Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология смесевых энергоемких материалов. Учебное пособие.pdf
X
- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •Федеральное государственное бюджетное
- •образовательное учреждение высшего образования
- •«Казанский национальный исследовательский
- •технологический университет»
- •СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •10.1. Аммиачно-селитренные промышленные взрывчатые вещества
- •10.2. Эмульсионные взрывчатые вещества
- •10.3. Промышленные взрывчатые вещества
- •Технологический поток по изготовлению двухкомпонентных аммонитов организован по следующей схеме (рис.14).
- •Автоматизированный технологический поток непрерывного действия изображен на рис. 17.
- •Рис. 17. Автоматизированный технологический поток
- •непрерывного действия
- •Технологический процесс для грануляции тротила отличается от потока алюмотола тем, что в нем нет оборудования для просеивания, пневмотранспортирования, плавления и смешения, так как на грануляцию расплавленный тротил поступает из мастерской очистки.
- •Лабораторная работа 1
- •Приготовление аммонита №6 ЖВ
- •Лабораторная работа 2
- •Приготовление динамона АМ-10
- •Меры безопасности при выполнении работы
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •Библиографический список
- •Оглавление

31
выделяются кристаллы селитры, которые связывают мостиками ранее
свободные твердые частицы в прочный конгломерат. Количество
мостиков и их прочность, а, следовательно, и степень слеживания ВВ
зависят от величины его исходной влажности и температуры.
Самоуплотнение влажного ВВ перед слеживанием может
происходить и под действием капиллярных сил в пленочном растворе,
стягивающих твердые частицы между собой.
Слеживанию сильно способствуют внешние сдавливающие
нагрузки, возникающие при патронировании ВВ с повышенной
плотностью или при складировании непатронированных ВВ
многорядными штабелями. С увеличением размеров частиц и
приданием им сферической формы уменьшается число точек контакта
между ними, а вследствие этого и возможность сращивания во время
перекристаллизации из пленочного раствора. Мелкодисперсные
аммониты могут сильно слеживаться, а гранулированные ВВ не
слеживаются.
Для предупреждения слеживания не допускают патронирование
или упаковку непатронированных ВВ при температуре выше 32°С,
ограничивают их влажность при выпуске возможно низкими
пределами и не допускают увлажнения в процессе хранения, применяя
влагонепроницаемую упаковку. Хранением в закрытых неотапливаемых складах исключают частые колебания температуры ВВ, чтобы
избежать повторного растворения и кристаллизации из пленочного
раствора, постепенно увеличивающими прочность связывающих
мостиков. Наряду с этим для полного исключения слеживания
применяют гидрофобизацию или опудривание частиц селитры, на
основе которой изготавливают ВВ, вводят в ее состав специальные
добавки поверхностно-активных веществ (например, фуксин),
уменьшающих толщину и прочность кристаллических мостиков. Все
порошкообразные ВВ изготавливают на водоустойчивой селитре
марки ЖВ, имеющей пониженную склонность к слеживанию.
Покрытие гранул селитры пленкой жидкого нефтепродукта
с опудриванием их алюминием исключает слеживание гранулитов.
Существует несколько методов определения слеживания
взрывчатых смесей. ВВ считается сильно слежавшимся, если оно не
рассыпается при раздавливании усилием руки.
Потеря сыпучести гранулированных ВВ может произойти
в результате смерзания или спекания частиц. Гранулы тротила
и алюмотола с влажностью выше 2% зимой смерзаются. Гранулы ВВ

32
с термоплавким покрытием спекаются в случае упаковки их при
температуре, превышающей температуру размягчения покрывающего
вещества.
Химическая стойкость – способность ВВ сохранять
химический состав и химические свойства в течение необходимого
времени их хранения. Она зависит от химической природы ВВ,
наличия или отсутствия в нем нестойких примесей или компонентов,
несовместимых друг с другом, а также от условий хранения
и применения.
Все выпускаемые промышленные ВВ при хранении
и применении их в нормальных условиях достаточно химически
стойки. Их можно годами хранить без изменения состава и свойств.
Наиболее высокую стойкость имеют нитросоединения (тротил,
гексоген, динитронафталин) и их смеси с аммиачной селитрой.
Гранулотол и алюмотол пригодны для заряжания обводненных
скважин с повышенной кислотностью грунтовых вод. Меньшую
стойкость имеют жидкие нитроэфиры, входящие в состав некоторых
ВВ. Они разлагаются под действием остатков кислот и некоторых
других нестойких примесей. Качество отмывки контролируют
специальным испытанием на химическую стойкость. Кроме того,
в состав нитроэфирных ВВ вводят стабилизирующие добавки соды
или мела, которые нейтрализуют выделяющиеся при распаде окислы
азота и кислоты. Все это гарантирует ВВ от возможного химического
разложения.
Аммиачно-селитренные ВВ становятся нестойкими при
попадании в них сульфидов (пирита, колчедана и др.), активно
взаимодействующих с нитратом аммония с выделением больших
количеств тепла и окислов азота. Началу процесса сильно
способствуют наличие влаги (переводящей селитру в раствор),
повышенная температура и примеси серной кислоты, которая
катализирует развитие разложения. Взаимодействуя с нитратом, она
образует азотную кислоту, которая в свою очередь вступает
в экзотермическую реакцию с сульфидами. Температура в очаге
разложения достигает 1100°С, что значительно превышает
температуру воспламенения ВВ. Известны случаи саморазложения
с загоранием и переходом в детонацию аммиачно-селитренных ВВ во
влажных сульфидсодержащих рудах открытых и подземных
рудников. Для предотвращения таких случаев следует предохранять
от контактирования заряда аммиачно-селитренных ВВ с влажной

