Горные машины

Стандартные испытания на бризантность ВВ с критическим диаметром до 60 мм проводят с помощью обжатия свинцовых столбиков 6 (рис. 31) зарядами 2 массой 50 г при плотности 1 г/см3 в бумажных патронах 7 диаметром 40 мм (проба Гесса). Между столбиком и зарядом прокладывают стальную пластинку 4 диаметром 41 мм, а столбик располагают на массивной подставке 5. Сборку укрепляют шпагатом 3, взрывание производят капсюлем-детонатором 1. О бризантности судят по величине обжатия столбика, т. е. по разности между средними его высотами до и после взрыва, выраженной в миллиметрах. Бризантность большинства ВВ равна 10…30 мм.

Рис. 31. Определение бризантности ВВ: а – сборка перед взрывом;

б – обжатый свинцовый столбик

Проба на работоспособность определяет способность ВВ отделять горную породу от массива, а бризантность характеризует степень возможного дробления оторванного от массива объема породы.

Чувствительность ВВ – это способность ВВ детонировать от различного рода внешних воздействий (удара, трения, луча огня, нагрева). Чувствительность ВВ к начальному импульсу зависит от его химического состава и физического состояния.

Способность ВВ сохранять свои первоначальные химические и физические свойства в течение определенного периода хранения называется стойкостью ВВ. Различают химическую и физическую стойкость.

Химическая стойкость зависит от природы ВВ, их чистоты, плотности, внешних условий (влажность и температура окружающей среды, влияние солнечных лучей) и др.

Взрывчатые вещества, обладающие недостаточной химической стойкостью, под влиянием различных причин начинают разлагаться.

Физической стойкостью ВВ называют его способность сохранять физические свойства и структуру в течение определенного периода

101

времени. Она характеризуется механической прочностью, гигроскопичностью, слеживаемостью, расслаиваемостью, водоустойчивостью, старением, экссудацией, летучестью и др.

Наиболее важные физико-химические характеристики промышленных ВВ – это плотность, дисперсность или гранулометрический состав, сыпучесть, пластичность, текучесть, гигроскопичность, влажность, слеживаемость, водоустойчивость, расслаиваемость, пластичность, текучесть, экссудация, старение и химическая стойкость.

Различают истинную (собственную) плотность ВВ, плотность ВВ в заряде, насыпную (гравиметрическую) плотность (для сыпучих ВВ) и плотность заряжания.

Истинная плотность – это масса единицы объема данного химического вещества; является функцией температуры вещества. Плотность ВВ в заряде (патрон, шашка) определяет массу вещества в объеме заряда; ее рассчитывают в результате определения массы патрона на весах и измерения объема погружением патрона в воду.

Насыпная плотность – характеристика, относящаяся только к сыпучим ВВ, позволяющая рассчитать величину заряда при засыпке ВВ в скважину; определяет массу свободно насыпанного вещества в единице объема.

Плотностью заряжания называют отношение массы заряда ВВ к объему зарядной камеры, включая в этот объем все воздушные промежутки. Часть зарядной камеры, заполняемая забоечным материалом, в объем не включается.

Понятие о плотности заряжания позволяет получить представление о том, какое количество ВВ приходится на единицу объема зарядной камеры, что очень важно при производстве взрывных работ.

При применении для взрывных работ различных ВВ, имеющих примерно одинаковую гравиметрическую плотность (особенно при использовании аммонитов на открытых работах), большое значение имеет коэффициент заряжания.

Коэффициент заряжания – это отношение объема (или длины) заряда ВВ к объему (или длине) зарядной камеры, показывает степень заполнения зарядной камеры взрывчатым веществом.

Сыпучесть – способность ВВ свободно (под действием собственного веса) высыпаться из тары, заполнять при заряжании зарядную полость и перемещаться по шлангу при пневмозаряжании. Сыпучесть порошкообразных ВВ в большинстве случаев недостаточна для высокопроизводительного заряжания россыпными ВВ скважин пневматическим способом. При возрастании влажности до 1 % сыпучесть их резко падает.

102

Пластичность – способность ВВ к неупругой деформации, позволяет достигать большей плотности заряда. Пластичные ВВ способны легко деформироваться под воздействием внешних нагрузок и сохранять придаваемую им форму.

Текучесть – характеристика низковязких водонаполненных ВВ, показывающая способность заполнять зарядную камеру под силой собственного веса. В сильной степени зависит от температуры вещества.

