книги из ГПНТБ / Ассонов В.А. Буровзрывные работы учебное пособие для горных техникумов

вторичного инициатора во всех без исключения промышленных капсюлях-детонаторах.

Большой интерес представляет собой тетранитрометан (ВВ из группы нитросоединений алифатического ряда); он образует с

жидкими горючими очень сильные взрывчатые смеси; однако в

СССР он пока не нашел практического применения. В США его используют как компонент ВВ для открытых горных работ.

Тротил (тринитротолуол, тол) имеет светло-желтый цвет и вы­ пускается в виде чешуйчатого или зерненого порошка, а также прессованных или литых шашек. Чешуйки имеют толщину около 1 мм и площадь 5X5 мм. Порошок проходит через сито с 15 отвер­ стиями на линейном сантиметре, а зерненый имеет гранулы раз­ мером 2—3 мм. Прессованные или литые шашки обычно имеют диаметр порядка 120—180 мм, но по требованию заказчика могут

отличающуюся способом прессования.

Тротил получают путем обработки продукта перегонки камен­ ного угля-—толуола, смесью азотной и серной кислот, а также при пиролизе нефти. Толуол представляет собой бесцветную подвиж­ ную жидкость со специфическим запахом, имеющую температуру кипения 110,8°.

Тротил мало гигроскопичен и практически не растворим в хо­ лодной воде. Он хорошо растворяется в спирте, бензоле, толуоле

и тому подобных растворителях; особенно хорошо он растворяется в ацетоне. Кислоты серная и азотная растворяют тротил, причем эта растворимость увеличивается с повышением концентрации и температуры кислот. Азотная кислота при длительном нагрева­ нии окисляет тротил.

С металлами тротил не взаимодействует. Под действием сол­ нечного света тротил буреет, но образовавшийся поверхностный слой продуктов превращения защищает от распространения реак­ ции в глубь массы ВВ.

200

Температура затвердевания тротила около 80°. Химическая стойкость тротила высокая. Длительное нагревание при темпера­

турах до 130° мало изменяет его взрывчатые свойства. Заметное разложение происходит лишь при температурах выше 150°. Темпе­ ратура вспышки тротила около 290°. Воспламенившийся на воздухе тротил горит спокойно, сильно коптящим пламенем и при горении не взрывается даже в больших количествах (до нескольких сот ки­ лограммов). Горение больших количеств или любого количества в замкнутом пространстве может перейти во взрыв.

Чувствительность тротила к механическим воздействиям срав­ нительно низкая. Чувствительность его к удару на копре при па­ дении груза в 10 кг с высоты 25 см дает 4—8% взрывов.

Восприимчивость тротила к детонации от капсюля-детонатора неодинакова для разных его видов: порошкообразный, чешуированный, зерненый, шнекованный и пресованный хорошо детонируют от капсюля-детонатора № 8; для взрывания литого тротила тре­ буется промежуточный детонатор, преимущественно из других, бо­

лее мощных ВВ, как-то: тетрила, тэна, гексогена или прессован­ ного тротила.

Получающийся после нитрации так называемый сырой тротил негоден ни для снаряжения боеприпасов, ни для производства про­ мышленных ВВ; в таком тротиле присутствуют понижающие его качество эвтектические сплавы изомеров и оставшегося непронитрованным динитротолуола.

Для удаления указанной примеси применяют сульфитную очи­ стку и промывку горячей водой. Полученный таким образом тротил носит название сульфитный.

Раньше применялись и другие способы очистки тротила, напри­ мер, перекристаллизация из спирта, но такой метод малоэкономи­ чен и используется в настоящее время только при получении тро­ тила для специальных целей.

В 1959 г. на открытых работах начал применяться гранулиро­ ванный тротил (гранулит Т) и гранулированный сплав его о алю­

миниевой пудрой (гранулит ТА). Основным назначением гранули­ тов является заполнение пустот в скважинах после заряжания их натренированными ВВ при наличии воды, но ими же можно цели­ ком заряжать скважины, наполненные водой. Действительная плотность гранулитов близка к плотности тротила. Гравиметри­

ческая плотность составляет 0,95—1 г/см?. Работоспособность гранулированного тротила 280 сж3; работоспособность гранулита ТА—400 см?. Бризантность обоих ВВ около* 25 мм\ скорость

детонации 5000—6 000 м/сек.

Гранулированный тротил и гранулит ТА хорошо детонируют от капсюля-детонатора, обладают высокой стабильностью взрыв­ чатых свойств и пригодны к применению на всех открытых рабо­ тах во всех климатических условиях Советского Союза.