33
сульфидной рудой. Рассмотренный процесс взаимодействия можно
ослабить, добавив в заряд вещества (мочевину и др.), нейтрализующие
образующуюся азотную кислоту.
Электризация ВВ. Статическая электризация сыпучих
материалов (диэлектриков), имеющих плохую токопроводимость,
возникает в результате трения их частиц между собой и скольжения
по стенкам оборудования при дроблении, истирании и распылении
в воздушном потоке. На границе разнородных сред происходит
разделение зарядов с образованием двойного электрического слоя.
Это явление особенно интенсивно проявляется при пневмотранспортировании и пневмозаряжании ВВ. Оно может наблюдаться
также при простом высыпании тонкодисперсного маловлажного ВВ
из полиэтиленового мешка или при засыпке его в сухую скважину.
При электризации возникают и накапливаются разноименные заряды,
и образуется электростатическое поле. Появление искры электростатического разряда чревато воспламенением или взрывом ВВ.
Наиболее высокие диэлектрические свойства имеют гексоген и
тротил, поэтому они сильно электризуются. Меньшие значения
удельных энергетических характеристик и электризуемость имеют
аммиачно-селитренные ВВ, особенно бестротиловые гранулиты.
Электризация материала происходит в том случае, если его
сопротивление превышает 10
6
Ом⋅см. При меньшем сопротивлении
они токопроводны и могут электризоваться лишь при отсутствии
заземления. Стекание зарядов с их поверхности в землю возможно
уже при удельном электрическом сопротивлении меньше 10
6
Ом⋅см.
По металлическим трубопроводам можно безопасно транспортировать
любые сыпучие материалы с удельным электрическим
сопротивлением, меньшим 10
9
Ом⋅см. Они должны быть надежно
заземлены и сопротивление заземляющих приспособлений не
превышает 10
6
Ом⋅см.
Электрические характеристики смесевых аммиачно-селитренных ВВ и способность к электризации при пневмотранспортировании
зависят от наличия в их составе компонентов с высокими диэлектрическими свойствами. В аммонитах и граммонитах электризацию
определяет присутствующий в них тротил, особенно если им сплошь
покрыта поверхность гранулы селитры. В металлизованных
гранулитах и граммоналах таким определяющим фактором является
алюминиевая пудра, покрывающая поверхность омасленных гранул.

34
Из-за наличия на частицах пудры окисного слоя алюминия, а также
пленки нефтепродукта она является плохими проводником тока
(сопротивление ∼10
7
Ом⋅см).
6. ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ДЕТОНАЦИИ ПВВ
В настоящее время общепризнанной является гидродинамическая теория детонации ВВ, разработанная в основном советскими и
французскими учеными.
Согласно гидродинамической теории, детонация обусловлена
распространением по ВВ детонационной волны, которая вызывает в
момент прохождения скачкообразное изменение давления Р,
температуры Т и плотности ρ ВВ. На фронте волны происходит
интенсивное разогревание тонкого слоя ВВ и протекает интенсивная
химическая реакция, за счет энергии которой поддерживается
постоянство параметров детонационной волны и детонационного
процесса в целом.
При взрыве детонатора, выполняющего роль инициатора
(начального импульса), продукты взрыва производят резкий удар по
прилегающему к детонатору слою ВВ и формируют ударную волну,
имеющую следующие особенности: скорость ее распространения
всегда выше скорости звука в данной среде; на фронте волны
происходит скачкообразное изменение давления, плотности и
температуры среды; среда движется вслед за фронтом ударной волны;
скорость ударной волны зависит от величины ее амплитуды; ударная
волна распространяется в виде однократного скачка уплотнения
(рис. 2а).
В результате действия ударной волны на ее фронте
возбуждается интенсивная, чрезвычайно быстро протекающая
химическая реакция с выделением тепла и газов. Энергия реакции
этого слоя поддерживает амплитуду и скорость распространения
ударной (детонационной) волны на определенном уровне,
обеспечивая постоянство скорости детонации D для данного диаметра
заряда.
Следовательно, при детонации в каждый момент времени
в реакции участвует очень ограниченная масса ВВ в слое,
находящемся под действием переднего фронта детонационной волны.

