lukyanov-взрывные работы

по прямой 3, которая при любой температуре ниже, чем кривая 1. Теперь теплоотвод не в состоянии компенсировать теплоприход. Разогрев ВВ прогрессирует, резко ускоряется его превращение – возникает воспламенение. Минимальную температуру среды T0, при которой наступает воспламенение ВВ, называют температурой вспышки и используют в качестве показателя чувствительности ВВ к тепловому воздействию.

Температура вспышки Твсп определяется свойствами ВВ (скоростью разложения и его тепловым эффектом) и факторами, влияющими на теплоотвод (величиной и формой навески ВВ, толщиной оболочки, скоростью нагрева и т. д.).

С уменьшением навески разложение ВВ проходит без вспышки из-за увеличения отношения поверхности навески (определяющей теплоотвод) к объёму (определяющему теплоприход). С увеличением навески Твсп понижается. Наличие оболочки ухудшает теплоотвод, повышая чувствительность ВВ.

Большая скорость нагрева повышает Твсп, малая – снижает. При очень медленном нагреве вспышки может и не быть из-за разложения

ВВв области малых температур. Вспышки может не быть и при очень быстром нагреве – из-за быстрого плавления и кипения ВВ с образованием паров низкой плотности. Например, тротиловые навески массой 0,05 г вспыхивают при бросании в пробирку с температурой 320 °С и беспламенно разлагаются при температуре в пробирке 400 °С.

Для обеспечения сопоставимости чувствительности различных

ВВиспытания необходимо проводить в одинаковых условиях.

Температуру вспышки определяют в термостате (рис. 2.18). Навеску ВВ массой 0,05 г помещают в пробирку и опускают в баню с легкоплавким сплавом Вуда, предварительно нагретым до 100 °С. Повышая температуру бани со скоростью 20 °С в минуту, определяют температуру, при которой происходит вспышка.

Рис. 2.17. Изменение соотношения между теплоприходом

и теплоотводом при нагреве среды

171

Рис. 2.18. Термостат для определения температуры вспышки:

1 – крышка; 2 – термометр;

3 – пробирка с ВВ;

4 – корпус бани; 5 – футляр

Работоспособность грубодисперсных ВВ оценивают по воронкообразованию (взрывают заряд в заданной горной породе и определяют объёмы разрушения) или по дроблению породных блоков и кубиков (взрывают блоки или кубики и определяют качество дробления).

Большое влияние на фугасные свойства ВВ оказывают их детонационные характеристики. Обычно в крепких скальных породах большее фугасное действие производят ВВ, детонирующие с большей скоростью, а в мягких грунтах – с меньшей скоростью.

Температура вспышки различных ВВ, °С

Оценка чувствительности к лучу огня осуществляется поджиганием 1 г навески ВВ в пробирке с отрезком ОШ. Варьируя зазором, определяют максимальное расстояние между ВВ и торцом ОШ, при котором происходит поджигание ВВ. Большинство бризантных ВВ в условиях свободного оттока образующихся газов сгорают без взрыва. Наличие

172

оболочки для многих ВВ обеспечивает переход горения во взрыв. Пластичные динамиты взрываются от луча огня и без оболочки.

По чувствительности к лучу огня огнепроводного шнура ВВ можно подразделить на следующие группы: детонирующие от луча огня – все инициирующие ВВ; взрывающиеся или вспыхивающие – дымный порох и сухая нитроклетчатка; загорающиеся – тетрил и динамиты; не-

загорающиеся и не взрывающиеся – аммониты, тротил, гексоген.

Температура вспышки не характеризует полностью воспламеняемость ВВ от луча огня или искры. Например, дымный порох, имеющий температуру вспышки 300…315 °С, воспламеняется легче, чем бездымный порох, имеющий температуру вспышки 180…200 °С.

Возбуждение взрыва механическим воздействием представляется следующим образом.

Часть энергии механического воздействия трансформируется в тепловую. В случае удара происходят локальные разогревы за счёт интенсивных пластических деформаций и течений в областях механических неоднородностей ВВ с образованием так называемых «горячих точек». При трении тепловая энергия локализуется в «горячих точках» поверхностного слоя ВВ. При достаточной мощности воздействия из таких точек образуется и развивается очаг теплового возбуждения такой величины и интенсивности, что выделяющаяся энергия реакций обеспечивает постепенное его превращение взонухимическойреакциистационарнойдетонационнойволны.

