Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология смесевых энергоемких материалов. Учебное пособие.pdf
Состав и характеристики нитроглицериновых ВВ
Детонит М
Победит
Аммониты
Углениты
Серный
№1 ЖВ
Нефтяной
№3 ЖВ
Э-6
№5
Состав, %:
нитроэфиры
10 9 5 9 14
10
аммиачная селитра ЖВ
78
65
52
52,5 - 14
селитра натриевая
- - - - 46,3
-
тротил - 12
11,5 7 -
-
алюминиевая пудра
10,7 - - - -
-
хлористый натрий (калий)
- - 30 - 29
-
хлористый аммоний
-
1,5
1,5 - 2,5
1,0
стеарат кальция
1 - -
1,5 1 0,15
коллоидный хлопок (св.100%)
0,3
0,13-0,15
-
0,13-0,15
0,2
0,1-0,3
сода (св.100%)
0,2-0,3
0,1-0,3
0,2-0,3
0,2-0,3
0,1-0,3
0,1-0,3
Теплота взрыва, кДж/кг
5791
3867
2024
3117
2682
1299
Объем газов, л/кг
832
780
878
635
560
216
Работоспособность по пробе Трауцля,
мл
Бризантность, мм
18-22
15-18
10-12
13-14
7,5-11
5-8
Скорость детонации, км/с
3,9-5,0
3,8-4,6
2,5-3,0
2,8-3,2
1,9-2,2
1,7-1,9
Чувствительность к удару, %
40-60
40-60
36-44
36-56
40-70
40-60
71
Таблица 21
Показатели
ВП-4
460-500 320-340 200-220 230-240 130-170 50-90
71
Нефтяной аммонит №3 ЖВ, в состав которого введено большое
Гранулотол
Алюмотол
сухой
водонапол.
сухой
водонапол.
Теплота взрыва, кДж/кг
3457-3645
4190
4738-5279
5615
Объем газов, л/кг
745
895
635
845
Работоспособность по пробе
Трауцля, мл
Плотность, г/см
3
1,48-1,54
-
1,52-1,68
-
Бризантность в стальном
кольце, мм
Скорость детонации, км/с
4,5-5
5,5-6,7
4,3-4,8
5,5-6
количество хлористого калия, предназначен для нефтяных и
азокретовых шахт, опасных по парам бензина и тяжелых
углеводородов. Серный и нефтяной аммониты выпускаются в
небольших количествах в соответствии с их потребностью.
Углениты предназначены для работ по добыче угля и породы в
угольных шахтах III категории, в очистных и подготовительных
забоях с машинным врубом, в тупиковых забоях и лавах без вруба,
при отбойке мягких углей, в забоях с суфлярным выделением газа, для
создания водяных завес перед взрыванием угля и в других особо
опасных условиях.
Нитросоединения и их смеси с металлами. К этому типу ПВВ
относятся гранулированный тротил (гранулотол) и гранулированная
смесь тротила с алюминием (алюмотол). Данные взрывчатые вещества
применяются для заряжания скважин с проточной водой или
с высоким уровнем воды на открытых горных разработках, что
обусловлено малой растворимостью тротила в воде и низкой
химической активностью алюминия по отношению к чистой воде.
Кроме того, гранулотол и алюмотол экономически выгодно
применять только в наполненных водой скважинах, так как при
водонаполнении значительно повышаются их взрывчатые свойства,
что видно из данных табл. 22. Взрывчатые характеристики алюмотола
и гранулотола в воде зависят от размеров частиц и их удельной
поверхности; с увеличением поверхности частиц снижается
флегматизирующее действие воды, и взрывчатое превращение этих
взрывчатых веществ протекает полнее. Поэтому эти взрывчатые
вещества выпускают в виде гранул диаметром 5 мм.
