Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология смесевых энергоемких материалов. Учебное пособие.pdf
41
аммонита равен 20 мм, а при обработке этой же смеси в шаровой
Рис. 6. Изменение критического
II – неустойчивая детонация
Рис. 7. Развитие детонации заряда
мельнице в течение двух часов критический диаметр уменьшится до
8 мм. Все грубодисперсные ВВ имеют большие критические
диаметры, чем порошкообразные ВВ того же состава.
Критический диаметр для смесевых ВВ зависит 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. 6).
диаметра заряда взрывчатой смеси
тротил-селитра:
I – устойчивая детонация;
Критический диаметр ВВ зависит от физического состояния
вещества. Например, для открытого заряда из сухого
гранулированного тротила d
наполненного тротила d
Влияние мощности начального импульса сказывается лишь на
начальном участке детонации заряда, где в зависимости от величины
импульса может быть получена скорость детонации выше или ниже
характерной для данного заряда. Но в любом случае на участке,
равном примерно диаметру заряда, эта скорость стабилизируется и
дальше будет постоянной по всей длине заряда (рис. 7).
С этой точки зрения для инициирования любого заряда
необходимо иметь достаточно мощный точечный источник, от
которого детонация будет распространяться с характерной для
данного диаметра скоростью.
кp
ВВ в зависимости от мощности
(скорости детонации) начального
импульса
= 60 мм, для зарядов из водо-
кp
= 30 мм.
42
В некоторых случаях, правда довольно редких, можно
наблюдать различные скорости детонации ВВ. Так, с большой и
малой скоростью могут детонировать порошкообразные тротил, ТЭН,
тетрил, гексоген. Значительно резче различаются малые и большие
скорости детонации у жидких нитроэфирных ВВ и смесевых,
изготовленных на их основе (нитроглицерин, динамиты, детониты).
8. ОСОБЕННОСТИ ДЕТОНАЦИИ ПВВ
Главная особенность промышленных ВВ состоит в том, что они
являются физически и химически неоднородными системами, чем
объясняются особенности их детонации и некоторые аномалии
с позиций классической теории детонации конденсированных ВВ.
Большинство промышленных ВВ представляет собой смеси
разнородных по химическим и физическим свойствам материалов.
В них могут содержаться и высокоактивные индивидуальные ВВ,
разлагающиеся в детонационной волне с большой скоростью
(нитроглицерин, гексоген, ТЭН и др.), и менее активные, но с сильно
выраженными взрывчатыми свойствами (типа тротила); вещества со
слабо выраженными взрывчатыми свойствами (аммиачная селитра,
динитронафталин и др.), разлагающиеся при детонации со скоростью
на порядок меньше, чем мощные индивидуальные ВВ; горючие
материалы, не обладающие взрывчатыми свойствами (алюминий,
древесная мука, парафин и др.), и, наконец, совершенно инертные, не
принимающие участия в химических реакциях при взрыве и могущие
претерпевать лишь фазовые переходы вещества, такие, как
минеральные соли (пламегасители, вода и др.). С этой точки зрения
промышленные ВВ являются и кинетически неоднородными
системами.
В отличие от индивидуальных ВВ или их смесей с близкими
кинетическими характеристиками компонентов, для которых
свойственен преимущественно одностадийный переход исходного
вещества в ПВ, химические реакции при взрыве промышленных
смесевых ВВ происходят в несколько стадий. Типичной для них
схемой является первоначальное разложение или газификация
в детонационной волне исходных компонентов (первичные реакции) и
последующее взаимодействие продуктов разложения между собой
или с веществами, не претерпевшими на первой стадии химических
43
или фазовых превращений (вторичная реакция), такими, как
алюминий и др.
Многостадийность по сравнению с индивидуальными порошковыми ВВ приводит к усилению зависимости критических условий
распространения (d
и параметров детонации при D < D
, минимальный инициирующий импульс)
кp
от размеров частиц компонентов.
H
В определенных условиях значение может иметь не только
абсолютный размер частиц, но и соотношение между размерами
частиц разных компонентов. Например, смесь гексогена и аммиачной
селитры в зарядах не слишком большого диаметра будет полностью
детонировать только в том случае, если частицы селитры будут
мельче, чем гексогена. В противном случае в детонационной волне
будет в основном разлагаться только гексоген, а разложение селитры
не будет «поспевать» за ним.
Для избежания такого явления иногда пользуются буферными
веществами, которые по скорости разложения занимают промежуточное положение между компонентами с резко выраженными
кинетическими отличиями и служат как бы связующими мостиками.
Этот прием, например, использован в скальных аммонитах, главными
компонентами которых являются селитра и гексоген, а буферным
веществом – тротил.
На детонационную способность промышленных взрывчатых
веществ может существенно влиять равномерность смешивания
компонентов.