Пикриновая кислота (тринитрофенол) производится путем ни­ трации фенола, который получается либо при перегонке каменного угля, либо синтетическим путем. По внешнему виду фенол (карбо-

201

ловая кислота) представляет собой кристаллический порошок с характерным запахом, имеющий температуру затвердевания 36— 39°. Сам фенол разъедает кожу и вызывает образование язв. При­ нятый внутрь, действует как сильный яд. Фенол хорошо растворим

в воде.

Пикриновая кислота получается в виде пластинчатых желтых

кристаллов. Первое время после открытия (1788 г.) ее взрывчатые

свойства были неизвестны и она имела широкое применение толь­ ко как краситель для шелка и шерсти. Ее красящие свойства очень высоки; так, например, 1 вес. ч. пикриновой кислоты окрашивает 100 000 вес. ч. воды в отчетливо видимый желтый цвет. Взрывча­ тые свойства пикриновой кислоты были открыты Шпренгелем в 1873 г., т. е. почти 100 лет спустя; с 1886 г. ее стали применять в

плавленом виде под названием мелинита для заливки артиллерий­

ских снарядов. Название пикриновой она получила от греческого слова «пикрос» (горький) за свой горький вкус. Пикриновая кис­ лота имеет удельный вес 1,8 и гравиметрическую плотность около 1 г/слг3. Температура затвердевания чистой пикриновой кислоты 121,5°, технической—119,5°. Она мало гигроскопична, растворяет­ ся в воде, спирте, бензоле. Большинство кислот не взаимодейству­ ют с пикриновой кислотой и лишь растворяют ее. С металлами, за исключением олова, пикриновая кислота вступает во взаимодейст­

вие, образуя соли, называемые пикратами, являющиеся взрыв­ чатыми веществами. В большинстве случаев пикраты более чув­ ствительны к механическим воздействиям, чем сама пикриновая кислота. Особенно опасными в этом отношении являются пикраты железа и свинца. В табл. 40 приведены данные по чувствительности пикратов к удару.

натрия

Так как присутствие первых четырех пикратов (табл. 40) чрез­ вычайно увеличивает чувствительность пикриновой кислоты, то не­ обходимо всячески оберегать ее от соприкосновения с указанными металлами.

Пикриновая кислота может встречаться как в виде порошка,

так и в^прессовапном и плавленом виде. Плотность кристаллов пик­

риновой кислоты 1,8 г/см3, плотность прессованной — 1,63 г]см3.

Порошкообразная и прессованная пикриновая кислота хорошо де-

202

тонирует от капсюля-детонатора № 8; детонация плавленой пи­ криновой кислоты может быть обеспечена только путем примене­ ния промежуточного детонатора из более сильного ВВ или прессо­ ванной пикриновой кислоты.

Кислородный баланс пикриновой кислоты резко отрицательный и равен 45,4%; при ее взрывчатом превращении образуется боль­ шое количество ядовитой окиси углерода, вследствие чего она не может быть допущена для подземных работ.

При взрывании 1 кг пикриновой кислоты образуется (при нор­ мальных условиях) 675 л газов и выделяется 1 000 кал тепла. Тем­ пература взрывчатого превращения 3230°, скорость детонации при плотности 1,63 г/ел1г — 7 200 м/сек. Расширение свинцовой бомбы 330 сл13, обжатие свинцовых цилиндриков 17—19 мм.

В разных странах пикриновая кислота носит различные назва­ ния. Так, в Австрии ее называют—экразит, во Франции — мелинит, в Англии — лиддит, в Италии — пертит, в Испании — пикринит, в Японии — шимозе. Более высокая чувствительность по сравнению с тротилом, возможность образования пикратов и растворимость в воде за последние годы ограничили ее применение в военной тех­

нике, но все же она в некотором количестве находит употребление

и поэтому может встречаться и на промышленных взрывных рабо­ тах. Некоторое будущее, вероятно, ожидает пикрат аммония как сравнительно сильное и малочувствительное ВВ.

Динитронафталин получается при нитрации нафталина, кото­ рый является продуктом перегонки каменного угля и представляет собой кристаллический порошок белого цвета с температурой за­ стывания не ниже 79,6°, имеющий характерный запах.

Динитронафталин — ВВ со слабовыраженными взрывчатыми ствойствами, имеющее вид бурого зерненого порошка с температу­ рой плавления около 150° и удельным весом около 1,5. Он мало

гигроскопичен, в воде и спирте почти не растворим; хорошо рас­

творяется в ацетоне, с металлами не взаимодействует. При медлен­ ном нагревании до температуры 318° разлагается и выделяет пену. Как самостоятельное ВВ не употребляется вследствие малой мощ­ ности; используется в СССР и во Франции для приготовления ВВ,

у нас называемых динафталитами. В настоящее время применяют смесь 12% динитронафталина и 88% аммиачной селитры (см. §47).

