Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология и безопасность взрывных работ. Учебник
.pdf
При ударе о нее бойка происходит взрыв пороха в патроне и выстрел.
Известно, что для возбуждения взрыва одних ВВ достаточно
слабого воздействия, для других ВВ требуются более сильные
воздействия. Например, йодистый азот (I
N) очень чувствите-
3
лен к механическим воздействиям и взрывается от самого легкого к нему прикосновения, образуя розовато-фиолетовое облако паров йода. Тротил же менее чувствительное ВВ, и для его
взрыва требуется детонатор.
Таким образом, различные ВВ обладают разной чувствительностью к внешним воздействиям.
Чувствительностью называется способность ВВ реагировать на внешние воздействия возникновением в веществе взрывчатого превращения.
Чем меньшее воздействие необходимо для возбуждения в веществе его взрывчатого превращения, тем больше его чувствительность. Поэтому чувствительность ВВ к внешним воздействиям характеризуют минимальной величиной начального импульса
необходимой для возбуждения взрывного превращения ВВ.
В процессе производства взрывных работ – при транспортировке и заряжании взрывчатые вещества могут подвергаться
механическим (толчки, удары, трение) и тепловым (нагревание, зажигание) воздействиям. Поэтому в горной промышленности используются взрывчатые вещества, обладающие низкой
чувствительностью к нагреву, удару, трению и не взрывающиеся от зажигания. Последнее обстоятельство снижает опасность
взрыва при случайном воспламенении или пожаре.
Низкая чувствительность ВВ не служит препятствием к инициированию взрыва при их применении, так как детонацию заряда вызывают с помощью детонатора. Так
как детонатор может
быть введен во взрывчатое вещество только намеренно, то нет
опасности случайного взрыва, а механические воздействия, которым ВВ подвергается в процессе перевозки и зарядки, значительно слабее, чем действие детонатора, и к взрыву не приводят.
Если чувствительность ВВ не должна быть слишком большой
из-за опасности их производства и применения, то она не должна быть и слишком малой. В практических условиях возможны
изменения ВВ, сопровождающиеся снижением их чувствитель-
151
ности, например в случае слеживания или увлажнения. Поэтому
необходимо, чтобы взрывчатое вещество обладало известным запасом чувствительности и взрывалось бы от стандартного инициатора даже и при этих неблагоприятных изменениях.
Таким образом, иногда возникает необходимость понижать
чувствительность – флегматизировать ВВ или повышать чувствительность – сенсибилизировать ВВ. Так, в качестве флегматизатора используются вазелин, парафин, тальк, различные
масла и другие примеси, а роль сенсибилизатора могут выполнять газогенерирующие добавки, полые микросферы, алюминиевая пудра.
Условия, необходимые для возникновения взрывчатого
превращения. Молекулы всех веществ находятся в постоянном
движении или колебании, тем более интенсивном, чем выше
температура. При движении происходит столкновение молекул. В твердых ВВ свободному движению и столкновению молекул при повышении температуры предшествует распад связей
в кристаллической решетке. Столкновения молекул являются
необходимым условием возникновения химического распада
или взаимодействия молекул вещества.
Но далеко не все движущиеся молекулы обладают энергией, достаточной для того чтобы при столкновении произошла
химическая реакция. Как показал шведский ученый Аррениус,
химическое взаимодействие молекул возможно при столкновении только активных молекул, которые обладают запасом энергии, обеспечивающим возможность протекания реакции.
Энергия единичных активных молекул, существующих даже
при низкой температуре, вследствие большого числа столкновений с неактивными молекулами рассеивается, и поэтому не может вызвать самораспространяющуюся реакцию в массе ВВ. Для
того чтобы реакция
стала возможной, необходимо увеличить
число активных молекул.
Повысить число активных молекул проще всего нагреванием вещества до более высокой температуры.
Нагревание вещества, непосредственное или путем механического воздействия, а также действием взрыва другого заряда вызывает увеличение числа реагирующих молекул в том
или ином объеме вещества до такого количества, которое обе-
152
спечивает возникновение химической реакции в ВВ и ее самораспространение.
