ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Физико-химические характеристики промышленных ВВ в совокупности определяют стабильность состава и взрывчатых свойств ВВ, надежность и безопасность его применения.

Плотность. Различают плотность ВВ, плотность патрона, заряда или шашки и плотность заряжания.

Плотность ВВ - отношение массы ВВ к его объёму без учета оболочки. Для сыпучих ВВ плотность полученную при свободной насыпке, называют насыпной или гравиметрической, a для сплошных (жидких, пластичных, прессованных или уплотненных в патроне порошков) ее называют действительной плотностью или просто плотностью ВВ. Плотностью патрона, заряда, шашки или другого изделия называют отношение его массы к занимаемому объёму с учетом оболочки. Плотность заряжания представляет собой отношение массы заряда ко всему объёму зарядной камеры, включая все пустоты, не заполненные ВВ. Величина плотности заряжания зависит от собственной плотности ВВ и уплотняющей его способности

Для каждого ВВ существуют свои оптимальные значения плотности, за пределами которых происходит ухудшение взрывчатых характеристик ВВ вплоть до полной потери детонационной способности. Увеличение плотности до оптимальных значений приводит к концентрации энергии в единице объёма заряда, возрастанию давления и скорости детонации, а в целом к увеличению взрывного эффекта.

Дисперсность- характеристика размеров частиц сыпучих ВВ. ВВ подразделяются на крупнодисперсные с размером частиц 1-5 мм и мелкодисперсные с размером частиц 0,01-0,5мм. К первым относятся гранулированные, а ко вторым- порошковые ВВ. Дисперсность гранулированных ВВ определяется размером их гранул и гранулометрическим составом. Дисперсность порошкообразных ВВ зависит от степени их измельчения при изготовлении.

От дисперсности или гранулометрического состава ВВ зависят многие другие его характеристики (детонирующая способность, сыпучесть, пыление, слеживаемость, водоустойчивость, электризуемость). Для многих ВВ дисперсность нормирована техническими условиями и контролируется ситовым анализом.

Сыпучесть- Способность ВВ свободно высыпаться, хорошо заполнять полость при заряжании исходящих скважин. Сыпучесть можно оценивать по величине угла естественного откоса или скорости прохождения ВВ через калиброванное отверстие воронки или бункера. Хорошую сыпучесть имеют гранулированные ВВ, плохую- мелкодисперсные ВВ, склонные к зависанию и сводообразованию на стенках бункеров и скважин. Многие мелкодисперсные ВВ почти полностью теряют сыпучесть при содержании влаги 1,5-2,0%, а гранулированные – при содержании влаги 5-6%.

Пластичность- способность ВВ легко деформироваться под воздействием небольших нагрузок и сохранять придаваемую им форму. Пластичность обеспечивается за счёт присутствия в составе ВВ желированной жидкой фазы.

Все пластичные ВВ (акваниты и гелеобразные акватолы) высокоплотны и водоустойчивы. Пластичность ВВ со временем понижается: при понижении температуры или улетучивании жидкой фазы они твердеют. Восстановить пластичность можно оттаиванием, разогреванием и механическим разминанием массы. Для определения пластичности применяют ряд методов и приборов (см. § 49).

Текучесть- способность водосодержащих и других суспензионных ВВ жидковязкой консистенции вытекать из ёмкостей под действием силы тяжести. Суспензионные ВВ приобретают текучесть при наличии в них жидковязкой фазы свыше 35%. Текучесть таких систем зависит от степени загущения жидкой фазы, температуры ВВ и продолжительности его хранения. Для сохранения текучести при отрицательных температурах (15-20° С) в состав их жидкой фазы вводят антифризы.

Увлажняемость- способность ВВ смачиваться при естественном поглощении влаги из воздуха или искусственном впрыскивании в его состав воды. Естественное увлажнение зависит от гигроскопичности ВВ или его компонентов. Оно начинается только с определённых значений относительной влажности и температуры окружающего воздуха, характерных для каждого вещества и зависящих от его химического строения.

Гигроскопичность оценивают величиной гигроскопической точки, т.е. отношением упругости паров над насыщенным раствором данного вещества к упругости водяных паров, насыщающих воздух при той же температуре. Гигроскопическая точка выражается в процентах относительной влажности и характеризует такое состояние вещества, при котором оно не подсыхает и не увлажняется. Чем выше гигроскопическая точка вещества, тем оно менее гигроскопично.

Величина гигроскопической точки с повышением температуры у большинства гигроскопичных веществ снижается, а скорость поглощения влаги возрастает. Из солей, применяемых в производстве промышленных ВВ, к сильно гигроскопичным относятся кальциевая селитра (при 25° С гигроскопическая точка её 44%) и аммиачная селитра (62,7%); к умеренно гигроскопичным- натриевая селитра (74,5%), хлористый натрий (75,5%), хлористый аммоний (78,5%); к малогигроскопичным- калиевая селитра (92%), хлористый калий (83,4%). Они обуславливают гигроскопичность ВВ.

