Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Смесевые энергонасыщенные материалы. Учебное пособие
.pdf
6. АММИАЧНО-СЕЛИТРЯНЫЕ СПВВ
АСПВВ называются смесевые вещества на основе окислителя, роль которого выполняет аммиачная селитра [2–4, 6–8, 21]. Горючими компонентами таких смесей могут служить самые разнообразные по физико-химическим свойствам продукты, если они удовлетворяют требованиям химической устойчивости, энергетики и экономики. Благодаря практически неограниченной номенклатуре горючих и относительно низкой стоимости окислителя АСПВВ являются наиболее доступными и дешевыми. Смесевой характер таких веществ позволяет широко изменять их взрывчатые и физико-химические показатели.
Такие изменения можно осуществить:
– изменением содержания аммиачной селитры или заменой части ее другими окислителями;
– изменением содержания или природы горючего компонента;
– применением нескольких горючих в рецептуре одной смеси;
– введением активных или пассивных добавок;
– изменением размеров частиц компонентов смеси;
– изменением технологии изготовления СПВВ.
Возможность гибкого изменения взрывчатых свойств и доступность СПВВ
на основе аммиачной селитры послужили причиной их широкого распространения в промышленности.
Современные взрывчатые смеси на основе аммиачной селитры как правило многокомпонентны. Кроме основного горючего они обычно содержат добавки, обеспечивающие определенные свойства. Эти добавки могут быть горючими, окисляющими или инертными.
Потребность промышленности в дешевых и разнообразнейших по взрывчатым и физико-химическим свойствам ВВ явилась причиной создания огромного числа смесевых композиций, отличающихся природой и соотношением
компонентов, величиной их частиц, технологией изготовления. Каждая из композиций предназначена для конкретных взрывных работ и строгую классификацию всего массива можно провести только по области и условиям их безопасного применения. Однако, как уже отмечалось, отнесение СПВВ к какомуто из семи классов почти не дает информации о его составе и обусловленными
им свойствах, особенностях приготовления и т.д. Поэтому выделение обособленных групп СПВВ для системного знакомства с составами композиций приходится проводить по разным критериям. Прежде всего удобно разделить
АСПВВ на сухие и водосодержащие. Под сухими понимаются смеси, составленные из компонентов, чья влажность измеряется долями процента. Водосодержащие составы содержат влагу как специальный компонент и ее количество
может достигать 25–30 %. Дальнейшее подразделение производится по величи-
41
не частиц компонентов смеси. Сухие СПВВ подразделяются на порошкообразные и крупнодисперсные (гранулированные) с величиной частиц 2–5 мм. К недостатку сухих АСПВВ следует отнести их малую физическую стойкость.
Вследствие гигроскопичности аммиачной селитры смеси на ее основе быстро
увлажняются, слеживаются и уплотняются. Это приводит к постепенной утрате
их детонационных качеств, показателей взрыва и ограничивает сроки гарантийного хранения 6–12 месяцами. Однако поскольку в промышленной взрывной технике не требуется создания значительных запасов СПВВ, кратковременность хранения АСПВВ не препятствует их использованию.
6.1. СУХИЕ ПОРОШКООБРАЗНЫЕ АСПВВ
Сухие порошкообразные композиции – наиболее старая и многочисленная
группа СПВВ. Она включает составы для ведения практически любых взрывных работ. Внутри группы можно выделить два типа ВВ, обособленных природой горючих компонентов: АСПВВ с взрывчатым и невзрывчатым горючим.
Такое подразделение соответствует и особенностям технологии их изготовления. АСПВВ с взрывчатым горючим в свою очередь делятся на предохранительные и непредохранительные. Предохранительные составы вследствие
их особенностей будут рассмотрены отдельно. К непредохранительным
АСПВВ относятся аммониты, аммоналы, детониты, динамиты. К составам с невзрывчатым горючим относятся динамоны.
Основной особенностью порошкообразных АСПВВ является их тонкодисперсная структура, благодаря чему достигается более равномерное, чем у гранулированных, распределение компонентов в смеси. Такая структура обусловливает более высокую детонационную способность, что выражается в меньшем
значении величин dкр и dпр. Устойчивая детонация большинства из них возбуждается от КД и ДШ.
