Тема 3. Свойства и характеристики промышленных ВВ

3.1. Физико-химические свойства ВВ

Постоянство технологических свойств ВВ зависит от -физико химических свойств входящих в него компонентов:

1.Пластичность – способность ВВ высоковязкой мягкой структуры легко деформироваться при незначительных нагрузках и сохранять принятую форму заряда. Особенности пластичных ВВ: повышенная плотность, способность заполнять всю зарядную камеру. Пластичность обеспечивается содержанием в ВВ жидкой фазы и загущающего компонента, придающего ему необходимую вязкость.

2.Текучесть – способность ВВ низковязкой структуры за счет жидких компонентом литься, их можно транспортировать по шлангам.

3.Сыпучесть – способность ВВ свободно высыпаться из калиброванных отверстий, легко транспортироваться по трубам и шлангам, характеризуется углом естественного откоса или углом воронки высыпания ВВ.

4.Пыление – способность сыпучих ВВ при обращении с ними выделять в окружающую среду мелкодисперсные частицы, зависит от влажности и дисперсности ВВ, скорости движения частиц ВВ в процессе пневматического транспортирования по шлангам.

5.Гигроскопичность – способность ВВ поглощать влагу из воздуха, определяется величиной его гигроскопической точки, выражаемой в процентах относительной влажности ВВ и характеризующей такое его состояние, при котором оно не подсыхает и не увлажняется.

6.Водоустойчивость – способность ВВ сохранять свои взрывчатые свойства при погружении в воду, характеризуется временем пребывания заряда ВВ в воде, в течение которого взрывчатые характеристики ВВ не снизились относительно установленных норм. Водоустойчивость достигается следующими путями:

-формированием внешней гидроизоляции ВВ за счет покрытий из гидрофобных материалов (парафин, петролатум, гудрон и т. п.) или пластиковых оболочек (полиэтилен) зарядов;

-введением в состав ВВ гидрофобных добавок(окислы железа, соли жирных кислот, смешанные с парафином до 0,5% по объему) и покрытия каждой частички гидроизоляционным слоем;

-за счет структурирования ВВ– создания малоили беспористой структуры, проникновение воды, в которую затруднено;

-введением в состав смесевого ВВ только водостойких компонентов (тротил, нитроэфиры, гексоген, ТЭН, алюминиевая пудра, ферросилиций и др.).

7.Электризация – способность ВВ накапливать заряды статического электричества за счет трения частиц при их пересыпании. Степень электризации зависит от относительной влажности воздуха и ВВ, его дисперсности (при частицах менее 1 мм – повышается), скорости движения частиц

2

ВВ при механизированном пневматическом заряжании(более 18 м/с – может привести к вспышкам ВВ).

8. Слеживаемость – способность порошкообразных ВВ терять при хранении свою сыпучесть и превращаться в плотную массу, что затрудняет заряжание, снижает детонационную способность.

Причины слеживаемости:

-рекристаллизация водо-растворимых компонентов ВВ(аммиачная селитра при нагреве более +320 С);

-увеличение степени измельчения частиц ВВ;

-"прессование" ВВ при хранении в мягкой упаковке в штабелях под весом верхних слоев.

Способы устранения или ослабления слеживаемости:

-хранение ВВ в условиях, исключающих внешние сдавливающие нагрузки и резкие колебания температуры;

-введение в состав ВВ добавок, снижающих их слеживаемость (пористые вещества, поверхностно-активные добавки);

-укрупнение частиц ВВ или отдельных его компонентов путем зернения или гранулирования.

9. Расслаиваемость – способность смесевых ВВ самопроизвольно или под действием внешних сил разделяться на компоненты, различающиеся по плотности, агрегатному состоянию, форме и размерам частиц (твердая и жидкая фаза).

10. Эксудация ВВ (от лат. exsudo – выделять; англ. exudation of explosives) – перемещение жидких компонентов, входящих в состав ВВ, к поверхности заряда за счет действия капиллярных сил.