Гигроскопическая точка большинства аммиачно- селитренных ВВ при температуре 15-20° С составляет 60-68%. Поэтому в большинстве климатических районов СССР они способны в течении года при отсутствии влагозащищенной упаковки увлажняться. Увлажнение нарушает их физическую стабильность (способствует слёживанию, снижает сыпучесть, водоустойчивость) и ухудшает детонационную способность.

Водоустойчивость порошкообразных ВВ- способность противостоять проникновению воды в массу вещества. Вода, проникая внутрь, растворяет растворимые и смачивает нерастворимые компоненты и тем самым нарушает капиллярную пористую структуру заряда, вызывает его флегматизацию. Аммиачная селитра составляющая основу порошкообразных ВВ, легко смачивается и быстро растворяется в воде. Для понижения смачивания иногда в состав аммиачно- селитренных ВВ вводят дополнительные гидрофобные добавки.

Порошкообразные ВВ изготовляют на устойчивой аммиачной селитре марки ЖВ, которая проходит гидрофобизацию при её получении. Помимо этого, в состав некоторых ВВ входят дополнительные гидрофобизаторы (в динафталит- добавку парафина, нитроэфирные ВВ- мелкодисперсный стеарат кальция). Гидрофильные нитроэфиры смачивая водоустойчивую селитру и другие компоненты смеси, понижают водоустойчивость ВВ. Для устранения этого явления их желатинизируют небольшим количеством нитроцеллюлозы, смесь опудривают с поверхности стеаратом.

Степень водоустойчивости порошкообразных ВВ оценивают по величине гидростатического давления столба воды, необходимого для проникновения её внутрь заряда, испытанием на гидродинамическом приборе или по времени в течении которого патроны ВВ, погруженные в определённом положении в воду, не размокают и не теряют способность детонировать (§ 36).

Хорошо изготовленные Аммониты №6ЖВ, № Т-19, ИЖВ-20, динафталит и аммонал выдерживают гидростатическое давление столба воды высотой 80-90 см, а их патроны допускают многочасовое пребывание в обводненных шпурах и скважинах. Ещё большую водо-

На электризуемость ВВ влияют следующие факторы: относительная влажность воздуха, используемого для пневмотранспорта, и влагосодержания транспортируемого материала; его дисперсность концентрация и скорость пневмопотока; геометрический профиль пневмотранспортной линии (число поворотов и крутизна) и состояние ее внутренней поверхности.

При увлажнении гидрофильного ВВ путем впрыскивания в него воды или за счет использования для пневмотранспорта воздуха с относительной влажностью выше 65% на поверхности транспортируемых частиц образуется токопроводимая пленка влаги (или раствора селитры у аммиачно-селитренных ВВ), по которой происходит утечка электростатических зарядов.

Для этого применяют искусственное увлажнение, причём для повышения смачивания в воду вводят добавку поверхностно-активных веществ. Поверхностную проводимость частиц ВВ можно увеличить обработкой их антистатическими присадками (поверхностно-активными веществами) ,в частности катионо-активными, дисоциирующими в плёночной влаге.

Интенсивность электризации в пневмотранспортных трубах пропорциональна скорости потока примерно в степени 1,8. Наибольшая степень электризации при пневмотранспорте наблюдается в периоды неустановившегося режима движения потока: в начальный его период при разгоне материала, на поворотах и искривлениях пневмолинии, где имеют место повышенное трение и фракционирование материала, турбулентность потока, а также в моменты образования и прорыва пробок продукта в линии. Большие заряды могут образовываться в потоке ВВ, исходящего из пневмопровода в приемный бункер или к забою скважины, а также в облаке пыли, вылетающем с отработанным воздухом из устья шпура или скважины.

Наиболее безопасен, с точки зрения электризации, пневмотранспорт в плотном слое, который наиболее производителен при низких скоростях пневмопотоков, например при механизации заряжания и погрузочно-разгрузочных складских операциях с россыпным ВВ. Для устранения в этом случае образования пробок в трубопроводах применяют побудительные устройства.

Мелкодисперсные ВВ к пневмозаряжанию не допускают – они сильно электризуются и имеют повышенную чувствительность к электростатическому разряду.

Гранулированные ВВ, размер гранул которых больше 1мм, при пневмотранспорте мало электризуются. Прочность гранул их недостаточна, чтобы противостоять дроблению и истиранию в таком процессе, и при переизмельчении возможна электризация. Электризация усиливается, если на отдельных участках или по всей внутренней поверхности токопроводящей пневмотранспортной трубки налипает слой мелких фракций транспортируемого продукта. В этих случаях в трубке возможно появление скользящих разрядов.

