Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология и безопасность взрывных работ. Учебник
.pdf
–180 °С. Кроме того, оксиликвиты быстро меняют взрывчатые
свойства из-за интенсивного испарения жидкого кислорода
из патронов. Поэтому оксиликвиты должны применяться сразу же после их приготовления, иначе они теряют способность
взрываться. Оксиликвиты в настоящее время не применяются.
1. Аммиачная селитра (азотнокислый аммоний) NH
4NО3
–
белый кристаллический порошок с плотностью в зависимости
3
от формы кристаллов – 1,56…1,74 г/см
аммиачной селитры – 0,86…1,74 г/см
. Насыпная плотность
3
. Получается селитра ре-
акцией соединения аммиака с азотной кислотой по уравнению
NH
+ HNО3 = NH4NО3,
3
выпускается в виде порошка, гранул, чешуек и кристаллов. В
настоящее время налажен выпуск пористой селитры.
Обычная кристаллическая аммиачная селитра обладает вы-
сокой гигроскопичностью. При изменении влажности воздуха
она слеживается, превращаясь в камнеобразную массу. Селитра применяется в гранулированном виде. Аммиачная селитра
хорошо растворяется в воде.
Реакция взрывного разложения селитры
2NH
→ 2N2 + О2 + H2О + Q
4NО3
сопровождается выделением тепла Q и избыточного кислорода.
Теплота взрыва селитры – 3000 кДж/кг, скорость детона-
ции – 3500 м/с.
Примеси органических веществ, даже в небольших дозах,
значительно повышают энергию взрыва аммиачной селитры
и делают ее более чувствительной. Аммиачная селитра активно вступает в реакцию с серой, сульфидами, азотной, серной,
фосфорной кислотами, а также с металлами (цинк, медь, никель, магний). Особенно опасны примеси азотной кислоты, так
как это может привести к самовоспламенению селитры.
2. Тринитротолуол (тротил, или тол C
(NО2)3) является
7H5
одним из самых распространенных однокомпонентных ВВ. Тротил получают путем нитрации толуола смесями азотной и серной кислот по реакции
С
6Н5СН3
+ 3HNО3 → С7Н5(NО2)3 + 3Н2О.
Серная кислота в реакции не участвует и добавляется для
поглощения воды и более активного протекания процесса.
31
Чистый тротил состоит из кристаллов светло- или темно-
желтого цвета с температурой плавления 80 °С. В порошкоо-
3
бразном виде тротил имеет насыпную плотность 0,9 г/см
рошо прессуется под давлением около 4000 кгс/см до 1,6 г/см
3
Литой тротил имеет плотность 1,54…1,59 г/см
3
нул или чешуек – 1,5 г/см
(из-за наличия усадочных раковин
. Плотность гра-
и хо-
3
она меньше плотности литого тротила).
Тротил практически нерастворим в воде, имеет высокую хи-
мическую стойкость. Температура вспышки тротила – 310 °С.
Применяется тротил в порошкообразном, прессованном, чешуйчатом, гранулированном виде, а иногда в виде кусков и литых шашек. Тротил входит в состав аммиачно-селитренных ВВ
как сенсибилизатор и активная горючая добавка, так как имеет
много лишних молекул горючего (углерода). Содержание тротила в смесевых ВВ изменяется от 6 до 70 %.
Тротил имеет большой отрицательный кислородный баланс
(–74 %), из-за чего при его взрыве выделяется мало газообразных и значительное количество твердых продуктов (сажа).
Тротил токсичен, особенно в тонкоизмельченном состоя-
нии, вызывает раздражение кожи и болезнь глаз, а также тротиловую интоксикацию организма. Предельно допустимая кон-
3
центрация тротиловой пыли в воздухе – 1 г/м
.
3. Гранулотол (гранулированный тротил) с размером гра-
нул 3…5 мм применяется как самостоятельное ВВ для взрывания обводненных скважин и в качестве компонента в составе
граммонитов и водосодержащих ВВ. В сухом состоянии гранулотол имеет теплоту взрыва 3450 кДж/кг, а водонаполненный – 4200 кДж/кг в пересчете на 1 кг сухого ВВ. Работоспособность водонаполненного гранулотола на баллистическом
маятнике и в свинцовой бомбе (с промежуточным детонатором)
на 10…13 % выше работоспособности сухого тротила в тех же
условиях.
Критический диаметр гранулотола в открытых зарядах –
60 мм, водонаполненного – 25…30 мм, а скорость детонации
изменяется от 4,5 до 6,5 км/с.
Гранулотол рекомендуется применять в водонаполненном
состоянии, так как вода, заполняя промежутки между гранулами, увеличивает плотность заряжания до 1,30…1,35 г/см
32
3
.