6.1.1. Аммониты
Термин «аммониты» использовался в отечественной литературе как общее
название всех АСПВВ. В последнее время он обозначает только один из типов
сухих порошкообразных АСПВВ, отличающихся от других тем, что в качестве
основного горючего здесь используется тротил. Другие взрывчатые горючие
класса нитропроизводных ароматического ряда (динитротолуол, тиринитроксилолы, динитробензол и т.п.) сейчас в промышленных составах не используются.
Марки компонентов обозначаются цифрами или цифровыми и буквенными сочетаниями, которые не дают непосредственной информации об их составах.
Например, аммонит № 6, аммонит В-3. В конце обозначения марки аммонита,
приготовленного из гидрофобных селитр, проставляется обозначение гидро-
42
фобной добавки: ЖВ – железных солей жирных кислот, ЖВФ – смеси солей
Состав, %
№ 6ЖВ
№ 7ЖВ
№ 9
№ 10ЖВ
В-3
Селитра аммиачная
водостойкая
неводостойкая
79
-
81,5
-
-
87
85
-
-
82
Тротил
21
16 5 8
16,5
Мука древесная
-
2,5 8 7
-
Парафин - - - -
0,5
Асфальтит
- - - - 1,0
жирных кислот и фуксина, К – красителей (табл. 6.1).
1
Аммониты
Простейшие по составу аммониты двухкомпонентны, как например распространенный аммонит № 6ЖВ. Более сложные композиции содержат добавки. Из них наиболее употребительны древесная мука и продукты нефтяного
происхождения – асфальтит, парафин. Древесная мука разрыхляет состав, препятствует его уплотнению, в какой-то степени замедляет сорбцию воды селитрой. Асфальтит и парафин (типичные вещества гидрофобного характера) вводятся для защиты композиции от увлажнения.
Аммониты относительно безопасны в обращении. Они практически нечувствительны к трению, чувствительность к удару для разных марок составляет
10–35 %. Низка также чувствительность к огневому импульсу. Аммониты не
воспламеняются от огнепроводного шнура. Зажженные от более мощных источников огня, спокойно сгорают в открытом объеме без взрыва, в замкнутом
пространстве возможен переход горения в детонацию. По детонационной способности и восприимчивости к детонационному импульсу аммониты сравнимы
с индивидуальными ВВ типа тротила. Они надежно инициируются КД № 8,
имеют в пределах рабочих плотностей dкр 10–20 мм. Увлажнение и уплотнение
флегматизирует их и ухудшает детонационные показатели. Так, расстояние передачи детонации между патронами аммонита № 6ЖВ после часовой выдержки
их в воде уменьшается почти вдвое.
Выпускаются аммониты россыпью, т.е. упакованными по 15–45 кг при насыпной плотности в бумажные мешки с полиэтиленовым вкладышем, или
в патронированном виде. В последнем случае аммонит помещен при небольшом уплотнении в бумажные гильзы. Стандартные диаметры патронов 24, 28,
32, 36 мм. Масса патрона 150–300 г. Для влагоизоляции поверхность снаряженного патрона покрывается парафином или более эластичной смесью его с петролатумом. Плотность аммонита в патронах 0,95–1,15 г/см3.
Существование прямой зависимости критической плотности СПВВ
от диаметра заряда позволяет при изготовлении зарядов больших диаметров
прибегать к активному уплотнению. Так, заряды из аммонита В-3 диаметром
43
150–310 мм изготавливались с плотностью 1,3 г/см3 шнекованием. Увеличение
плотности приводило не только к съему большего количества энергии с единицы заряженного объема, но и к повышению водоустойчивости аммонита. Однако подобное уплотнение для аммонитов не типично.
Низкие значения критической плотности (1,3–1,4 г/см3) – один из основных недостатков аммонитов с тротилом. Увлажняясь через дефекты влагоизолирующих покрытий, они слеживаются. В ряде случаев это приводит к обрыву
детонации, переходу ее в горение, полной потере чувствительности к КД.
В связи с этим рекомендуется, особенно к концу гарантийного срока хранения,
разминать перед использованием СПВВ в мешках и патронах для восстановления порошкообразной структуры и уменьшения плотности.
Все приведенные в табл. 6.1 аммониты относятся к ВВ средней мощности.
