Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow БЖД arrow ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
Посмотреть оригинал

Основные компоненты конденсированных взрывчатых веществ

Промышленные ВВ состоят из нескольких компонентов, которые придают им особые физико-химические свойства. Однако основным является компонент, без которого В В не может быть взрывчатым.

Аммиачная селитра (азотнокислый аммоний) NH4N03 является компонентом большинства промышленных ВВ. При взрыве 1 г этого вещества выделяется 0,2 г кислорода, который используется для окисления водорода, углерода, алюминия, содержащихся в других компонентах смесевого ВВ. Дешевизна и простота получения аммиачной селитры, неограниченность сырьевой базы (воздух + вода), полный переход в газообразные продукты при взрыве обусловили широкое ее применение для промышленных ВВ. Выпускается в виде порошка, гранул, чешуек и кристаллов.

Аммиачная селитра представляет собой белый кристаллический порошок с плотностью (в зависимости от формы кристаллов) 1,56—1,74 г/см3. Насыпная плотность аммиачной селитры составляет 0,86—1,74 г/см3. Получается селитра в результате реакции соединения аммиака с азотной кислотой:

Обычная кристаллическая аммиачная селитра обладает высокой гигроскопичностью. При изменении влажности воздуха она слеживается, превращаясь в камнеобразную массу. Поэтому сейчас изготавливают менее слеживающуюся кристаллическую и гранулированную селитру марки ЖВ с добавками железных солей жирных кислот, которые покрывают кристаллы селитры мономолекулярной пленкой, снижающей ее гигроскопичность и слеживаемость и повышающей водоустойчивость.

Считалось, что чистая селитра не способна взрываться. Однако в 1921 г. в Германии произошло несколько крупных взрывов при рыхлении слежавшейся в штабеле селитры взрывным способом. За последние 50 лет произошло более 25 аварийных взрывов и пожаров на транспортных судах, перевозивших селитру в трюмах. Большинство взрывов произошло в результате загорания или термического разложения селитры в замкнутом пространстве, когда достаточно быстро повышаются давление и температура. Пожаро- и взрывоопасность селитры резко увеличиваются при наличии горючих примесей, а также при ее упаковке в горючие материалы. Поэтому при хранении и транспортировке селитры необходимо создавать условия, исключающие появление очагов разогрева.

Реакция взрывного разложения селитры

сопровождается выделением тепла Q и избыточного кислорода. Теплота взрыва селитры составляет всего 1400 кДж/кг в отличие от аммонитов, для которых она равна 3400—5000 кДж/кг.

Примеси органических веществ даже в небольших дозах значительно повышают энергию взрыва аммиачной селитры и делают ее более чувствительной. Парафин и подобные ему вещества, являющиеся флегматизаторами для В В, имеющих обычно отрицательный или нулевой баланс, для аммиачной селитры даже в небольших количествах (до 5%) являются сенсибилизаторами, так как, участвуя в реакции и повышая энергию взрыва, они повышают и восприимчивость селитры к детонации при положительном и нулевом кислородном балансе смеси. Если кислородный баланс смеси отрицательный, то добавки флегматизируют смесь и она теряет детонационную способность.

Аммиачная селитра активно вступает в реакцию с серой, сульфидами, азотной, серной, фосфорной кислотами, а также с металлами: цинком, медью, никелем, магнием. Особенно опасны примеси азотной кислоты, так как это может привести к самовоспламенению селитры. Алюминий и железо не вступают в реакцию с селитрой. Добавки, способствующие нейтрализации азотной кислоты (мочевина, дифениламин), увеличивая термическую стойкость смеси аммиачной селитры с горючими веществами (древесная мука, крахмал, бумага и др.), уменьшают вероятность самовозгорания таких смесей. Критическим диаметром сухой тонкоизмельченной селитры плотностью 0,8 г/см3 в открытых зарядах является 100 мм (по данным А. Ф. Беляева). Критический диаметр обычной (товарной) селитры равен 200—250 мм. Толщина слоя селитры, по которому может устойчиво распространяться детонация, составляет 30—50 мм, а слоя из пыли селитры — всего 15—20 мм. При наличии прочной (неразрушаемой) оболочки возможна детонация сухой чистой селитры от обычного детонатора в заряде диаметром 7 мм. Скорость детонации обычной селитры в металлической трубе диаметром 40 мм равна 1,95 км/с, водоустойчивой селитры — 2,6 км/с, а ее пыли — 3,4 км/с.

