3. Общая классификация промышленных взрывчатых веществ и их характеристика

3.1 Классификация промышленных взрывчатых веществ

Начиная с XIX-XX веков (появление первых бризантных взрывчатых веществ (далее ВВ)) в химической промышленности началась разработка и производство широкого сортамента различных взрывчатых веществ. Далеко не все из них получили промышленное применение, некоторые рассматриваются только с теоретических позиций, а некоторые из-за высокой токсичности и других недостатков выведены в настоящее время из эксплуатации. Существует целый ряд ВВ, которые применяются только в военном деле. Многие ВВ широко используются в горном деле, в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. Наибольшее количество промышленных ВВ (около 90%) используется в горном деле при добыче полезных ископаемых. Поэтому, не смотря на то, что взрыв освоил десятки профессий, в первую очередь, он является неотъемлемым атрибутом профессии горного профиля.

Все промышленные ВВ можно разделить на два основных класса:

а) взрывчатые химические соединения;

б) взрывчатые смеси.

Взрывчатые химические соединения - это относительно неустойчивые химические системы, способные под влиянием внешних воздействий к быстрым экзотермическим превращениям (реакции с выделением тепла), в результате которых происходит разрыв химических связей как между молекулами, так и между атомами в молекулах и последующая рекомбинация свободных атомов или ионов в термодинамически устойчивые новые соединения (молекулы газа, твердые ультрадисперсные углеродсодержащие частицы - алмаз, графит и др.). В этой группе большинство ВВ представляют собой кислородсодержащие органические соединения, способные к частичному или полному внутримолекулярному горению. Неустойчивость взрывчатых химических соединений, согласно Вант-Гоффу, обуславливается присутствием в их молекулах метастабильных атомных комплексов, например, групп С?С в производных ацетилена, N=N в азидах, N=C в солях гремучей кислоты, N=О в нитросоединениях, С–О в перекисях и озонидах, О–Cl в хлоратах и перхлоратах и др.

Указанные группы придают соответствующим ВВ и соединениям

взрывчатые свойства за счёт того, что некоторые из них (N=О, С–О и О–Cl) содержат несвязанный с горючим свободный кислород, который вступает в химическую реакцию с горючими компонентами со значительным выделением теплоты. Другие группы с неустойчивыми химическими связями (С?С, N=N, N=C) дастаточно легко распадаются. Взрывчатые вещества этой группы называют еще индивидуальными. К ним относятся: азид серебра, азид свинца, гексоген, гремучая ртуть, дина, нитроглицерин, нитроксилин, нирогликоль, октоген, тротил, тенерес, тетрил, тэн и др.

Взрывчатые смеси - это такие системы, которые состоят, минимум, из двух компонентов, не связанных химически между собой. Один из компонентов, как правило, является веществом, богатым кислородом, а второй - состоит преимущественно из горючих элементов, при этом не содержит кислород, либо содержит, но в количестве недостаточном для полного внутримолекулярного окисления. Такие смеси представляют собой газообразные, жидкие, твердые или гетерогенные системы. Примеры: газообразные системы - смесь метана с воздухом (рудничный газ); жидкие - смесь горючих компонентов (бензол, толуол) с окислителями (азотная кислота, тетранитрометан); твёрдые - смесь основного компонента (например, аммиачной селитры) с горючими (тротил, динитробензол и др.) - к таким системам относятся пороха; гетерогенные системы (2-х и более фазные) - смесь аммиачной селитры с нефтяным маслом, дизельным топливом, аэрозоли, пылегазовая смесь и т.п.

К современным промышленным ВВ предъявляется ряд требований, среди которых главными являются:

- достаточная мощность, которая обеспечивает необходимую механическую работу;

- простота и безопасность при изготовлении;

- удобство и безопасность в обращении;

- постоянство свойств при длительном хранении и применении;

- безотказность действия при достаточном инициирующем импульсе;

- технически и экономически доступные в изготовлении.

Для применения в условиях подземной добычи полезных ископаемых к отдельным группам ВВ предъявляются следующие дополнительные требования:

- образование минимального количества ядовитых газов;

- безопасность применения в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли.

По способу возбуждения взрывчатого превращения взрывчатые вещества и взрывчатые системы условно разделяют на:

- первичные инициирующие;

- вторичные инициирующие.

В соответствии с областями применения ВВ делят на:

- инициирующие (ИВВ);

- бризантные или дробящие (БВВ);

- метательные (пороха и ракетные топлива);

- пиротехнические составы.

3.2 Характеристика промышленных взрывчатых веществ

3.2.1 Инициирующие взрывчатые вещества

Инициирующие ВВ применяются в качестве возбуждения детонации в зарядах БВВ. Отличительные свойства ИВВ от других бризантных ВВ состоят в их способности детонировать под влиянием незначительных тепловых (луч огня) или механических (удар, трение, накол) внешних воздействий, т.е. обладают чрезвычайно высокой чувствительностью к механическим воздействиям. Вещества этой группы характеризуются весьма малым временем роста скорости взрывчатого превращения от начала возбуждения до стационарной детонации. У азида свинца, например, период ускорения процесса практически отсутствует, т.е. процесс независимо от размеров заряда сразу же протекает в форме детонации.

Инициирующие взрывчатые вещества (далее ИВВ) преимущественно используют в средствах инициирования – капсюлях-детонаторах (КД), электродетонаторах (ЭД). К этой группе относят:

1. Cоли тяжелых металлов гремучей кислоты (фульминаты): гремучая ртуть – Hg(ONC)2, гремучее серебро – AgONC.

2. Cоли азотистоводородной кислоты (азиды): азид свинца – Pb(N3)2, азид серебра – AgN3.

Некоторые органические азиды: циануртриазид – C3N3(N3)3.

3. Соли тяжелых металлов стифниновой кислоты: тринитрорезорцинат свинца (ТНРС).

4. Карбиды тяжелых металлов (ацетилениды): ацетиленид серебра.

5. Галоидные соединения азота.

6. Некоторые нитроароматические диазосоединения.

Эти вещества называют первичными инициирующими или первичными ВВ.

В последнее время разработаны и получены инициирующие ВВ нового класса, основным свойством которых является очень высокая чувствительность к химическому превращению в детонационной форме при воздействии лазерного излучения определенной длины волны. По сравнению с азидом свинца чувствительность некоторых новых ИВВ выше почти в 100 раз. Однако чувствительность к тепловым и механическим воздействиям практически соответствует аналогичным характеристикам тэна. Некоторые из них взрываются только при действии лазерного луча. Такие взрывчатые вещества могут быть использованы как первичные в оптических детонаторах (ОД), либо как обычные бризантные ВВ при проведении специальных взрывных работ; в табл.2 представлены некоторые ВВ этого класса.

Таблица 2

Светочувствительные взрывчатые вещества

ВВ

Плотность, г/см3 Скорость

детонации, км/с

Чувствительность к удару (нижний порог), мм Температура вспышки, С Энергия зажигания лазерным моноимпульсном,

Дж/см2

BC-2 3,0 6,5 50 185 2,3?10-3
BC-7 4,6 6,2 60/100 350 5?10-3
BC-16 1,1 5,1 - 139 12?10-3

3.2.2 Бризантные взрывчатые вещества

В бризантных ВВ (далее БВВ) детонация может быть вызвана влиянием относительно больших внешних воздействий, обычно при помощи ИВВ. Основным видом их взрывчатого превращения также является детонация. У бризантных ВВ взрывчатые характеристики значительно выше чем у инициирующих ВВ. Эту группу представляют следующие ВВ:

1. О-нитросоединения: нитроглицерин – тринитрат глицерина, ТЭН – Тетранитрат пентаэритрита, нитрат целлюлозы.

2. С-нитросоединения: тетрил (тринитротолуол), пикриновая кислота (тринитрофенол); тетранитрометан – С-(NО2)4.

3. N-нитросоединения: тетрил (тринитрофенилметилнитрамин), гексоген (циклотриметилентринитрамин), октоген (циклотетраметилентетранитрамин).

4. БВВ – механические смеси: аммониты (смеси на основе аммиачной селитры), динамиты (смеси на основе нитроглицерина), сплавы тротил-гексоген (ТГ) и др., пластичные и эластичные ВВ на основе мощных БВВ.

В табл.3 представлены некоторые свойства БВВ. Тэн, гексоген, тетрил используют как вторичные инициирующие ВВ в средствах инициирования основных зарядов ВВ – в детонирующих шнурах (ДШ), в капсюлях-детонаторах (КД) или электродетонаторах (ЭД).

Таблица 3

Свойства штатных бризантных взрывчатых веществ

Показатели Тротил Тетрил Гексоген Октоген ТЭН
Температура плавления, °C 80,6-80,9 129,45 204-205 281-284 139-141,3
Плотность монокристаллов, г/см3 1,663 1,730 1,806 1,904 1,770
Удельная теплота взрыва, ккал/кг (кДж/кг) 1010

(4228)

1150

(4815)

1290

(5392)

1354

(5668)

1400

(5866)

Скорость детонации, км/с 7 7,6 8,85 9,25 8,35
Чувствительность к удару по

ГОСТ 4545-88, %

4-8 48-60 80 84-96 100

Во второй половине ХХ века был синтезирован и изучен ряд мощных бризантных ВВ, имеющих рекордные значения скорости детонации (9,1-10,2 км/с) - табл.4. В настоящее время наиболее перспективными среди мощных ВВ представляются такие продукты как CL-20 и отчасти TNAZ.