Рис. 2.19. Схема определения чувствительности ВВ к удару на копре

Чувствительность ВВ к удару обычно определяют на вертикальных или дуговых копрах. Вертикальный копер (рис. 2.19) состоит из массивной наковальни (1), укреплённой на фундаменте, на которую устанавливают штемпельный роликовый приборчик (2) с навеской испытуемого ВВ. Па-

173

дающий груз (3) при помощи специального держателя (4) может быть заключён на необходимой высоте между двумя направляющими рейками (5). Эта высота определяется с помощью рейки (6). Срабатывание держателя происходит дистанционно от рукоятки троса, что обеспечивает необходимую безопасность обслуживающего персонала. В копре предусмотрено такжеприспособление, позволяющееулавливатьгрузприотскоке.

На рис. 2.20 показаны наиболее распространённые типы штемпельных приборчиков. Ролики выполняют роль бойка в наковальне. Чувствительность ВВ к удару в значительной степени зависит от многих факторов, в частности от состояния поверхности роликов и наличия на их краях фасок, качества стали, из которой они изготовлены, и степени закалки. Поэтому цилиндрическая и торцовая поверхности их тщательно шлифуются и точно центрируются по отношению к грузу. Термическая обработка их должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к роликоподшипникам.

Навеску испытуемого ВВ массой 0,02…0,05 г укладывают на штемпельный прибор слоем толщиной 1 мм и диаметром 5 мм. В зависимости от высоты, с которой сбрасывается груз, может произойти или не произойти взрыв или вспышка ВВ. Для бризантных ВВ применяют вертикальные копры с грузами 5…20 кг и высотой падения до 3 м. Для инициирующих ВВ применяют рычажные копры с грузом массой 0,5…1,8 кг. Мерой чувствительности ВВ к удару служит минимальная высота, с которой при шестикратном сбрасывании груза определённой массы происходит хотя бы только один взрыв или одна вспышка ВВ.

Рис. 2.20. Штемпельные приборчики для определения чувствительности

ВВк удару падающим грузом:

а– приборчик № 1; б – приборчик № 2; в – стандартный приборчик; 1 – поддон; 2 – муфта; 3 – стальные ролики; 4 – навеска ВВ

Взрывчатые вещества, имеющие чувствительность к удару менее 7 см, считаютсяоченьчувствительными кудару, весьмаопасными вобращении, и перевозка их в обычном порядке воспрещается. Чувствительность к удару гремучей ртути составляет 2 см, нитроглицерина – 4 см, азида свинца – 6 см, динамитов– 20…30 см, аммонитов– 70…100 см.

174

Существует и другой метод испытания на копре. Груз массой 10 кг сбрасывают с высоты 25 см и определяют процент взрывов, получившихся в 25 опытах, который и служит сравнительной характеристикой чувствительности ВВ к удару.

Испытывая ВВ на обоих приборах, получают более полное представление о его чувствительности, так как меняются условия течения вещества под нагрузкой.

Этими испытаниями установлено, что наиболее чувствительными к удару являются ВВ, содержащие гексоген, жидкие нитроэфиры (30…80 % взрывов); обычные предохранительные аммониты, аммоналы дают 10…30 % взрывов, скальные аммониты №1 и №3 – 30…60 %, гранулиты (измельчённые) – 0…12 %. Минимальную чувствительность имеют игданит (0…4 %) и водосодержащиеВВ, которыеприэтихиспытанияхнедаютниодноговзрыва.

Иногда определяют максимальную высоту сбрасывания ударника массой 2 кг, при которой не происходит ни одного взрыва, и минимальную высоту, при которой взрыв навески происходит при каждом сбрасывании (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Характеристика чувствительности некоторых ВВ

При смешивании, патронировании, транспортировании по трубам и шнекам и других технических операциях проявляется явление трения между частицами ВВ или между частицами ВВ и рабочими поверхностями различных установок. Сила трения тем больше, чем больше давление, направленное по нормали трущихся поверхностей, и коэффициент трения.

На преодоление сил трения тратится определенная энергия, которая реализуется или в виде механической работы (деформирование и истирание частиц ВВ и взаимодействующих с ними участков установок), или выделяется в виде тепла, которое идёт на нагрев трущихся тел. При этом температура может повышаться настолько, что произойдет воспламенение ВВ или его взрыв.