Основные виды начального импульса. Для возбуждения
взрыва можно применять разнообразные воздействия: тепловое,
механическое, электрическое, химическое, взрывное, облучение
и т.д. Если эти начальные импульсы характеризовать по их энергии, то оказывается, что между величинами энергии в различных формах эквивалентности в отношении способности вызывать взрыв не наблюдается. Взрывчатые вещества избирательно
чувствительны к отдельным видам воздействия, например:
– черный дымный порох имеет более низкую чувствительность к тепловому воздействию (температура вспышки ≈315 °С),
чем бездымный порох (≈200 °С). Однако лучом огня черный порох воспламеняется гораздо легче, чем бездымный;
– азид свинца – Pb(N
ру вспышки (≈330 °С), чем тротил – С
– имеет более высокую температу-
3)2
(NO2)3 – (≈300 °С), но
7Н5
к трению тротил гораздо менее чувствителен, чем азид свинца;
– смесь, содержащая 60 % хлората калия (бертолетова соль) –
– и 40 % железистосинеродистого калия – K4[Fe(CN)6],
KClO
3
взрывается при падении груза 5 кг с высоты 25 см и имеет температуру вспышки ≈31 °С. Смесь из 60 % хлората калия и 40 % тиосульфита натрия – Na
– имеет меньшую чувствительность
2S2O3
к удару – взрывается при падении груза с высоты 100 см, но более чувствительна к нагреву – дает вспышку уже при 155 °С.
Это обстоятельство объясняется тем, что способность воспринимать энергию в данной ее форме различна у разных ВВ в зависимости от их физических свойств и условий, в которых производится воздействие.
Так, при нагреве нелетучего и неплавящегося ВВ вся сообщаемая ему тепловая энергия затрачивается на повышение
температуры. Если же подводить тепло к летучему ВВ, то по
достижении температуры кипения дальнейший подъем температуры приостанавливается до тех пор, пока все вещество
не превратится в пары.
В случае удара доля механической энергии, поглощаемая
веществом, может быть различна в зависимости от свойств ВВ
и условий удара. Например, при ударе по ВВ в жидком состоянии оно может просто выдавливаться в стороны без заметного
153
поглощения энергии. Кроме того, при ударе развитие вызванной им реакции происходит под давлением, что благоприятствует возникновению горения и взрыва. Этого нет при обычных условиях разогрева. В последнем случае, в свою очередь,
более благоприятны условия для развития химического самоускорения реакции, так как нагрев более продолжителен,
чем действие удара.
Таким образом, при сообщении ВВ определенного количества энергии степень поглощения ее веществом и характер ее
распределения в нем могут в сильной мере зависеть от свойств
ВВ и условий, в которых производится воздействие.
Различные виды начального импульса различаются также
тем, какую форму химического превращения ВВ они вызывают. Воспламенение от луча огня всегда первоначально вызывает горение ВВ, устойчивое или неустойчивое, которое затем может перейти в детонацию. У некоторых ВВ, примером которых
может служить азид свинца, этот переход происходит очень
быстро, так что стадию горения уловить не удается. Взрыв детонатора в противоположность воспламенению вызывает детонацию, к ней же приводит в конечном счете и действие удара,
например:
– если в тротиловой шашке возбудить реакцию взрывом
детонатора, то происходит детонация с сильным разрушительным эффектом. Если же к шашке поднести пламя, то происходит горение без заметного механического эффекта;
– если железный цилиндр плотно набить черным дымным
порохом и для возбуждения реакции
применить детонатор, то
порох взрывается и цилиндр разлетается на большое число кусков. Если же поджечь порох огнепроводным шнуром, то заряд сгорает, а цилиндр остается целым;
– при действии сильного детонатора аммиачная селитра детонирует с распадом на азот, воду и кислород с большим выделением энергии. Медленный же нагрев аммиачной селитры при
умеренных температурах приводит к спокойному ее разложению на аммиак и азотную кислоту, протекающему с поглощением тепла и не способному поэтому дать взрыв.
Итак, основными видами начального импульса являются:
– тепловой импульс (нагревание и поджигание ВВ);
154
– механический импульс (удар, накол, трение, сотрясение
и др.);
– взрывной импульс (энергия взрыва другого ВВ);
– действие на ВВ ионов, электронов, нейтронов, ядерных
осколков, ультразвука.
В 1864 г. Альфред Нобель обнаружил, что взрывчатое превращение нитроглицерина легко и более полно может быть вызвано при помощи металлической гильзы, содержащей 1…2 г
гремучей ртути.
Изобретение капсюля-детонатора открыло эпоху практического применения бризантных взрывчатых веществ.