3.2.3 Метательные взрывчатые вещества

К метательным ВВ относятся пороха и ракетные топлива. Служебным видом превращения ракетных топлив и порохов является горение, протекающее за счет содержащихся в них горючего и окислителя. В случае использования мощного инициирующего импульса могут детонировать. При утилизации ракет твердое топливо используют в виде добавок в промышленные ВВ; разработана технология синтеза ультрадисперсных алмазов при взрывании твердого ракетного топлива. Оптимальным для ракетного пороха и смесевого ракетного твердого топлива является кислородный коэффициент порядка 0,65–0,70 (кислородный коэффициент характеризует содержание в топливе окислительных элементов по отношению к необходимому для полного сгорания горючих компонентов).

Взрывчатое превращение дымного пороха при возбуждении искрой или пламенем происходит в форме взрывного горения, скорость которого всегда меньше скорости детонации и измеряется сотнями метров в секунду. При возбуждении взрыва капсюлем-детонатором или детонирующим шнуром дымный порох способен детонировать. Используют порох в огнепроводных шнурах (ОШ), в качестве зарядов при отбойке некоторых видов поделочного камня и в других операциях, требующих совершения механической работы. Пороха являются многокомпонентными механическими системами и делятся на дымный (черный) порох и бездымный. Дымный порох известен с XI столетия. В его состав входят нитрат калия KNO3 (75%), древесный уголь (15%) и сера (10%). Используют дымный порох в огнепроводных шнурах (Бикфордовых шнурах), в качестве охотничьего пороха.

Таблица 4

Свойства мощных бризантных ВВ

Бездымные пороха или пороха коллоидного типа используются в стрелковом оружии, артиллерийских снарядах и в качестве ракетных топлив. Основным компонентом является нитроцеллюлоза различной степени нитрации (так, динитрат целлюлозы содержит 11,11% азота, тринитрат – 14,14% и т.д.). Целлюлоза представляет собой гидроксилсодержащий природный полимер класса полисахаридов. Нитраты целлюлозы обычно содержат 12,5–13,5% азота (их называют пироксилинами) или 11,5–12% (коллоксилины). При желатинизации нитроцеллюлозы используют пластификаторы различной природы, что обуславливает деление этих порохов на ряд групп.

Лазерные пороха, разработанные сравнительно недавно, являются специальным топливом, обеспечивающим при сгорании высокотемпературную смесь продуктов строго определенного состава, способных в определенных условиях генерировать когерентное электромагнитное излучение с требуемой длиной волны. В состав лазерно-активной среды входят как минимум 2-3 газовые компоненты (оксиды углерода, молекулы воды, азота и др.).

Ракетные топлива являются смесевыми системами и могут быть жидкими, твердыми и комбинированными. Основными компонентами жидкого топлива являются жидкое горючее и жидкий окислитель. В качестве жидкого горючего используют водород, керосин, гидриды металлов, несимметричный диметилгидразин. Основой жидкого окислителя являются фтор, окись фтора, кислород, смесь фтора с кислородом, азотная кислота, тетранитрометан и др.

Основными компонентами твердого ракетного топлива (смесевого твердого ракетного топлива – СТРТ) являются кристаллический окислитель: аммониевая соль динитразовой кислоты, перхлорат аммония и др. В качестве горючего используют каучук, который является одновременно и связующим компонентом. Кроме этого в СТРТ добавляют различные пластификаторы, отвердители, горючие добавки – мощные БВВ (например, октоген), порошкообразные металлы и гидриды металлов, стабилизаторы.

При утилизации СТРТ и выполнении других работ следует учитывать высокую потенциальную опасность, связанную с изменениями физико-химических характеристик, произошедшими за время длительного хранения: изменение взрывчатых характеристик, ухудшение эластичности и прочности, нарушение сплошности зарядов, появление дефектов (Трещины, отслоения и др.), снижение чувствительности к удару и трению.

Пиротехнические составы – механические смеси неорганических окислителей с органическими или металлическими горючими веществами и технологическими добавками. Горение является служебной формой химического превращения. Пиротехнические составы используют в различных отраслях народного хозяйства и оборонной технике. При определенных условия могут детонировать (взрывы на заводах пиротехнических средств в Нидерландах, Италии, Испании, Китае и др. стран).

3.2.4 Промышленные взрывчатые вещества

Большинство промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) представляют собой смесь химически разнородных материалов; как правило, они выпускаются в виде порошков, гранул или суспензий, состоящих из компонентов с частицами различных размеров и формы, различных по физическим свойствам, по агрегатному состоянию. Такие неоднородности являются причиной физико-химических особенностей возбуждения и развития детонации, процесса взрыва, по многим параметрам отличающихся от закономерностей взрыва индивидуальных ВВ. Особые свойства ПВВ придают такие компоненты как окислители, флегматизаторы, сенсибилизаторы, структурообразующие, горючие и гидрофобные добавки и др.

Окислители – вещества, содержащие избыточный кислород, расходуемый при взрыве на окисление горючих элементов (аммиачная селитра – АС, калиевая селитра – КаС, натриевая селитра – НаС и т.д). Горючие добавки – твердые или жидкие вещества, как правило, невзрывчатые – тонкоизмельченный уголь, древесная мука, соляровое масло. Горючие добавки вводят в состав ВВ для увеличения количества энергии, выделяемой при взрыве. Роль горючих добавок выполняют также ВВ (тротил, гексоген и другие), имеющие в своем составе недостаточное количество кислорода для полного окисления содержащихся в них горючих элементов.

Пламегасители вводят в состав только предохранительных ВВ для снижения температуры взрыва и уменьшения вероятности воспламенения метановоздушных и пылевоздушных смесей в шахтах. В качестве пламегасителей чаще всего вводят NaCl и KCl. Пламегасители не участвуют в реакции при взрыве, только нагреваются и испаряются, снижая тем самым температуру газов взрыва.

Сенсибилизаторы – вещества, вводимые в состав ВВ для повышения его чувствительности к восприятию и передаче детонации. Это, как правило, мощные ВВ (тротил, гексоген, нитроэфиры), чувствительные к инициирующему импульсу, которые в смеси малочувствительных взрывчатых веществ (АС и т.п.) с невзрывчатыми (древесная или хлопковая мука) обеспечивают нормальную чувствительность такого смесевого ВВ к инициированию. Роль сенсибилизатора могут выполнять и невзрывчатые вещества (горючие добавки): соляровое масло, древесная мука или уголь. При этом образуются простейшие смесевые ВВ: динамоны, игданиты, гранулиты.

Стабилизаторы (древесная, торфяная мука и др.) вводят для повышения химической и физической стойкости ВВ.

Флегматизаторы – легкоплавкие вещества, масла, имеющие высокую теплоемкость и высокую температуру вспышки, обволакивающие частицы ВВ и не вступающие с ним в реакцию. Введение флегматизаторов снижает чувствительность ВВ к механическим воздействиям и обеспечивает более безопасные условия его применения. Часто используют вазелин, парафин и различные масла.

Смесевые ВВ для шахт и карьеров – порошкообразные ВВ на основе сухих порошкообразных компонентов, а также с добавками жидких веществ. Из многокомпонентных смесей наибольшее применение имеют следующие основные группы ВВ: а) аммониты – смесь аммиачной селитры, тротила и невзрывчатых горючих добавок. В состав скального аммонита входит добавка гексогена; аммониты предохранительные для шахт и рудников выпускают с добавкой пламегасителей - аммонит №6ЖВ (ожелезненная селитра марки ЖВ), аммонит АП-5ЖВ, аммонит ПЖВ-20, аммонит Т-19 и др. б) Аммоналы - аммониты с добавкой алюминиевой пудры. в) Детониты - смесь аммиачной селитры, нитроэфиров и алюминиевой пудры. г) Динамоны - смесь аммиачной селитры и невзрывчатых горючих добавок. д) Гранулированные ВВ – смеси на основе сухих гранулированных, чешуйчатых компонентов или гранулированных сплавов компонентов. е) Граммониты – смесь гранулированной аммиачной селитры с гранулированным тротилом или с чешуйчатым тротилом. ж) Гранулиты – смеси гранулированной аммиачной селитры с жидкими и порошкообразными невзрывчатыми горючими добавками. з) Игданиты – смесь гранулированной аммиачной селитры с жидкой горючей добавкой. и) Гранулотол – гранулированный тротил. к) Алюмотол – гранулированный сплав тротила с алюминиевой пудрой. л) Водосодержащие ВВ – на основе сухих гранулированных или чешуйчатых компонентов или гранулированных сплавов компонентов с добавками холодного или горячего раствора аммиачной селитры, NaCl или КCl, загущающих раствор и стабилизирующих заряд добавок. м) Акватолы – смесь гранулированной аммиачной селитры и гранулированного тротила с раствором селитр, загущающих и стабилизирующих добавок. н) Эмульсионные ВВ – смеси холодного или горячего насыщенного раствора селитр с жидкой невзрывчатой горючей добавкой и эмульгатором, которая при обработке ее в диспергаторе превращается в водоустойчивое подвижное ВВ. При остывании горячее эмульсионное ВВ твердеет.