Гигроскопичность – способность вещества самопроизвольно поглощать влагу из воздуха и увлажняться. Этот недостаток присущ ВВ, в состав которых входят селитры, аммиачная, калиевая, натриевая, и хлористый натрий. Наиболее гигроскопичны аммиачно-селитряные ВВ. Увлажнение нарушает их физическую стабильность, способствует слеживаемости ВВ, что снижает чувствительность к детонации.

Слеживаемостъ – способность сыпучих ВВ превращаться в связанную массу с потерей сыпучести, что значительно снижает детонационную способность.

Водоустойчивость ВВ – способность сохранять при непосредственном соприкосновении с водой в течение определенного времени взрывчатые свойства. Она повышается при включении в состав ВВ гидрофобных добавок.

Старение – необратимый процесс ухудшения или полной потери ВВ взрывчатых свойств в течение времени в результате изменения структуры геля пластичных ВВ, улетучивания пузырьков воздуха из массы ВВ. При старении ВВ понижается их чувствительность к внешним воздействиям и способность к передаче детонации.

§ 3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Бризантные ВВ, предназначенные для взрывных работ в народном хозяйстве, называются промышленными.

По физическому состоянию промышленные ВВ классифицируют на порошкообразные, гранулированные, прессованные, водонаполненные (льющиеся); по химическому составу и свойствам – на аммиачноселитряные, нитропроизводные и их сплав, на основе жидких эфиров, хлоратные и перхлоратиновые и пороха. В настоящее время при ведении горных работ широко применяют лишь три первые группы ВВ и пороха.

Следует отметить, что иногда по химическому составу промышленные ВВ подразделяют на две основные группы – индивидуальные и смесевые. К индивидуальным относят химически инородные вещества (тротил, нитроглицерин, пироксилин, нитрогликоль, тол, гранулотол, тэн, гексоген, октоген, тетрил и др.)

103

Азотнокислые эфиры спиртов. Нитроглицерин (тринитроглицерин) C3H5(ОNО2)3 – продукт нитрования глицерина азотной кислотой в присутствии серной кислоты. В чистом виде нитроглицерин – это бесцветная прозрачная маслянистая жидкость без запаха, которая при температуре +13 °С переходит в твердое состояние (замерзает). В обычных условиях слабо летуч.

Нитроглицерин очень чувствителен к механическим и тепловым воздействиям ВВ. Он обладает высокой удельной энергией взрыва и детонационной способностью. Теплота взрыва 6,3 МДж/кг. Кислородный баланс нитроглицерина близок к нулю. Плотность 1,6 г/см3.

Нитрогликоль (динитрогликоль) C2H4(ONО2)2 – продукт нитрования гликоля. Это прозрачная без запаха жидкость сладковатого вкуса. Обладает значительно меньшей, чем нитроглицерин, токсичностью. Температура замерзания –22 °С. Нитрогликоль – мощное ВВ с нулевым кислородным балансом, применяют в смеси с нитроглицерином при изготовлении смесевых ВВ (динамитов, детонитов, победитов и др.).

Нитросоединения – ВВ, которые содержат богатую кислородом нитрогруппу NО2. К ним относятся тротил, динитронафталин, гексоген, тетрил, пикриновая кислота, октоген и др.

Тротил (тринитротолуол, тол) – продукт нитрации толуола. Это кристаллический порошок светло-желтого цвета, нерастворимый в воде, химически стоек. Теплота взрыва 4,2 МДж/кг; температура плавления +80 °С; температура вспышки 280…300 °С; плотность кристалла – 1,66 г/см3. Обладает хорошими детонационными способностями. Малочувствителен к внешним воздействиям. Широко используют в качестве компонента промышленных ВВ и довольно часто в чистом виде, имеет отрицательный кислородный баланс – 74 %. Легко детонирует от кап- сюля-детонатора. Выпускают тротил в порошкообразной, гранулированной, чешуйчатой, прессованной и литой формах.

СН3

/

Тетрил C6H2(NO2) N – кристаллический порошок,

\

О2

бледно-желтого цвета, не растворяется в воде, в реакцию с металлами не вступает, от огня загорается, а иногда и взрывается. Применяют для снаряжения детонаторов в качестве вторичного инициирующего ВВ. Теплота взрыва 4,6 МДж/кг.

104

Гексоген С3Н6N3(NO2)3 – кристаллический белый порошок с плотностью 1,7 г/см3. Обладает высокой чувствительностью к внешним воздействиям, от огня горит, но не взрывается. Теплота взрыва 5,5 МДж/кг. Применяется в качестве вторичного инициирующего ВВ, а также для изготовления ДШ, детонаторов и скальных аммонитов.