Аммониты № 9 и № 10ЖВ, чей КБ превышает нулевой, являются СПВВ первого класса и предназначаются только для открытых работ. Небольшое содержание в них тротила обусловливает невысокие взрывчатые показатели, но это
снижает и сырьевые затраты при их производстве. В связи с наличием разрыхляющей добавки, у них низка склонность к переуплотнению. Остальные аммониты имеют КБ близкий к нулю, допущены для работ в подземных условиях, не
опасных по газу и пыли, обладают лучшей детонационной способностью и дают более высокие показатели взрыва. Большое количество гидрофобного
взрывчатого горючего, применение селитры марки ЖВ или добавок нефтяного
происхождения делает их достаточно водостойкими и позволяет применять в
обводненных шпурах.
Наибольшее распространение из приведенных составов имеет аммонит
№ 6ЖВ. По показателям взрыва и детонационным качествам он близок к тротилу, но почти вдвое дешевле. Технология его получения относительно проста.
Выпускается он россыпью и в патронах диаметром 32 мм массой 200–300 г. Во
влагоизолированных патронах он практически не слеживается. Непатронированный аммонит применяется, в основном, на открытых работах; патронированный – для снаряжения шпуров и в виде накладных зарядов. Хорошая восприимчивость к средствам инициирования позволяет широко использовать его
патроны в качестве промежуточных зарядов-боевиков для подрыва малочувствительных гранулированных и водосодержащих СПВВ.
6.1.2. Скальные аммониты
В значительно меньших количествах, чем аммониты на основе тротила,
производятся порошкообразные АСПВВ, где основным горючим служит мощное индивидуальное ВВ – гексоген. Такие СПВВ, имея повышенную мощность,
предназначены для ведения взрывных работ по твердым (скальным) породам и
названы скальными аммонитами (табл. 6.2).
44
2
Состав, %
СК-2ЖВ
СК-1ЖВ
Селитра аммиачная водостойкая
60
66
Гексоген
35
24
Тротил
5
5
Алюминиевая пудра
-
5
Скальные аммониты
Ранее отмечалось, что при детонации смесей аммиачной селитры со столь
активными ВВ, как гексоген, при содержании последнего более 10–12 % обязательно должны иметь место значительные химические потери энергии из-за
растягивания зоны химических превращений в детонационной волне.
Для сужения ее необходимо наличие в подобных смесевых композициях «буферной» добавки – веществ с промежуточной между селитрой и гексогеном активностью. Такой добавкой в скальных аммонитах служит тротил.
Для уменьшения расхода наиболее дорогостоящего компонента без снижения показателей взрыва в составе скального аммонита № 1ЖВ часть гексогена заменена алюминием. Такая замена повлекла уменьшение объема газов,
но при этом возросли теплота и температура взрыва, что положительно сказалось на величинах идеальной работы и работоспособности. Вводится алюминий
в аммонит в виде тонкодисперсной пудры. Большое содержание гексогена обусловливает и высокие детонационные качества скальных аммонитов. Их заряды
можно формировать прессованием при плотности 1,5–1,6 г/см3. Такие заряды
весьма водостойки и могут использоваться при любой степени обводненности
забоев, включая и проточную воду.
Серьезным недостатком скальных аммонитов является высокая чувствительность. Например, чувствительность СК-1ЖВ к удару составляет 40–60 %,
он детонирует от взрыва 50 граммовой шашки тротила, находящейся на расстоянии 15 см от заряда, легко взрывается от трения.
Высокая чувствительность совместно со способностью к пылению повлекли запрет на применение скальных аммонитов россыпью. Выпускаются они
только в насыпных или прессованных патронах. Последние состоят из двух
прессованных шашек, массой 125–200 г каждая, уложенных в бумажную гильзу
с влагоизолирующим покрытием. В одной из шашек выполняется при прессовании гнездо под КД.
Прессованные и свободнонасыпные патроны используются, в основном,
для проходческих работ по крепким породам. Применяются они также как промежуточные заряды-боевики для подрыва малочувствительных к детонационному импульсу СПВВ.
Стоимость скальных аммонитов превышает в 3–4 раза стоимость аммонитов без гексогена.
