книги из ГПНТБ / Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

кислот. В общем лиде реакцию нитрования можно записать в виде

С0Н8СН3+ ЗШ О 3 — ►CeH2CH3(N02)3+ ЗН20.

В действительности же реакцию ведут в несколько фаз: сначала толуол нитруют до моноиитротолуола, затем мононитротолуол нит­ руют до динптротолуола и лишь на последней фазе дпнитротолуол нитруют до тринитротолуола, который затем очищают от примесей и сушат.

Получаемый в промышленности тротил имеет цвет кристаллов от светло-желтого до темно-желтого.

В производстве аммиачио-селитренных ВВ используют чешуйча­ тый тротил с температурой плавления не ниже 75° С. Чувствитель­ ность тротила к механическим воздействиям сравнительно невелика (чувствительность к удару 4—28%), однако если в него попадает песок, то чувствительность его к удару резко возрастает.

Детонационная способность тротила зависит от его физического состояния, дисперсности и плотности: с увеличением размера частиц критический диаметр детонации его увеличивается, с увеличением же плотности — уменьшается.

Скорость детонации тротила при плотности 1,6 г/см3 равна 6800 м/с. Критический диаметр детонации сухого гранулированного тротила в открытых зарядах около 60 мм, а водонаполненного —

25—30 мм.

В зависимости от плотности и условий взрывания тротила, теплота взрыва его колеблется от 800 до 1000 ккал/кг. Работоспособность его в свинцовой бомбе сравнительно невелика — 295 см2, что объясняется наличием в продуктах взрыва твердого углерода (сажи), так как тротил имеет отрицательный кислородный баланс (—74%).

Для повышения энергии взрыва и работоспособности в тротил иногда вводят алюминиевый порошок. Опыт показал, что оптималь­ ное количество алюминия составляет 15—20% и поэтому выпуска­ емый нашей промышленностью алюмотол содержит 15% алюминия.

Ннтроамппы. Органические вещества, в молекуле которых имеется иитрогруппа, связанная с атомом азота, называются нитроаминами. Многие из нитроаминов являются ВВ, например циклотриметилеитринитрамин, широко известный под названием гексоген (C3H6N60 6), котррый получают из уротропина путем нитролиза его азотной кислотой. До недавнего времени гексоген применяли в основ­ ном для снаряжения боеприпасов, но в последнее время его стали использовать как сенсибилизатор в промышленных ВВ, в качестве вторичного заряда в электродетонаторах и для снаряжения детони­

рующего шнура.

Гексоген представляет собой белый кристаллический порошок с температурой плавления +203,5° С. Плотность его около 1,8 г/см3.

высокая; разложение его начинается лишь при температуре +200° С.

175

Гексоген обладает высокой чувствительностью к механическим воздействиям (чувствительность к удару 70—90 %) и поэтому его часто используют во флегматизированном виде.

Работоспособность гексогена в свинцовой бомбе 475 см3, теплота взрыва около 1300 ккал/кг. Гексоген имеет малый критический диа­

пли светло-желтого цвета. Температура плавления тетрила около +129° С, при плавлеппп разлагается. Теплота взрыва тетрила 1090 ккал/кг, а работоспособность 340 см3.

Тетрил применяют в прессованном виде в основном для снаряже­ ния капсюлей-детонаторов. Ипогда прессованные шашки его исполь­ зуют в качестве промежуточных детонаторов для инициирования скважинных зарядов гранулированных и водонаполпеппых ВВ.

Нптроэфиры. Нитроглицерин является представителем большой группы ВВ, которые по своему химическому строению относятся к эфпрам азотной кислоты. Название нитроглицерин — неправильно, так как это соединение не содержит нитрогрупп, связанных непосред­ ственно с углеродом, по оно общепринято и сохранилось в технике. В действительности это соединение представляет собой глицериптрпнитрат п является полным эфиром глицерина и азотной кислоты.

Сложные эфиры азотной кислоты (нптроэфиры) в недалеком прош­ лом пмелн большое военное н промышленное значения. Особенно широко использовали азотнокислые эфиры глицерина н целлюлозы — нитроглицерин п пироксилин, которые и в настоящее время приме­ няют прп производстве порохов. В производстве промышленных ВВ этп вещества, а также пптроглпколь, диэтиленглпкольдинитрат и тэн находят ограниченное применение п используются главным образом для производства детонитов н предохранительных ВВ (V и VI класса).

Наличие в молекуле пптроэфпров нитратной группы (ON02) приводит к тому, что они по своим свойствам резко отличаются от других ВВ. Это отличие выражается прежде всего в ограниченной химической стойкости пптроэфпров и их высокой чувствительности к механическим и тепловым воздействиям. Поэтому обращение с этими ВВ требуют особого внимания и осторожности.