Тэн C(CH2ONО3)4 – кристаллический порошок белого цвета, без запаха и вкуса, плотность 1,77 г/см3. Он не растворяется в воде и не теряет взрывчатых свойств. Теплота взрыва 5,7 МДж/кг. Очень чувствителен к внешним механическим воздействиям. Температура плавления 141…142 °С, горит спокойно, сметалламиневзаимодействует.

Соли азотной кислоты. К однородным взрывчатым соединениям можно отнести также аммиачную селитру. Это кристаллический порошок белого цвета с плотностью 1,47 г/см3.

Аммиачная селитра NH4NО3 (нитрат аммония) является наиболее распространенным окислителем в промышленных ВВ. В сухом состоянии представляет собой сыпучий кристаллический порошок белого цвета, горьковатый на вкус. Отрицательные свойства аммиачной селитры – гигроскопичность и слеживаемость. Для снижения слеживаемости аммиачную селитру гранулируют или вводят в нее специальные добавки.

Следует отметить, что аммиачную селитру можно применять как самостоятельное промышленное ВВ в очень ограниченных случаях, так как она обладает низкими детонационной способностью и чувствительностью к начальному импульсу и малой удельной энергией взрыва. Ее продукты взрыва содержат большое количество вредных газов (оксидов азота).

Калиевую и натриевую селитры не относят к взрывчатым веществам. Они являются только носителями кислорода и их широко применяют при изготовлении многих ВВ.

Среди смесевых ВВ, состоящих из двух и более механически смешанных веществ (как взрывчатых, так и невзрывчатых), выделяют ам- миачно-селитренные (аммониты, динафталиты, граммониты, акваниты, игданиты, ифзаниты) и нитроэфирсодержащие (динамиты, победиты, детониты и др.).

Для придания определенных свойств при изготовлени смесевых ВВ в их состав вводят следующие компоненты: горючие вещества, окислители, сенсибилизаторы, флегматизаторы и пламегасители (последние только в составе предохранительных ВВ).

Горючие вещества вводят в состав ВВ для увеличения количества энергии, выделяемой при взрыве. В качестве горючих веществ используют или жидкие компоненты (как правило, невзрывчатые, типа тонкоизмельченного угля, древесной муки, солярового масла), богатые угле-

105

родом и водородом, или пудры (алюминия, магния и т. д.), способные легко окисляться и выделять большое количество тепла и газов. Роль горючих веществ выполняют также некоторые взрывчатые компоненты (тротил, гексоген и т. п.), имеющие в своем составе недостаточное количество кислорода для полного окисления углерода. При этом часть углерода реагирует с избыточным кислородом окислителя, повышая тем самым общую энергию взрыва.

Окислители содержат избыточный кислород, и их вводят в состав ВВ для окисления горючих элементов. В качестве окислителя применяют аммиачную, калиевую и натриевую селитры, перхлораты калия и натрия, жидкий кислород и т. д.

Сенсибилизаторы – вещества, вводимые в состав ВВ для повышения его чувствительности к восприятию и передаче детонации. В качестве сенсибилизаторов обычно используют чувствительные мощные ВВ: тротил, нитроглицерин, нитрогликоль, гексоген и т. п. Иногда роль сенсибилизатора выполняют и невзрывчатые вещества, такие как соляровое масло (не более 6 %), уголь или древесная мука.

Стабилизаторы – вещества, вводимые в состав ВВ для повышения их химической и физической стойкости. В качестве стабилизатора в аммонитах используют древесную, жмыховую и торфяную муку, а в динамитах – мел и соду. Стабилизаторы, применяемые в аммонитах, выполняют также роль горючих добавок и разрыхлителей, уменьшая слеживаемость ВВ.

Флегматизаторы – для снижения чувствительности его к механическим воздействиям. В качестве флегматизатора используют гели, различные масла, тальк, парафин и т. п. Эти вещества обволакивают частицы ВВ, не вступая с ними в реакцию, и тем самым снижают его чувствительность к механическим воздействиям.

Пламегасители – вещества, добавляемые в состав ВВ для снижения температуры взрыва и уменьшения вероятности воспламенения метано- и пылевоздушных смесей в шахтах. В качестве пламегасителей применяют хлористый натрий, хлористый калий и т. п.

Индивидуальные ВВ по экономическим соображениям, а также изза высокой чувствительности многих из них используют преимущественно как компоненты смесевых ВВ и для изготовления средств инициирования.

Выбор ВВ, имеющих разные взрывчатые физические и химические свойства, осуществляют с учетом характера решаемых задач и условий ведения взрывных работ (табл. 17).

106

107

108

109

Взрывчатые вещества и заряды, предназначенные для использования на земной поверхности и в подземных выработках шахт (рудников),

не опасных по газу или пыли

110