45
6.1.3. Аммоналы
4 3 2 3 2 2
NH NO 2Al Al O N 2H
4 3 2 3 2 2
3NH NO 2Al Al O 6H O+3N
Состав, %
ВА-2
ВА-4
Скальный
№ 3
Селитра аммиачная
водостойкая
неводостойкая
-
80,3
80,5
-
72
-
Алюминиевая пудра
4
4,5
8
Тротил
15
15
5
Гексоген - -
15
Стеарат кальция
0,7 - -
Термин «аммоналы» первоначально означал порошкообразные двухкомпонентные смеси аммиачной селитры с алюминием. Позднее его значение распространилось на поликомпонентные системы, где содержатся взрывчатые
и невзрывчатые горючие.
Наиболее высокими энергетическими показателями характеризуются
двухкомпонентные смеси. Стехиометрическая смесь, содержащая 40 % алюминия и рассчитанная на полное использование кислорода на окисление алюминия по реакции:
выделяет при взрыве 9750 кДж/кг. При содержании 18,6 % алюминия в продуктах взрыва содержатся пары воды:
В этом случае выделяется 6700 кДж/кг.
Двухкомпонентные аммоналы из-за большого тепловыделения и высокой
температуры взрыва превосходят по работоспособности многие индивидуальные и СПВВ. Однако в настоящее время они не применяются, так как малочувствительны к детонации, имеют большой критический диаметр, быстро слеживаясь и уплотняясь, переходят в недетонационноспособное состояние даже после кратковременного хранения. Немаловажна и высокая стоимость алюминиевых порошков и пудр, которые в 2,5–3 раза дороже тротила, что делает нецелесообразным использование смесей с высоким содержанием алюминия по экономическим соображениям.
Современные аммоналы содержат 4–10 % алюминия, как добавки к взрывчатым горючим – тротилу и гексогену (табл. 6.3).
3
Аммоналы
Такая добавка алюминия на 400–1200 кДж/кг увеличивает теплоту взрыва
и, как следствие, улучшает детонационные качества, повышает показатели
взрыва. На чувствительность композиций к механическим воздействиям добавка алюминия существенного влияния не оказывает. Вводится алюминий в виде
46
мелкодисперсных пудр и при хорошем распределении по массе полностью
окисляется в детонационной волне без заметных химических потерь энергии.
Практически незаметно влияние алюминия и на химическую стойкость содержащих его смесей с селитрой. В сухих смесях окисление алюминия селитрой
при хранении протекает весьма медленно из-за незначительного количества
азотной кислоты всегда содержащейся в нитрате аммония. При увлажнении это
количество увеличивается, но оксидная пленка на частицах алюминия совместно с добавками парафина и стеарина, введенными в пудру в процессе ее изготовления, успешно противостоят кислой среде.
Выпускаются аммоналы преимущественно в насыпных патронах. Хорошая
детонационная способность составов с гексогеном (скальный № 3) позволяет
применять их в патронах малых диаметров (24–28 мм). Для аммоналов без гексогена техническими условиями предусмотрены диаметры патронов до 120 мм.
Все аммоналы, приведенные в табл. 6.3, – ВВ II класса, допущены для открытых и подземных работ в шахтах, не опасных по газу и пыли, рекомендованы для взрывания крепких обводненных пород. Скальный аммонал № 3 пригоден для заряжания шпуров с проточной водой.
6.1.4. Нитроглицеринсодержащие АСПВВ
В 1866 году Нобель обратил внимание на способность кизельгура (инфузорной земли) впитывать значительные количества нитроглицерина. Добавление всего 25 % этого пористого минерального вещества к жидкому нитроглицерину давало полупластичную, похожую на мокрый песок массу, много более
безопасную и удобную в обращении, чем нитроглицерин. Полученная взрывчатая смесь была названа динамитом.
Создание динамита открыла возможность использовать нитроглицерин во
взрывном деле. Но эксплуатация динамитов с химически инертным поглотителем вскрыла слабые стороны этой смеси. Введение в нитроглицерин инертного
оксида кремния ослабило мощностные показатели, масса при хранении расслаивалась, нитроэфир испарялся и эксудировал на поверхность упаковки, в
холодное время он затвердевал, что влекло повышение чувствительности и
опасности в обращении. Попытки заменить кизельгур древесной мукой, углем и
т.п. желаемых результатов не дали. Возросла лишь мощность. Физическая
стойкость и токсичность таких динамитов осталась на прежнем уровне.
