­ рости детонации детонирующего шнура со скоростью детонации испытуемого заряда (метод Дотриша). На боковой поверхности по

300 мм, делают два отверстия на расстоянии а = 200 мм, в которые

87

вставляют концы отрезка детонирующего шнура 3. Расстояние от

•отверстия до капсюля-детонатора 4 с промежуточным детонатором 5 составляет 80—120 мм. Торцы трубки закрывают металлическими пробками на резьбе. Детонирующий шнур крепят на свинцовой или жестяной с прокладками пластинке 6 так, чтобы его середина точно совпадала с меткой на пластинке, которая помещается в трубу 7.

При взрыве детонация распространяется вдоль по заряду и по обеим ветвям детонирующего шнура. В месте встречи детонацион­ ных волн на пластинке обра­

стины до места встречи детонаци­ онных волн Ah измеряется в миллиметрах.

В зависимости от цели испытаний заряд ВВ может быть в порошко­ образном или прессованном виде с требуемой плотностью. Точность определения скорости детонации по этому методу ± (3 —5)%.

Точные методы определения скорости детонации основаны на фиксации электронным осциллографом или высокоточным секундо­ мером времени прохождения детонационной волной фиксирован­ ного расстояния по заряду или на дешифровке скоростной киносъемки свечения детонирующего заряда. Эти методы применяются только

мельчением породы на контакте и в непосредственной близости от заряда. Эта работа определяется плотностью энергии во фронте детонационной волны и пропорциональна плотности ВВ и квадрату скорости детонации. Для оценки бризантного действия ВВ приме-

88

няется проба на бризантность на свинцовых столбиках (метод Гесса)' или на дробящее действие взрыва на породных образцах. Эти пробы

разрушение породы на расстоянии от заряда, движение породы при взрыве, разрушения, производимые ударными волнами и поршне­ вым действием газов при взрыве. Эффект фугасной формы работы взрыва пропорционален общей энергии ВВ. Для оценки фугасной формы работы взрыва применяются определение работоспособности в свинцовой бомбе (метод Трауцля), на баллистической мортире, на баллистическом маятнике, по воронке выброса, по дроблению об­ разцов. Результаты сравнительных испытаний ВВ на баллистиче­ ской мортире используются в США и в некоторых других странах для определения переводных коэффициентов при расчете удельных расходов различных ВВ. Для этих же целей могут быть использо­ ваны данные, полученные при испытаниях ВВ в свинцовой бомбе и на породных образцах.

Для определения бризантности по методу Гесса на столбик из рафинированного свинца высотой 60 мм и диаметром 40 мм помещают стальную пластинку толщиной 10 мм и диаметром 41 мм и заряд массой 50 г в бумажном патроне диаметром 40 мм при плотности

—1 г/см3; в заряде делается отверстие под капсюль-детонатор глу­ биной 15 мм (рис. 51). Свинцовый столбик с пластиной и зарядом располагают на массивной стальной подставке. При взрыве свинцо­ вый столбик деформируется, приобретая грибообразную форму. Бризантность оценивается разностью средних высот до и после взрыва (в миллиметрах), измеренных в четырех диаметрально про­ тивоположных точках столбика. Для определения бризантности грубодисперсных и гранулированных ВВ, у которых критический диаметр открытого заряда больше 40 мм, его размещают в стальном кольце. Однако получаемые при таких испытаниях результаты не сравнимы с результатами, полученными при взрыве открытых за­ рядов.

Для наиболее мощных ВВ (гексоген, тэн) для определения бри­ зантности применяют заряд массой 25 г, так как заряд массой 50 г полностью разрушает столбик. Эти результаты также трудно сопо­ ставимы со стандартными.

Определение работоспособности ВВ в свинцовой бомбе и на породных образцах. Бомба Трауцля в виде цилиндра высотой 200 мм и диаметром 200 мм изготовляется из рафинированного свинца с отвер­ стием диаметром 25 мм и глубиной 125 мм для помещения заряда ВВ массой 10 г с электродетонатором (рис. 52). Забойка песчаная. После взрыва в бомбе образуется расширение (раздутие), величина которого в кубических сантиметрах за вычетом объема отверстия (61—62 см3) и расширения, производимого электродетонатором (30 см3), и характеризует работоспособность ВВ.

Коэффициент относительной работоспособности испытуемого ВВ определяется как частное от деления 360 см3 (значение работоспо­

89