Наиболее важными свойствами промышленных ВВ (кроме взрывчатых характеристик, эксплуатационных качеств ВВ, стабильности) относят гигроскопичность, слеживаемость, химическая стойкость, водоустойчивость, пластичность, текучесть, уплотняемость, сыпучесть, старение, летучесть, эксудацию и др.

Гигроскопичность - это способность промышленных ВВ поглощать влагу из окружающей атмосферы. Способность к увлажнению аммиачно-селитренных ВВ обусловлена высокой гигроскопичностью основного компонента - аммиачной селитры, – что приводит к ослаблению и полной потере взрывчатых составов. Накопившаяся влага флегматизирует ВВ.

Слеживаемость - это способность некоторых порошкообразных веществ терять при хранении сыпучесть и превращаться в прочную сплошную массу. Слежавшиеся патроны ВВ имеют повышенную опасность. В такие патроны затруднено введение детонатора. Слежавшиеся аммониты (особенно в патронах малого диаметра) мало восприимчива к первичным средствам инициирования, отличаются пониженной детонационной способностью.

Химическая стойкость (стабильность) характеризует скорость разложения ВВ при хранении. Если ВВ обладает низкой стабильностью, то в результате хранения больших его количеств может произойти самоускоряющееся разложение и взрыв. В этом случае продукты первичного распада катализируют дальнейшую реакцию, ускоряет, таким образом процесс разложения.

Водоустойчивость – это способность ВВ сохранять взрывчатые свойства при погружении в воду. Для повышения водоустойчивости ВВ разработано много способов, один из которых характеризуется введением стеарата кальция или цинка в порошкообразные нитроглицериновые ВВ – детониты, углениты и др. Для снижения смачивающей способности жидких нитроэфиров в этих ВВ их слабо желатинируют коллоидным хлопком.

Пластичные ВВ - это ВВ высоковязкой структуры, способное легко деформироваться при незначительных нагрузках и полностью заполнять зарядные полости. К таким ВВ относятся динамиты и акваниты.

Текучие (льющиеся) ВВ – низковязкие акватолы, ифзаниты и некоторые акваниты, содержащие до 30% водной желатины. Такие ВВ можно транспортировать по шлангам.

Уплотняемость - это качество ВВ, определяющее плотность заряжания зарядной емкости. Уплотняемость возрастает при наличии жидкой фазы в ВВ.

Сыпучесть - это способность ВВ легко транспортироваться по трубам и шлангам к месту заряжания, свободно высыпаться, хорошо заполнять пространство скважин. Сыпучесть иногда характеризуют углом естественного откоса. Гранулиты, зерногранулиты, гранулотол - это промышленные ВВ, характеризующиеся хорошей сыпучестью.

Старение - это необратимое ухудшение взрывчатых свойств ВВ при хранении, вызванные физико-химическими изменениями в веществе в результате внутренних процессов или взаимодействия с внешней средой. В связи с процессами старения для всех ПВВ устанавливается гарантийный срок хранения, в течение которого гарантировано сохранение основных показателей технических условий не ниже регламентированных норм.

Летучесть - это способность некоторых жидких компонентов ПВВ испаряться. К таким компонентам относят нитроглицерин, динитроэтиленгликоль, нитрогликоль. Потеря веса таких ВВ приводит к весьма заметному изменению их взрывчатых свойств.

Эксудация - это процесс выделения жидкой фазы из твердой многокомпонентной системы. Это явление наблюдается при старении динамитов, в результате которого на поверхности зарядов появляются капельки чистого нитроглицерина, при этом изменяются взрывчатые характеристики, возрастает опасность в обращении с такими ВВ. К нарушению физической стойкости ВВ могут приводить расслаиваемость компонентов систем, рекристаллизация компонентов и др.

Для открытых работ допускаются ВВ, у которых не регламентируется состав продуктов взрыва. К ним не предъявляют строгих требований по детонационной способности.

К ВВ, предназначенным для ведения взрывных работ при подземной добыче полезных ископаемых, кроме шахт, опасных по пыли и газу, предъявляются требования по минимальному образованию ядовитых газов (CO, CO2, NO, NO2 , SO2) при взрыве.

Слежавшиеся и не поддающиеся размятию руками порошкообразные ВВ, не содержащие гексогена или жидких нитроэфиров, должны измельчаться в соответствие с требованиями "Единых правил безопасности при взрывных работах", после чего могут использоваться только в шахтах (рудниках), не опасных по газу или разрабатывающих пласты (рудные тела), не опасные по взрывам пыли, а также при работах на земной поверхности.

Слежавщиеся порошкообразные ВВ, содержащие гексоген или жидкие нитроэфиры, должны использоваться без разминания или измельчения только при взрывных работах на земной поверхности.

В угольных и сланцевых шахтах, опасных по газу или пыли, при заряжании запрещается разрезать оболочку патронов.

3.2.5 Основные составляющие промышленных ВВ

В 1867 году в Швеции И. Олсон и И. Норбин получили патент на использование аммиачной селитры в составах ВВ. Аммиачная селитра (азотнокислый аммоний или нитрат аммония), NH4NO3 представляет собой бесцветное кристаллическое вещество. Выпускается в виде чешуек, гранул, кристаллов. Легко растворяется в воде, Плотность 1,56-1,74 г/см3; при температуре от –18° до +32°С плотность составляет 1,725 г/см3.

В зависимости от температуры аммиачная селитра (АС) может существовать в различных модификациях. Фазовые переходы в АС осуществляются при температурах: –16°С; +32°С; +85°С; +125°С. При температуре 169,1°С АС плавится. При разложении один грамм селитры выделяет 0,2 г кислорода, окисляющего водород, углерод, алюминий. Из-за этого свойства АС используют в качестве компонента взрывчатых смесей. Насыпная плотность АС 0,8-0,9 г/см3 . Толщина слоя, по которому устойчиво может распространяться детонация, равна 30-50 мм, а слоя из пыли АС - 15÷20 мм. Критический диаметр открытого заряда АС при плотности 0,8 г/см3 - 100 мм, а сухая и тонкоизмельченная АС имеет критический диаметр 10 мм, товарная (обычная селитра) имеет критический диаметр 200÷250 мм. Растворение АС в воде происходит со значительным поглощением тепла и понижением температуры замерзания раствора. При растворении 6 частей в 10 частях воды температура снижается на 17°, а раствор, содержащий 50г АС на 100 г воды, замерзает при –18°С. В связи с этим в местах хранения АС и аммиачно-селитренных ВВ следует систематически вести наблюдения за температурой и влажностью воздуха.

Известные трудности возникают при работе со слежавшейся АС. Для

уменьшения слеживаемости АС выпускают в виде гранул или крупных чешуек. Водоустойчивая аммиачная селитра ЖВ, содержащая гидрофобную смесь парафина и железных солей жирных кислот, обладает заметно меньшей слеживаемостью. Скорость детонации АС в зависимости от условий 1,5-3,4 км/с. Инициирование зарядов АС осуществляют промежуточным детонатором (например, зарядом аммонита, массой 5÷20% массы заряда АС). Теплота взрыва 335÷375 ккал/кг. В зависимости от материала оболочки существенно изменяется критический диаметр АС: в бумажной оболочке - 10÷12 см, а в стальной - 5 см. Гранулированная или чешуйчатая АС в мешке не детонирует от взрыва 500 г тротиловой шашки. По условиям хранения и транспортирования аммиачная селитра не относится к ВВ.

Натриевая, калиевая и кальциевая селитры имеют высокую плотность (более 2 г/см3) и в два раза больше содержат кислорода, чем АС. Но эти селитры имеют ограниченное применение, их добавки повышают плотность ВВ, снижают температуру его замерзания, хорошо удерживают воду в составе ВВ. Смеси перечисленных селитр с горючими добавками более чувствительны к механическим воздействиям и воспламенению.

Динамоны - это смеси АС с горючими невзрывчатыми веществами: тонкодисперсной смеси АС с горючими веществами типа древесной муки, измельченного торфа и других целлюлозных материалов, а также алюминиевой пудры и горючих жидкостей. К этой группе относятся игданит и гранулит. Первый получают путем смешивания гранулированной АС с дизельным топливом (ДТ). Названо это ВВ было авторами (1958 г.) в честь института горного дела им. А.А. Скочинского - ИГД. Второе ВВ - гранулит - представляет собой смесь гранулированной АС с минеральными маслами, иногда содержащие добавку алюминиевой пудры. Известны гранулиты АС-4, АС-8, гранулит-М и др.

Тротил (тринитротолуол, тол) - это ВВ класса химических соединений (однокомпонентное ВВ). Впервые получен в 1863г., а в 1891 г. его стали выпускать как промышленный продукт во многих странах мира. Кристаллы чистого тротила имеют цвет от светло- до темно-желтого.