Сильное влияние размеров частиц и равномерности смешивания
компонентов промышленных ВВ на детонационную способность
и детонационные характеристики в неидеальном режиме объясняется
тем, что общее время и полнота завершения реакции зависят не только
от скорости сгорания отдельных частиц (первичные реакции), но и от
скорости вторичных реакций, проходящих в газовой фазе
и определяемых условиями диффузии, смешивания продуктов
первичного распада.
Чем мельче частицы разнородных компонентов и равномернее
их распределение в объеме, тем быстрее завершается их сгорание,
а также смешивание и взаимодействие продуктов сгорания.
С указанными особенностями взрывчатого превращения
промышленных ВВ в детонационной волне связаны характерные для
них явления: растянутость зоны химической реакции, большой
интервал между d
и dпр, сильная зависимость этих характеристик от
кp
технологии изготовления, экстремальная зависимость скорости
44
детонации (и бризантности) от плотности заряда при d3<dпр и ряд
. С другой стороны,
других.
На кривой зависимости скорости детонации от плотности для
промышленных ВВ при d
получаемый максимум может быть
3<dпр
объяснен следующим образом. С увеличением плотности, с одной
стороны, возрастает скорость детонации на основании общих
(формальных) закономерностей распространения детонационных
волн, вытекающих из гидродинамической теории. Кроме того,
в соответствии с механизмом взрывного горения высокопористых
веществ в детонационной волне увеличивается скорость сгорания
частиц с повышением плотности ВВ, так как возрастает давление,
а вместе с ним и скорость горения, подчиняющаяся известному закону
горения u
=а + bpν.
г
Этот закон, как показал А.Ф. Беляев, может быть распространен
на горение под большим давлением с учетом того, что показатель
степени
ν
уменьшается с увеличением давления р
с увеличением плотности уменьшается свободная поверхность частиц,
что затрудняет поджигание и распространение горения на
поверхности частиц. Затрудняются также процессы диффузионного
смешивания продуктов первичного распада (горения), необходимые
для вторичных реакций с большим тепловыделением. Двоякое и
противоположно направленное влияние плотности закономерно
приводит к экстремаль-ному виду зависимости.
Для многих промышленных ВВ спад скорости детонации
(рис. 8а) или бризантности (рис. 9) после максимума может быть
достаточно резким, а начиная с некоторой плотности, детонация в
заряде данного диаметра вообще становится неустойчивой. В связи
с этим явлением для промышленных ВВ вводят понятие критической
плотности
ρ
.
кр
Критическая плотность, точка максимума на кривой D =f(
ρ
)
0
и другие характеристики, связанные с экстремальным видом
зависимости параметров детонации от плотности, не являются
константами того или иного промышленного взрывчатого вещества,
определяемыми его химическим составом. Они меняются с изменением физических характеристик взрывчатых веществ (размеров
частиц, равномерности распределения частиц компонентов в массе
вещества и др.), поперечных размеров зарядов, наличием и
свойствами оболочки заряда.
45
Нетрудно заметить, что перечисленные факторы связаны
а
б
с механизмом потерь в детонационной волне за счет боковых волн
разрежения и определяют кинетику реакции в волне либо скорость
радиального расширения продуктов детонации.
Рис. 8. Зависимость скорости детонации от плотности:
а) 1 – победит ВП-3; 2 – аммонит ПЖВ-20; 3 – победит ВП-1;
б) в зарядах аммонита ПЖВ-20 различного диаметра:
1 – 100; 2 – 40; 3 – 20 мм
В отличие от индивидуальных BB с увеличением плотности
время реакции и ширина зоны промышленных ВВ возрастают (см.
табл. 12). С уменьшением размера частиц время реакции сокращается;
с увеличением диаметра заряда или толщины оболочки удлиняется
время проникновения волны разрежения в глубь заряда.
Соответственно точка максимума на кривой D =f(
ρ
) сдвигается
0
вправо, в область более высоких плотностей (см. рис. 8б).
В пределе при достаточно большом диаметре заряда, когда
боковые потери в детонационной волне очень малы, смесевые
промышленные ВВ не отличаются от индивидуальных, т. е. наблюдается нормальная монотонная зависимость скорости детонации от
плотности. Сам предел зависит от других свойств ВВ и оболочки
заряда, влияющих на боковые потери. С увеличением содержания
сенсибилизатора в составе, например тротила в аммоните, точка
максимума сдвигается вправо при меньших диаметрах заряда.
