книги из ГПНТБ / Недин В.В. Буровзрывные работы учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов

160 Взрывчатые материалы

нитрогруппу с образованием воды и в общем виде выражается

уравнением

/?тН„ + XHNO3 = 7?OTHn_x(NO2)v + ХН2О.

Из нитропроизводных ароматического ряда наибольшее прак­

тическое значение в горном деле имеет тротил; в ограниченных

масштабах применяется динитронафталин.

Тротил (тринитротолуол, тол) С7Н5(МО2)3 является про­ дуктом тройной нитрации толуола. Суммарная реакция получе­ ния тротила идет по уравнению

С6Н6СН3 + 3HNO3 = CGH2 (NO2)3 СН3 + ЗН2О.

Тротил применяют в горном деле в качестве компонента ам­ монитов, а иногда и как самостоятельное ВВ для открытых работ. Тротил представляет собой порошок светло-желтого цвета, горь­ кий на вкус и имеет гравиметрическую плотность 0,8—1,0 г/см3; действительная плотность кристаллов равна около 1,6 г/см3. Тем­ пература затвердевания тротила 75—80°. Он почти нерастворим в воде, в химическом отношении весьма стоек. При быстром на­

гревании легко загорается и при горении на открытом воздухе в количестве до 200 кг сгорает спокойно, без взрыва. В замкну­ том пространстве горение даже небольшого количества тротила переходит во взрыв.

К механическим воздействиям (удару и трению) тротил мало­ чувствителен. Под водой своих взрывчатых свойств не теряет.

Как компонент (сенсибилизатор) аммонитов тротил удобен тем, что будучи малочувствительньш к внешним воздействиям,

он имеет высокую чувствительность к импульсу детонационной волны, достаточно мощен, физически и химически стабилен. Тро­ тил богат горючими элементами (кислородный баланс его со­ ставляет 74%).

Как самостоятельное ВВ тротил применяется в трех различ­ ных видах: порошкообразном, прессованном и плавленном.

Порошкообразный и прессованный тротил детонируют от кап­ сюля-детонатора; для детонации плавленного тротила необхо­ димо применять промежуточный детонатор из порошкообразного или прессованного тротила.

Взрывная характеристика тротила следующая: объем газо­ образных продуктов взрыва 728 л/кг; температура взрыва 2950°;

скорость детонации при плотности 1,58 (в плавленном виде) 6700 м!сек\ работоспособность (при той же плотности) 280 см3, бризантность 24 мм.

Динитронафталин СюНб(NO2)2 представляет собой по­ рошок серо-желтого, землистого цвета, имеющий гравиметри­

ческую плотность около 1,0 г/см3, действительную плотность

162 Взрывчатые материалы

ских. Пропитка кислородом осуществляется на месте взрывных работ, — или непосредственно в скважине, или перед заряжани­ ем скважины, в последнем случае путем погружения патронов поглотителя в жидкий кислород. Для изготовления оксиликви-

тов, пропитка которых производится перед заряжанием, разре­ шается применять только целлюлозные брикетированные или прессованные поглотители волокнистого строения, исключающие возможность образования пыли и подвергнутые огнезащитной обработке. Содержание влаги в поглотителе должно быть не менее 12%. Готовые патроны оксиликвитов немедленно вводят в скважину и взрывают при помощи азидотетриловых капсюлейдетонаторов. Взрывание необходимо (применять электрическое. Допускается взрывание без забойки.

Время, протекающее с момента извлечения патрона из жид­

кого кислорода до момента, когда оксиликвит начинает терять свои взрывчатые свойства (в результате испарения кислорода),

называется временем жизненности. Различают время жизненности до точки СО2 и время жизненности до точки СО в зависимости от кислородного баланса оксиликвита в данное время.

Время жизненности зависит от диаметра патрона, а также от физического состояния, химического состава и плотности по­ глотителя, т. е. от его поглощающей способности. Чем больше

диаметр патрона, тем больше время жизненности. Ориентиро­ вочно при диаметре патрона 30 мм время жизненности состав­ ляет около 5 мин. и при диаметре патрона 200 мм около 1 часа.

Оксиликвиты могут применяться на открытых работах при соблюдении дополнительных требований правил безопасности

[20].

В СССР оксиликвиты применялись на Днепрострое и на не­ которых крупных карьерах. Широкого распространения они не

получили.

За рубежом известно широкое применение оксиликвитов на

подземных железных рудниках Лотарингии (около 90% всей по­ требности данного бассейна в ВВ покрывается за счет оксилик­

витов), на отдельных карьерах в Китае, в США и некоторых других странах.