Нитроглицерин получают обработкой специального (очень чис­ того) глицерина смесью азотной и серной кислот по реакции

С3НБ(ОН)3+ 3HNO, = CsH6(0N02)3 + ЗН20.

Нитроглицерин в чистом виде представляет собой маслянистую бесцветную п прозрачную жидкость плотностью около 1,6 г/см3. Нитроглицерин плохо растворяется в воде и хорошо растворяется в большинстве органических растворителей. Температура вспышки нитроглицерина примерно равна +180—200° С.

Нитроглицерин имеет небольшой положительный кислородный баланс ( + 3 . 5 %) и является одним из наиболее мощных ВВ. Теплота

176

взрыва нитроглицерина 1480 ккал/кг; при взрывании в свинцовой бомбе он дает расширение 550 см3.

Для нитроглицерина и некоторых ВВ на его основе характерно наличие двух скоростей детонации: малой (1100—2000 м/с) и большой (8000—8500 м/с). Однако вследствие очень высокой чувствительности нитроглицерина (детонация его вызывается падением груза массы 2 кг с высоты всего 4 см) его нельзя и спользовать для взрывных работ в чистом виде. Поэтому нитроглицерп н обычно вводят во взрывчатые смеси в качестве сенсибилизатора.

Так как замерзший нитроглицерин (температура замерзания его +13° С) чрезвычайно чувствителен к механическим воздействиям, в качестве сенсибилизатора используют не чистый нитроглицерин, а смесь жидких нитроэфиров, например нитроглицерин и дпэтиленглнкольдинитрат.

Из других ннтроэфиров в настоящее время находит применение тэн (пентаэритриттетрапитрат) С (CH2ON02)4. Это белое кристалли­

вещество, не требующее постоянного контроля за стойкостью при хранении. Температура вспышки тэна 205° С. Он имеет высокую чув­ ствительность к удару и поэтому чаще всего его выпускают флегматизированным.

Тэн является мощным ВВ, теплота взрыва 1360 ккал/кг, работо­ способность по пробе Трауцля 500 см3, скорость детонации тэна при плотности 1 г/см3 равна 5,55 км/с, а при плотности 1,62 г/см3— 8,0 км/с. Применяют тэн главным образом при изготовлении детони­ рующего шнура, а также при изготовлении промежуточных детона­ торов.

Аммониты. Аммонитами называют аммиачно-селитренные ВВ, представляющие смеси аммиачной селитры с нитросоединениями, главным образом с тротилом. Аммониты получают путем механиче­ ского смешения аммиачной селитры с тротилом и другими компонен­ тами в шаровых мельницах. Технологическая схема производства аммонитов состоит из следующих операций: предварительное измель­ чение, сушка и тонкое измельчение аммиачной селитры; совместная обработка подготовленной аммиачной селитры с чешуированным или гранулированным тротилом в шаровых мельницах; патронирова­ ние и укупорка готового аммонита. Если в состав аммонита входят компоненты более чувствительные, чем тротил, то операцию смеше­ ния осуществляют в барабанах без применения мелющих тел (без шаров).

Поскольку основным компонентом аммонитов является аммиачная селитра, присущие ей недостатки относятся и к аммонитам, правда в меньшей степени. Так, аммониты обладают повышенной гигроско­ пичностью, пониженной водоустойчивостью и слеживаются при хра­ нении. Большей водоустойчивостью обладают аммониты, приготовлен­ ные на водоустойчивой селитре марки ЖВ. Сцелью защиты аммонитов

от увлажнения влагой воздуха оболочки отдельных патронов, а также пачки патронов парафинируют, и пачки помещают в полиэти­ леновый мешок.

Благодаря такой защите способность аммонитов слеживаться снижается, но, к сожалению, не устраняется совсем. Слежавшийся аммонит настолько теряет свою детонационную способность, что не детонирует от обычного детонатора № 8 . Однако детонационная способность слежавшегося аммонита может быть в значительной степени восстановлена при его разрыхлении, для чего патроны слежавшегося аммонита перед употреблением разминают ру­ ками.

Несмотря на отмеченные недостатки, аммониты одно время явля­ лись основным видом промышленных ВВ в нашей стране, так как они обладали достаточной мощностью, были недороги и относительно малочувствительны к механическим воздействиям. Благодаря этим достоинствам аммониты не утратили значения и в настоящее время. Однако область применения нх теперь ограничена подземными разра­ ботками, так как на открытых работах их используют сейчас в основ­ ном в качестве промежуточных детонаторов и для вторичного дробле­ ния негабаритных кусков породы.