Последующими исследованиями было установлено существование ряда других инициирующих взрывчатых веществ, обладающих лучшей инициирующей способностью, чем гремучая
ртуть. К их числу относятся некоторые неорганические азиды
и главным образом азид свинца, в значительной мере вытеснивший в качестве инициатора гремучую ртуть.
Чувствительность ВВ к действию инициатора обычно характеризуется величиной предельного инициирующего заряда.
Предельным инициирующим зарядом называется минимальный заряд инициирующего ВВ, обеспечивающий детонацию определенного количества испытуемого бризантного взрывчатого вещества. При этом произошла или нет детонация заряда
бризантного ВВ, определяют по характеру пробоя свинцовой
пластинки, на которую устанавливают заряд в специальной
капсюльной гильзе. Чем меньше предельный инициирующий
заряд, тем больше восприимчивость к детонации испытуемого
бризантного ВВ.
Некоторые данные по предельным инициирующим зарядам приведены в табл. 32.1.
Таблица 32.1
Предельные инициирующие заряды
Бризантное ВВ
Тетрил 0,29 0,025
Пикриновая кислота 0,30 0,025
Тротил 0,36 0,090
Масса предельного инициирующего заряда, г
Гремучая ртуть Азид свинца
155
Для возбуждения детонации бризантных ВВ с пониженной
восприимчивостью к детонации в настоящее время обычно
применяются промежуточные детонаторы (боевики) из более
чувствительных и мощных ВВ (тэн, гексоген, тетрил), детонация которых, в свою очередь, вызывается при помощи капсюля-детонатора (рис. 32.2).
Рис. 32.2. Устройство шашки-детонатора: 1 – волновод; 2 –
капсюль-детонатор; 3 – шашка-детонатор
Исследованием механизма возбуждения детонации при
помощи взрывного импульса занимались в Советском Союзе
А.Ф. Беляев, Ю.Б. Харитон, Петровский, Б.И. Шехтер и др.
В соответствии с гидродинамической теорией детонации и
с результатами экспериментальных исследований механизм
этот представляется следующим образом.
Пусть детонатор вплотную соприкасается с инициируемым
зарядом (рис. 32.3).
При детонации инициатора по веществу основного заряда
начнет распространяться ударная волна. Для простоты предположим, что физические свойства (плотность и сжимаемость)
обоих зарядов одинаковы. Это означает, что при переходе через границу раздела скорость волны не изменяется. Возможны следующие случаи.
1. Если начальная скорость инициирующей ударной волны
меньше или равна скорости звука в инициируемом заряде, то
возможность непосредственного возникновения детонации в заряде по ударному механизму полностью исключается.
156
Рис. 32.3. Развитие взрыва в заряде ВВ
Иллюстрацией может служить попытка непосредственно-
го возбуждения детонации в заряде тротила плотностью r
3
= 1,60 г/мм
при помощи детонатора из аммотола 90/10. Если
0
=
диаметр последнего взять близким к критическому, то скорость детонации его будет порядка 1600 м/с. При этой скорости
в тротиле не может быть непосредственно возбужден взрыв,
так как скорость звука в нем при плотности r
данным г. Г. Ремпеля) составляет c
= 1,665 г/мм3 (что соответствует плотности монокристалла,
r
0
симметричного тринитротолуола) c
≈ 1900 м/с; при плотности
0
≈ 2700…2800 м/с.
0
= 1,60 г/мм3 (по
0
Необходимо отметить, что при указанных выше условиях не
исключено воспламенение заряда под воздействием горячих продуктов детонации инициатора с переходом горения при благоприятных обстоятельствах в детонацию.
2. Если скорость инициирующей ударной волны больше
скорости звука в исходном заряде, но близка к критической
скорости D
его детонации, то возможны следующие случаи.
кр
2.1. Параметры инициирующей ударной волны при данных
условиях недостаточны для возбуждения самоускоряющейся
химической реакции в инициируемом заряде. Вследствие это-
157
го ударная волна быстро затухнет, подобно тому, как это наблюдалось бы при ее распространении по инертному веществу.
Детонация в заряде не возникнет, а произойдет лишь разброс
в значительной степени непрореагировавшего ВВ. Этот случай
соответствует отказу (кривая 1 на рис. 32.3).
2.2. При наличии благоприятных условий (достаточная
продолжительность действия инициирующей ударной волны,
соответствующие длина, диаметр и пористость заряда, наличие
оболочки) возможно воспламенение ВВ с последующим переходом горения в детонацию (кривая 2 на рис. 32.3).