46
По наблюдениям В.К. Боболева,
Рис.9. Зависимость бризантности
от плотности ВВ: 1 – победит №6;
Плотность
ВВ, г/см
dКР,
мм
D,
км/с
Минимальный инициирующий
импульс гремучей ртути, г
Аммонит ПЖВ-20
1,2
11
2,6
0,23
1,3
13
3.5
0,5
1,4
20
3,94
капсюль-детонатор №8
1,5
22
4,3
капсюль-детонатор №8
1,6
28
4,35
капсюль-детонатор №8
Победит ВП-3
1,2 5 -
0,17
2 – победит ПУ-2; 3 – аммонит №8
Из сказанного также следует, что dкp и dпр зависят не только от
химического состава ВВ, но и от плотности заряда. В отличие от
индивидуальных ВВ, с возрастанием плотности промышленных ВВ
d
и dпр увеличиваются. Идеальная скорость детонации зависит
кp
только от химического состава и плотности ВВ. Влияние плотности на
d
и минимальный инициирующий импульс может быть
кp
проиллюстри-ровано на примере предохранительных ВВ (табл. 8).
Влияние плотности заряда на d
инициирующий импульс
уже при содержании 50% тротила
в аммоните зависимость D =f(
имеет такой же вид, как и для
чистого тротила. Таким образом,
аномальная зависимость D =f(
для промышленных ВВ относится
только к области неидеальной
детонации, и всегда может быть
найден такой диаметр заряда d
при котором зависимость
приобретает нормальный отвечающий теории характер. Но
поскольку при d
следовательно, нормальный
D = Dи,
пр
характер зависимости относится к
области идеальной детонации
D
=f(
ρ
).
и
0
Таблица 8
и минимальный
кр
ρ
)
0
ρ
)
0
,
пр
3
47
Окончание таблицы 8
Плотность
ВВ, г/см
dКР,
мм
D,
км/с
Минимальный инициирующий
импульс гремучей ртути, г
1,3
10
2,51
0,17
1,4
14
2,48
0,19
1,5
17
3
0,3
1,6
21,5
3,1
0,4
Степень измельчения компонентов, мкм
Начальная
заряда, г/см
Критический
мм
аммиачной
селитры
200-300
400-600
0,8
19
200-300
200-390
0,81
17
200-300
100-200
0,85
12
200-300
60-100
0,9
11
60-100
100-200
0,8
8-9
60-100
60
0,9 8 500-800
204-390
0,8
15
300-500
204-390
0,9
17
200-300
204-390
0,8
19
100-200
204-390
0,9
10
60-100
204-390
0,9
10
3
Значения Ркр для ВВ, приведенных в табл. 3, при плотности
3
1 г/см
7 тыс.кгс/см
составляют: для победита – 5,6 тыс.кгс/см2, для аммонита –
2
. Для аммонита №6 грубого измельчения влияние
степени измельчения тротила несколько сильнее, чем селитры (табл.
9); для тонких смесей влияние измельчения обоих компонентов
примерно равнозначно.
Таблица 9
Влияние степени измельчения компонентов
на плотность и критический диаметр заряда
тротила
Как и для индивидуальных ВВ, величина dкp уменьшается при
помещении зарядов в прочные оболочки. В стальных трубах
с толщиной стенок 4-5 мм, моделирующих скальную горную породу,
d
уменьшается в несколько раз против dкp зарядов в бумажной
кp
оболочке. Например, d
открытого заряда гранулита М на пористой
кp
селитре составляет 60-70 мм, а в стальной трубе – 20-25 мм;
плотность
3
диаметр,
48
dкp открытого заряда того же ВВ на непористой гранулированной
Для промышленных
малую пористость, по неко-
Рис. 10. Зависимость скорости
селитре равен 120-150 мм, а в стальной трубе – 30-35 мм.
ВВ характерен большой
разрыв между d
и dпр.
кp
Отношение этих величин
может достигать 5-10. Так,
d
тонкодисперсных аммо-
кp
нитов в открытых зарядах
при рабочей плотности
составляет 10-15 мм, а
максимальная скорость
детонации наблюдается при
заряде диаметром 80-100
мм. Гранулированные смеси
детонации гранулированных и
водонаполненных ВВ от диаметра
открытого заряда:
1 – зерногранулит 79/21;
2 –зерногранулит 79/21-В;
3 – зерногранулит 30/70;
4 – гранулит С; 5 – гранулит АС;
6 – гранулит АС-8; 7 – гранулит П;
8 – акватол 65/35 (в скважине);
9 – акватол 30/70 (в скважине);
10 – аммонит № 6; 11 – гранулотол
устойчиво детонируют в
открытых зарядах диаметром 40-150 мм и достигают
максимальной скорости в
зарядах диамет-ром более
200 мм (рис. 10). В прочных
оболочках этот разрыв
сужается.