35
а
б
Рис. 2. Процесс детонации заряда ВВ:
а) схема детонационной волны:
1 – продукты взрыва; 2 – фронт детонационной волны;
б) структура детонационной волны
Ширина зоны химической реакции очень мала и составляет для
порошкообразных ВВ доли миллиметра, у гранулированных ВВ она
увеличивается до 3-4 см. За фронтом детонационной волны
начинается расширение продуктов детонации с образованием волны
разрежения, распространяющейся к оси заряда (рис. 2б). Фронт волны
разрежения не достигает фронта детонационной волны, и остается
динамически стабильный определенный объем нерасширившихся
газов, прилегающих к детонационной волне, который поддерживает
стабильность параметров волны. Если это динамическое равновесие
нарушается, то скорость детонации или увеличивается (при
повышении объема нерасширившихся газов), или затухает (в случае,
когда волна разрежения соприкасается с фронтом детонационной
волны).
Теория детонации наиболее глубоко изучена для газовых
смесей. Основы теории детонации твердых ВВ разработаны учеными
Л.Д. Ландау и К.П. Станюковичем. Они впервые уподобили состояние
продуктов во фронте детонации состоянию кристаллической решетки
твердого тела.
Известно, что энергия твердого тела складывается из упругой
энергии, обусловленной силами взаимодействия между молекулами, и
тепловой энергии колебаний частиц около их положений равновесия.

36
Л.Д. Ландау и К.П. Станюкович показали, что в условиях
TV
QkD )1(2
2
−=
ρ
0
, г/см
3
0,1
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,7
k
1,3
1,6
2,22
2,8
3,05
3,21
3,4
Плотность, г/см3
Скорость, км/с
продук
ции
дето-
распрост-
детонации
Тротил
1,6
2,12 7 1,75
200000
Тетрил
1,63
2,16
7,41
1,87
240000
Гексоген
1,69
2,24
8,34
2,08
300000
Нитроглицерин
1,6
2.12
8,4
2,1
300000
Аммонит №6 ЖВ
1,0
1,33
4,8
1,2
59000
детонации можно учитывать только упругую энергию. Исходя из
этого они установили, что давление во фронте детонации Р пропорционально кубу плотности ВВ.
Скорость детонации определяется по формуле
D = w + c,
где w – скорость движения продуктов взрыва, м/с; с – скорость звука в
продуктах детонации, м/с.
Скорость детонации может быть определена в зависимости от
энергетической характеристики ВВ по формуле
,
где Q
– теплота взрыва ВВ при постоянном объеме, ккал/кг.
TV
Значение k для Q
= 1000 ккал/кг в зависимости от начальной
TV
плотности может быть принято равным:
Из приведенных формул видно, что скорость детонации
является всегда сверхзвуковой, ее величина непосредственно зависит
от энергетических характеристик ВВ, которые также определяют и
остальные параметры взрыва (табл.6).
Таблица 6
Расчетные параметры детонации некоторых ВВ
Давление
ВВ
ВВ
тов
детона-
нации
ранения
продуктов
на фронте
волны,
2
кгс/см

37
В теоретических исследованиях принято, что плоский фронт
детонационной волны, распространяясь по заряду, сжимает впереди
лежащие слои ВВ, вызывая их химические превращения. Такой
механизм детонации, называемый гомогенным (однородным), может
иметь место при скоростях детонации 6-7 км/с. Расчеты показывают,
что при меньших скоростях детонации разогрев на фронте волны
однородного слоя ВВ не будет достаточным для возникновения
интенсивной химической реакции. В этом случае реакция возникает в
результате разогрева отдельных очагов в сечении заряда. Таким
очагом для порошкообразных и гранулированных ВВ являются
пузырьки газа между частицами.
При прохождении ударной волны газовые включения в ВВ
разогреваются сильнее твердых частиц и становятся активными
очагами инициирования процесса взрывного горения частиц, так как
давление и температура в зоне действия этого механизма весьма высоки.
Такой механизм детонации аналогичен ранее описанному
А.Я. Апиным механизму взрывного горения для порошкообразных
взрывчатых веществ, согласно которому при детонации имеет место
горение отдельных зерен, а их воспламенение происходит в
результате адиабатического сжатия газовых включений в ВВ или за
счет струй газов взрыва, проникающих между частицами взрывчатых
веществ (пробойно-струйчатый механизм детонации). Сложность
теорети-ческого описания процесса детонации делает небходимым
экспериментальное изучение факторов, влияющих на скорость и
устойчивость детонации зарядов.
7. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ
И УСТОЙЧИВОСТЬ ДЕТОНАЦИИ ЗАРЯДОВ ВВ
Установлено, что скорость детонации заряда ВВ зависит от
характеристик самого ВВ (состава ВВ, дисперсности, плотности),
диаметра и условий взрывания (наличия и характеристики оболочки).
Эти факторы существенно влияют на скорость и устойчивость
детонации зарядов, поэтому должны учитываться при ведении
взрывных работ. Во всех случаях задача сводится к оценке
устойчивости детонации или определению величины критического
диаметра заряда.
Основной объем взрывов на карьерах выполняется зарядами
в скважинах диаметром 100-300 мм, для которых эти зависимости