§6. Пороха

1.Черный порох

Черный (или дымный) порох представляет собой механичес­ кую смесь серы, селитры (калиевой или натровой) и древесного угля. Уголь является горючим компонентом, а селитра — носи­ телем кислорода. Сера же служит связующим средством для уг­

:1б4 Взрывчатые материалы

В настоящее Время как самостоятельное ВВ черный порох

имеет ограниченное применение ввиду опасности его в обраще­ нии, и небольшой мощности (главным образом при добыче штучного и облицовочного камня, где особенно ценны метатель­

ные свойства данного ВВ).

эти нитрата применяются для изготовления бездымных порохов. Низшие степени нитрации клетчатки для изготовления взрыв­

чатых веществ не применяются.

Бездымные пороха получают путем желатинизации (пласти­ фикации) нитрата целлюлозы растворителями (желати-

низаторами) и ее последующей обработки (уплотнения, сушки и др.). Кроме растворителей, бездымные пороха содержат еще стабилизатор, причем большинство порохов содержит еще -ряд других примесей.

Стабилизатор повышает химическую стойкость пороха, свя­ зывая выделяющиеся при его хранении окислы азота или кис-

4лоты. В зависимости от заданных свойств пороха, при его изго­ товлении применяют нитраты целлюлозы с различным содержа­ нием азота.

В качестве растворителей нитратов целлюлозы применяют спирто-эфирную смесь, ацетон, нитроглицерин, нитрогликоль и некоторые ■нитросоединения. В качестве стабилизаторов исполь­ зуют дифениламин или централиты. Для получения нужных бал­

В результате специальной обработки (прессования, резки и сушки) бездымным порохам может быть придана различная форма частиц. По форме различают пороха зерненые, диско­ вые, ленточные, трубчатые, кубические, пластинчатые и др.

Внешне бездымный порох представляет роговидное желати­ ноподобное вещество. Цвет порохов бывает разнообразный: свет­ ло-желтый, темно-желтый, серо-зеленый, коричневый, темно-си­ ний, черный и др, (зависит от состава и в некоторой степени от режима изготовления). Действительная плотность бездымных порохов колеблется в пределах 1,54—1,64 г/с.и3.

Бездымные пороха чувствительны к внешним воздействиям:

они легко взрываются от удара. От огня или искры легко заго­ раются.

Бездымные пороха водоустойчивы и могут применяться на открытых работах по особому разрешению Государственного горнотехнического надзора.

§ 7. Норитол

Норитол представляет собой порошкообразную взрывчатую смесь калиевой селитры и тротила с небольшой добавкой гидро^ фобного вещества.

Норитол характеризуется малой гигроскопичностью, отсут­ ствием слеживаемости и повышенной водоустойчивостью. Пред--

назначается для ведения взрывных работ в сухих, влажных и об­

водненных скважинах. Выпускается только в порошке. Может выпускаться в виде насыпных зарядов в бумажной оболочке с ра­

бочей плотностью 1,1 —1,2 г/см3.

Норитол как малогигроскопичное ВВ, допускающее повышен­ ные сроки хранения до 18 месяцев, рекомендуется к применению на горных предприятиях Крайнего Севера и Дальнего Востока.

Бризантность норитола 15—18 мм; работоспособность 240— 265 см3; расстояние передачи детонации 3—6 см.

§ 8. Хлоратные и перхлоратные В В

Хлоратные и перхлоратные ВВ (хлоратиты и перхлоратиты)

в настоящее время в СССР не применяются. В значительных масштабах они использовались во время первой мировой войны в Германии (ввиду отсутствия других ВВ).

Хлоратиты представляют механические смеси хлората калия (КСЮ3) или натрия (NaC103) с жидкими или твердыми

органическими веществами.

Перхлоратиты — механические смеси перхлората калий (КС1О4) или аммония (NH4C1O4) с органическими веществами.

Указанные соли хлорноватой и хлорной кислот богаты кисло­ родом, а поэтому в смеси с горючими веществами они образуют взрывчатые вещества. В качестве горючих компонентов при из­ готовлении хлоратитов и перхлоратитов применялись уголь, керо­ син, нефть, скипидар, динитротолуол, касторовое масло, смолы

идр. Такие смеси, однако, отличаются малой чувствительностью

кдетонации и в то же время высокой чувствительностью к меха­

ническим и тепловым воздействиям. Менее других чувствительно

квнешним воздействиям ВВ с перхлоратом калия.

Опасность в обращении и трудность инициирования затруд­ няют возможность применения хлоратитов и перхлоратитов в промышленности и ограничивает их область применения тероч­ ными, ударными и воспламенительными составами.