Эксудация обычно наблюдается у патронированных ВВ, содержащих свободные или загущённые полимерами жидкие компоненты(водные и нитроглицериновые). Эксудация у нитроэфирсодержащих ВВ происходит при содержании нитроэфиров более10%. Ей способствуют увлажнение и попеременное нагревание и охлаждение ВВ. Особенно опасна эксудация для пластичных динамитов, т. к. появление жидких нитроглицерина или нитрогликоля на бумажной обёртке патронов повышает опасность в обращении с ВВ.

Эксудацию оценивают визуально по маслянистым следам на оболочке или упаковке ВВ либо определяют взвешиванием эксудата. Для предупреждения эксудации ВВ усиливают желатинизацию жидких компонентов или вводят в ВВ добавки-поглотители.

11. Летучесть – способность некоторых компонентов ВВ частично или полностью выделяться из его состава в процессе хранения, подготовки

иприменения (нитроэфиры, дизельное топливо, вода), что может привести

кизменению характеристик ВВ и ухудшению санитарно-гигиенических условий труда персонала. Повышается при возрастании температуры.

12. Уплотняемость – способность сыпучих ВВ уплотняться под воздействием нагрузок. Имеет положительное значение для заряда гранулированного ВВ, и отрицательное – для порошкообразных ВВ может привес-

3

ти к снижению или полной потере детонационной способности. С увеличением влажности уплотняемость повышается.

13. Старение – необратимое ухудшение взрывчатых свойств ВВ при хранении, связанное с химическими или физическими изменениями в -ве ществе, происходящими в результате внутренних процессов или взаимодействия с внешней средой. Интенсивность старения определяется условиями и длительностью хранения, качеством упаковки и составом ВВ. Для предотвращения физического старения(слеживаемость) и химического старения (окисление алюминия, обменная химическая реакция компонентов ВВ) в состав ВВ вводят разрыхлители или взрывчатые сенсибилизаторы, нерастворимые в жидкой фазе вещества.

14. Химическая стойкость – способность ВВ сохранять свой химический состав и соответствующие ему физико-механические и взрывчатые свойства в процессе длительного хранения и использования, оценивается скоростью разложения ВВ при повышенных температурах. Зависит от наличия в ВВ химически нестойких веществ, условий хранения и присутствия несовместимых или реагирующих друг с другом компонентов.

15. Технологическая стойкость– способность ВВ сохранять свои первоначальные свойства и качества в процессе выполнения различных технологических операций по его подготовке, транспортированию и заряжанию. Обеспечивается физической и химической стабильностью веществ, входящих в состав ВВ.

16. Кислородный баланс – это отношение избыточного или недостаточного количества кислорода в составе ВВ к количеству кислорода, необходимого для полного окисления всех горючих элементов ВВ.

При окислении водород Н превращается в воду НО, углерод С – в

2

углекислый гас СО2, выделяется свободный молекулярный азот, а при избытке кислорода – и свободный молекулярный кислород.

Число атомов кислорода, необходимых для полного окисления горючих элементов ВВ

где С, Н – число атомов кислорода, углерода и водорода в составе ВВ, соответственно.

Кислородный баланс индивидуального ВВ равен, %

где 16 – относительная атомная масса кислорода; М – относительная молекулярная масса ВВ.

Кислородный коэффициент ВВ

4

При избытке кислорода кислородный баланс(КБ) считается положительным, при недостатке – отрицательным, а при полностью сбалансированном соотношении горючих элементов и окислителя – нулевым

(КБ = 0, αк = 1).

3.2. Рабочие характеристики и чувствительность ВВ

Эффективность и безопасность взрывных работ зависят от рабочих характеристик ВВ, которые можно разделить на две группы:

1 – оценивающие мощность и эффективность применения ВВ;

2- оценивающие уровень безопасности обращения с ВВ. К первой группе показателей относятся:

1. Работоспособность ВВ – характеризует его способность производить работу в замкнутом пространстве за счет расширения газообразных продуктов взрыва. Оценивается тремя методами:

1.1. Действие ВВ в свинцовой бомбе (проба Трауцля).

Стандартная бомба Трауцля: свинцовый цилиндр диаметром и высотой 200 мм, осевой канал диаметром 25 мм и глубиной 125 мм. Заряд ВВ массой 10 г в бумажной гильзе, забойка – кварцевый песок, инициируется электродетонатором (рис. 3.1, образцы).