Тетрил (тринитрофенилметилнитрамин) получен впервые в

1877 г. путем нитрации диметиланилина, представляющего собой жидкость светло-желтого (до коричневого) цвета.

Сам тетрил является кристаллическим веществом светло-желто­ го цвета с удельным весом 1,78 и гравиметрической плотностью 0,9—1 г/см3, легко прессуется до плотности 1,6—1,65 г/см3. При нагревании в пробирке до температуры 130° происходит образова­ ние газов, объем которых при повышении температуры до 145—150° увеличивается и при медленном нагревании вызывает вспышку.

При быстром повышении температуры вспышка происходит при 185—195°. Искра огнепроводного шнура редко воспламеняет тет­

203

рил. В плавленом виде тетрил не применяют, так как он при нагре­ вании сравнительно быстро разлагается. Плотность прессованного тетрила достигает 1,68 г/см3. Температура плавления химически чистого тетрила 131,5°, а температура затвердевания—128,3°. Тех­ нический тетрил имеет более низкую температуру затвердевания, равную 127,7—127°. На воздухе тетрил горит энергично; при мест­

ном перегреве или при горении в замкнутом пространстве взры­ вается. Смесь тетрила с тротилом в соотношении 1 : 1 плавится при температуре 63°. Практически тетрил не гигроскопичен и не раство­ рим в воде, плохо растворяется в спирте, хорошо растворяется в бензоле, дихлорэтане и особенно хорошо •— в ацетоне, С металлами

тетрил не взаимодействует. Стойкость тетрила несколько нижечем у тротилано практически вполне достаточнаЧувствительность к

удару у тетрила выше, чем у пикриновой кислоты. Количество взрывов на копре при стандартной пробе достигает 50—60%. Взры­ вается при падении груза весом 2 кг с высоты 40 см. Восприимчи­ вость к детонации выше, чем у тротила.

взрывчатом превращении 1 кг тетрила образует 710 л газов и раз­ вивает температуру 3370°; его скорость детонации при плотности 1,68 г!см? составляет 7 700 м/сек.

Область применения тетрила ограничена вследствие высокой чувствительности его к внешним воздействиям. В военной технике

он применяется для приготовления детонаторов к разрывным за­

где удачно используются его высокая восприимчивость к детона­ ции и достаточно большая мощность. В прошлом тетрил употреб­

лялся в смеси с гремучей ртутью для снаряжения сердцевины

детонирующего шнура.

Гексил (гексанитродифениламин) получается в результате ре­ акции взаимодействия динитрохлорбензола с анилином при после­

дующей двухстадийной нитрации образовавшегося динитродифе­ ниламина. Гексил — желтый кристаллический порошок, плавящий­

ся при температуре 249° с разложением. В обычных растворите­ лях не растворим. Стойкость гексила немного меньше стойкости тротила и тетрила. К детонации так же чувствителен, как тротил и тетрил. О токсичности гексила в литературе имеются противо­ речивые мнения; одни считают гексил самым ядовитым из всех ВВ, другие приписывают эти свойства исходному продукту —

динитрохлорбензолу. Указывается, что при работе с гексилом на­ блюдается воспаление кожи: появляются очень болезненные ма­ ленькие пузыри, как при ожоге, причем эпидермис совершенно разрушается.

Пыль гексила чрезвычайно вредно влияет на слизистые оболоч­ ки рта, носа, легких. Гексил менее чувствителен к удару, чем тет­ рил, и больше, чем пикринова-я кислота. К детонации он чувстви­ телен примерно в такой «же степени, что и тетрил. Скорость дето­

нации (по Касту) при плотности 1,68 г/см? — 7 150 м/сек.

204

Гексил применяют для снаряжения морских мин в смеси с тро­

тилом. На открытых работах может быть использован гексил, по­ лученный при разрядке боеприпасов.

Гексоген (триметилентринитрамин) является продуктом нитрации гексаметилентетрамина (уротропина); принадлежит к группе мощных ВВ. Получен впервые в 1898 г., в военной техни­

ке стал применяться с 1929 г., широкое распространение получил во время второй мировой войны в боеприпасах. По мнению специа­ листов, сырьевая база гексогена очень велика, взрывчатые свойст­

ва его очень хорошие и поэтому область и масштабы применения должны в будущем значительно расшириться.

В вопросах изучения свойств, применения и технологии полу­ чения гексогена большую роль сыграли исследования советских ученых. Усовершенствование производства гексогена продолжает­ ся и в настоящее время.