Цвет Плотность, г/см3 Тплавления, °C Скорость детонации, м/с
Желтый 1,66 (при 20°C) 81 6900
КБ,% Температура взрыва, t 0C М, г/моль Растворимость в H2O, %
-74 2950 227 0,02 (при 15°C)

Тротил C6H2(NO2)3CH3 является одним из самых распространенных ВВ и представляет собой кристаллическое вещество. Он выдерживает нагревание в течение нескольких часов при температуре до 240°С. С химической точки зрения тротил представляет собой тринитротолуол и относится к классу нитросоединений ароматического ряда:

Впервые чистый тротил был получен в 1863 году, а применяется в практике взрывного дела с 1891 года. На его основе разработан целый ряд смесевых ВВ. Так А.А. Солонин изобрел аммотол - смесь аммиачной селитры с тротилом. Уже к началу XX века тротил стал основным бризантным ВВ, не уступая своих позиций и в настоящее время.

Благодаря невысокой реакционной способности, он весьма стоек и легко смешивается или сплавляется с различными веществами (селитрой, алюминием, гексогеном, ксилилом и т.д.). Тротил мало чувствителен к механическим воздействиям. Взрывается при падении груза 10 кг с высоты 25 см. Чувствительность к детонации мала, причем чувствительность литого тротила заметно ниже, чем прессованного. Литой тротил не взрывается даже от штатного капсюля-детонатора, ему необходим промежуточный детонатор.

Тротил получают нитрованием толуола, производимого из каменноугольной смолы на коксовых заводах или из нефти, подвергшейся пиролизу. Нитрование производится концентрированной азотной кислотой:

C6H2(NO2)3CH3+3HNO3= C6H2(NO2)3CH3+3H2O.

Наряду с одностадийной технологией применяются двух- и трёхстадийные способы нитрования. После нитрования необходима тщательная промывка горячей водой от кислоты и очистка от несимметричных изомеров, динитротолуола и других примесей. Очистку производят раствором сульфита натрия или перекристаллизацией из чистого этилового спирта. После очистки тротил сушат и чешуируют. Готовый тротил должен представлять собой однородную массу, состоящую из чешуек (кристаллов ромбической формы) светло-жёлтого или жёлтого цвета с температурой затвердевания не менее 80,20С, с содержанием влаги и летучих не более 0,07 %, с кислотностью не более 0,01%. Содержание примесей, не растворимых в бензоле или толуоле, должно быть менее 0,1%. Насыпная плотность порошкообразного тротила 0,9 г/см3. При прессовании под давлением около 4000 кг/см2 плотность достигает 1,6 г/см3. Литой тротил имеет плотность 1,54 - 1,59 г/ см3.

Температура вспышки тротила около 310°С. Вспышка взрывом не сопровождается. Горение тротила в замкнутом пространстве или больших масс может привести к взрыву. Восприимчивость тротила к инициированию можно по мере ее уменьшения представить таким рядом: порошкообразный, прессованный, чешуйчатый, гранулированный, литой. Прессованный тротил инициируют капсюлем-детонатором (КД) или несколькими витками детонирующего шнура (ДШ). Для взрыва литого тротила требуется промежуточный мощный детонатор из прессованных шашек тротила или патронов аммонита. Теплота взрыва тротила при плотностях 0,85 г/см3 и 1,5 г/см3 составляет соответственно 3393,9 кДж/кг и 4231,9 кДж/кг. Скорость детонации сухого гранулированного тротила в открытых зарядах диаметром 60 мм составляет 2,7÷3,3 км/с, в водонаполненном состоянии - 6 км/с. Критический диаметр детонации сухого гранулированного тротила в открытых зарядах около 60 мм, водонаполненного 25÷30 мм кислородный баланс (–74%). Работоспособность водонаполненного гранулированного тротила по пробе Трауцля дает 310-315 см3 , сухого порошкообразного - 285 см3.

Бризантность водонаполненного гранулированного тротила составляет 23 мм, сухого гранулированного - 9 мм, а тонкоизмельченного - 16 мм. В настоящее время из-за токсичности практически все страны мира не

производят тротил и не используют его в промышленности.

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

Применяют тротил в порошкообразном, прессованном, чешуйчатом, гранулированном виде, а иногда в виде кусков и литых зарядов. При попадании в тротил песка или других твердых примесей резко возрастает его чувствительность к удару и трению, что необходимо учитывать при закладке в скважины. Наиболее чувствительным к инициированию является порошкообразный тротил, наименее – литой.

Порошкообразный и прессованный тротил взрываются от капсюля-детонатора или от нескольких витков ДШ. Для взрыва гранулированного или литого тротила требуется более мощный промежуточный детонатор из тротиловых шашек или патронов аммонита.

Очень часто на практике применяют понятие энергетического эквивалента – тротилового эквивалента. Для этого выбирают в качестве эталонного ВВ тротил и опытным путем для него находят точное значение соответствующих функций P=f[(G)1/3R-1] и I=[(G)1/6R-1], где: Р – давление при взрыве, I – полный импульс, G – вес заряда, R - расстояние от центра заряда до места измерения. После чего определяют вес заряда исследуемого ВВ, который на любом расстоянии дает одинаковое значение параметров волны с зарядом тротила известного веса. Эта величина и называется тротиловым эквивалентом ВВ. Тротиловый эквивалент m соответствует отношению показателей работоспособности данного ВВ (Qvh)ВВ по отношению к таким же показателям тpoтила (Qvh)ТР: m=[(Qvh)ВВ/(Qvh)ТР].

В большинстве случаев при оценке тротилового эквивалента пользуются отношением только теплот взрыва m=[(Qv)ВВ/(Qv)ТР], что целесообразно для ВВ с близким составом продуктов взрыва.

Разложение тротила при взрывчатом превращении происходит в соответствии с уравнением реакции:

C6H2(NO2)3CH3=2,5H2O+3,5CO+3,5C+1,5N2 с тепловым эффектом 932кДж/моль или 4235 кДж/кг, при этом объём газообразных продуктов составляет порядка 0,750 м3 на 1 кг тротила. Тротил имеет большой отрицательный кислородный баланс, из-за чего при его взрыве выделяется значительное количество твёрдых продуктов - сажи.

Алюмотол - это смесь тротила с алюминиевым порошком (№15). Гранулированный алюмотол готовят путем смешивания расплавленного тротила с алюминиевым порошком и последующей грануляции полученной смеси в воде. Продукт представляет собой серебристого цвета гранулы диаметром 3-5 мм. Теплота взрыва водонаполненного алюмотола составляет 5195,6 кДж/кг; работоспособность 420-430 см3; бризантность - 24,5 мм. Скорость детонации в открытых зарядах диаметром 60 мм 5,5÷6,0 км/с.

Тетрил (тринитрофенилметилнитрамин) C6H2(NO2)4NCH3 –

Цвет Плотность, г/см3 Тзатвердевания, °C Скорость детонации, м/с
Желтый 1,78 (при 20°C) 127,7 7470
КБ,% Температура взрыва, t °C М, г/моль Прессуемость, г/см3
-47,4 3900 287 до 1,68

представляет собой порошкообразную массу мелкокристаллического вещества светло-желтого цвета с температурой плавления около130°С.

В соответствии с химической номенклатурой тетрил является тринитрофенилметилнитроамином и относится к классу нитросоединений ароматического ряда:

Все нитросоединения нерастворимы или малорастворимы в воде, практически не гигроскопичны и водоустойчивы. С увеличением числа нитрогрупп взрывчатые свойства нитросоединений усиливаются, а токсичность, наоборот, снижается. Температура вспышки тетрила находится в интервале температур 190-194°С. При горении даже в сравнительно небольших количествах он способен взрываться. Тетрил относится к категории ВВ весьма чувствительных к тепловому и механическому воздействию. Примесь даже 0,05% песка резко повышает чувствительность тетрила к удару и трению. Соединения, у которых нитрогруппа связана с углеродным атомом через азот, характеризуются меньшей химической устойчивостью. Более того, они обладают высокой чувствительностью и повышенной опасностью в обращении: тетрил, имеющий температуру плавления около 128°С, при длительной выдержке при температуре 140°С способен к самовоспламенению. Тетрил также обладает большой восприимчивостью к детонации и очень хорошо передает ее другим ВВ. Чувствительность к механическому воздействию и детонации выше, чем у пикриновой кислоты, бризантность также выше (19 мм).

Используют для изготовления шашек - промежуточных детонаторов.

В виду большой мощности тетрил особенно пригоден для изготовления капсюлей-детонаторов и детонаторов (ЭД, КД). На открытых взрывных работах тетрил применяют в виде шашек как промежуточный детонатор для инициирования маловосприимчивых ВВ. Для снаряжения боеприпасов практически не применяется.

Получают тетрил нитрованием сульфата диметиланилина:

Сульфат диметиланилина получают растворением диметиланилина в избытке серной кислоты. Смесь обрабатывается азотной кислотой. Из промытого от остатков кислоты осадка получают готовый тетрил кристаллизацией в процессе сушки.

Разложение тетрила при взрывчатом превращении происходит в соответствии с уравнением реакции: C6H2(NO2)4NCH3=2,5H2O+5,5CO+1,5C+2,5N2 с тепловым эффектом 1246 кДж/моль или 4610 кДж/кг, при этом объём газообразных продуктов составляет порядка 0,740 м3 на 1 кг тетрила. Тетрил имеет четко выраженный отрицательный кислородный баланс, что необходимо учитывать на практике.