Рис. 3.1. Схема определения работоспособности ВВ по пробе Трауцля

Относительная работоспособность измеряется всм3 и определяется как разность между полученным после взрыва ВВ объемом расширенияV2 и объемом начального канала V1, за вычетом расширения, полученного от взрыва ЭД (Vд = 30 см3)

1.2. Метод баллистических маятников.

В основе лежит метод определении на баллистической установке МакНИИ угла отклонения маятников-мортир массой178 кг каждый (рис. 3.2).

По результатам трех испытаний по взрыванию10 г ВВ поочередно в камерах правого и левого маятников определяют средние значения отклонения маятников при взрывании эталонного ВВ(угленит Э-6 – для предо-

6

Работоспособность ВВ оценивают по углу отклонения мортиры при взрыве заряда ВВ массой 100 г.

2. Бризантность – способность ВВ измельчать, дробить или пробивать при взрыве среду, соприкасающуюся с зарядом ВВ.

2.1. Проба Гесса – метод испытания ВВ на бризантность, позволяющий оценить интенсивность ударной взрывной волныпо обжатию свинцовых столбиков.

Для испытаний используют свинцовый столбик 2 из рафинированного свинца диаметром 40 мм и высотой60 мм, который устанавливают на стальной плите 1 толщиной более 30 мм (рис. 3.4 а, образцы).

На свинцовый столбик помещают стальной диск 3 толщиной 10 мм и диаметром 41 мм, а на него устанавливают заряд ВВ4 массой 50 г в бумажной оболочке диаметром 40 мм.

Бризантность ВВ определяют в мм по величине сжатия столбика после взрыва ВВ (рис. 3.4 б, образцы), равной разности h высоты столбика до взрыва ho и после взрыва hв

Для ВВ, не способных устойчиво детонировать в зарядах диаметром 40 мм в бумажной оболочке, пробу Гесса проводят для заряда массой 100 г, помещенного вместо бумажного стакана в стальную трубку.

Рис. 3.4. Схема испытания ВВ на бризантность по пробе Гесса:

1 – стальная плита; 2 – свинцовый столбик; 3 – стальной диск; 4 – заряд

ВВ

2.2. Дробление блоков горной породы– метод оценки бризантности ВВ, приближенный к реальным условиям взрывания. Заряд испытываемого ВВ 2 массой 20 г помещают в отверстие, расположенное в центре породного кубика 3, свободную часть которого заполняют забойкой1 (рис. 3.5).

7

Рис. 3.5. Схема испытания ВВ на бризантность по методу дробления породного блока

Блок взрывают в прочном закрытом стальном сосуде, после чего разрушенную взрывом породу подвергают ситовому анализу. Показателем бризантности служит суммарный выход фракции кусков породы размером 5 – 7 мм (в процентах).

3. Скорость детонации.

Наиболее точные методы определения скорости детонации ВВ основаны на использовании электронных осциллографов или скоростной кино-

видеоцифровой съемки.

Метод определения скорости посхеме Дотриша – основан на сравнении известной скорости детонации ДШ и скорости детонации испытываемого ВВ. Заряд ВВ 1 помещают в металлическую трубу5 с завинчивающимися крышками 2 (рис. 3.6, макет). В трубе имеются два отверстия на расстоянии 0,2 м, в которые вставляют отрезки ДШ. Первый отрезок 6 – длиной l1 = 1м, второй 7 – длиной l2 = 0,8 м. Длина участка стабилизации скорости детонации от дополнительного инициатора– шашки 4 с ЭД 3 до отверстия с ДШ 6 равна 0,06 м. Свободные концы ДШ укладывают внахлестку на длине0,2 м на свинцовой пластине-фиксаторе9 со стальной подкладкой 8. При этом необходимо, чтобы риски В и Г на пластинефиксаторе совпали с концами отрезков ДШ. При взрыве ЭД и шашки волна детонации проходит по заряду ВВ, отрезкам ДШ, а в месте встречи волн в отрезках ДШ на пластине-фиксаторе образуется углубление К.

Скорость детонации ВВ V определяют исходя из равенства времени распространения волны детонации от точки А: t1 – по первому отрезку ДШ 6 до точки К; t2 – по заряду ВВ до точки Б и по второму отрезку ДШ7 до точки К.