,
за счет чего повышается скорость детонации, и улучшает эффект взрыва. Водная оболочка вокруг гранул способствует дополнительному выделению тепла (q) за счет смещения реакции
в сторону образования углекислого газа
2СО ↔ СО
+ С + q.
2
Применение этого ВВ в сухих скважинах нерационально,
так как из-за малого объема газов взрыва эффект разрушения
получается хуже, чем при использовании аммонитов, выделяющих большой объем газов при взрыве. Гранулотол удобен
для механизированного заряжания скважин.
4. Алюмотол представляет собой гранулированный сплав
с гранулами до 5 мм серого цвета, состоящий из 85 % тротила
и 15 % алюминиевой пудры, с теплотой взрыва 5600 кДж/кг.
3
Плотность гранул – 1,5…1,7 г/см
. Алюмотол, как и гранулотол, абсолютно водоустойчив, хорошо сыпуч в сухом и мокром
состоянии, не слеживается, пригоден для механизированного
заряжания скважин, обладает высокой стабильностью и высокими взрывчатыми свойствами. Для его инициирования необходимы мощные промежуточные детонаторы.
5. Гексоген C
3H6N6О6
(циклотриметилентринитрамин) пред-
ставляет собой белый кристаллический порошок плотностью
3
1,8 г/см
и насыпной плотностью 1,1 г/см3.
Температура плавления – 203 °С, нерастворим в воде, ядо-
вит, имеет высокую химическую стойкость. Разложение гексогена начинается при температуре 200 °С. В небольшом количестве сгорает без взрыва.
Из-за высокой чувствительности гексогена к механическим
воздействиям его применяют только во флегматизированном
виде, что достигают покрытием его кристаллов 5 % воска или парафина.
Гексоген – одно из наиболее мощных ВВ. Скорость дето-
3
нации – 8,4 км/с при плотности 1,7 г/см
, теплота взрыва –
5450 кДж/кг.
В последнее время гексоген используют в качестве сенсибилизирующего компонента мощных промышленных ВВ
(скальных аммонитов), вторичного инициирующего ВВ (вместо тетрила) для электродетонаторов, а также для изготовле-
33
ния некоторых ДШ и промежуточных детонаторов для инициирования малочувствительных ВВ.
6. Нитроглицерин С
(ONО2)3 (тринитроглицерин, глице-
3Н5
ринтринитрат) – тяжелая маслянистая бесцветная жидкость
3
плотностью 1,6 г/см
. Технический нитроглицерин имеет жел-
товато-коричневый цвет.
Нитроглицерин получают тройной нитрацией чистого глицерина смесью серной и азотной кислот:
С
(ОН)3 + 3HNО3 → С3Н5(ONО2)3 + 3Н2О.
3Н5
Жидкий нитроглицерин затвердевает при температуре
+13,2 °С, в составе ВВ он затвердевает при температуре около
+10 °С. Поэтому при изготовлении ВВ его смешивают с труднозамерзающими нитроэфирами (нитрогликолем и др.).
При растворении в 100 г нитроглицерина 2,5 г коллоидного
хлопка образуется студенистообразная масса (желе), чувствительность которой к механическим воздействиям ниже чувствительности нитроглицерина.
Нитроглицерин – мощное ВВ с теплотой взрыва 6040 кДж/кг,
имеет две скорости детонации (2,0 и 7,6 км/с).
7. Нитрогликоль С
троглицерин. Это прозрачная жидкость плотностью 1,5 г/см
(ONО2)2 по свойствам похож на ни-
2Н4
3
хорошо растворяется в большинстве органических растворителей, летучесть его примерно в 3 раза выше летучести нитроглицерина, желируется более активно. Нитрогликоль затвердевает
при температуре –20 °С. С нитроглицерином образует растворы,
имеющие температуру затвердевания от –17 до –23 °С.
Нитрогликоль имеет невысокую химическую стойкость,
чувствительность его к механическим и тепловым воздействиям ниже, чем у нитроглицерина. Теплота взрыва нитрогликоля – 7120 кДж/кг, скорость детонации – 7,4 км/с.
Нитроэфиры применяются в качестве сенсибилизаторов
при изготовлении детонита М, некоторых предохранительных
ВВ: угленитов, серного и нефтяного аммонитов.
8. Октоген (CH
(NO2)4, насыпная плотность – 1,12 г/см3.
2)4N4
Чувствительность к механическим воздействиям такая же, как
у гексогена. Теплота взрыва – 5680 кДж/кг. Скорость детонации – 8,4…9,0 км/с.