Гексоген (циклотриметилентринитроамин, циклонит, RDX) (CH2)3N3(NO2)3 представляет собой белое порошкообразное кристаллическое вещество без вкуса и запаха с температурой вспышки 230°C. С химической точки зрения гексоген представляет собой циклотриметилентринитроамин:

Цвет Плотность, г/см3 Тплавления, °C Скорость детонации, м/с
Белый 1,816 (при 20°C) 205 8100
КБ,% Температура взрыва, t 0C М, г/моль Прессуемость, г/см3
-21,6 3800 222 до 1,73

В воде он практически нерастворим. Гексоген чрезвычайно токсичен и обладает химической стойкостью: признаки разложения заметны лишь при температуре около 200°C. Обладает работоспособностью по Трауцлю 475 см3, фугасность составляет 470 мл. При воспламенении сгорает с характерным ярким пламенем. Температура вспышки - 290°С. Чувствительность к удару - 30 см. Теплота взрыва в прессованном виде 5447 кДж/кг. При испытаниях по стандартной пробе Гесса навеска гексогена разрушает свинцовый столбик. Впервые гексоген был получены в конце XIX века, но как ВВ нашел применение только с 1920 г.

Применяется как вторичное инициирующее ВВ в детонаторах; в смеси с тротилом или в сплаве с тротилом в виде шашек ТГ; в качестве сенсибилизатора в некоторых сортах мощных аммонитов (например, в аммоните скальном №1).

Гексоген флегматизируют воскообразными веществами в составах А-IХ-I, А-IХ-2 или специальным лаком в составе ГФГ-2; с тротилом или алюминием – шашки ТГА; в виде пластичных и эластичных ВВ на основе гексогена. Используют в некоторых типах твердых ракетных топлив в качестве активного горючего.

Гексоген по мощности значительно превзошёл ранее применявшиеся бризантные взрывчатые вещества: 1 кг гексогена, занимающий объем 0,6л, выделяет при взрыве 5,40 МДж за 10-5 с, что соответствует 500 ГВт - т.е. в десятки раз больше, чем мощность крупнейшей электростанции; а энергии, полученной при взрыве 200 г этого ВВ при условии полного использования, достаточно для того, чтобы поднять массу в 120 тонн на высоту в 1 метр. Во время второй мировой войны он широко использовался для изготовления детонаторов и разрывных зарядов бронебойных и кумулятивных боеприпасов.

Получают гексоген нитрованием уротропина (CH2)6N4 (температура плавления 165°С, хорошо растворим в воде, температура вспышки 190°С, фугасность 190 мл.):

С целью увеличения выхода гексогена возможно использование динитрата уротропина вместо чистого уротропина, но при этом важное значение имеют концентрация азотной кислоты и наличие оксидов азота, которые способны вызывать окисление или "выгорание" уротропина. Гексоген, полученный нитрованием динитрата уротропина, почти полностью растворяется в азотной кислоте. Для его выделения данный раствор разбавляют до концентрации кислоты что обусловлено близкими тепловыми эффектами реакций CO+0,5O2=CO2+242 кДж/моль и H2+0,5O2=H2O+282 кДж/моль. По этой схеме гексоген при взрыве образует следующие продукты распада: С3H6N3(NO2)3=3H2O+3CO+3N2 с тепловым эффектом 1128 кДж/моль или 5400 кДж/кг. Объём образующихся газов при взрыве составляет порядка 0,890 м3/кг.

Октоген (циклотетраметилентетранитрамин, НМХ) C4H8N8O8 - кристаллический белый порошок; плотность монокристаллов 1,9 г/см3; температура плавления с разложением 277°С. Температура вспышки 335°С. Токсичен. Скорость детонации около 9 км/с. Получен в 1941 г. Обладает относительно высокой термостабильностью. Входит в состав твердых ракетных топлив. Его используют в зарядах для перфорации глубоких нефтяных скважин с температурой выше 180°С. Имеет 4 кристаллических модификации. Одна из них - β-модификация - является стабильной формой, обладает наименьшей чувствительностью к механическим воздействиям.

ТЭН (тетранитропентаэритрит) C5H8(ONO2)4 получен в 1894 году. Кристаллический порошок белого цвета. Плотность монокристаллов 1,728 г/см3. Влаги не боится. Скорость детонации 8,2÷8,7 км/с. Температура вспышки 255°С, температура плавления с разложением - 141°С, работоспособность 500 см3. Чувствительность к удару 30 см. Химически стойкое вещество. Теплота взрыва 6201 кДж/кг. Бризантность высокая: свинцовый столбик разрушается. Небольшие количества тэна сгорают спокойно, при повышенном давлении горение переходит во взрыв. Обладает высокой чувствительностью к трению и удару, поэтому его выпускают не только в чистом виде, но и флегматизированным парафином и другими подобными веществами. Критический диаметр детонации тэна при плотности 1 г/см3 равен 3 мм. Используется в качестве вторичного инициирующего ВВ в некоторых КД. Застывшая суспензия тэна в тротиле (пентолит) применяется в шашках в качестве промежуточных детонаторов. Используется для изготовления пластитов и эластитов. Применяется в качестве медицинского препарата под названием "ЭРИНИТ", который является аналогом нитроглицерина. Кроме этого, ТЭН нашел широкое применение в детонирующих шнурах, поскольку имеет критический диаметр детонации - 1 мм.

Нитроглицерин (тринитрат глицерина, НГ, НГЦ) C3H5(ONO2)3

Цвет Плотность, г/см3 Тзамерзания, °C Скорость детонации, м/с
Бесцветен 1,600 (при 16°C) +13,2 7500
КБ,% Температура взрыва, t 0C М, г/моль Растворимость в H2O, г/дм3
+3,5 4100 227 1,800 (при 20°C)

представляет собой маслянистую бесцветную жидкость с характерным сладким вкусом (технический нитроглицерин имеет слабо жёлтую окраску). При температуре более 50°С летуч. Хорошо растворим в большинстве органических растворителей, хорошо растворяет коллоидный хлопок, на чем основано получение желатинизированного нитроглицерина для пластичных динамитов. Заключает в себе большой запас энергии: его работоспособность 590 см3, бризантность по Гессу 24-26 мм. Является сильнодействующим ядом, вызывая острые головные боли при вдыхании его или при соприкосновении с кожей. От пламени загорается с некоторым трудом; легко воспламеняется искрой огнепроводного шнура. В небольших количествах (до 2 кг) сгорает спокойно. Горение больших количеств переходит во взрыв.

С химической точки зрения нитроглицерин представляет собой глицеринтринитрат: CH2ONO2-CHONO2-CH2ONO2.

Тринитроглицерин впервые получил в 1846 г. в Италии химик-исследователь А. Собреро. Это, безусловно, способствовало целому комплексу исследований по поиску новых ВВ. Однако до 1854 г. нитроглицерин из-за большой опасности при получении и использовании на практике не был востребован. Впервые предложение о практическом применении нитроглицерина для разрывных зарядов в артиллерийских снарядах внес в 1854 году, во время Крымской войны, профессор Н.Н. Зинин. Но вследствие большой опасности при снаряжении и при использовании боеприпасов, начинённых нитроглицерином, Главное артиллерийское управление отказалось от применения нитроглицерина. Поэтому впервые чистый нитроглицерин был применен для изготовления взрыв­чатых смесей в горно-добывающей промышленности только в 1867 г. Однако на зо­лотых приисках в Восточной Сибири при производстве взрывных работ артиллерийский офицер З.Ф. Петрушевский, работавший под руководством знаменитого рус­ского химика Н.Н. Зинина, использовал разработанное им в 1853 г. ВВ на основе нитроглицерина, аналогичное по составу динамитам - «магне­зиальный динамит» (75% нитроглицерина и 25% углекислого магния). Но под­линную революцию в мирном и военном применении динамитов и порохов на основе нитроглицерина, а также средств их инициирова­ния произвел знаменитый шведский инженер и предприниматель А. Нобель, разработавший в 1888 г. нитроглицериновый баллиститный порох, получаемый путем желатинизации нитроцеллюлозы нитроглицерином. В России техно­логию бездымного пироксилинового пороха разработал в 1891 г. Д.И. Менделеев.

Нитроглицерин получают обработкой глицерина смесью концентрированных азотной и серной кислот. Хорошо отмытый от этих кислот он достаточно химически стоек при комнатной температуре, но при наличии следов кислот способен постепенно разлагаться с последующим взрывом.

Чувствительность к удару весьма велика: детонирует при падении груза массой 2 кг с высоты 4 см. Применяется в смеси с нитроцеллюлозой для получения нитроглицеринового пороха, а в смеси с нитроцеллюлозой и другими горючими наполнителями для производства динамитов. Взрывчатые смеси на основе нитроглицерина содержат обычно нитроглицерин в желатинизированном виде, т.е. в виде смеси с растворяющей его нитроцеллюлозой. Полученный гель требует добавок инертных горючих компонентов (древесной муки, ваты, песка и т.д.) или неорганических окислителей (аммиачной или калиевой селитры). Однако следует отметить, что из-за высокой чувствительности и опасности в обращении, а также дороговизны взрывчатые смеси на основе нитроглицерина (динамиты) в последнее время утратили свое былое значение во взрывном деле.