В чистом виде селитра не детонирует от взрыва детонатора или детонационного шнура (ДШ). Для ее детонации необходим промежуточный детонатор из прессованного тротила массой не менее 50 г. При влажности селитры 1% величина детонатора должна быть 100—150 г.

Гранулированная или чешуйчатая селитра в мешках не взрывается от шашки тротила величиной 0,5 кг. Натриевая, калиевая и кальциевая селитра: NaN03; KN03; Ca(N03)2*4H20 — содержат более чем в 2 раза больше кислорода, чем аммиачная, и имеют положительный кислородный баланс более 40%, плотность кристаллов — более 2 г/см3. Но при взрывообразном разложении они образуют мало газов и много твердых оксидов, стоимость их выше. Смеси этих видов селитры с горючими более чувствительны к механическим воздействиям и к воспламенению. Эти виды селитры имеют ограниченное применение и используются для приготовления водосодержащих ВВ, а в качестве добавок — для повышения плотности ВВ, снижения температуры его замерзания, удерживания воды в составе В В, т.е. предохранения от высыхания.

Раньше селитру иногда применяли как самостоятельное ВВ при крупных массовых взрывах. В настоящее время она используется только в смеси с горючими добавками (жидкими и твердыми) или в составе ВВ.

Из-за низкой детонационной способности селитра по условиям хранения и транспортировки не относится к ВВ.

Дипамопы — двухкомпонентные порошкообразные ВВ, содержащие аммонийную селитру (но не тротил). В качестве горючих добавок в динамоны вводятся торф, древесная мука, мох, измельченная сосновая кора, отходы хлопка и т.п. Взрывчатые свойства динамонов целиком определяются составом и технологией их изготовления. Серьезными недостатками динамонов являются их расслаиваемость при зарядке и гигроскопичность. В 1953 г. производство динамонов прекратили и возобновили только в середине 1960-х гг. в виде трехкомпонентных металлизированных составов (аммиачная селитра, соляровое масло, алюминиевая пудра) марок АМ-8 и AM-10 (в настоящее время их производство прекращено из-за недостаточной эффективности).

Игданит представляет собой смесь 94%-ной гранулированной аммиачной селитры и 6%-ного солярового масла. Смесь изготавливают непосредственно в зарядных машинах или на стационарных пунктах.

При содержании дизельного топлива более 6% у игда- нита резко снижается чувствительность к детонации и даже от мощного инициатора он не взрывается. При меньшем содержании солярового масла (2—3%) смесь наиболее чувствительна и может детонировать от электродетонатора (ЭД) или капсульного детонатора (КД). Игданит можно изготавливать двумя способами: заливать соляровое масло непосредственно в мешки с селитрой или в специальные патроны на месте взрыва, после чего уже производить заряжание.

Игданиты безопасны в обращении, имеют низкую стоимость, удобны для механизированного заряжания. Недостатками игданитов являются: частичная потеря взрывчатых свойств при длительном заряжании (более 5—6 ч) из-за стекания солярового масла в нижшою часть заряда с гладких гранул аммиачной селитры; флегматизация сердцевины шнура марки ДША соляровым маслом; разрушение оболочки ДШ из маслонеустойчивого полиэтилена — из-за этого происходят отказы.

Введение в состав игданита аэросила (тонкодисперсного аморфного диоксида кремния) путем его предварительного смешивания с соляровым маслом в количестве 0,05—2% общей массы резко повышает удерживающую способность гранул и исключает стекание горючей добавки в течение 3—5 суток. Игданит относится к ВВ с невысокими энергетическими параметрами: U = 3800 кДж/кг; объем газов 990 л/кг; WR = 2,2-2,7 км/с; КБ = +0,12%.