Таблица 22
Физические и взрывчатые свойства гранулотола и алюмотола
Показатели
285-295 310-320 420-440 450-460
24-26 32-34 28-30 34
72
ВВ для импульсной обработки металлов. В машинострои-
Пластик
Г-75
Гексопл
аст-87
Акванит
-2
Аммониты
А-40
А-50
пластич
ные
эластич
ные
пластич
ные
1,4-
1,5
Теплота взрыва, кДж/кг
4609
5028
4538
2514
2041
Скорость детонации, км/с
7,0-7,6
7,0-7,6
5,5-6,0
2,0-2,5
1,7-2,0
Критический слой
детонации, мм
Бризантность, мм
21-22
23-25
18-22
10-12
8-10
Работоспособность по
пробе Трауцля, мм
упрочнение,
штамповка, резка
штампо
вка
тельной промышленности при помощи взрыва производятся
различные виды работ по обработке металлов: штамповка,
калибровка, сварка, развальцовка, упрочнение, прессование
порошкообразных материалов, гравировка и т.д.
Для выполнения каждого из этих видов работ нужны
взрывчатые вещества с определенными характеристиками. Например,
для упрочнения и пробивания отверстий необходимы ВВ с высокой
(7-8 км/с) скоростью детонации и малым критическим диаметром. В
то же время для взрывной сварки металлов требуются ВВ со
скоростью детонации от 1,5 до 4,5 км/с. Кроме этого, в отдельных
случаях необходимы взрывчатые вещества, способные легко
деформироваться и принимать нужную форму, детонировать в тонких
слоях с определенной скоростью, давать необходимый
взрывной импульс. В табл. 23 приведены характеристики ВВ,
используемых для импульсной обработки металлов.
Таблица 23
Характеристики ВВ, используемых при
импульсной обработке металлов
Показатели
Физическое состояние
Плотность, г/см
Область применения
Пластик Г-75, гексопласт-87 и акванит-2 содержат в составе
гексоген, благодаря чему они имеют высокую скорость детонации
в тонком слое и способны сообщать мощный импульс ударной волны
обрабатываемой поверхности. Эти ВВ имеют пластичную
порошкообразные
3
1,4-1,5 1,5-1,6
4-5 3-4 8-10 10-15 15-17
330-350 400-410 380-400 180-200 130-150
73
0,9-1,0 1,0-1,1
сварка
консистенцию и характеризуются повышенной чувствительностью
Марка патронов
ПВП-1-У
ПВП-1-А
СП-1
Класс предохранительности ВВ в
ядре (оболочке)
Взрывчатое вещество ядра
аммонит
ПЖВ-20
угленит-Э6
Масса ядра, г
120
175
200
1,11,25
Скорость детонации, км/с
4,2-4,5
3,8-4,5
2,0-2,5
Техническая норма предохра-
патронов
к механическим воздействиям (чувствительность к удару 40-70%).
Заряды, изготовленные из ВВ, перечисленных в табл.23, инициируют
обычными или специальными средствами взрывания, разработанными
для взрывных работ в условиях применения на машиностроительных
заводах.
ВВ в предохранительных оболочках. Для выполнения взрывных
работ в особо опасных условиях угольных шахт (отбойка шпуровыми
зарядами мягких углей в подготовительных забоях с машинным
врубом, при взрывании в печах, нишах и т.д.) разработаны патроны
ПВП-1-У, ПВП-1-А и СП-1. Все они имеют однотипную
конструкцию. ВВ находится в оболочке, состоящей из корпуса с
двойными стенками, образованными двумя ампулами. Межампульное
пространство шириной 4-5 мм заполнено 50-65%-ным раствором
аммиачной селитры. Раствор аммиачной селитры увеличивает
фугасное действие взрыва заряда и выполняет роль пламегасителя, а
полиэтиленовая оболочка повышает класс предохранительности,
обеспечивает высокую водоустойчивость, способствует более
устойчивому и полному протеканию детонации ВВ ядра в
оболочке. Основные характеристики патронов в предохранительных
оболочках приведены в табл. 24.