166 Взрывчатые материалы

Докт. техн, наук Л. В. Дубнов [18] считает возможным при­ менение перхлората калия в качестве окислителя при изготов­ лении предохранительных ВВ на том основании, что продуктом разложения перхлората калия является хлористый калий, обла­ дающий хорошими пламегасящими свойствами:

KCIO4 = КС1 + 2О2.

Перхлорат калия легко разлагается. Смеси на его основе ма­ лочувствительны и при разложении выделяют большое количест­ во кислорода (0,46 г на 1 г соли). Он малогигроскопичен и не

реагирует с аммиачной селитрой.

За рубежом в некоторых странах (Бельгия, ФРГ, Фран­ ция) хлоратные и перхлоратные ВВ находят применение в ка­ честве самостоятельных ВВ. Эти ВВ несколько мощнее, чем ам­ мониты, но обладают большой чувствительностью к механичес­ ким воздействиям, особенно к трению.

§ 9. Средства и патроны беспламенного взрывания

Для отбойки угля в крупных кусках существует метод так

Рис. 67. Патрон Кардокс конструкции ВУГИ:

/ — разрядная головка; 2— железный диск; 3—опорное кольцо; 4 — стальной цилиндр; S—нагревательный элемент; 6 — запорный конус»’ 7— концевые провода электродетона­

на весьма быстром переходе жидкого или порошковидного веще­ ства, заключенного в шпур, в газообразное состояние. Образовав­ шийся газ, с силой вырываясь из патрона, откалывает уголь.

Патрон представляет собой полый стальной цилиндр, внутри

которого помещается жидкость или порошок, а также нагрева­

тельный состав, снабженный воспламенителем. Патрон имеет с

одного конца зарядную головку, а с другого — разрядную. Диа­ метр патрона зависит от диаметра шпура, обычно он составля­ ет 42 мм. Наиболее известны патроны Кардокс (с жидкой угле­ кислотой) и Гидрокс (с водой).

Патрон Кардокс рис. 67 сконструирован ВУГИ. Патрон на­

полняют жидкой углекислотой. В качестве нагревательного со­ става применена смесь, состоящая из 90% хлората калия и 10%

нафталина. В нагревательный состав введены два проводника, между концами которых находится мостик накаливания. Другие концы проводников выведены наружу через специальные отвер­ стия в зарядной головке и подсоединяются к источнику тока. В разрядной головке имеются четыре крестообразно располо­ женных отверстия, которые перекрыты железным диском неболь­ шой толщины.

Теплота, выделяющаяся при горении состава, нагревает жид­ кую углекислоту, которая при температуре +31° переходит в га­

зообразное состояние. Возникающее при этом в патроне силь­ ное давление срезает железный диск, и углекислый газ через ра­ диальные отверстия устремляется в шпур, производя разруше­ ние угля. Отбивается уголь в крупных кусках.

После взрыва стальной патрон извлекают из отбитого угля и направляют на перезарядку (он может выдержать до 500

взрывов).

Процесс перехода жидкой углекислоты в газообразное сос­ тояние длится в патроне Кардокс около '/20—Узо сек., считая от включения до момента срезания диска. Давление, развиваемое

тах, опасных по газу и пыли.

К той же группе средств беспламенного взрывания могут быть отнесены патроны Эйрдокс, осуществляющие отбойку уг­ ля сжатым воздухом (давление до 700 ат), и гидроотбойные патроны, откалывающие уголь при выдвижении серии гидрав­ лических поршеньков, перпендикулярных оси патрона.

Средства беспламенного взрывания получили распростра­

нение на ряде зарубежных угольных шахт при добыче крупно-

кускового угля. Главными преимуществами беспламенного взрывания являются безопасность, отсутствие выделения вред­ ных газов при взрыве и возможность практически полностью ус­ транить переизмельчение ископаемого при добыче. Иссле­ дования по применению беспламенного взрывания проведены и ведутся в настоящее время в СССР.

К рассматриваемым способам взрывания в известной мере близок разрабатываемый за последние годы и частично уже применяемый на отдельных угольных шахтах за рубежом так называемый гидр о взрыв ной способ отбойки. При этом способе используется явление гидравлического тарана при взрывании небольшого заряда ВВ в плотно закрытой скважи­ не, заполненной водой.

§10. Инициирующие ВВ

1.Первичные инициаторы

Первичными инициаторами принято называть собственно инициирующие ВВ, способные легко взрываться от внешних

воздействий, в особенности от огня, а также заряды таких ВВ. К данной группе ВВ относятся гремучая ртуть, азид свинца и тринитрорезорцинат свинца (сокращенно — тенерес), применяемые

для изготовления капсюлей-детонаторов.