3. Если скорость детонации детонатора превосходит собственную скорость детонации основного заряда, возможны следующие случаи.
3.1. Возбужденный детонатором взрыв может на значительном участке иметь скорость, превышающую собственную скорость детонации основного заряда (кривая 3 на рис. 32.3).
3.2. Возбужденный инициатором взрыв при наличии неблагоприятных условий может затухнуть (кривая 4 на рис. 32.3).
К неблагоприятным условиям относятся пониженная восприимчивость к детонации, повышенная плотность заряда,
небольшой диаметр заряда и др.
Резкое затухание процесса наступает после снижения скорости инициирующей волны до предела, соответствующего
критической скорости детонации заряда.
Опыт показывает, что если заряд обладает пониженной восприимчивостью к детонации и в нем возбуждается затухающий
взрыв, то с увеличением инициирующей способности детонатора критическая длина затухания взрыва l
увеличивается также с повышением восприимчивости за-
на l
кр
возрастает. Величи-
кр
ряда к детонации.
Таким образом, возникновению детонации всегда будет
предшествовать больший или меньший начальный участок
преддетонационного развития процесса. Длина этого участка
зависит:
– от параметров инициатора (размеров, скорости детонации);
– условий инициирования (природа ВВ, размеры кристаллов, диаметр заряда, оболочка).
158
При благоприятных условиях и при достаточно мощном начальном импульсе в заряде практически сразу же возбуждается
детонация с нормальной скоростью распространения.
Итак, первым необходимым условием возбуждения детонации является требование, чтобы скорость инициирующей ударной волны превосходила некоторую критическую скорость, зависящую от свойств ВВ основного заряда и условий опыта. Это
требование легко выполняется, если скорость детонации инициатора достаточно велика, что обычно всегда соблюдается на практике.
Второе условие, необходимое для возникновения детонации, заключается в том, чтобы давление во фронте инициирующей ударной волны поддерживалось на необходимом уровне
за счет энергии, выделяющейся при химической реакции.
Степень использования энергии химической реакции во
взрывной волне зависит от соотношения между шириной зоны
химической реакции L
и глубиной эффективной ее части Lэф,
х.р
т.е. той части зоны превращения, которая не затронута волной
разрежения (рис. 32.4).
Рис. 32.4. Детонация открытого цилиндрического заряда
В открытых зарядах скорость волны разрежения D
ляется величиной почти постоянной:
D
D ≈
разр
.
2
159
разр
яв-
Поэтому при прочих равных условиях отношение Lэф / L
х.р
целиком определяется скоростью химической реакции; с увеличением скорости реакции уменьшается L
и соответствен-
х.р
но возрастает коэффициент полезного использования энергии
химической реакции в волне.
При инициировании взрыва начальная глубина волны
в значительной степени определяется геометрическими размерами детонатора – его диаметром и длиной:
1) c увеличением диаметра детонатора соответственно растет площадь контакта с основным зарядом, что приводит к увеличению первоначального очага взрыва; диаметр его равен диаметру самого детонатора. Следовательно, увеличение диаметра
детонатора равносильно увеличению эффективной глубины
зоны реакции в инициированном слое ВВ. Максимальная инициирующая способность детонатора при прочих равных условиях достигается, когда его диаметр равен диаметру основного
заряда;
2) увеличение длины детонатора при заданном его диаметре
до известного предела также способствует увеличению l
, так
эф
как слой разложившегося ВВ, прилегающего к торцу заряда,
будет препятствовать проникновению осевой волны разрежения
в глубь очага взрыва. Чем больше этот защитный слой, тем позже начнется разлет газообразных продуктов реакции из очага
взрыва. Однако известно, что в направлении распространения
детонации разлетается не вся масса продуктов взрыва, а лишь
некоторая, так называемая активная часть ее, которая благодаря боковым волнам разрежения возрастает с увеличением длины заряда лишь до известного предела, достигая для открытых
зарядов своего максимального значения при длине заряда, приблизительно равной двум диаметрам заряда. Дальнейшее увеличение длины заряда уже не сказывается на длине активной его
части.
Таким образом, при заданном диаметре детонатора эффек-
тивная глубина волны должна быть пропорциональна длине
активной части детонатора l
Кроме того, пропорционально значению l
акт
.
возрастает про-
акт
должительность действия продуктов взрыва детонатора на основной заряд и величина импульса взрыва, что будет препят-
160
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]