Водонаполненные
ВВ (акватолы) и гранулированные ВВ, взрываемые в
водной среде, имеющие
торым свойствам приближаются к жидким ВВ: малый интервал между
величинами d
и dпр, Dкp и Dи высокое критическое давление
кp
инициирования детонации Р
неоднородности водонаполненные ВВ по структуре детонационной
волны отличаются от жидких ВВ. По некоторым признакам они
приближаются к литым или прессованным ВВ. При водонаполнении
скорость детонации гранулотола и зерногранулитов повышается
(табл. 10), а критический диаметр увеличивается. С уменьшением
размеров гранул d
гранулотола при размере гранул до 2 мм значение d
20 мм. В водонаполненном состоянии размер гранул практически не
влияет на d
. При возбуждении детонации ударной волной реакция
кp
. Вместе с тем вследствие значительной
кр
для сухих ВВ уменьшается. Например, для
кp
снижается до
кp
49
начинается сразу же за ударным фронтом (как у порошкообразных
вивается до вспышки (как у жидких ВВ), но на некотором
Скорость детонации ВВ,
км/с
Критический диаметр, мм
сухих
водонапол-
ненных
сухих
водонапол-
ненных
Гранулотол
4,6
5,6
32-34
44-48
Зерногранулиты:
70/30
3,95
4,4
-
-
ВВ) и раз
расстоянии от поверхности нагружения, т.е. в глубине заряда. Записи
профиля детонационной волны в водонаполненных гранулированных
ВВ на электромагнитной установке показывают отчетливую
фиксацию химического пика. Величины
τ
и а для ВВ в
водонаполненном состоянии значительно меньше, чем в сухом.
Выполненные исследования позволяют предполагать, что
химическая реакция в детонационной волне начинается и развивается
в отдельных гранулах ВВ и завершается подобием вспышки.
Таблица 10
Влияние водонаполнения на скорость детонации и критический
диаметр гранулированных взрывчатых веществ
ВВ
30/70
50/50
_____________
Примечание: Опыты по измерению скорости детонации и критического
диаметра выполнялись в стеклянных трубах. При определении скорости диаметр
трубы равен 140 мм, толщина стенок – 5 мм, размер гранул – 3-5 мм.
Если ВВ представляет собой смесь нескольких компонентов
(тротила, селитры и др.), то на второй стадии продукты разложения
гранул разнородных веществ взаимодействуют между собой.
Скорость детонации зерногранулитов продолжает
увеличиваться в открытых зарядах вплоть до диаметра размером 200300 мм (см. рис. 10), причем с повышением содержания тротила d
уменьшается. Скорость детонации открытых зарядов гранулитов
возрастает при увеличении диаметра зарядов выше 300 мм.
Водонаполненные ВВ (в скважинах) достигают максимальной
скорости детонации в зарядах диаметром около 150 мм.
Исследование детонации гранулированных и водонаполненных
ВВ в практических условиях и на моделях представлены в табл. 11.
4,35
4,15
5,1
4,7
-
38-42
-
52-54
пр
50
Таблица 11
В
3 мм
В шпурах d=50 мм
В сква-
Откры-
в крепком
в мягком
Зерногранулиты:
30/70
4,75
-
-
5,142
4,54
Гранулит АС-8
3,29
3,3
2,97 - -
ГранулитП
2,52
2,6
2,1
3,97
2,75
Игданит - - - 3,76
1,54
Гранулотол
водонаполненный
Акватол 65/35
4,84
4,82
отказ
5,39* отказ
Акватол 50/50
- - -
5,6
5,23
Аммонит №6
4,45
4,5
4,43
**
4,5
4,42
Аммонит №7
- - -
4,16
-
Изменение скорости детонации км/c ПВВ в различных средах
80/20
водонаполненный
50/50
водонаполненный
мм составляет 5,44 км/с;
в крепком известняке в шпурах равного диаметра. Вместе с тем в
скважинах диаметром 150 мм гранулированные ВВ детонируют с
большей скоростью, чем в трубе диаметром 50 мм. Это
свидетельствует о том, что в трубе указанного диаметра не
достигается идеальный режим детонации гранулированных аммиачноселитренных ВВ. Для водонаполненных ВВ отличия в скоростях
детонации при взрывании в трубе и скважине меньшие, кроме
акватола 65/35, содержащего всего 35% порошкообразного тротила,
для которого разница достигает 540-590 м/с. Аммониты детонируют в
идеальном режиме в трубе диаметром 50 мм.
скоростью, чем в крепких горных породах; водонаполненные ВВ при
ВВ
стальной
трубе с
толщиной
стенок
3,1
4,8
известняке
3,18
-
глинистом
грунте
2,8
-
жинах
d=150 мм
(крепкий
известняк)
4,46
4,98
тый заряд
d=150 мм
3,77
4,45
5,28 5,3 - 5,39 -
____________
*
Примечание: максимальная замеренная скорость в скважине диаметром 300
**
в открытом заряде диаметром 60 мм –D=3,9 км/с.
Испытания в стальной трубе полностью моделируют взрывание
В мягких грунтах гранулированные ВВ детонируют с меньшей