Гексоген представляет собой белый кристаллический порошок, имеющий плотность 1,82 г/см2’. Технический гексоген трудно прес­ суется, поэтому прибегают к добавке небольшого количества флегматизатора, несколько снижающего чувствительность и улучшаю­

щего прессуемость. Для отличия флегматизированный гексоген

окрашивается в красный цвет. Плотность прессованного гексогена достигает 1,65 г/см3, температура плавления 203°. Химически доста­

взаимодействует, также не реагирует с разбавленными щелочами и кислотами. Концентрированная серная кислота разлагает гексо­ ген, концентрированная азотная кислота растворяет его без разло­ жения. По мощности гексоген превосходит тетрил и является од­ ним из наиболее мощных современных ВВ. Скорость детонации при плотности 1,70 г/см2, равна 8 370 м/сек. Работоспособность гек­

согена 480 см3; бризантность при весе заряда 25 г— 18 мм.

Повышенная чувствительность к внешним воздействиям и срав­ нительно высокая стоимость несколько ограничивали область при­

менения гексогена, но его значительная мощность и отличные взрывчатые свойства стимулируют исследования по расширению его использования. Гексоген используется для снаряжения дето­ наторов в снарядах, а также в качестве вторичного инициатора в капсюлях-детонаторах. Чаще применяют флегматизированный гек­

соген; для снаряжения боеприпасов гексоген применяется в спла­

вах с другим ВВ, в частности с тротилом, и в таком виде может

встречаться на открытых работах.

В промышленном взрывном деле гексоген начал занимать проч­ ное место, и область его применения в качестве компонента мощ­ ных промышленных ВВ продолжает расширяться-

205

Тэн (тетранитропентаэритрит, пентаэритриттетранитрат) не входит в группу нитросоединений, рассматриваемых в этом пара­ графе,- так как он является продуктом нитрации четырехатомного

спирта пентаэритрита и относится к группе нитроэфиров. Однако, учитывая общность назначения, целесообразно здесь рассмотреть

его свойства и особенности.

Тэн впервые был получен в 1891 г., но схема полузаводского производства его была разработана Штетбахером только в 1916 г. Тэн представляет собой кристаллический порошок, имеющий дей­ ствительную плотность 1,77 г)см3, и прессующийся до плотности

1,6 г!см\ Гравиметрическая плотность его очень мала и составляет

0,2—0,3 г/см3. Тэн не растворим в воде, трудно растворим в спирте и эфире и хорошо-—в ацетоне. При комнатной температуре тэн частично летуч, а при длительном нагревании до температуры 75° частично возгоняется. Температура вспышки тэна 215°. В замкну­ том пространстве, даже в небольших количествах, может детони­ ровать от искры или луча огня. На открытом воздухе в неболь­ ших количествах сгорает спокойно. Он способен вызывать голов­ ные боли. При взрывании в свинцовой бомбе тэн дает расшире­

ние 500 с.и3. Обжатие свинцового цилиндрика при заряде 25 г— 14 мм. Скорость детонации при плотности 1,6 г/см3,— 8 400 м/сек.

Применяется тэн главным образом в флегматизированном виде

для тех же целей, что и гексоген. Флегматизация тэна произво­ дится парафином; флегматизированный тэн окрашивается в розо­

вый цвет.

Расширение масштабов и области использования тэна сдержи­ вается его летучестью, токсическими свойствами, а также высокой чувствительностью. По чувствительности к механическим воздейст­

виям он относится к числу наиболее чувствительных из применяе-’ мых бризантных ВВ. При стандартных испытаниях на копре он дает 100% взрывов.

§ 47. Аммиачная селитра

Аммиачная селитра (аммонийная селитра, нитрат аммония) яв­ ляется основным компонентом подавляющего большинства совре­ менных промышленных ВВ, в том числе ВВ, содержащих нитро­ глицерин, исключая только высокопроцентные желатинированные динамиты. Аммиачная селитра является наилучшим окислителем, хотя она и имеет меньше всех свободного кислорода. Достоинст­ вом селитры является отсутствие твердого остатка при взрыве, а

также значительного количества атомов водорода в ее молекуле, которые при окислении выделяют много тепла. Это преимущество

аммиачной селитры перед другими окислителями наглядно видно из табл. 41.

Аммиачная селитра, не содержащая примесей, будучи нагрета

до температуры 110°, не загорается, так как для последующей ре­ акции разложения требуется большее количество тепла, чем то, ко­ торое выделяется при этом нагревании.