В дальнейшем удалось отвердить нитроглицерин добавками 8–10 % нитроцеллюлозы. Полученный почти твердый раствор (гремучий студень) по всем
мощностным показателям и удобству в обращении превосходил первые динамиты и быстро получил широкое распространение. Позднее появились смесевые композиции из желатинизированного нитроцеллюлозой нитроглицерина
и пористых органических добавок – древесной муки, угля. Все эти смеси явля-
47
лись мощными БВВ и название «динамиты» стало собирательным для всех
Состав, %
6А
10А
15А-10
М
Селитра аммиачная водостойкая
77
76
74
78
Тротил
11 8 -
-
Алюминиевая пудра
5,3
5,2
10
10,7
Смесь жидких нитроэфиров
6
10
14,7
10
Хлопок коллоидный
-
0,1
0,3
0,3
Стеарат кальция или цинка
0,7
0,7
1,0
1,0
Сода кальцинированная (сверх 100 %)
0,15
0,15
0,15
0,15
Масло машинное (сверх 100 %)
- - -
0,2
нитроглицериновых ВВ, содержащих нитроглицерин, как преобладающую составную часть. В этих составах нитроглицерин выступал и в роли основного
взрывчатого компонента, и в роли окислителя горючих, загущающих и поглощающих добавок.
Со временем составы динамитов изменились. В них стали вводиться значительные количества разнообразных горючих компонентов, калиевая или аммониевая селитры для окисления этих горючих, нитроглицерин заменился более
безопасной его смесью с динитратом диэтиленгликоля и содержание последней
понизилось в некоторых рецептурах до 35–40 %. В итоге нитроглицерин утратил
роль основного окислителя композиции, передав ее селитрам. Все это позволяет
констатировать, что нитроглицериновых СПВВ в буквальном значении термина
сейчас не существует, а есть группа нитроглицеринсодержащих СПВВ.
Современные нитроглицеринсодержащие СПВВ подразделяют на две
группы: динамиты и детониты. Различаются они содержанием жидких нитроэфиров.
Динамитами называют смесевые композиции, содержащие наряду с селитрами 20–30 % нитроэфиров. Сложность в обращении и приготовлении динамитов,
а также их высокая стоимость, привели к ограничению их производства, а затем и
к полному запрету применения на взрывных работах в нашей стране.
Детониты – СПВВ на основе аммиачной селитры, содержащие до 10–
15 % нитроэфиров. Основным горючим служит тротил, а в некоторых марках
алюминий (табл. 6.4).
4
Детониты
Детониты удобно рассматривать как аммоналы, сенсибилизированные
жидкими нитроэфирами. Основное назначение нитроэфиров – улучшить детонационные качества смеси. Некоторые марки детонитов не содержат коллоидного хлопка. В этих составах, где содержание нитроэфиров мало, их экссудация
и стекание замедляются из-за растворения в нитроэфирах части тротила. Большинство марок детонитов содержат стеараты кальция или цинка. Эта добавка
совместно с нитроэфирами существенно снижает гигроскопичность составов
48
и увеличивает их водостойкость. Кальцинированная сода нейтрализует кислоту, выделяющуюся при разложении аммиачной селитры.
Детониты – малопылящие, жирные на ощупь порошки, более крупнодисперсные, чем аммониты и аммоналы. Имеют повышенную чувствительность к
механическим и тепловым воздействиям. Обладают всеми недостатками характерными для динамитов, но в менее выраженной степени. Из-за повышенной
опасности в обращении выпускаются при небольшом уплотнении только в патронированном виде. Относятся к II классу опасности и предназначаются для
работ по крепким породам в обводненных забоях на подземных работах при
взрывании шпуровыми зарядами.
6.1.5. Динамоны
В течение всего периода изготовления и использования АСПВВ актуальной задачей являлось снижение их стоимости и опасности в обращении при сохранении на достаточном уровне взрывчатых показателей. Анализ производственных затрат на изготовление СПВВ с взрывчатым горючим показывает, что
75–80 % от себестоимости продукции составляют расходы на сырье, а из этой
величины до 60–80 % приходится на стоимость горючих компонентов.