Таблица 24
Характеристика марки патронов
Характеристика
Плотность ВВ, г/см
нительности:
не воспламеняет метан при
подрыве
не воспламеняет пыль при
подрыве
3
V V VI
1,05-1,15 1,05-1,15
одного патрона
трех свободно
подвешенных
74
отражательной
трех патронов
в уголковой
мортире с
стенкой
Патроны ПВП-1-У, ПВП-1-А и СП-1, благодаря высокой
водоустойчивости, пригодны для взрывания в обводненных забоях.
Их можно применять в различных климатических районах страны.
Недостатки патронов – сложность и трудоемкость их изготовления.
11. КИСЛОРОДНЫЙ БАЛАНС
И РЕАКЦИИ ПРЕВРАЩЕНИЯ ВВ
Рецептуры ВВ составляют с таким расчетом, чтобы при реакции
взрыва образовывались в основном пары воды, азот и углекислый газ,
т.е. газообразные продукты наименее опасные для человека. Когда в
составе ВВ наблюдается недостаток или избыток кислорода по
сравнению с необходимым его количеством, при взрыве образуются
соответственно ядовитые окись углерода и окислы азота. Образование
ядовитых газов зависит также от полноты детонации заряда, что, в
свою очередь, определяется правильностью заряжания и выбранными
размерами заряда.
Отравляющее действие окиси углерода СО (угарного газа)
объясняется его способностью образовывать при вдыхании прочные
соединения с красными кровяными тельцами, являющимися
переносчиками кислорода из легких к тканям, вследствие чего
человеческий организм начинает испытывать кислородное голодание,
и при больших концентрациях в крови (СО> 1%) быстро наступает
смерть.
Окислы азота NO, NO
при вдыхании образуют в легких
2
азотную и азотистую кислоты, действие которых приводит к отеку
легких и смерти. Особую опасность окислы азота представляют из-за
того, что они накапливаются в организме. Поэтому по своему
токсическому действию они считаются в 6,5 раз более ядовитыми, чем
окись углерода.
Кислородный баланс характеризуется отношением избытка или
недостатка кислорода в составе ВВ к его количеству, необходимому
для полного окисления горючих элементов ВВ.
Кислородный баланс наиболее просто определяется
отношением грамм-атомной массы избытка или недостатка кислорода
к грамм-молекулярной массе ВВ.
Различают нулевой, положительный и отрицательный
кислородный балансы.
75
Кислородный баланс считается нулевым, если в составе ВВ
%,10016
)2/2(⋅⋅+−
=
M
вad
KБ
содержится количество кислорода, необходимое для полного окисления
горючих компонентов. Если в составе ВВ не хватает кислорода для
полного окисления горючих элементов, то такое ВВ имеет
отрицательный, а при избытке кислорода – положительный кислородный
баланс.
При взрыве ВВ с нулевым кислородным балансом образуется
минимальное количество ядовитых газов и выделяется максимальное
количество энергии. При недостатке кислорода образуется ядовитая
окись углерода. Образование этого соединения идет с меньшим
выделением тепла (27,17 ккал/к⋅моль), чем при образовании двуокиси
углерода (94,5 ккал/к⋅моль). При избытке кислорода последний
образует с азотом весьма ядовитые окислы. Реакции образования
окислов азота эндотермичны, т.е. протекают с поглощением тепла.
Таким образом, и в этом случае количество тепла, выделившееся при
взрыве единицы массы взрывчатого вещества, будет меньше, чем при
нулевом кислородном балансе.
Если ВВ имеет элементарный состав С
аНвNcOd
, то кислородный
баланс можно выразить в процентах избытка или недостатка
кислорода для полного окисления горючих элементов (углерода
и водорода) в молекуле ВВ. Углерода до СО
углерода требуется два атома кислорода, а водорода до Н
, т.е. на один атом
2
О – на один
2
атом водорода требуется 1/2 атома кислорода
(1)
где 16 – атомная масса кислорода; М – молекулярная масса ВВ.
Для взрывчатых смесей расчет можно вести на один килограмм,
тогда в числитель дроби войдет количество грамм-молей соответствующих элементов, содержащихся в 1 кг смесевого ВВ,
а в знаменатель – 1000 вместо М.