206

Таблица 41

залось неправильным и было опровергнуто в результате произо­ шедших в 1921 г. двух сильных взрывов. Первый из них произошел в Верхней Силезии, когда при попытке разрыхления с помощью

взрыва ВВ взорвались два вагона аммиачной селитры. Большая

Эти катастрофы привели к необходимости детального изучения взрывчатых свойств аммиачной селитры, в результате чего разны­ ми исследователями было установлено, что скорость детонации

аммиачной селитры зависит от мощности начального импульса, ее физического состояния и колеблется в пределах от 1 500 до 3 000 м/сек. Работоспособность при испытании в свинцовой бомбе составляет от 165 до 230 см\ Испытание на копре показало, что

падение груза в 2 кг с высоты 100 см вызывает частичную детона­ цию селитры.

Союзвзрывпромом в 1935 г. проведены специальные опыты по изучению возможности применения аммиачной селитры для взрыв­ ных работ на открытых разработках в качестве самостоятельного ВВ. Опыты прошли с успехом, и с 1936 г. начато промышленное

использование аммиачной селитры сначала при взрывании боль­ ших зарядов на массовых взрывах, а затем в скважинных и шпу­ ровых зарядах. Было установлено, что аммиачная селитра конди­ ционной чистоты и влажности достаточно, хорошо детонирует от

капсюля-детонатора № 8, но, чтобы гарантировать эффективность

взрывов даже при некотором нарушении кондиций, следует при­ менять промежуточный детонатор из аммонита. Величина проме­ жуточного детонатора колеблется от 5 до 20% от общего веса за­ ряда и зависит от сорта и степени измельчения аммиачной селит­ ры. Аммиачную селитру во всех случаях следует рассматривать

как слабое, но самостоятельное ВВ, которое требует применения промежуточного детонатора для обеспечения детонации.

207

Аммиачная селитра имеет положительный кислородный баланс, т. е. количество кислорода в ее молекуле не только полностью окисляет водород, входящий в молекулу селитры, но и остается излишек, который селитра легко отдает при реакции взрывчатого превращения. Поэтому использование аммиачной селитры в каче­

стве самостоятельного ВВ технически нецелесообразно, так как из­ быточные 20% кислорода при введении в реакцию какого-либо го­ рючего дадут дополнительно не менее половины того тепла, кото­ рое выделяется при взрывчатом превращении чистой аммиачной селитры. Применение аммиачной селитры с горючими невзрывча­ тыми добавками становится особенно экономичным, если смеше­ ние производится на месте взрывных работ. Получаемые таким способом ВВ носят название динамонов. Во время Великой Отече­ ственной войны они сыграли огромную роль, так как были един­ ственными ВВ, служившими в то время для взрывных работ. Из­

готовление динамонов было организовано непосредственно на пред­ приятиях, производивших взрывные работы, для чего был создан

ряд мастерских, имевших несложное оборудование. В качестве

горючих добавок использовались самые разнообразные местные

материалы, главным образом мелко измолотый торф, но наряду с ним для этой цели употреблялись: шелуха подсолнуха и риса, сосновая кора и шишки, камыш, ковыль, сено, солома, коробочки хлопковых семян, отходы линтера, желуди, пек, асфальтит, в от­ дельных случаях запасы суррогатного кофе. Любой горючий мате­ риал подвергался тонкому измельчению и вместе с измель­ ченной селитрой тщательно смешивался. Кроме твердых горючих,

применялись и жидкие, например керосин, мазут и пр.

В настоящее время для снижения стоимости ВВ, применяющих­ ся на открытых работах, начинают употреблять дизельное топливо для изготовления ВВ в скважинах, куда засыпают грану­ лированную селитру и равномерно вливают 4% солярового масла. Такие ВВ в СССР названы игданитами. В США начато ис­ пользование смесей селитры с твердыми и жидкими горючими; по литературным данным, известно применение сажи и дизельного топлива.

Сырьевые ресурсы аммиачной селитры не ограничены, так как ее изготовляют синтетическим путем из воздуха. Вначале произво­

дится синтез аммиака из водорода и азота, который проходит по уравнению

N, %- ЗН2 = 2NH3 + 12,7 ккал.

Затем аммиак окисляется в окись азота с поглощением ее водой по уравнению

4NH3 + 5О2 = 4NO 4- 6Н2О + 215,6 ккал.

Полученная закись азота окисляется в абсорбционных башнях в двуокись азота, и за счет образования воды во время реакции получается азотная кислота. В дальнейшем новая порция аммиа­ ка, полученная по той же реакции, реагирует с азотной кислотой, благодаря чему образуется аммиачная селитра:

NH3 + HNO3 = NH4NO3 + 34,2 ккал.

2С8