Направление протекания реакции любого взрывчатого превращения лимитируется принципом Ле-Шателье-Брауна и законами химической термодинамики. Взрыв можно рассматривать как термохимическую реакцию, протекающую в адиабатических условиях, поэтому в соответствии со вторым законом термодинамики, базирующемся на фундаментальном принципе максимизации энтропии, любая изолированная система будет стремиться перейти в такое состояние, при котором бы обеспечивался максимум значения энтропии системы. В предельном случае это обуславливает образование термодинамически наиболее устойчивых соединений (стабильных фаз), что, в свою очередь, сопровождается максимальным тепловым эффектом процесса. Так разложение нитроглицерина осуществляется в соответствии с уравнением реакции:

C3H5(ONO2)3=2,5H2O+3CO2+1,5N2+0,25O2 с тепловым эффектом 1420 кДж/моль или 6200 кДж/кг. Равновесие этой химической реакции при взрыве смещается в направлении образования высших оксидов углерода и водорода CO2 и H2O, молекулярных азота N2 и кислорода O2, т.е. в направлении образования продуктов реакции. При взрыве образуется порядка 0,715 м3 газообразных продуктов на 1 кг нитроглицерина.

Ограниченно применяется в качестве сенсибилизаторов при изготовлении некоторых предохранительных ВВ: победитов, угленитов, серного и нефтяного аммонитов. Единственное штатное БВВ жидкое и единственное с положительным кислородным балансом.

Нитрогликоль C2H4(ONO2)2 - прозрачная жидкость с удельным весом 1,5 г/см3. Затвердевает при –20°С. В смеси с нитроглицерином образует растворы, имеющие температуру затвердевания от –17°С до –23°С. Химически стоек; теплота взрыва 7120 кДж/кг, скорость детонации 7,4 км/с; работоспособность 600 см3. При работе с нитрогликолем нужна особая осторожность – недопустим контакт открытых поверхностей тела. Области применения такие же, как и у нитроглицерина.

В табл.5 приведены технологические характеристики некоторых ВВ.

Таблица 5

Технологические характеристики некоторых ВВ

ВВ

Упрощенная реакция взрыва

КБ,

%

Температура

взрыва, t 0C

Объем газов при взрыве, л/кг Теплота взрыва,

кДж/кг

NH4NO3 NH4NO3=2H2O+N2+0,5O2 +20,0 1950 980 1400
Гексоген С3H6N3(NO2)3=3H2O+3CO+3N2 -21,6 3800 890 5400
Дигликоль-динитрат C4H8О(ONO2)2=4H2O+3CO+С+N2 -40,8 - - 4000
Динитронафталин C10H6(NO2)2=3H2O+CO+N2 +9C -129,4 2500 750 2940
Коллоидный хлопок C6H7О3(ОNО2)3=3,5H2O+3,5CO+2,5CО2+

+1,5N2

-33,6 250 936 3630
Ксилил C8H7(NО2)3=3,5H2O+2,5CO+5,5C+1,5N2 - - - 4300
Нитроглицерин C3H5(ONO2)3=2,5H2O+3CO2+1,5N2+0,25O2 +3,5 4100 715 6200
Нитрогликоль C2H4(ONO2)2 = 2H2O + 2CO2 + N2 0 4200 738 6620
ТЭН C5H8(ONO2)4=4H2O+3CO2+2CO+2N2 -10,2 4000 790 5700
Пикриновая кислота C6H2(NО2)3OH=1,5H2O+5,5CO+0,5C+1,5N2 -45,4 - - 3300
Тетрил C7H5N(NO2)4=2,5H2O+5,5CO+1,5C+2,5N2 -47,4 3900 740 4610
Тротил C7H5(NO2)3=2,5H2O+3,5CO+3,5C+1,5N2 -74,0 2950 750 4235

3.2.6 Дополнительные компоненты аммиачно-селитренных ВВ

В состав аммиачно-селитренных ВВ входят невзрывчатые органические горючие добавки, богатые горючими элементами (Н2, С), которые окисляются избыточным кислородом АС с выделением тепла (древесная мука, мука хлопкового жмыха). В качестве добавок используют карбамид (мочевину) - СО(NH2)2. Карбамид с аммиачной селитрой (48/52) образует смесь с температурой плавления tплавл=48°С, а при 15% карбамида смесь плавится при 75°С. Жидкой горючей добавкой (5%) является соляровое масло всех выпускаемых марок. Используют при изготовлении гранулитов. Широко применяемой в качестве твердых горючих добавок является

алюминиевая пудра или алюминиевый порошок, повышающие чувствительность ВВ, теплоту взрыва и объемную концентрацию энергии ВВ.

Алюминий часто заменяют ферросплавами, содержащими кремний, ферросилиций (содержит 20–80% Si, 1–3% Al, 0,2–0,4% Cr, 0,2–0,6% Mn) и силикокальций (содержит 10–30% Ca, 1–2% Al, 6–25% Fe).

В состав водоустойчивых ВВ входят гидрофобные добавки (парафин, стеарат кальция, асфальтит), выполняющие роль горючих компонентов. При необходимости загущения растворов АС в водосодержащих ВВ применяют полиакриламид, изаргам, гуаргам, который получают размолом бобов тропической акации.

Структурообразующие добавки применяют для создания поперечной

связи макромолекул загущающих полимеров. Для этой цели применяют сульфат хрома, бихромат натрия, сернокислый алюминий, буру, калиевые квасцы хрома и др.

Пороха коллоидного типа (пироксилиновые пороха) для взрывных работ используют сравнительно редко. При заряжании скважин пироксилиновый порох смешивают с насыщенным раствором АС, что повышает бризантность и энергию взрыва.

Конверсионными взрывчатыми веществами принято называть ВВ и средства инициирования (СИ), которые использовали в военном деле, а затем из-за истечения сроков хранения применяют в горном деле для взрывов дробления или выброса.

Все ВВ (заряды в снарядах, авиабомбах, торпедах, ракетах), а также артиллерийские и ракетные пороха имеют большой отрицательный КБ, повышенную чувствительность (ВВ с добавками гексогена, тэна, сплавов алюминия и магния), сильную электризуемость (пороха), т.е. они гораздо опаснее при их применении в промышленных взрывах.

Пороха и некоторые ВВ выделяют, кроме традиционных газов СО, NO2, а также ядовитые хлористые газы. Это позволяет использовать эти ВВ только на земной поверхности, при этом, они экологически будут вреднее промышленных.

Конверсионные ВВ более подходят (по организационным факторам) к использованию на временных объектах - сооружение дорог, каналов, плотин, взрывов на выброс и т.д.

В качестве средств инициирования можно использовать тротиловые и тротил-гексогеновые шашки (ТГ) для промежуточных детонаторов, а также более высококачественные, чем промышленные, боевые ЭД с платиноиридиевыми мостиками накаливания, а также КД и огнепроводные шпуры. В настоящее время накоплен опыт переработки и использования в качестве водоустойчивых ВВ под названием гранипоров артиллерийских порохов, выплавки из снарядов тротила, последующего его гранулирования и использования взамен гранулотола под названием конвертол. Успешные результаты получены при использовании баллиститных порохов для изготовления удлиненных кумулятивных зарядов для дробления негабаритов, резки металлоконструкций при утилизации или разрушения объемных бетонных и железобетонных сооружений.

Разработана технология переработки зарядов твердого топлива в гранулы, пригодных для производства синтетических алмазов, пороховых зарядов твердотопливных ракет в гранулы разных размеров, пригодных для заряжания обводненных скважин.

3.2.7 Нитроглицериновые ВВ

Высокопроцентные нитроглицериновые ВВ имеют весьма небольшое применение по сравнению с аммиачно-селитренными. Основные компоненты: нитроглицерин и нитрогликоль. Очень опасны в обращении. Из высокопроцентных нитроглицериновых ВВ имеет применение, при том весьма незначительное лишь 62% динамит. Он состоит из смеси нитроглицерина - 37% и нитрогликоля - 25%, желатинированных коллоидным хлопком - 3,5%, калийной или натровой селитры - 32%, древесной муки - 2,5%. Тугая пластичная масса ВВ патронируется в бумажные гильзы, плотность патронов 1,45. Динамит водоустойчив. Бризантность 16 мм. Чувствительность к удару 28 см. Температура замерзания tзамерз= –20°С (опасность в обращении увеличивается). Замерзшие динамиты перед употреблением надо отогревать при температуре не выше +30°С. При отогревании, а также при хранении в условиях повышенной температуры может происходить эксудация - выделение из массы патрона жидких нитроэфиров. Эксудирующий динамит столь же опасен в обращении, как и нитроглицерин. Поэтому работа с таким динамитом и его хранение запрещаются. Динамит подлежит немедленному уничтожению. Низкопроцентные нитроглицериновые ВВ содержат до 15% нитроэфиров. По условиям хранения и транспортировки они приравниваются к аммиачно-селитренным ВВ, но в обращении они опаснее, имеют некоторую токсичность.

Непредохранительные ВВ II класса. Детонит №10А и детонит М - порошкообразные непредохранительные ВВ, содержащие до 10% нитроэфиров и до 10% порошка алюминия, 8÷11% тротила и более 70% - АС. Плотность 1,1÷1,3 г/см3. Бризантность 17-18 мм. В воде заряды детонита выдерживают несколько часов без снижения качества. Эти ВВ рекомендуются при заряжании обводненных скважин и шпуров в крепких породах.

ВВ этого класса разрешается применять:

- при проведении горизонтальных, наклонных, восстающих и вертикальных выработок, а также углубке шахтных стволов с действующих горизонтов шахт при соблюдении следующих условий:

- отсутствии в забоях угольных пластов, пропластков, а также выделения метана;

- подтоплении водой забоя углубляемого ствола перед взрыванием на высоту не менее 20 см, считая по наивысшей точке забоя;

- отставании от любой точки забоя до угольного пласта (при приближении к нему) не менее 5 м, считая по нормали. После пересечения пласта забоем выработки расстояние от любой точки забоя до пласта должно быть более 20 м, считая по протяжению выработки. Если выработка закреплена монолитной крепью, исключающей поступление в нее метана из пласта, и работы по изоляции пласта ведутся по проекту, согласованному организацией – экспертом по безопасности работ, ВВ II класса могут применяться после пересечения угольных пластов и пропластков;

- в забоях, проводимых с поверхности шурфов или стволов шахт, опасных по газу или пыли, в том числе при пересечении этими забоями пластов, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа;

- при сотрясательном взрывании в выработках, проводимых по выбросоопасным породам при условии применения водораспылительных завес, создаваемых взрывным распылителем воды из полиэтиленовых сосудов в сочетании с туманообразующими завесами.

Предохранительные ВВ III класса. Победит ВП-4, содержит до 10% нитроэфиров, имеет хорошие детонационные свойства. В обводненных забоях и в крепких породах более эффективен, чем аммонит АП–5ЖВ. Бризантность – 14 мм, плотность 1,1÷1,3 г/см3. Температура взрыва - 2565°С. Применяется в породных забоях, опасных по метану, но не опасных по пыли.

Аммонит серный №1ЖВ, порошок желтого цвета, жирный на ощупь, сенсибилизирован нитроэфирами. Имеет низкую водоустойчивость, малую мощность, хорошую детонационную способность. Токсичен, требует повышенной осторожности в обращении, чувствителен к низким отрицательным температурам. Состав: 5% нитроэфиров, 11,5% тротила; 52% - АС. Бризантность 11 мм, температура взрыва 1570°С. Плотность ВВ в патронах 0,95÷1,05 г/см3.

Аммонит нефтяной №3ЖВ. По многим свойствам близок к аммониту серному, но отличается от последнего высокой водоустойчивостью. Состав: 9% нитроэфиров, 7% тротила, 52% АС. Бризантность 12 мм, плотность 1÷1,3 г/см3. Температура взрыва – 1925°С.

Предохранительные ВВ III класса разрешается применять:

- в забоях выработок, проводимых только по породе, в том числе и по выбросоопасным породам, при выделении метана и отсутствии взрывчатой пыли; в забоях стволов, проводимых только по породе, при их углубке с действующих горизонтов и выделении в них метана;

- при вскрытии пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, до обнажения пласта при условии применения водораспылительных завес и наличии между пластом и забоем выработки породной пробки по всему сечению выработки. Размер пробки (считая по нормали) должен быть не менее 2 м при вскрытии крутых пластов и не менее 1 м при вскрытии пологих пластов.

Предохранительные ВВ IV класса. Аммонит ПЖВ–20, Аммонит Т-19. Отличаются увеличенным на 3% содержанием тротила и лучшей технологической обработкой, за счет чего несколько увеличились их взрывчатые характеристики. Выпускаются в патронированном виде; мелкодисперсные порошки светло–желтоватого цвета с видимым частицами пламегасителей. Способны детонировать при уплотнении до 1,7 г/см3. Работоспособность аммонита ПЖВ-20 – 265-280 см3; теплота взрыва 3400 кДж/кг. Скорость детонации 3,5÷4,0 км/с. Состав: 64% -АС; 16% - тротил; 20% -хлористый натрий. Работоспособность аммонита Т-19 составляет 270-280см3; теплота взрыва 3380 кДж/кг. Скорость детонации 3,6-4,3 км/с. Основные компоненты: 61%-АС; 19% -тротил; 20% -хлористый натрий. Область и условия применения: шпуровые заряды в сухих и мокрых угольных и смешанных забоях, опасных по взрыву метана и пыли (кроме забоев, отнесенных к особо опасным), а также скважинные заряды при вскрытии угольных пластов сотрясательным взрыванием. Аммониты для подземных работ выпускают в виде порошка или прессованные и только патронированные (плотность патрона 1-1,15 г/см3; диаметр патрона 32, 36 и 45 мм). Плотность прессованных аммонитов 1,4-1,58 г/см3. Патроны прессованные разминать не допустимо. Гильзы патронов делают из пергаментной бумаги, парафинируют. На гильзы патронов проставляют фабричное клеймо с обозначением наименования завода, типа ВВ и массы патрона. Массы патронов стандартного диаметра 100, 200, 250, и 300 г. Цвет гильзы (или клейма) соответствует классу ВВ. Гарантийный срок использования аммонитов предохранительных – 6 мес. Непредохранительных – 12 мес.

Предохранительные ВВ IV класса разрешается применять:

- в угольных и смешанных забоях выработок, проводимых по угольным пластам, опасным по взрывам пыли, при отсутствии выделения метана в этих выработках;

- в угольных и смешанных забоях горизонтальных, наклонных и восстающих (до 10°) выработок, проводимых по пластам, опасным по газу и пыли,

в которых отсутствует повышенное выделение метана при взрывных работах;

- при сотрясательном взрывании, в т.ч. камуфлетном, вскрытии угольных пластов после их обнажения и последующем проведении выработок на протяжении не менее 20 м;

- в бутовых штреках с нижней подрывкой пород; в бутовых штреках с верхней подрывкой пород при относительной метанообильности выемочного участка менее 10 м3/т; при взрывной выемке угля в лавах;

- при взрывании по породе в смешанных забоях выработок, проводимых по пластам, опасным по внезапным выбросам угля и газа, при опережающем породном забое;

- для подрывки некоторых боковых пород (f>4) в смешанных забоях выработок, при условии, что предварительная выемка угля будет проводиться без применения взрывных работ.

Предохранительные ВВ V класса. Угленит Э–6. Основные компоненты: нитроэфиры – 14%; натриевая селитра – 46%; хлористый аммоний – 30%; хлористый натрий – 7%; древесная мука – 2,5%. Теплота взрыва 2680 кДж/кг; скорость детонации 2 км/с; работоспособность 130 – 170 см3; мало водоустойчив. Свободно подвешенный заряд не вызывает взрыв метано-воздушной смеси. Ионнообменные соли в зоне повышенных давлений и температур, обеспечиваемых детонацией нитроэфиров, вступают в реакцию обмена, которая сопровождается выделением инертных газов и пылевидной инертной соли: NaNO3+NH4Cl→NaCl+N2+2H2O+0,5O2. Избыточный кислород окисляет горючие элементы древесной муки.

Угленит №5. Теплота взрыва 1300 кДж/кг; скорость детонации 1,8 км/с; работоспособность - 50 см3. Состав основных компонентов: нитроэфиры -10%, аммиачная селитра - 14%, хлористыцй натрий - 75%, древесная мука - 1%. Применяется для перебивания стоек органной крепи в лавах и для рыхления угля, застрявшего в углеспусках.

Угленит №7 отличается от угленита №6 твердой сенсибилизирующей добавкой - окиси кремния. Предназначен для разбуривания печей в газовых шахтах и перебивания крепежных стоек. Работоспособность 80-120 см3.

Предохранительные ВВ V класса разрешается применять:

- в угольных и смешанных забоях горизонтальных, наклонных и восстающих (до 10°) выработок с повышенным выделением метана при взрывных работах. При этом в смешанных забоях по углю и по породе должно применяться одно и то же ВВ. В отдельных случаях по разрешению органа Госнадзорохрантруда, выданному на основании заключения организации-эксперта по безопасности работ, допускается применение по углю ВВ V класса, а по породе - IV класса;

- в угольных и смешанных забоях восстающих (до 10°) выработок, в которых выделяется метан, при проведении их с предварительно пробуренными скважинами, обеспечивающими проветривание выработок за счет общешахтной депрессии; в нишах лав, не отнесенных к забоям с повышенным выделением метана;

- в бутовых штреках, проводимых с верхней подрывкой пород, при относительной метанообильности выемочного участка 10 м3/т и более;

- для верхней и смешанной подрывки боковых пород (f=4 и менее) в смешанных забоях выработок с повышенным выделением метана при взрывных работах при условии, что предварительная выемка угля будет проводиться без применения взрывных работ.

Предохранительные ВВ VI класса. Угленит 12ЦБ (кроме патронов СП-12) как и угленит П-12ЦБ относятся к ионнообменным селективно-детонирующим ВВ. В качестве сенсибилизатора содержит нитроэфиры (нитроглицерин). Теплота взрыва 2300 кДж/кг; скорость детонации около 2 км/с; работоспособность 120 см3.

Предохранительные ВВ VI класса разрешается применять:

- в верхних нишах лав с повышенным выделением метана;

- в угольных забоях восстающих (до 10°) выработок, в которых выделяется метан, при проведении их без предварительно пробуренных скважин;

- в забоях выработок, проводимых по нарушенному массиву (в том числе и в забоях выработок, проводимых в присечку к нарушенному массиву), при выделении в них метана. При этом глубина шпуров должна быть не более 1,5 м, а масса шпурового заряда патронированного ВВ – не более 0,6 кг;

- для верхней и смешанной подрывки пород (f=4 и менее) в вентиляционных штреках, проводимых вслед за лавой. Шпуровые заряды в верхних нишах лав и в восстающих выработках, особо опасных по метану, изготавливаются из угленита П–12ЦБ.