Пример 1. Определить кислородный баланс нитроглицерина,
формула которого C
(ONO2)3.
3H5
Для полного окисления 3 атомов углерода (в углекислоту СО
требуется 6 атомов кислорода, а для окисления 5 атомов водорода
(в воду Н
О) – 2,5 атома кислорода, всего 8,5 атомов кислорода.
2
В нитроглицерине содержится 9 атомов кислорода, т.е. имеется
76
)
2
избыток кислорода (0,5 атома), значит, кислородный баланс
%52,310016
227
)5,26(9
=⋅⋅
+−
=KБ
%2010016
80
)
2
4
0(3
=⋅⋅
+−
=KБ
%7410016
227
)
2
5
72(6
−=⋅⋅
+⋅−
=KБ
положительный.
Грамм-атомная масса избытка 0,5 атома кислорода равна
0,5⋅16=8, а грамм-молекулярная масса нитроглицерина – 227. Таким
образом, кислородный баланс нитроглицерина
.
Пример 2. Определить кислородный баланс аммиачной селитры,
формула которого NH
4NO3
.
Атомов углерода в соединении нет, а для окисления 4 атомов
водорода (в воду Н
О) необходимо 2 атома кислорода. В аммиачной
2
селитре содержится 3 атома кислорода, т.е. имеется избыток
кислорода (1 атом), значит, кислородный баланс положительный.
Грамм-атомная масса избытка 1 атома кислорода равна 1⋅16=16,
а грамм-молекулярная масса аммиачной селитры – 80. Таким образом,
кислородный баланс аммиачной селитры равен
.
Пример 3. Определить кислородный баланс тротила (ТНТ),
формула которого C
Для полного окисления 7 атомов углерода (в углекислоту СО
7H5
(NO2)3.
)
2
требуется 14 атомов кислорода, а для окисления 5 атомов водорода
(в воду Н
О) – 2,5 атома кислорода, всего 16,5 атомов кислорода.
2
В тротиле содержится 6 атомов кислорода, т.е. недостаток кислорода
(10,5 атомов), значит, кислородный баланс отрицательный.
Грамм-атомная масса недостатка10,5 атомов кислорода равна
10,5⋅16=168, а грамм-молекулярная масса тротила – 227. Таким
образом, кислородный баланс тротила равен
77
Пример 4. Определить кислородный баланс алюминия, формула
%8910016
27
5,10
−=⋅⋅
−
=KБ
Химическая
Атомная
Кислород-
Теплота
ккал/г⋅моль
Химические соединения
Алюминий
Al
27
-89
-
Аммиачная селитра
NH4NO
3
80
+20
84,75
Бумага (оболочка
патронов) - - -130 -
Гексоген
C3H6N6O
6
222
-21,6
-20,86
Гремучая ртуть
Hg(CNO)
2
284
-11,3
-65,3
Динитрогликоль
152 0 55,75
Динитронафталин
C10H6(ONO2)2
218
-139,4
-9,4
Калиевая селитра
KNO
3
101
+30,6
116,95
Калия хлорат
KclO3
122,6
+39,2
93,2
которого Al.
Алюминии окисляется до Al
. Для полного окисления 2
2O3
атомов алюминия требуется 3 атома кислорода, а для одного атома –
1,5 атома кислорода. Таким образом, кислородный баланс алюминия
равен
Расчет кислородного баланса ВВ, представляющего собой смесь
нескольких химических соединений (КБ
), производится
см
суммирова-нием произведения доли каждого компонента на его
кислородный баланс:
⋅
КБ
= А
⋅
КБ
+ В
⋅
КБ
К
см
а
+ …+ I
в
⋅
КБi, (2)
где K = A + B + … + I, если расчёт ведется в долях, то К=1, если в %,
то К=100; A, B, …, I – доля каждого компонента, %; КБ
, КБв, …, КБi –
а
кислородный баланс каждого компонента.
Зная кислородный баланс исходных компонентов (табл. 25),
можно составить смесевое ВВ с любым кислородным балансом.