Гремучая ртуть Hg (CNO)2 — соль гремучей кислоты

(HCNO), представляет собой мелкокристаллический порошок

белого цвета с действительной плотностью кристаллов 4,42 г/см3 и гравиметрической плотностью 1,6 г!см3. Гремучую

ртуть получают при взаимодействии растворенной в азотной

кислоте металлической ртути с этиловым спиртом.

До температуры 50° гремучая ртуть сохраняет свою химичес­

кую стойкость, но при дальнейшем нагревании начинает разла­ гаться. При температуре 160—165° она взрывается. Гремучая

ртуть негигроскопична, но в увлажненном состоянии способна

выгорать без детонации. Поэтому влажность гремучей ртути,

идущей на снаряжение детонаторов, должна быть не более 0,03%. При содержании влаги 30% гремучая ртуть не взрыва­ ется ни от удара, ни от искры, но хорошо детонирует от взрыва заряда сухой гремучей ртути.

Сухая гремучая ртуть очень чувствительна к внешним воз­

действиям, и взрыв ее может произойти от легкого царапания соломинкой или от сотрясения при перевозке. В прессованном виде она становится менее чувствительной и допускается к пе­

ревозкам. В капсюлях-детонаторах гремучую ртуть применяют только в прессованном виде с плотностью 3,3 г/см3.

При детонации гремучая ртуть разлагается по уравнению

Hg (CNO)2 = Hg + 2СО + N2 + И 6 ккал/моль.

Взрывная характеристика: объем газов взрыва гремучей ртути 304 л/кг, теплота взрыва 368 ккал/кг, температура взры­ ва 4810°, скорость детонации 5400 м/сек, чувствительность к удару при испытании на копре всего 2 см.

Азид свинца Pb (N3)2—соль азотистоводородной кислоты HN3, представляет собой белый тонкокристаллический порошок

с гравиметрической плотностью 1,3 г/см3 и действительной

плотностью кристаллов 4,8 г/см3. Плотность его в капсюлях-де­ тонаторах составляет 4,6 г/см3. Получают азид свинца из азида

натрия путем замещения металлического натрия из азотноки­ слого свинца:

2NaN3 + Pb (NO3)2 =-■ Pb (N3)2 + 2NaNO3.

При детонации химическое превращение азида свинца идет по уравнению

РЬ(Ыз)г — РЬ jN2-

Под влиянием влаги азид свинца йе теряет своих взрывча­

тых свойств. Но во влажной среде в присутствии углекислого

газа он способен образовать азотистоводородную кислоту, ко­ торая легко вступает во взаимодействие с медью, образуя ази­ ды закисной или окисной меди. Последние весьма чувствитель­ ны к внешним воздействиям и образование их может привести к несчастным случаям. С алюминием (а также со свинцом) азид свинца не взаимодействует. Детонаторы с азидом свинца

выпускают только в алюминиевых или бумажных гильзах. Взрывная характеристика: объем газов взрыва азида свин­

ца 308 л)кг, теплота взрыва 381 ккал1кг, температура взрыва 4030°, скорость детонации 5300 м)сек, чувствительность к удару при испытании на копре 3—4 см. v Инициирующая способность азида свинца больше, чем гре­

мучей ртути. В то же время к удару и пламени он менее чувст­

вителен, чем гремучая ртуть. Температура вспышки азида свинца составляет 327°. Поэтому он может не взорваться от искры огнепроводного шнура. Этим обстоятельством объясня­

ется необходимость применения в капсюлях-детонаторах, кро­ ме азида свинца и другого, более чувствительного к огню, но также водоустойчивого ВВ (чтобы сохранить общую водоустой­ чивость детонатора). Таким ВВ является тенерес.

Тенерес C6H(NO2)3O2Pb-Н2О— соль стифниновой кисло­ ты СбН(О2)з- (ОН) 2 — представляет собой золотисто-желтые кри­ сталлы, действительная плотность которых равна 3,1 г/см3.

Тенерес водоустойчив, с металлами не взаимодействует. Он более чувствителен к пламени, чем азид свинца. Температура вспышки его 270°. Чувствительность тенереса к удару в шесть раз меньше, чем гремучей ртути, и в два раза меньше, чем ази­ да свинца. Чувствительность к трению занимает промежуточ­ ное место между соответствующими показателями для азида

свинца и для гремучей ртути.

По своему инициирующему действию тенерес уступает ази­ ду свинца и гремучей ртути.

Реакция взрывчатого превращения тенереса идет по урав­ нению

2С6Н (NO2)3 О2 Pb = 9СО + ЗСО2 + Н2О + 3N2 + 2РЬ.

Взрывная характеристика: объем газов при взрыве тенереса 448 л/кг, теплота взрыва 415 ккал)кг, температура взрыва 280°, скорость детонации 5200 м!сек, чувствительность к удару при испытании на копре 11 см.