Чтобы знать, в каких условиях можно применять тот или иной аммонит (так же как п любое другое ВВ), нх патронируют в бумажные оболочки различного цвета пли в белые оболочки с отличительной цветной диагональной полосой. Так, взрывчатые вещества, допущен­ ные для применения только на открытых работах имеют белую обо­ лочку (нлп белую диагональную полосу); патроны ВВ, предназна­ ченные к применению в подземных разработках, кроме шахт, опас­ ных по газу нлп пыли, окрашивают в красный цвет; ВВ, допущенные к взрывным работам в шахтах, опаспых только по газу, имеют си­ нюю оболочку, а ВВ, разрешенные к применению по углю в шахтах, опасных по газу или пыли, — желтую.

В зависимости от условий применения аммониты значительно различаются как по составу, так н по свойствам.

Характерной особенностью аммонитов, как п большинства смесевых ВВ является то, что при повышении плотности критический диа­ метр детонации их увеличивается. Поскольку диаметр патронов огра­ ничен (обычно 31 ± 1 мм), при некоторой, характерной для каждого впда аммонита плотности критический диаметр соизмерим с диамет­ ром патрона и он не детонирует. Эта плотность называется критиче­ ской плотностью и для большинства аммонитов составляет 1,3— 1,4 г/см3. Повысить критическую плотность можно введением в состав аммонита более мощных, чем тротил, сенсибилизаторов, таких, как гексоген. Так, содержащий гексоген скальный аммонит № 1 имеет критическую плотность около 1,5 г/см3, что позволяет применять его в спрессованных до плотности 1,45 г/см3 зарядах. Прессование ВВ увеличивает объемную энергию заряда и повышает эффективность взрыва. С этой же целью во взрывчатые составы входят порошкообраз­ ный алюминий, повышающий теплоту взрыва ВВ.

178

Состав и некоторые свойства аммонитов, применяемых в настоя­ щее время, приведены в табл. 36 и 37.

Нитроглицериновые ВВ Эти ВВ условно можно разделить на две группы: динамиты и порошкообразные нитроглицерино­ вые ВВ.

Т а б л и ц а 36

ных по га­ зу или пыли

Т а б л и ц а 37

Характерным свойством динамитов является высокая плотность (1,4—1,5 г/см3) п пластичность, что обусловлено высоким содержа­ нием в их составе желатппнрованного нитроглицерина 1 (от 15 до 90%). Динамиты обладают высокой работоспособностью и водоустой­ чивостью. Недостатками динамитов являются: высокая чувствитель­ ность к механическим воздействиям и сильное влияние температуры на их взрывчатые характеристики. Поэтому в настоящее время в на­ шей стране динамиты почти не применяют.

Группа порошкообразных нитроглицериновых ВВ представлена в нашей стране детонитами и предохранительными нитроглицерино­ выми ВВ (победит ВП-4, серный и нефтяной аммониты и угленнты).

Детонитами называют аммиачно-селптренные ВВ, сенсибилизи­ рованные нитроэфирами и предназначенные для взрывных работ

вшахтах, не опасных по газу и пыли. Состав детопитов приведен

втабл. 38.

1Желатпзацпя нитроглицерина заключается в растворении в нем неболь­ шого количества коллодионного хлопка (или пироксилина), в результате чего образуется пластичная желеобразная масса, обладающая стабильными свой­ ствами.

180

Детониты изготовляют на заводах путем механического смешения компонентов в специальных мешателях с горизонтально расположен­ ными лопастями. Эта операция является опасной и производится, в отсутствии людей.

Некоторые расчетные и экспериментальные характеристики детонитов приведены в табл. 39.

В дальнейшем предусматривается постепенное сокращение вы­ пуска детонита 10А с переходом на детонит М, который по своим эксплуатационным характеристикам и области применения болееуниверсален.

Сенсибилизация ВВ жидкими нитроэфирамп особенно важна для предохранительных ВВ, имеющих ограниченную теплоту взрыва и пониженную детонационную способность. Рецептурный состав этих ВВ приведен в табл. 40.

1S1

Т а б л и ц а 40

Расчетные и экспериментальные характеристики этих и некото­ рых других нитроглицериновых ВВ приведены в табл. 41.

Победит ВП-4 является мощным предохранительным ВВ, предна­ значенным к применению в породных забоях шахт, опасных по ме­ тану.

Углеипт Э-6 н селектпт № 1 относятся к ВВ повышенной предо­ хранительное™ (V класс) н используются при короткозамедленном взрыванпп в угольных и смешанных тупиковых забоях. Угленит № 7 является селективно детонирующим высокопредохрапптельпым ВВ (VI класс) и в настоящее время находится в стадии промышленных испытаний.