Тринитротолуол (тротил или тол С7Н5(К02)з) является одним из самых распространенных однокомпонентных В В. Тротил получают путем нитрации толуола смесями азотной и серной кислот

Серная кислота в реакции не участвует и добавляется для поглощения воды более активного протекания процесса и увеличения выхода продукта.

Чистый тротил состоит из кристаллов светло- или темножелтого цвета с температурой плавления 80°С. В порошкообразном виде тротил имеет насыпную плотность 0,9 г/см3. Литой тротил имеет плотность 1,54—1,59 г/см3.

Тротил практически нерастворим в воде, имеет высокую химическую стойкость. Температура вспышки составляет 310°С. Вспышка обычно не сопровождается взрывом. Переход горения в детонацию наблюдается только при горении тротила в замкнутом пространстве или в очень больших количествах.

Это вещество имеет большой отрицательный кислородный баланс (74%), из-за чего при его взрыве выделяется мало газообразных и значительное количество твердых продуктов (сажа).

Порошкообразный и прессованный тротил взрывается от штатного детонатора или нескольких витков ДШ. Литой тротил требует более мощного промежуточного детонатора из прессованных тротиловых шашек или патронов аммонита.

Тротил токсичен, особенно в тонко измельченном состоянии, вызывает раздражение кожи и болезнь глаз, а также интоксикацию организма. Предельно допустимая концентрация тротиловой пыли в воздухе равна 1 мг/м3.

Применяется тротил в порошкообразном, прессованном, чешуйчатом, гранулированном виде, а иногда в виде кусков и литых шашек. В состав аммиачно-селитренных В В он входит в качестве сенсибилизатора и активной горючей добавки, так как имеет много лишних горючих молекул (углерода). Содержание тротила в смесевых ВВ может колебаться от 6 до 70%. Для патронированных В В применяется порошкообразный тротил, для грубодисперсных — гранулированный и чешуйчатый. При попадании в тротил песка или других твердых примесей его чувствительность к механическим воздействиям резко возрастает. Наиболее восприимчив к инициированию порошкообразный тротил, наименее — литой. Критический диаметр сухого порошкообразного тротила составляет 8—10 мм.

Гранулотол (гранулированный тротил) с размером гранул 3—5 мм применяется как самостоятельное В В для взрывания обводненных скважин и в качестве компонента в составе граммонитов и водосодержащих В В. В сухом состоянии гранулотол имеет теплоту взрыва 3450 кДж/кг, а водонаполненный — 4200 кДж/кг в пересчете на 1 кг сухого ВВ. Работоспособность водонаполненного грану- лотола на баллистическом маятнике и в свинцовой бомбе (с промежуточным детонатором) на 10—13% выше работоспособности сухого тротила в тех же условиях.

Критический диаметр гранулотола в открытых зарядах 60 мм, водонаполненного — 25—30 мм, а скорость детонации изменяется от 4,5 (сухой) до 6,5 км/с (мокрый).

Гранулотол абсолютно водоустойчив: заряды могут продолжительное время находиться в воде, в том числе и проточной, без потери взрывчатых свойств, он быстро тонет в воде, имеет хорошую сыпучесть в сухом и мокром состоянии. При хранении не слеживается и не спекается, обладает высокой стабильностью взрывчатых свойств. Для инициирования взрыва гранулотола необходим промежуточный мощный детонатор, так как он недостаточно чувствителен к обычным средствам инициирования.

Применять гранулотол рекомендуется в водонаполненном состоянии, так как вода, заполняющая промежутки между гранулами, увеличивает плотность заряжания до 1,3—1,35 г/см3, за счет чего повышается скорость детонации и улучшается эффект взрыва. Водная оболочка вокруг гранул способствует дополнительному выделению тепла Q за счет смещения реакции в сторону образования углекислого газа:

Испаряясь, вода увеличивает объем образующихся при взрыве газов. Однако на ее испарение требуется тепло, что снижает общую энергию взрыва водонаполненного тротила.