8

где D – скорость детонации ДШ, м/с; m – расстояние от конца шнура 7 до места углубления на свинцовой пластине(точка К), м; V – скорость детонации испытываемого ВВ, м/с.

Так как t1 = t2, а l1 = 1 м и l2 = 0,8 м, из выражений (3.7) и (3.8) получим скорость детонации ВВ

0,2

0,2

Рис. 3.6. Схема Дотриша для определения скорости детонации ВВ:

1 – заряд ВВ; 2 – крышки; 3 – ЭД; 4 – шашка; 5 – металлическая труба; 6 – первый отрезок ДШ; 7 – второй отрезок ДШ; 8 – стальная подкладка; 9 – свинцовая пластина-фиксатор; А и Б – точки ввода первого и второго отрезков ДШ в заряд ВВ;

В и Г – концы второго и первого отрезков ДШ; К – точка встречи детонационных волн отрезков ДШ;

m – расстояние от конца второго шнура до места углубления на свинцовой пластине (точка К).

3. Объем продуктов взрыва.

Объем газообразных продуктов взрыва, приходящихся на 1 кг ВВ, определяют в бомбе Долгова, представляющей собой стальной толстостенный сосуд емкостью 50 л, герметично закрывающийся крышкой, снабженной электродами для подсоединения ЭД и вентилями для создания вакуума и отбора проб.

Заряд ВВ массой 100 г взрывают в бомбе при остаточном давлении воздуха в ней не более6,65 кПа. После охлаждения бомбы измеряют давление продуктов взрыва и пересчитывают его на объем газов, образовавшихся при взрыве.

9

4. Теплота взрыва служит для оценки ВВ как источника энергии для производства работы по разрушению горных пород. Энергию, выделяемую при взрыве единицы массы ВВ, определяют в калориметрической установке, состоящей из стальной бомбы вместимостью50 л и жидкостного калориметра (рис. 3.7).

Перед взрывом из бомбы откачивают воздух, помещают её в калориметр с жидкостью. Теплоту, выделившуюся при взрыве ВВ, вычисляют по разности температур жидкости в калориметре до помещения в неё бомбы, и после охлаждения в ней разогретой взрывом бомбы.

Рис. 3.7. Калориметрическая установка: 1 – вентиль; 2 – крышка; 3 – заряд ВВ;

4 – корпус; 5 – термометры; 6 – подставка

Ко второй группе показателей относится чувствительность ВВ к механическим и тепловым воздействиям.

1. Чувствительность ВВ к ударуопределяют на специальном ударном копре (рис. 3.8).

На заряд ВВ массой0,05 г, заключенную между двумя стальными роликами 6, сбрасывают поочередно груз 1 массой 10; 5 или 2 кг.

Нижний предел чувствительности ВВ определяют путем сбрасыва-

ния груза массой 10 кг. Мерой чувствительности для данного ВВ является максимальная высота сбрасываний, при которой зафиксирован один отказ из 25 сбрасываний. Если при этом высота менее30 мм, то проводят испытания с грузом массой 5 кг.

Чувствительность ВВ по частоте взрывов определяют путем сбра-

сывания груза массой 10 кг с постоянной высоты 250 мм. Мерой чувствительности является число произошедших взрывов из25 сбрасываний в

процентах.

Результаты определения чувствительности к удару некоторых ВВ на копре приведены ниже.

10

Рис. 3.8. Копер для определения чувствительности ВВ к удару:

1 – падающий груз; 2 – фиксатор-сбрасыватель; 3 – направляющие стойки; 4 – штемпельный прибор; 5 – станина; 6 – стальные ролики; 7 – заряд ВВ.

2. Чувствительность ВВ к трениюустанавливают путем сдвига навески ВВ массой 0,05 г боковым ударом по ролику, прижатому с определенной силой к поверхности ВВ. Для этого используют прибор Козлова, в котором для поджатия ролика применяется гидравлический пресс с -ма нометром (рис. 3.9). Навеску ВВ 7 помещают между двумя стальными роликами 3 диаметром 10 мм, которые прижимают прессом, а затем ударяют маятником по верхнему подвижному ролику. Мерой чувствительности к трению в данном случае является давление прижатия роликов, определяемое по манометру пресса.