Известно, что коэффициент трения при скольжении намного больше, чем при качении. Поэтому при механических способах заряжа-

175

ния применяют гранулированные ВВ, для которых трение качения является превалирующим, при этом условия для воспламенения и взрыва ВВ не возникают. Применение этих же ВВ в порошкообразном виде и тех же механических зарядчиках резко снижает безопасность взрывных работ и может привести к катастрофам и трагическим случаям.

Стандартного метода испытаний ВВ на чувствительность к трению пока не существует. Наиболее часто используют метод, основанный на истирании испытуемого вещества в специальном устройстве стальными поверхностями под определённой нагрузкой в течение продолжительного времени, или метод, основанный на создании трения ударного характера. В последнем случае для ужесточения условий опыта можно применять различные фрикционные материалы.

Поскольку сила трения зависит от множества различных факторов, то целесообразно опыты с различными ВВ проводить в одних и тех же условиях и определять сравнительную их чувствительность к трению по отношению к эталонному ВВ.

Испытания по определению чувствительности ВВ к трению проводятся на копре К-44-Ш. Скользящий удар вызывает трение между частицами ВВ или между ними и поверхностью соударяющихся тел (рис. 2.21).

Навеска ВВ массой 0,05 г сжимается между двумя роликами диаметром 10 мм до некоторого давления с помощью гидравлического пресса. При боковом ударе падающего груза маятника по ударнику в направлении стрелки верхний ролик сдвигается относительно нижнего, подвергая навеску ВВ действию трущего сдвига.

Вероятность взрыва зависит от давления прижатия навески ВВ между роликами.

Изменяя эту величину, находят нижний, средний и верхний пределы чувствительности испытуемого ВВ, т. е. такие значения давлений, при которых частота взрывов равна 50 и 100 %. Давление прижатия контролируют при помощи двух манометров, включенных в гидросистему установки, один из которых имеет пределы измерения до (15…25) ·105 Па и служит для определения малых величин давления прижатия, а другой – до (15…20) ·106 Па.

В качестве эталонного ВВ обычно берут тетрил. Факт воспламенения или взрывания ВВ определяют по звуковому эффекту, вспышке, дымообразованию или нагару торцовых поверхностей роликов. После каждого опыта ролики тщательно очищают от остатков ВВ и нагара и протирают марлей, смоченной в ацетоне.

Кроме того, чувствительность ВВ к механическому воздействию определяется путём испытания навески ВВ в смеси с песком, увеличивающим чувствительность ВВ, на приборе вращательного действия. При этом опре-

176

деляется минимальная нагрузка, при которой при шести опытах не происходит вспышки навески ВВ. Сущность испытания состоит в том, что между двумя плоскими стальными поверхностями размещается навеска 0,05 г и растирается при частоте вращения верхней поверхности 150 мин–1 в течение 10 с и определённом давлении, которое создают подвешиванием на рычаг прижатиягрузовмассой5, 10 и20 кг. Схемаприборапоказананарис. 2.22.

Инертные примеси, твёрдость и температура плавления которых существенно выше частиц ВВ (например, песок), повышают чувствительность ВВ к удару и к трению, а примеси с низкой температурой плавления (например, парафин) способствуют уменьшению чувствительности ВВ, так как часть энергии удара в этом случае расходуется на плавление легкоплавких примесей. На этом явлении основана флегматизация ВВ.

Чувствительность ВВ к инициирующему действию взрыва другого ВВ называется чувствительностью к детонации. Ударная волна ини-

циирующего ВВ образует тепловой очаг возбуждения. При достаточных размерах и интенсивности очага выделяющаяся в нём энергия достаточна

177

для преобразования её в детонацию. Чем больше давление и продолжительность действия ударной волны, тем выше температура разогрева ВВ, а следовательно, тем больше скорость протекающих в очаге реакций. Наибольшей инициирующей способностью обладают ударные волны с параметрами, близкими к параметрам детонационной волны ВВ.

Каждое ВВ характеризуется критическим значением давления инициирования Ркр, называемого порогом инициирования. Ударные волны с давлением ниже критического не возбуждают детонации ВВ.