Серный и нефтяной аммониты предназначены к применению в шах­ тах, опасных соответственно по серной пыли и бензиновым парам.

ВВ простейшего состава. К ВВ простейшего состава относятся механические смеси аммиачной селитры с горючими невзрывчатымп добавками. В настоящее время различают три группы ВВ простей­ шего состава: динамоны, гранулнты и смеси гранулированной аммиач­ ной селитры (АС) с жидкими нефтепродуктами (обычно с дизельным топливом ДТ). Последние составы в нашей стране широко известны как игданит, за рубежом как смеси АС-ДТ.

Д п и а м о н а м и н а з ы в а ю т м е х а н и ч е с к и е с м е с и м е л к о д и с п е р с н о й а м м и а ч н о й с е л и т р ы с г о р ю ­ ч и м и н е в з р ы в ч а т ы м и д о б а в к а м и , причем для динамонов характерно использование твердых горючих веществ, таких, как древесная мука, торф, лигнин, древесный уголь, парафин, алю­ миниевый порошок и т. п.

Начало промышленного применения динамонов в нашей стране относится к 1966 г., но наиболее широко в горной промышленности

182

их использовали в годы Великой Отечественной войны, когда основ­ ное количество тротила и других ВВ шло для военных целей. В это время дпнамопы являлись основным видом промышленных ВВ и их применяли для взрывных работ как на открытых разработках, так и в подземных условиях. Дпиамоны изготовляли непосредственно на горных предприятиях в специально построенных для этого мастер­ ских. Наибольшее распространение имели динамоны на торфе (12%), древесной муке (15%) и муке сосновой коры (15%). Основные взрыв­ чатые свойства этих дннамонов приведены в табл. 42.

18а

Как видно из данных, приведенных в табл. 42, по взрывчатым

•свойствам дпнамоиы незначительно отличаются от аммонитов, в то же время они дешевле последних и более безопасны в обращении. Но динамоны обладают рядом недостатков (высокая гигроскопичность и слежнваемость, малая водоустойчивость, малая критическая плот­ ность н т. п.), что препятствует широкому использованию их для производства взрывных работ.

Существенным недостатком дппамонов является также то, что они пригодны для механизированного заряжания только в патронироваином виде. В то же время горнодобывающая промышленность нужда­ лась во ВВ, пригодном для беспатронного механизированного заря­ жания. После изучения множества составов дпиамонов было найдено принципиально новое решение. Это произошло тогда, когда химиче­ ская промышленность освоила выпуск относительно малослеживающейся гранулированной аммиачной селитры, гранулы которой по­ крывались дизельным топливом. В результате была получена смесь, состоящая нз 94—95% гранулированной аммиачной селитры и 5—6 % дизельного топлива. Смесь была безопасна в обращении и поэтому позволила механизировать процессы смешения компонентов и про­ цессы заряжания готовой взрывчатой смеси в шпуры и скважины. Названная по имени института ИГД АН СССР, разработавшего ее состав, — и г д а н и т о м, смесь могла быть изготовлена непосред­ ственно па горном предприятии, что позволило получить значитель­ ную экономию по стоимости ВВ.

Дешевизна и нодефнцнтиость исходных компонентов, простота изготовления, безопасность в обращении, возможность механизиро­ ванного заряжания и высокая эффективность этого ВВ способствовали признанию и быстрому широкому промышленному внедрению игданпта первоначально на открытых работах, а затем н в подземных выра­ ботках. Особенно широко смеси типа пгдаипта попользуют в США, где они известны под обозначением ANFO. Так, в угольной промыш­ ленности США на долю этих смесей приходится 70—90% от общего количества используемых ВВ. Повсеместное использование пгдаипта в пашей стране сдерживается прежде всего тем, что для изготовления пгдаипта у нас применяют гранулированную селитру, предназначен­ ную для сельского хозяйства. Эта селитра имеет плотные монолитные гранулы и обладает малой удерживающей способностью (около 4 г дизельного топлива на 100 г селитры), в результате чего в этой смеси поверхность контакта горючего с окислителем является явно недоста­ точной, что выражается в пониженной детонационной способности пгданита (критический диаметр в стальной трубе 20—25 мм). За ру­ бежом для приготовления подобных пгданпту смесей используют спе­ циальные сорта пористой гранулированной селитры, обладающие повышенной удельной поверхностью, а следовательно, п высокой удер­ живающей способностью, что позволяет получить взрывчатые смеси, отличающиеся однородностью и стабильностью состава. Игданит иа пористой селитре обладает большей полнотой взрывчатого превра­ щения и образует при взрывах меньше ядовитых газов.

184