3.2 Основные характеристики взрывчатыхвеществ

Основными характеристиками взрывчатых веществ, определяющими условия применения и развиваемую мощность, являются кислородный баланс, бризантность и работоспособность, чувствительность, стойкость, плотность, скорость детонации, теплота и температура взрыва и др.

Кислородный баланс – это показатель, характеризующий избыточное, достаточное или недостаточное количество кислорода в веществе по сравнению с количеством, необходимым для полного окисления содержащихся в нем углерода, водорода и других элементов, способных к окислению при взрыве. Измеряется он в процентах (или граммах) избыточного (+) или недостающего (-) кислорода по отношению к общей массе ВВ (или 1 г вещества). Он может быть положительным, отрицательным или нулевым. Положительным считается такой кислородный баланс, при котором наличие кислорода в составе ВВ превышает количество, необходимое для окисления горючих элементов, содержащихся в ВВ; от­рицательным – когда наличие кислорода недостаточно для окисления всех горючих элементов, а нулевым – когда в составе ВВ кислород содержится в количестве, необходимом для полного окисления всех горючих элементов.

Современные промышленные ВВ характеризуются кислородным балансом, близким к нулевому. ВВ с нулевым кислородным балансом образуют минимальное количество ядовитых газов и выделяют максимальную энергию при взрыве.

K_B=d - (2a+b/2)/M∙16∙100, (9)

где d – число атомов кислорода;

а – число атомов углерода;

b – число атомов водорода;

М– молекулярная масса ВВ;

16 – атомная масса кислорода.

Кислородный баланс влияет на многие показатели ВВ.

Рис 3. Испытания ВВ на работоспособность: а – бомба Трауцля; б,

в – бомба соответственно до и после взрыва; 1 – электродетонатор;

2 – заряд ВВ

Так, недостаток кислорода приводит к тому, что реакция взрывчатого превращения идет не до конца и ВВ характеризуется меньшей мощностью, образуется ядовитая окись углерода СО и выделяется чистый водород, что создает взрывоопасную атмосферу. Работоспособностью ВВ называется работа взрыва, ха­рактеризующаяся расширением канала свинцового цилиндра. Испытание ВВ на работоспособность производится в лабораторных условиях при помощи свинцовой бомбы (рис. 3), представляющей собой цилиндр диаметром и высотой 200 мм, отлитый из рафинированного свинца. По оси цилиндра сделан канал глубиной 125 мм и диаметром 25 мм, в который помещают навеску ВВ.

Бризантная работа взрыва ВВ обусловливается кратковременным давлением газов взрыва и действием ударной волны. Следствием такой работы ВВ является дробление среды, окружающей заряд. Бризантность ВВ характеризуется величиной импульса, действующего при взрыве на преграду в месте соприкосновения ее с зарядом ВВ.

Стандартные испытания на бризантность ВВ с критическим диаметром до 60 мм проводят с помощью обжатия свинцовых столбиков 6 (рис. 4) 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 5, 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.4. 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 массиа 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 способность его сохранять физические свойства и структуру в течение определенного периода 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, пыление, летучесть, 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; определяет массу свободного насыпанного вещества в единице объема. Важная характеристика, позволяющая рассчитать величину заряда при засыпке ВВ в скважину.

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. Коэффициент заряжания 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.

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

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. Эти ВВ часто увлажняются. Наиболее гигроскопичны аммиачно-селитряные ВВ. Увлажнение нарушает их физическую стабильность, способствует слеживаемости ВВ, что снижает чувствительность к детонации.

Слеживаемость – 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.