Разогрев однородных по физико-механическим свойствам ВВ в ударных волнах равномерен. В этой связи необходимый высокотемпературный разогрев образует только мощные волны – волны с давлением на фронте 10…20 ГПа, В неоднородных ВВ необходимый разогрев образуется лишь на механических неоднородностях вещества. Поэтому мощность инициирующейволныможетбытьзначительноменьшей. ПрименяемыеВВдетонируют при сочетании обоих механизмов разложения. Критическое значение давленияихинициированиянаходитсявпределах3…8 ГПа.

Увеличение диаметра заряда существенно снижает порог инициирования ВВ.

Помимо величины важно знать время действия инициирующего давления. Поэтому более точно чувствительность ВВ к инициированию оценивается критическим импульсом, равным произведению давления на время его действия.

Всвязи с зависимостью времени действия взрыва от массы ВВ чувствительность оценивают по минимальной массе инициатора, возбуждающего устойчивую детонацию. Такую массу называют минимальным инициирующим импульсом. Минимальный инициирующий импульс (в граммах гремучей ртути) для порошкообразных ВВ составляет доли грамма, для гранулированных – десятки граммов, для ряда водосодержащих – десятки-сотни граммов.

Втабл. 2.6 приведены минимальные инициирующие импульсы для некоторых ВВ.

178

Экспериментальное определение энергетических характеристик ВВ. Экспериментальные определения теплоты взрыва, состава и объёма продуктов взрыва выполняют в специальных термометрических и манометрических бомбах. Применяемые для указанной цели бомбы представляют собой стальные толстостенные цилиндры с массивными крышками. Внутренний объём бомб составляет обычно от 30 л (бомба Бихеля, рис. 2.23) до 50 л (бомба Долгова, рис. 2.24). Перед взрывом воздух из бомбы выкачивают и измеряют остаточное давление. Иногда бомбу после вакуумирования заполняют инертным газом, например азотом.

179

Заряд ВВ в бомбе взрывают при помощи электрической спирали или электродетонатором (обычно взрывают заряды массой 50…100 г).

В целях сохранности бомбы плотность заряжания, т. е. отношение массы заряда к объёму бомбы (или сосуда, в котором взрывается заряд), принимают не более 0,02 кг/дм3.

Заряд ВВ иногда окружают свинцовой оболочкой, благодаря которой детонация происходит более полно в условиях, близких к практическим условиям применения ВВ.

Для измерения тепла, выделяющегося при взрыве, бомбу помещают в сосуд с точно измеренным количеством воды.

Для определения теплоты взрыва успешно применяют и непосредственное измерение повышения температуры корпуса бомбы после взрыва. Температуру фиксируют с помощью трёх метастатических термометров Бекмана, помещённых в медные клеммы, расположенные на внешней стенке бомбы.

Количество тепла, выделившегося в бомбе и поглощённого её телом или бомбой и водой, вычисляют умножением теплоёмкости бомбы или системы «бомба плюс вода» на разность между конечной и начальной температурамиводыилителабомбыиотносятполученныйрезультатна1 кгВВ.

Бомбу калибруют как калориметр путём сжигания в ней навески бензойной кислоты в атмосфере кислорода.

Бомба после взрыва выдерживается в течение 60 минут для охлаждения и выравнивания температуры стенок с окружающей температурой. Затем измеряется давление внутри бомбы. Расчётным путём определяют объём газов, приведённый к нормальным условиям.

При охлаждении продуктов взрыва пары воды конденсируются на стенках бомбы. Объём такой воды устанавливают, продувая бомбу сухим воздухом, который затем прогоняется через сосуды с хлористым кальцием. Воздух отдаёт хлористому кальцию воду, объём которой прибавляют к вычисленному объёму газов.

После определения теплоты и объёма газообразных продуктов взрыва можно с помощью газового анализа установить химический состав продуктов взрыва.

При проведении анализа большое внимание уделяют ядовитым газам взрыва – оксидам углерода и азота.

Состав продуктов взрыва может быть определён в практических условиях, например, взрыванием заряда ВВ в изолированном забое с последующим отбором проб газа для анализа.

После определения объёма и состава продуктов взрыва и теплоты взрывчатого превращения можно рассчитать температуру взрыва. Опытное определение температуры взрыва связано с большими трудностями, в част-

180