Алюмотол представляет собой сплав серого цвета в форме гранул до 5 мм, состоящий из 85% тротила и 15% алюминиевой пудры. Плотность гранул — 1,5—1,7 г/см3, теплота взрыва — 5600 кДж/кг. Алюмотол, как и грануло- тол, абсолютно водоустойчив, обладает хорошей сыпучестью в сухом и мокром состоянии, не слеживается, пригоден для механизированной закладки в скважины, отличается высокой стабильностью и хорошими взрывчатыми свойствами. Предназначен для применения в обводненных скважинах, в том числе с проточной водой. Для его инициирования необходимы мощные промежуточные детонаторы.

Гексоген C3H6N606 (циклотриметилентринитрамин) - продукт нитрации уротропина азотной кислотой, представляет собой белый кристаллический порошок с плотностью 1,8 г/см3 и насыпной плотностью 1,1 г/см3, температура плавления 203°С. Нерастворим в воде, ядовит, имеет высокую химическую стойкость. Разложение гексогена начинается при температуре 200°С. В небольшом количестве сгорает без взрыва.

Из-за высокой чувствительности гексогена к механическим воздействиям применяют его только во флегматизи- рованном виде: кристаллы вещества покрывают 5%-ным воском или парафином.

Гексоген является одним из наиболее мощных ВВ. Работоспособность в свинцовой бомбе — 475 см3, бризантность при заряде 25 г составляет 16 мм. При заряде 50 г свинцовый столбик разрушается. Скорость детонации при плотности 1,7 г/см3 составляет 8,4 км/с, теплота взрыва — 5450 кДж/кг.

В последнее время гексоген используют в качестве сенсибилизирующего компонента мощных промышленных ВВ: скальных аммонитов, вторично инициирующего ВВ для электродетонаторов, а также при изготовлении детонационных шнуров (ДШ) и промежуточных детонаторов инициирования малочувствительных ВВ.

Нитроглицерин С3Н5((ЖС)2)з (тринитроглицерин, гли- церитринитрат) — тяжелая, маслянистая, бесцветная жидкость, плотностью 1,6 г/см3. Технический нитроглицерин имеет желтовато-коричневый цвет.

Затвердевает нитроглицерин при температуре +13,2°С, в составе В В затвердевает при температуре около +10°С. Поэтому при изготовлении ВВ его смешивают с трудноза- мерзающими нитроэфирами (нитрогликолем и др.).

При растворении в 100 г нитроглицерина 2,5 г коллодионного хлопка образуется студенистообразная масса (желатин), чувствительность которой к механическим воздействиям ниже чувствительности нитроглицерина. Чувствительность нитроглицерина к механическим воздействиям и восприимчивость к детонации очень высоки. Замерзший нитроглицерин менее чувствителен к удару, чем жидкий, но в полузамерзшем состоянии он обладает наибольшей чувствительностью к механическим воздействиям и очень опасен.

Нитроглицерин является мощным ВВ с теплотой взрыва 6040 кДж/кг, имеет две скорости детонации — 2 и 7,6 км/с. Вещество ядовито, при контакте с кожей человека вызывает сильную головную боль. Однако через несколько дней постоянной работы с нитроглицерином у человека вырабатывается иммунитет и головные боли проходят.

Нитрогликоль C2H4(0N02)2 по своим свойствам похож на нитроглицерин. Это прозрачная жидкость с удельным весом 1,5 г/см3, хорошо растворяется в большинстве органических растворителей, летучесть его примерно в 3 раза выше летучести нитроглицерина, желатинизируется более активно. Нитрогликоль затвердевает при температуре -20°С. В сочетании с нитроглицерином образует раствор с температурой затвердевания от -17 до -23°С.

Вещество имеет невысокую химическую стойкость, чувствительность к механическим и тепловым воздействиям ниже, чем у нитроглицерина. Теплота взрыва составляет 7120 кДж/кг, скорость детонации — 7,4 км/с.