Таблица 25
Кислородный баланс некоторых ВВ и их компонентов
Вещество
формула
или
молекуляр-
ная масса
78
ный баланс,
%
образования
при
постоянном
объеме,
Продолжение таблицы 25
Химическая
Атомная
Кислород-
Теплота
образования
ккал/г⋅моль
Калия перхлорат
KclO4
138,5
+46,2
104,5
Керосин - -
-343
-
Клетчатка
C6H10O
5
162
-118,5
230,3
Минеральное масло
-
-
-346
-
Магний
Mg
25.3
-65,8
-
Мука злаков
C15H25O11
381
-132
-
Мука древесная
C15H22O10
362
-137
4690
*
Натриевая селитра
NaNO
3
85
+47
11,72
Натрия хлорат
NaClО
3
106,5
+45
83,6
Натрия перхлорат
NаClO
4
122,5
+52,2
93,0
Нитроглицерин
C3H5(ONO2)3
222
+3,5
83,71
Нитроклетчатка
(коллоидная)
C24H31NgO38
1105,3
-38,7
661,9
Нитроклетчатка
(пироксилин)
C24H29N11O42
1143
-28,6
570,7
Парафин (твердый)
C24H
50
338,5
-346
11190
*
Пикриновая кислота
C6H2(NO2)3OH
229
-45,4
54,4
Тетранитрометан
C(NO2)
4
196
+49
-8,4
C6H2(NO2)4NC
H
3
Тротил
C7H5(NO2)3
227
-74
17,5
ТЭН
C5H8(ONO2)4
316
-10,1
122,41
Углерод (аморфный)
C
12
-266,7
8130
*
Вода (пар)
H2O
18 - 57,8
Окись алюминия
Al2O
3
102 - 98,1
Окись кальция
CaO
56 - 150,8
Окись азота
NO
30 - 22,6
Окись углерода (газ)
CO
28 - 27,17
Углекислота (газ)
CO2 44 - 94,51
Целлюлоза
C10H6O
6
162 - 226
Взрывчатые смеси
Аммонит № 6-ЖВ
-
-
-0,64
-
Аммонит № 7-ЖВ
-
-
+0,2
-
Аммонит АП-5-ЖВ
-
-
+0,37
-
Тетрил
Вещество
формула
или
молекуляр-
ный
баланс, %
ная масса
287 -47,4 -9,91
при
постоянном
объеме,
79
Окончание таблицы 25
Химическая
Атомная
Кислород-
Теплота
образования
ккал/г⋅моль
62%-ный
динамит
Аммонит ПЖВ-20
-
-
+0,72
-
Аммонит № 9-ЖВ
-
-
+2,9
-
Аммонит № 10-ЖВ
-
-
+1,5
-
Вещество
труднозамерзающий
__________
*
Примечание: теплота сгорания вещества, кал/г.
формула
-
или
молекуляр-
ная масса
-
ный
баланс, %
+0,3
12. ПРИМЕРЫ СОСТАВЛЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ СМЕСЕЙ
Расчет смесей очень прост и производится следующим образом.
Пример 5. Приготовить смесь с нулевым кислородным балансом
из тротила и аммиачной селитры.
Решение. Сначала вычисляем кислородный баланс компонентов
по уравнению 1 или можем определить из таблицы 25.
КБ
= -74%, КБАС = 20%.
ТНТ
Расчет будем вести в %, а значит,
при
постоянном
объеме,
-
Обозначим через А долю АС и через В долю тротила в смеси, и
если А + В = 100, то А = 100 – В.
Подставив исходные данные в формулу, получим
Следовательно, для приготовления смеси необходимо взять 21%
тротила и 79% аммиачной селитры.
100
⋅
КБ
= А
⋅
КБ
см
+ В⋅ КБ
АС
ТНТ
,
0 = (100 – В) · 20 – 74 · В = 2000 – 20 · В – 74 · В
94 · В = 2000; В = 21,3 ≈ 21%.
100 – 21 = 79%.
80