Динамоны это смеси аммиачной селитры с невзрывчатыми горючими, такими как керосин, нефть, масло, торф, древесная мука, солома, жмыхи, древесный уголь, металлы, минералы. Их достоинством является дешевизна.
Взрывчатые свойства динамонов в значительно большей степени, чем аммонитов зависят от влажности и степени измельчения твердых компонентов.
Но свойства целлюлозосодержащих горючих таковы, что их полное освобождение от влаги и тонкое измельчение затруднительны. Твердые горючие, такие
как угли, металлы, минералы, легко освобождаются от влаги и прекрасно измельчаются. Но они совершенно не снижают, а часто даже увеличивают скорость увлажнения. Жидкие горючие нефтяного происхождения склонны к испарению и расслоению. В связи с отмеченными недостатками динамонов они
в настоящее время не производятся.
6.1.6. Общая оценка порошкообразных СПВВ
Порошкообразные СПВВ с различными горючими материалами обладают
хорошими детонационными качествами, перекрывают весь диапазон требуемых потребителями показателей взрыва. Поэтому они долгие годы были основным видом взрывчатых материалов, используемых на взрывных работах. Однако рост масштабов этих работ заставил обратить особое внимание на ряд
свойств промышленных ВВ, не имеющих ранее принципиального значения –
сыпучесть, пыление, водостойкость. Сыпучесть и пыление определяют возможность механизации работ по снаряжению зарядных полостей больших объемов; водостойкость – использование СПВВ в обводненных условиях.
49
Сыпучесть мелкодисперсных порошков мала, что затрудняет применение
механических зарядных устройств. Малоприменимы и пневмотранспортные
системы, так как это влечет образование пыли, расслаивание массы и отдув
наиболее мелких частиц.
Непатронированные порошки, даже если они содержат гидрофобные добавки, совершенно непригодны для снаряжения обводненных полостей. Они
плохо тонут, селитра быстро растворяется, СПВВ полностью теряет свои качества. Патронированные заряды обладают определенной водоустойчивостью.
Благодаря большой плотности и гидрофобному покрытию оболочки патрона
они могут 1–2 часа находиться под водой без существенного изменения взрывчатых показателей. Однако такая водоустойчивость патронов недостаточна и
кроме того, патронированные СПВВ ~ в 1,5 раза дороже тех же марок, упакованных россыпью. Поэтому применение патронов для снаряжения скважин
большого диаметра и камер не выгодно.
Указанные причины ограничили использование порошкообразных СПВВ
случаями, когда взрывные работы ведутся способами шпуровых зарядов.
На более масштабных взрывных работах они заменяются крупнодисперсными
(гранулированными) составами.
6.2. СУХИЕ КРУПНОДИСПЕРСНЫЕ СПВВ
В связи с распространением открытых способов добычи полезных ископаемых началось возрастание объемов взрывных работ. Это повлекло изменение методов их проведения. Шпуровые способы, при которых заряды ВВ помещались в выбуренные в породе отверстия диаметром до 50 мм, все больше
заменялись скважинными, где диаметр достигал 300–500 мм, а загрузка ВВ
в одну скважину – несколько тонн. Вместе с тем росло число единовременно
подрываемых зарядов и, как следствие, затраты труда на комплекс работ по заполнению скважин взрывчатыми материалами. Эти затраты, даже при некоторой механизации отдельных этапов работ, превышали в 1,5–2 раза стоимость
расходуемых ВВ. Одним из путей снижения трудозатрат при взрывных работах
является бестарное заряжание и комплексная механизация, охватывающая все
операции с ВВ на пути его от базисного склада до подрыва. Это становится
возможным только при наличии у самого ВВ определенных физических
свойств. Главным из таких свойств является наличие для твердых СПВВ сыпучести. Ни один из ранее рассмотренных порошкообразных составов этими качествами в достаточной мере не обладает.
Задача создания сыпучих СПВВ для бестарного заряжания скважин усложнялась еще одним обстоятельством. Большое число скважин выбуривается
в грунтах с высоким уровнем стояния почвенных вод. Заряжание таких обводненных скважин может производиться только ВВ, способными находиться ка-
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]