Токсическое действие нитрогликоля аналогично действию нитроглицерина, однако иммунитет у человека не вырабатывается. Поэтому при работе с ним нужна особая осторожность, недопустим даже контакт открытых частей кожи с нитрогликолем.

Граммониты назывались раньше зерногранулитами. Промышленностью выпускаются марки: 50/50, 30/70 — только для открытых работ; 79/21 и 82/18 — для подземных и открытых работ. Числитель в марке ВБ означает процентное содержание селитры, знаменатель — содержание тротила.

Граммониты имеют хорошую сыпучесть, не пылят, не слеживаются, пригодны для механизированного заряжания. От аммонитов отличаются меньшей чувствительностью к механическим воздействиям, воздействию пламени и начального импульса. Теплота взрыва составляет 4300 кДж/кг, скорость детонации равна 5,6 км/с — для марки 30/70; 3,2 км/с — для 79/21. Критический диаметр находится в пределах 40—60 мм. Объем взрывных газов составляет 900—1070 л/кг. Кислородный баланс равен -49% — для марки 30/70 и +0,02% — для марки 79/21.

Аммониты получают путем механического смешивания кристаллической аммиачной селитры (79—85%) с порошкообразным тротилом (5—21%) и другими компонентами в шаровых мельницах. Их выпускают в виде патронов различного диаметра или в мешках массой 40 кг, а отдельные сорта — в виде прессованных патронов диаметром 45 мм.

Тротил в состав аммонитов вводят для повышения мощности и чувствительности ВВ, горючие взрывчатые добавки вводят для улучшения структуры аммонитов, снижения его слеживаемости и получения нулевого кислородного баланса,

Цвет аммонитов зависит от цвета добавки и обычно бывает белый, желтый и темно-серый. Все аммониты надежно взрываются от детонаторов и детонирующего шнура.

Аммониты — химически стойкие вещества, гигроскопичны, как и аммиачная селитра, входящая в их состав.

Для защиты от увлажнения оболочки патронов и упаковку покрывают сплавом парафина с петролатумом. Повышенной водоустойчивостью обладают аммониты на основе водоустойчивой аммиачной селитры марки ЖВ. Из-за незначительной смачиваемости и насыпной плотности меньше 1 г/см3 порошкообразные аммониты не тонут в воде при свободной засыпке их в обводненные скважины, поэтому не рекомендуется использовать их в таких условиях. Аммониты на основе порошкообразной селитры быстро слеживаются. Слежавшийся аммонит, как правило,

не детонирует от штатного детонатора. Детонационная способность слежавшегося аммонита в значительной мере восстанавливается после его измельчения. Для уменьшения слеживаемости в состав В В вводят селитру с примесью красителей (фуксина).

Насыпная плотность аммонитов составляет 0,8—0,9 г/см3, патронированные аммониты имеют плотность до 1,0— 1,15 г/см3. Теплота взрыва равна 4300—5400 кДж/кг, скорость детонации — 3,6—4 км/с.

Увеличивают плотность аммонитов до 1,3—1,5 г/см3 за счет прессования. В процессе заряжания жесткие прессованные патроны не меняют своей формы, а это усложняет их использование, так как между зарядом и стенками шпура или скважины образуется зазор, снижающий плотность зарядки.

Критической плотностью большинства аммонитов является 1,4—1,5 г/см3. Аммониты относительно безопасны в обращении: от зажженного кончика огнепроводного шнура аммониты не загораются. На открытом воздухе аммониты сгорают без взрыва, но в замкнутом пространстве или при большом количестве возможен переход горения во взрыв.

Аммонит 6ЖВ представляет собой плохосыпучий, пылящий порошок желтого цвета с нулевым кислородным балансом, состоящий из 79% селитры и 21% тротила. При высоком качестве и хорошей упаковке мало слеживается. Выпускается в патронированном виде и бумажных крафтцеллюлозных мешках. Не пригоден для механизированного заряжания. Многие предприятия (карьеры, объекты гидротехнического строительства и мелиорации, рудники и т.д.) по традиции заказывают аммонит 6ЖВ в качестве основного В В, хотя его можно заменить более удобными и выгодными гранулитами или граммонитами.

