книги из ГПНТБ / Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород учеб. пособие

стью г?д 1 , то состояние во фронте детонационной волны будет харак­

фронтом выделилось некоторое количество тепла и изменилось состояние вещества, то она уже будет описываться адиабатой, лежа­ щей выше исходной, например адиабатой 2, и переход к ней произой­ дет из точки А в точку С.

Адиабата Гюгонио для конечных продуктов реакции должна лежать выше всех промежуточных адиабат, поскольку к этому мо­ менту выделилась вся энергия. Такой адиабатой может являться кривая 3. Она не может проходить выше прямой OA для детонации со скоростью г?д, так как точка, отвечающая конечному состоянию продуктов, должна лежать на этой прямой. Поэтому остаются воз­ можными два варианта: либо прямая Михельсона касается адиабаты

ных продуктов называется точкой Жугэ. В точке Жугэ (адиабата 2) все вещество прореагировало, вся энергия выделилась, продукты максимально расширились (V2 ^> Уг) и давление достигло мини­ мального значения (рг < р±). Вещество, проходя состояние, при­ ближающееся к точке М, описывается другими адиабатами с меньшим тепловым эффектом.

Максимальный тепловой эффект достигается в точке М. Можно считать, что вблизи точки касания адиабата Гюгонио совпадает с адиабатой Пуассона (изэнтропой).

Условие касания записывается в виде:

где c2 — местная скорость звука в продуктах реакции. Таким образом,

Единственно возможным случаем устойчивой детонации является

идет волна разряжения с местной скоростью звука, то она догонит детонационную волну, снизит амплитуду давления и скорость ее распространения. Детонационная волна в этом случае не будет стабильной и, следовательно, такое предположение не может иметь места.

выделилась вся энергия реакции, а для смещения вправо от адиабаты 3 нужен дополнительный подвод энергии. Таким образом, остается допустить, что прямая Михельсона касается адиабаты конечных продуктов. В этом случае волна разряжения распространяется с той же скоростью, что и фронт детонационной волны относительно про­ дуктов, а скорость детонации минимальна.

Процесс детонации характеризуется следующим образом. Сильная

в состояние, соответствующее точке Жугэ на адиабате конечных

выделяющаяся при реакции, к фронту ударной волны и подпитывает его, не давая затухнуть. После точки Жугэ давление спадает мед­ леннее и на кривой р (t) в этой точке наблюдается излом. Время химической реакции за фронтом детонационной волны весьма мало: для порошкообразных тротила 1 мкс, гексогена 0,1 мкс аммиачной селитры 30 мкс.

§ 5. Детонация промышленных ВВ

Процесс детонации промышленных ВВ значительно сложнее, чем газовых смесей. Плотность продуктов детонации этих ВВ весьма дости­ гает 2 г/см3 , уравнение их состояния неизвестно, а скорость детона­ ции в зависимости от плотности достигает 8000 м/с, что в несколько раз превышает скорость детонации газов. Давление газов взрыва р определяют с помощью уравнения Ван-дер-Ваальса для «реальных» газов, которое учитывает собственный объем молекул (коволюм)

RT

Поправка на силы притяжения здесь не нужна, так как темпера­ тура продуктов детонации чрезвычайно высока и относительная

при условиях, когда плотность ВВ не превышает 0,5 г/см3 . Л. Д. Лан­ дау и К. П. Станюкович рассматривали продукты детонации в виде кристаллической решетки твердого тела, атомы и молекулы в которой обладают двумя видами энергии: упругой вследствие сил взаимо­ действия между ними и колебательной вследствие тепловой энергии колебания около положения равновесия (в расчетах ею можно пре­ небречь).

Тогда из уравнения (1.11) найдем

Решив его совместно с уравнением (1.5), получим

Приведенные формулы позволяют рассчитать основные параметры детонационных волн и состояние продуктов взрыва некоторых ВВ {табл. 3).

При теоретических исследованиях принято, что плоский фронт

что при меньших скоростях детонации на фронте волны однородного

отдельных очагов в сечении заряда. Такими очагами для порошко­ образных и гранулированных ВВ являются пузырьки газа между частицами. Фактически в газообразных и жидких взрывчатых сме­ сях происходит вращение фронта детонации и его пульсация, что является причиной неоднородности фронта.

Неоднородность фронта детонации в жидких ВВ А. Н. Дремин объясняет интерференцией косых ударных волн, источником которых являются возникающие возмущения в плоскости воспламенения ВВ. Точки увеличенного давления на фронте волны становятся очагами более активных химических процессов и возникновения косых удар­

тического сжатия газовых включений в ВВ или в результате действия струй газообразных продуктов взрыва, проникающих между части­ цами ВВ (пробойноструйчатый механизм детонации).

От характеристики ВВ (типа ВВ, дисперсности, плотности), диаметра заряда, наличия и характеристики оболочки зависят ско­ рость и устойчивость детонации зарядов, поэтому их следует учиты­ вать при ведении взрывных работ.

Диаметр и оболочка заряда. Исследованиями зависимости скоро­ сти детонации от диаметра заряда при данной плотности его уста­

и температуру продуктов взрыва, а следовательно, снижают и ско­ рость детонации. Параметры этого процесса зависят от соотношения ширины зоны реакции и диаметра заряда.

вследствие чего давление на фронте волны станет ниже давления, характеризуемого точкой М на адиабате Гюгонио (см. рис. 3), т. е. расширение продуктов взрыва начинается раньше завершения хими­ ческих реакций (рис. 5). Скорость детонации будет зависеть от соот­ ношения длины эффективной части и полной длины зоны химической реакции / э ф /г р .

Плотность ВВ по-разному влияет на скорость детонации для ВВ типа химических соединений и смесевых ВВ. Для первых ско­ рость детонации увеличивается с увеличением плотности до макси­ мальных значений (рис. 7, а). Для смесевых ВВ при критической плотности (1,4—1,5 г/см3 ) скорость детонации максимальная (рис. 7, б). При дальнейшем увеличении плотности происходят отказы. При сильном уплотнении аммиачная селитра в аммонитах

ведет себя как инертное вещество и, поглощая энергию, делает не­ возможным распространение детонации по заряду. При наличии же большего процента мощного компонента в составе ВВ (тротила, гексогена) можно достичь такого уплотнения, что детонация будет идти только по этому компоненту, в результате чего скорость дето­ нации увеличится. С увеличением диаметра заряда или с размеще­ нием его в оболочке критическая плотность ВВ увеличивается (см. рис. 7, б).

Особенно чувствительны к переуплотнению предохранительные ВВ с невысокими энергетическими характеристиками.

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 1360 ккал/кг, 8,4 км/с и 1,5 мм.

Существенное влияние на протекание детонации оказывает дис­ персность ВВ. Тротил с частицами размером 0,01 мм имеет крити­ ческий диаметр 9 мм, а с частицами размером 0,5 мм — 28 мм. Для смеси селитры и тротила средней дисперсности (аммонита № 6 ЖВ) критический диаметр равен 20 мм, а в результате обработки этой же смеси в шаровой мельнице в течение 2 ч критический диаметр умень­ шается до 8 мм. Грубодисперсные ВВ имеют большие критические

диаметры, чем порошкообразные ВВ того же состава. Это необходимо учитывать при ведении взрывных работ.

Критический диаметр для смесевых ВВ зависит и от процентного соотношения компонентов. Так, с уменьшением содержания тротила в аммонитах с 21 до 5% их критический диаметр увеличивается с 12 до 25 мм (рис. 8).

Влияние мощности начального импульса сказывается лишь на на­ чальном участке детонации, где в зависимости от величины импульса скорость детонации может быть выше или ниже, но в любом случае при достаточно длинном заряде перейдет в стабильную (рис. 9). С этой точки зрения для инициирования любого заряда необходимо иметь достаточно мощный точечный источник, от которого детонация будет распространяться с характерной для данного диаметра ско­ ростью.