,
34
6. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ
ПОРОД И ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ
Разрушаемые взрывом горные породы в основном оцениваются крепостью и трещиноватостью, и по ним определяют
удельный расход ВВ.
Классификация горных пород по коэффициенту крепости
с использованием шкалы М.М. Протодьяконова имеет диапазон с 1-й по 10-ю группу с коэффициентом крепости от 20,0
до 0,3. Здесь коэффициент крепости f:
где sсж – предел прочности на сжатие, кг/мм2.
Классификация пород по строительным нормам и правилам (СНиП) имеет диапазон с 1-й по 11-ю группу с коэффициентом крепости от 0,3 до 20,0.
Классификация пород по трещиноватости включает пять
категорий. С 1-й по 5-ю категорию породы соответствуют размеру между трещинами от 0,1 до 1,5 м.
Промышленные ВВ классифицируются по нескольким признакам.
– по степени опасности при хранении и перевозке применяемые взрывчатые материалы (ВВ и СИ) делятся на девять
групп и шесть подклассов;
– по условиям применения все ВВ делятся на две группы
(непредохранительные и предохранительные и на семь классов). В отдельную группу выделены ВВ специального назначения. В настоящее время известно огромное число взрывчатых
веществ, отличающихся большим разнообразием, как по составу, так и по своим физико-химическим и взрывчатым свойствам.
Все взрывчатые вещества могут быть подразделены на две
основные группы: взрывчатые химические соединения и взрывчатые смеси.
fs=
сж
10
,
35
6.1. Взрывчатые химические соединения
К взрывчатым химическим соединениям, в которых сочетаются горючие элементы и кислород, относятся вещества ряда
классов. Основными из них, имеющими практическое применение, являются нитроэфиры и нитросоединения ароматиче-
ских углеводородов.
1. Нитроглицерин С
лянистая жидкость.
Рис. 6.1. Структурная формула нитроглицерина
Теплота взрыва нитроглицерина – 6,3 МДж/кг, скорость
детонации – 7,7 км/с, объем газообразных продуктов взрыва –
713 л/кг.
Нитроглицерин получают тройной нитрацией чистого глицерина смесью серной и азотной кислот.
2. Нитрогликоль С
хож на нитроглицерин.
(ONO2)3 (рис. 6.1) – тяжелая мас-
3Н5
(ОNО2)2 (рис. 6.2) по свойствам по-
2Н4
Рис. 6.2. Структурная формула нитрогликоля
Теплота взрыва нитрогликоля – 6,9 МДж/кг, скорость детонации – 7,4 км/с.
3. Тринитрофенол (пикриновая кислота) С
(NО2)3ОН
6Н2
(рис. 6.3) – ароматическое нитросоединение, светло-желтые
кристаллы. Бризантное взрывчатое вещество. С металлами и аммиаком образует высокочувствительные соединения – пикриты.
36
Рис. 6.3. Структурная формула тринитрофенола
4. Тринитротолуол (тротил, тол) С7H5(NO2)3 (рис. 6.4) –
ароматическое нитросоединение; кристаллы светло-желтого цвета. Взрывчатые свойства: теплота взрыва – 4,2 МДж/кг, скорость
детонации – 7,0 км/с, объем газообразных продуктов взрыва –
730 л/кг. Тротил малочувствителен к удару и трению.
Рис. 6.4. Структурная формула тринитротолуола
Получают тротил нитрованием толуола смесью азотной и
серной кислот с последующей очисткой водным раствором сульфита натрия (Na
). При взрыве тротила образуется большое
2SO3
количество токсичной окиси углерода.
5. Тринитрофенилметилнитрамин (тетрил) (рис. 6.5)
(NO2)3N(NO2)CH3 имеет два вида связи нитрогрупп с ато-
C
6H2
мами углерода – непосредственную и через азот. Химически
чистый тетрил представляет собой белые кристаллы, а технический перекристаллизационный – кристаллы светло-желтого
или желтого цвета.
В литом виде тетрил не применяют, так как при температуре
плавления тетрил заметно разлагается. Теплота взрыва тетрила – 4,6 МДж/кг, скорость детонации – 7,0…7,2 км/с, объем газообразных продуктов взрыва – 710 л/кг. Тетрил очень восприимчив к детонации и хорошо передает ее другим ВВ, поэтому его
применяют в детонаторах как инициирующее ВВ.
37
Рис. 6.5. Структурная формула тетрила
6. Тэн (пентаэритриттетранитрат) C5H8(ONO2)4
(рис. 6.6) – белый кристаллический порошок, теплота взрыва – 5,8 МДж/кг, скорость детонации – 8,3 км/с. Получают
нитрованием пентаэритрита концентрированной азотной кислотой или смесью ее с серной кислотой.
Рис. 6.6. Структурная формула тэна
7. Гексоген C3H6N3(NO2)3 (рис. 6.7) – белый нерастворимый в воде кристаллический порошок, скорость детонации –
8,4 км/с, теплота взрыва – 5,4 МДж/кг. Опасен в обращении.
Гексоген получают из гексаметилентетрамина (уротропина)
и азотной кислоты.
Рис. 6.7. Структурная формула гексогена
38
Все перечисленные взрывчатые химические соединения в
своем составе содержат кислород.
Имеется, однако, достаточное число взрывчатых эндотермических соединений, не содержащих кислород, которые в условиях взрыва разлагаются на свои составные элементы. Примером такого типа соединений может служить азид свинца
Pb(N
, разлагающийся при взрыве на свободной азот и сви-
3)2
нец с выделением энергии, равной теплоте образования этого
азида из элементов.
Подобные соединения, как правило, обладают недостаточно
прочной молекулярной структурой и повышенной чувствительностью к внешним воздействиям, что сильно ограничивает,
а часто вовсе исключает возможность их практического использования.
Примером особенно непрочных соединений могут служить
такие галоидные и сернистые соединения азота, как NCl
, которые легко взрываются от ничтожных механических
N
4S4
, NHI2,
3
воздействий.
Неустойчивость взрывчатых соединений, согласно ВантГоффу, обусловливается присутствием в их молекулах особых
так называемых эксплозофорных атомных комплексов, к числу которых относятся:
– группа C ≡ C – присутствует в производных ацетилена;
– группа N – X – в галоидных соединениях азота;
– группа N = N – в азидах, диазосоединениях, тетрозолах;
– группа N = C – в солях гремучей кислоты или фульминатах;
– группа N = O – в нитратах и нитросоединениях;
– группа O – O – в перекисях и озонидах;
– группа O – Cl – в хлоратах и перхлоратах.
6.2. Смесевые взрывчатые вещества
Взрывчатые смеси представляют собой системы, состоящие
как минимум из двух химически не связанных между собой
компонентов. Обычно один из компонентов смеси представляет
собой горючее вещество, совсем не содержащее кислорода либо
содержащее его в количестве, недостаточном для полного внутримолекулярного окисления, а второй компонент, наоборот,
вещество, относительно богатое кислородом.
39
Например, в 1920–1930-х гг. широко применялись смесевые
взрывчатые вещества под названием оксиликвиты. Эти взрывчатые вещества представляют собой смесь твердого горючего вещества (например, древесных опилок, угля, торфа и т.п.) с жидким кислородом. Жидкий кислород может быть введен в смесь
в достаточном количестве, чтобы обеспечить полное сгорание
горючей части смеси.
Однако изготовление оксиликвитов связано с техническими сложностями и небезопасно, так как для получения жидкого кислорода необходимо сильное охлаждение до температуры
–180 °С. Кроме того, оксиликвиты быстро меняют взрывчатые
свойства из-за интенсивного испарения жидкого кислорода из
патронов. Поэтому оксиликвиты должны применяться сразу же
после их приготовления, иначе они теряют способность взрываться. Оксиликвиты в настоящее время не применяются в горном деле.
В принципе, взрывчатым веществом может быть любая смесь
горючего с окислителем. Старейшее взрывчатое вещество – чер-
ный (дымный) порох – и является смесью двух горючих (уголь –
15 % и сера – 10 %) и окислителя (калиевая селитра – 75 %).
Другой вид подобных смесей – оксиликвиты – представляет
собой тонкодисперсное горючее (сажа, мох и т.п.), пропитанное
жидким кислородом.
В состав смесевых ВВ вводятся следующие компоненты.
Окислители – вещества, содержащие избыточный кислород, идущий при взрыве на окисление горючих элементов.
В качестве окислителя применяют аммиачную (NH
лиевую (KNO
(KСlO
), перхлорат аммония (NH4СlO4) и т.д.
4
), натриевую (NaNO3) селитру, перхлорат калия
3
4NO3
), ка-
Горючие добавки – твердые или жидкие вещества, богатые
углеродом и водородом, – это древесная мука, дизельное топливо или пудры (порошки) легкоокисляющихся и выделяющих
при этом большое количество тепла металлов (алюминия, магния). Горючие добавки вводятся в состав ВВ для увеличения
количества тепла, выделяемого при взрыве. Роль горючих добавок выполняют также взрывчатые химические соединения (тротил, гексоген и т.д.), содержащие в своем составе недостаточное
количество кислорода для полного окисления содержащихся
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]