Предохранительные ВВ VII класса. Ионит - это безопасное предохранительное ВВ VII класса; скорость детонации 1,8 км/с; теплота взрыва 1900 кДж/кг. В своем составе содержит компоненты такие же, как и углениты.

Предохранительные ВВ этого класса разрешается применять для следующих видов специальных взрывных работ:

- для ликвидации зависаний горной массы в углеспускных выработках и дробления негабаритов накладными зарядами;

- для взрывного перебивания деревянных стоек при посадке кровли. В забоях выработок, где имеется газовыделение или взрывчатая угольная пыль, разрешается применять только предохранительные электродетонаторы мгновенного и короткозамедленного действия.

Составы и свойства некоторых ионообменных промышленных ВВ для угольных шахт, опасных по газу и пыли, приведены в табл. 6 и 7.

В США доля потребления предохранительных ВВ составляет 1% от общего выпуска, при этом список допущенных ВВ такого класса к применению в угольной отрасли насчитывает более ста наименований: гранулированных составов - около 50 наименований, водосодержащих и эмульсионных составов - более 25, остальные - нитроэфиросодержащие ВВ. Предохранительные ВВ, в состав которых входит тротил, не производятся. В целом, ассортимент предохранительных ВВ США не типичен для применения в условиях украинских шахт, опасных по газу и пыли. С учетом принятой методики идентификации предохранительных ВВ в Украине взрывчатые вещества США относятся к III и IV классам.

Очевидно несовершенство и ограниченность существующего ассортимента предохранительных промышленных ВВ в Украине, которые более полувека представлены тремя порошкообразными патронированными аммонитами III и IV класса предохранительности, несколькими нитроэфирными ВВ V-VII класса. Однако их уровень предохранительных свойств и устойчивости против выгорания не в полной мере отвечают существующим требованиям сверхкатегорийных шахт.

3.2.8 Детонация промышленных ВВ

Главная особенность промышленных ВВ (ПВВ) состоит в том, что они являются физически и химически неоднородными системами. Этим объясняются особенности их детонации и некоторые аномалии относительно положений классической теории детонации конденсированных ВВ.

Таблица 6

Состав некоторых ионообменных предохранительных ВВ

для угольных шахт, опасных по газу и пыли

Большинство ПВВ представляет собой смеси материалов разнородных по химическим и физическим свойствам. Как известно, в ПВВ могут содержаться и высокоактивные индивидуальные ВВ, разлагающиеся в детонационной волне с большой скоростью, и менее активные вещества, но с сильно выраженными взрывчатыми свойствами типа тротила; вещества со слабо выраженными взрывчатыми свойствами – аммиачная селитра, динитронафталин и др., разлагающиеся при детонации со скоростью на порядок меньшей, чем мощные БВВ.

Таблица 7

Свойства некоторых ионообменных предохранительных ВВ

для угольных шахт, опасных по газу и пыли

В состав ПВВ входят горючие материалы, не обладающие взрывчатыми свойствами (алюминий, древесная мука, парафин и др.), и совершенно инертные, не принимающие участия в химических реакциях при взрыве и способные претерпевать лишь фазовые превращения такие вещества как минеральные соли (пламегасители), вода и др. С точки зрения компонентного состава промышленные ВВ являются также и кинетически неоднородными системами.

Основные особенности детонации промышленных ВВ следующие:

1. Химические реакции при взрыве промышленных смесевых ВВ происходят в несколько стадий. Типичной схемой развития химических реакций является первоначальное разложение или газификация исходных компонентов в детонационной волне и последующее взаимодействие продуктов разложения между собой или с веществами (алюминий, ферросилиций и др.), не претерпевшими на первой стадии химических или фазовых превращений. Критическая плотность, точка максимума на кривой D=f(ρ0) и другие характеристики, связанные с экстремальным видом зависимости параметров детонации от плотности, не являются константами того или иного ПВВ, определяемыми его химическим составом. Они меняются с изменением физических характеристик ВВ (размер частиц, равномерность распределения компонентов и т.д.), поперечных размеров зарядов, свойств оболочки заряда.

2. На детонационную способность ПВВ может существенно влиять равномерность смешивания компонентов. Чем мельче частицы разнородных компонентов и чем более равномерное их распределение в объеме, тем быстрее завершается их сгорание, смешивание и взаимодействие продуктов сгорания.

3. Для промышленных ВВ характерны такие явления как растянутость зоны химической реакции, большой интервал между dКР и dПР (отношение этих величин может достигать 5-10). Например, dКР тонкодисперсных аммонитов в открытых зарядах при рабочей плотности составляет 10-15 мм, а максимальная скорость детонации наблюдается при заряде диаметром 80-100 мм. Гранулированные смеси устойчиво детонируют в открытых зарядах диаметром 40-150 мм и достигают максимальной скорости детонации в зарядах диаметром более 200 мм, сильная зависимость этих характеристик от технологии изготовления; экстремальная зависимость скорости детонации и бризантности от плотности заряда при dЗне только от химического состава ВВ, но и от плотно-

сти заряда. С возрастанием плотности ПВВ значения dКР и dПР увеличиваются.

7. Установлено влияние плотности ВВ на минимальный инициирующий импульс: при увеличении плотности увеличивается минимальный инициирующий импульс (МИИ), рис.19.

Рис.17 Зависимость скорости детонации от плотности заряда ВВ а – (1) победит ВП-3, (2) аммонит ПЖВ-20, (3) победит ВП-1; б – в зарядах аммонита ПЖВ-20 различного диаметра: (1) 100 мм, (2) 40 мм, (3) 20 мм.

Рис.18 Зависимость бризантности Б от плотности ВВ: 1 – победит №6; 2 – победит ПУ-2; 3 – аммонит №8.

Рис.19 Зависимость минимального инициирующего импульса при взрыве гремучей ртути от плотности заряжания победита ВП-3.

3.2.9 Способы и средства беспламенного взрывания

Все способы беспламенного взрывания основаны на быстром образовании в стальных патронах, размещенных в шпурах, газов под высоким (108 Па и более) давлением и мгновенном их выбросе в шпур. Применяется в наиболее опасных условиях угольных шахт, где не разрешается ведение взрывов даже предохранительными ВВ, для работ по углю, главным образом в лавах с машинной зарубкой, а также для подрывы некрепких боковых пород.

Наиболее эффективными являются следующие способы:

Кардокс - образование газов происходит в результате быстрого испарения жидкой углекислоты при ее интенсивном нагревании.

Гидрокс - образование газов происходит в результате химических реакций порошкообразных составов под действием нагревания;

Аэродокс - при котором в патрон, размещенный в шпуре, подается сжатый воздух под давлением (3-8)·107 Па.

Достоинства способа беспламенного взрывания:

- полная безопасность отбойки угля на шахтах, опасных по взрыву газа или пыли;

- отсутствие вредных газов;

- получение крупнокусковатого угля с уменьшением пылеобразования в 3-4 раза;

- сокращение времени на проветривание забоя при отбойке сжатым воздухом;

- высокая безопасность в обращении с патронами;

- отсутствие возможности преждевременного взрыва;

- меньшая вероятность повреждения призабойной крепи и отсутствие надобности в складах ВМ.

- улучшает гигиенические условия труда;

- обеспечивает добычу угля более высокого качества.

<< | >>
Источник: Институт дистанционного обучения. Технология и безопасность взрывных работ. 2010

Еще по теме 3. Общая классификация промышленных взрывчатых веществ и их характеристика:

  1. Общая характеристика промышленных факторов, определяющих условия труда в производстве лекарств
  2. § 4. Криминалистическое исследование взрывных устройств и взрывчатых веществ
  3. Тема 8. Криминалистическое исследованиеОРУЖИЯ, ВЗРЫВНЫХ УСТРОЙСТВ, ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И СЛЕДОВ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
  4. 12.5. Криминалистическое исследование взрывных устройств, взрывчатых веществ и следов их применения
  5. Глава 13. КРИМИНАЛИСТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОРУЖИЯ, ВЗРЫВНЫХ УСТРОЙСТВ, ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И СЛЕДОВ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
  6. Лекция 2. Криминалистическое исследование холодного оружия, взрывных устройств, взрывчатых веществ и следов их применения
  7. 3. Взрывные устройства, взрывчатые вещества и следы взрыва как объекты криминалистического исследования.
  8. Гигиенические требования к размещению и планировке производственной территории. Санитарная классификация промышленных предприятий и организация СЗЗ
  9. 7.1. Основные проблемы окружающей среды в промышленности. Экологические требования при размещении, проектировании, строительстве и эксплуатации промышленных объектов
  10. Глава XКЛИНИКО-ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕЩЕСТВ, ПРИМЕНЯЕМЬіХДЛЯ РЕГУЛЯЦИИ РОДОВ
  11. Глава I. Общая характеристика
  12. § 1. Общая характеристика коллизионной нормы
  13. Глава 1. Общая характеристика возраста