38
несущественны, так как при этих диаметрах детонация всегда
устойчива. Однако на карьерах взрывают также шпуровые и
накладные заряды, для которых вышеприведенные зависимости
существенны.
Диаметр и оболочка заряда. Исследованиями зависимости
скорости детонации от диаметра заряда при данной его плотности
установлено, что, начиная с некоторого диаметра, названного
предельным d
остается постоянной. Если брать диаметры заряда меньше d
, скорость детонации при его дальнейшем увеличении
пр
, то
пр
скорость детонации уменьшается и при некотором диаметре,
названном критическим d
, становится неустойчивой (рис. 3).
кp
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
интенсивный разлет продуктов детонации в стороны. Возникающая
при этом волна разрежения будет проникать в зону реакции и снижать
давление и температуру продуктов взрыва, а следовательно,
уменьшать скорость детонации за счет падения величины энергии
подпора фронта детонации (см. рис. 2а).
Протекание этого явления зависит от соотношения ширины
зоны химической реакции и диаметра заряда. Если заряд окружен
оболочкой, затрудняющей разлет продуктов взрыва, критический
диаметр заряда уменьшается. Например, аммиачная селитра
порошкообразная (ρ=1 г/см
а в стальной трубке с толщиной стенок 20 мм – d
3
) в стеклянной трубке имеет dкр=100 мм,
= 7 мм.
кp
Оболочка не оказывает заметного влияния на скорость
детонации зарядов однокомпонентных ВВ большой плотности, но
сильно сказывается на скорости детонации зарядов средней
плотности. На скорость детонации влияют инерционные свойства
оболочки и ее сжимаемость. При малых плотностях заряжания на
устойчивость детонации оказывает влияние и прочность оболочки.
Оболочка позволяет получить предельные скорости детонации для
данного ВВ только при меньших диаметрах, а при больших диаметрах
для зарядов открытых и в оболочках скорости детонации становятся
практически одинаковыми (рис. 4).

39
Рис. 3. Зависимость скорости
Рис. 4. Изменение скорости
Критический диаметр, мм
в стеклянной
трубке
в бумажной
оболочке
Азид свинца
0,01-0,02
-
ТЭН
1,0-1,5
-
Гексоген
1,0-1,5
4
Тротил
8-10
11
Аммонит №6 ЖВ (21% тротила
+79% аммиачной селитры)
Аммиачная селитра порошкообразная
100
-
1
2
детонации зарядов ВВ от диаметра:
1 - ВВ с большой теплотой взрыва;
2 - ВВ с малой теплотой взрыва
детонации открытого заряда (1) и
в оболочке (2) при увеличении
диаметра
В табл. 7 приведены критические диаметры для некоторых
индивидуальных и промышленных ВВ при примерно одинаковых
условиях и близких физических состояниях вещества: порошко-
3
образное взрывчатое вещество плотностью 0,9-1,0 г/см
с размером
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
условие не влияет на устойчивость детонации, и должны выбираться
другие критерии для оценки качества заряжания.
Таблица 7
Значения критических диаметров для некоторых ВВ
ВВ
10-12 12

40
Плотность ВВ по-разному влияет на скорость детонации для
При дальнейшем увеличении
условия, когда воздушные поры
Рис. 5. Зависимость скорости
однокомпонентных и смесевых ВВ. Для однокомпонентных ВВ
скорость детонации повышается с увеличением плотности до
максимальных значений (рис.5). Смесевые ВВ имеют критическую
плотность (1,4-1,5 г/см
максимальна.
детонации от плотности ВВ:
1 – для ВВ типа химических соеди-
нений; 2, 3 – для смесевых ВВ
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
невозможным 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
возрастает. С увеличением диаметра заряда или размещением его в
оболочке критическая плотность повышается (см. рис. 5).
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. 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
3
), при которой скорость детонации
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
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