Предназначен аммонит 6ЖВ для взрывания пород средней и выше средней крепости сухих и влажных шпуров и скважин, а также для вторичного взрывания, в качестве патронов-боевиков для взрывания гранулированных и водосодержащих В В.

Скальный аммонит № 1 представляет собой аммонит с добавкой 24% гексогена и 5% алюминия (табл. 6.3). Выпускается в прессованном виде с плотностью 1,4—1,58 г/см3, водоустойчив, пригоден для взрывания обводненных крепких пород с гидростатическим напором. Обладает новышенной чувствительностью к механическим воздействиям, выделяет ядовитых газов меньше, чем другие аммониты.

Таблица 63

Характеристики некоторых промышленных ВВ

Параметры

Аммониты

Аммоналы

Дето- нит М

Динаф

талин

6 ЖВ

Скальный № 1

№3

Водо-

устой

чивый

Теплота взрыва, кДж/кг

4300

5400

4950

4950

5800

4070

Объем газов, л/кг

895

830

810

845

832

920

Кислородный баланс, %

-0,53

-0,79

+0,78

+0,18

+0,18

+0,3

Плотность, г/см3

1,0-1,2

i,6

co-

us

0,95-

U

1,0-1,3

  • 1,0-
  • 1,15

Критический диаметр, мм

10-13

6-7

8-10

12-14

8-10

15-16

Скорость детонации, км/с

3,6-4,8

6,0-6,5

4,0-4,5

4,0-4,5

4,9-5,3

3,5-4,6

Прессованные патроны изготавливают с гнездом под детонатор диаметром 8 мм, глубиной 73 мм. Па оболочке патрона имеется стрелка, указывающая на торец с гнездом.

Применяется при проходке стволов шахт, восстающих и горизонтальных выработок в особо крепких породах.

Аммонал-200 водоустойчивый содержит 80% селитры, 15% тротила и 4,5% алюминиевой пудры. Представляет собой однородный мелкий порошок серо-стального цвета, малосыпуч, сохраняет свои свойства при длительном хранении, не пригоден для механизированного заряжания. Выпускается в патронах диаметром 31—32 мм, применяется для взрывания крепких пород любой обводненности.

Аммонал скальный № 3 содержит 72% селитры, 6% тротила, 15% гексогена и 8% алюминиевой пудры. Представляет собой однородный порошок серо-стального цвета. Является самым мощным из порошкообразных патрониро- ванных ВВ. Не слеживается, водоустойчив, надежно детонирует при диаметре 24—28 мм. Предназначен для взрывания крепких пород любой обводненности зарядами малого диаметра. Не пригоден для механизированного заряжания.

Детонит М представляет собой малопылящее порошкообразное ВВ серо-стального цвета, состоящее из 78% селитры, 10% труднозамерзающих нитроэфиров, 10% алюминиевой пудры, 0,3% коллодионного хлопка, по 0,2% соды и машинного масла. Не слеживается, обладает хорошей водоустойчивостью, высокой детонационной способностью в зарядах малого диаметра 24—28 мм в сухом и увлажненном состояниях, сохраняет стабильными свойства при длительном хранении. Детонит М предназначен для взрывания в подземных условиях крепких пород любой обводненности. Вследствие токсичности нитроэфиров нельзя допускать контакта незащищенных частей тела человека с ВВ, так как при этом возникают сильные головные боли. Работы должны вестись в кожаных перчатках.

Динафталит-200 представляет собой наполовину .черненый, малопылящий, не слеживающийся состав желтопесочного цвета. Содержит 88% селитры (35% — марки ЖВ и 53% — кристаллической), 11% динитронафталина и 0,4% парафина. Применяется в патронах диаметром 32 мм для взрывания в подземных условиях пород средней крепости. Пыль динитронафталина менее токсична, чем тротиловая. Имеет ограниченное применение, считается неперспективным ВВ.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы