4.5. Принципы построения предохранительных вв

Установленные закономерности процесса воспламенения горючих газов и аэрозолей взрывом позволили сформулировать основные принципы построения предохранительных ВВ и создать на их основе современные рецептуры устойчиво детонирующих ВВ различных классов.

Первый принцип заключается в снижении энергии (теплоты) взрыва до заданных пределов. При более высокой теплоте газы взрыва имеют повышенную температуру, что увеличивает вероятность воспламенения газопылевоздушной смеси.

Второй принцип предусматривает химическое воздействие на газопылевоздушную смесь, т. е. её ингибирование при смешении с расширяющимися продуктами взрыва, уменьшая тем самым вероятность возникновения и развития цепной реакции воспламенения за счёт обрыва цепей.

Оба принципа реализуются введением в состав смесевых ВВ порошковых веществ с высокой химической активностью и сравнительно высоким удельным теплопоглощением, получивших название пламегасителей. Использование эффекта отрицательных катализаторов по отношению к реакции окисления метана и других горючих шахтных газов или продуктов газификации угольной пыли повышает допустимый уровень энергетических характеристик ВВ (при заданном уровне предохранительности). Наиболее подходящими для такой роли оказались хлориды в первую очередь щелочных металлов (NaCl, KСl). Они снижают температуру взрыва вследствие поглощения теплоты на своё нагревание, плавление и испарение (каждый процент добавки понижает температуру взрыва примерно на 1,5%). Кроме того, эти вещества, перемешиваясь с МВС, тормозят вспышку метана, выполняя роль ингибитора. Тонкое измельчение пламегасителей повышает предохранительные свойства ВВ, но снижает детонационную способность. Крупное измельчение даёт противоположные результаты. Поэтому пламегаситель вводят в состав ВВ в виде гранул крупностью 0,5...2,0 мм из тонкодисперсных частиц.

Третий принцип сводится к применению в качестве окислителя аммиачной селитры, поскольку она при взрыве, с одной стороны, выделяет много газообразных продуктов (0,976 м³/кг) и поэтому увеличивает работоспособность ВВ, а с другой, даёт мало теплоты (1400 кДж/кг) и поэтому имеет низкую температуру взрыва (1623 К).

Именно на этих трёх принципах созданы предохранительные ВВ классов III и IV. Разработки в данном направлении показали, что, соблюдая эти принципы, можно придать взрывчатому веществу любой уровень предохранительности. Однако введение значительного количества пламегасителя в состав ВВ существенно снижает его работоспособность.

Например, ВВ: VI класса угленит №2 (нитроэфиры-10%, NH₄NO₃– 24%, NaCl – 64%) имел работоспособность 70 см³; VII класса угленит №5 (нитроэфиры – 10%, NH₄NO₃– 14%, древесная мука-1%, NaCl –75%) имел работоспособность 40 см³.

Чтобы предупредить создание высокопредохранительных ВВ низкой эффективности, введены нормативные требования к работоспособности ВВ разных классов, а именно: III класса должны иметь работоспособность не менее 320 см³, IV – не менее 265 см³, V – не менее 1,03, а VI класса – не менее 0,80 от работоспособности угленита Э-6, принятого за эталон.

Четвёртым принципом является создание такой взрывчатой системы, при которой тонкодисперсный пламегаситель образовывался бы только в процессе её взрывчатого превращения. В этом случае наличие пламегасителя в продуктах взрыва не влияет на потенциальную теплоту взрыва.

Пятый принцип – селективной детонации, согласно которому взрывчатые механические смеси должны представлять собой саморегулируемые системы: теплота их взрыва меняется в зависимости от условий взрывания. На практике селективность детонации обеспечивается тем, что ВВ создают из двух составных частей, резко отличающихся между собой по химической активности (реакционной способности): одна (обычно нитроглицерин – до 15%) легко детонирует в любых условиях; другая представляет собой ионообменную пару солей, например, смесь натриевой или калиевой селитры с хлористым аммонием.

Такой состав ВВ приводит к тому, что в наиболее опасных условиях взрывания (при торцевом или боковом обнажении заряда) взрывается только нитроглицерин. Остальная часть ВВ играет роль пламегасителя. В результате выделяется мало теплоты (примерно 50% расчётной) и газы взрыва оказываются нагретыми недостаточно для воспламенения метана.

При взрыве в замкнутых условиях выделяется вся потенциальная энергия за счёт вступления в реакцию компонентов с меньшей реакционной способностью, т. е. ионообменной пары солей.

При построении селективно-детонирующих ВВ автоматически реализуется четвёртый принцип:

NH₄Cl + NaNO₃ (KNO₃)  NaCl (KCl) + NH₄NO₃.

Так, при взрыве 1 кг угленита Э-6 образуется 317 г хлорида натрия (калия).

На принципе селективной детонации построены промышленные ВВ V…VII классов.