Степень опасности электрического разряда для транспортируемого ВВ зависит от вероятности его возникновения и величины энергии, которая при этом может накопиться, а также от величины минимальной энергии, необходимой для воспламенения данного ВВ в плотном слое или в состоянии аэровзвеси. Такая величина энергии служит критерием оценки чувствительности его к искровому разряду электричества. Для обеспечения безопасности пневмотранспортирования энергия искрового разряда

где К – коэффициент безопасности, принимаемый равным 0,4 – 0,1 в зависимости от условий работы; W_в – минимальная энергия воспламенения ВВ, Дж.

В разряд выделяется 50 – 70% энергии от запасенной. Часть ее расходуется на нагрев среды, на создание ударной волны, диссоциацию и ионизацию газа. Вероятность воспламенения ВВ зависит не только от энергии электрического разряда, но и от времени ее выделения, теплофизических характеристик контактирующей среды, ее массы и других факторов, учитываемых коэффициентом безопасности.

Энергию электрического поля приближенно можно рассчитать по формуле

где С – емкость системы, мкФ; U´ - измеренная напряженность или потенциал электростатического поля, кВ.

Кроме того, расчет энергии электростатического поля транспортируемого потока ВВ может быть произведен по результатам измеренного тока бесконтактным методом.

Определив измерением в различных точках пневмотранспортной магистрали среднюю величину наведенного тока потоком наэлектризованных частиц ВВ, достигнутый максимальный заряд массы ВВ в измеренной области рассчитывают по формуле

( где – коэффициент приведенной длины униполярно заряженной массы ВВ; l – математическое ожидание длины заряженной области ВВ; Δl – длина датчика, м; i_н – средняя величина наведенного тока, мкА; Р – абсолютное давление воздуха в магистрали, кгс/см²; Т – температура воздуха, К.

Энергия электростатического поля заряженной области ВВ в пневмомагистрали

Собственная емкость заряженной массы ВВ

где ε и ε₀ – относительная и абсолютная диэлектрическая проницаемость ВВ, Ф/м;

r – радиус шланга, м; l_n – длина измеряемого участка заряда, м. Если величина ε для исследуемого ВВ отсутствует, то ее определяют известным лабораторным методом.

По этой методике ее авторы на стендовой установке получили сравнительные электрические характеристики ряда гранулированных ВВ в следующих условиях пневмотранспортирования: пневмолиния – резиновый шланг с внутренним диаметром 24 мм и длиной 40 м с петлей диаметром 5 м, скорость потока 20 м/с; продолжительность транспортирования 2 мин, концентрация ВВ в потоке 71 кг/м³, температура воздуха 15⁰ С, относительная влажность 30 %.

Добавка 4 – 5 % воды к перечисленным в таблице ВВ в 15 – 20 раз снизила их электризуемость в тех же условиях транспортирования, а при использовании рабочего воздуха с относительной влажностью выше 72 % электризация практически отсутствовала. Величина наведенного электростатического заряда не зависит от длины пневмотранспортной линии и продолжительности транспортирования. С возрастанием скорости транспортирования с 10 – 15 до 25 – 30 м/с заряд массы ВВ возрастает на 25 – 50 %.

Чувствительность ВВ к искровому заряду зависит от дисперсности, влажности, концентрации взвеси и условий испытаний. Пока не существует стандартного метода определения этой характеристики. Поэтому полученные разными авторами величины минимальных энергий иногда сильно различаются. Энергия воспламенения взвеси в воздухе аммонита № 6ЖВ, измельченного граммонита и тротила находится в пределах 1,5 – 6,0 Дж, а энергия воспламенения взвеси гексогена и пылеобразных фракций тротила составляет 0,003 – 0,06 Дж.

По данным Н.М. Кармазинова, энергия воспламенения от искры конденсатора штатного аммонита № 6ЖВ обычной дисперсности, приведенного во взвешенное состояние, составляет 10 – 12,5 Дж, что соответствует запасенному заряду в конденсаторе 6∙10^-3 Кл, а энергия воспламенения пылеобразных фракций этого ВВ 0,12 – 0,15 Дж. Для тонкоизмельченного тротила (величина частиц меньше 100 мкм) во взвешенном состоянии при нижнем пределе концентрации 12 г/м³ энергия для воспламенения составила 2,8 мДж, для частиц алюминиевой пудры (размер частиц 1 мкм) – 1,4 мДж.

Воспламенение может заканчиваться горением или переходит в детонацию, особенно если пламя с большой скоростью вылетает из пневмопровода и попадает в массу ВВ, находящуюся в бункере зарядчика или заряде скважины. Пламя от места воспламенения чаще всего распространяется по ходу потока или туда, где выше концентрация продукта, но может пойти и в оба конца пневмопровода.

Защита от статического электричества. Зарядчики и пневмотранспортная система в целом должны представлять собой сплошную электрическую цепь с сопротивлением току утечки не выше 10⁶ Ом∙см. они должны быть надежно заземлены не менее чем в двух местах на всем пути и, в частности, на участках наиболее вероятной электризации (на участке разгона пневмопотока, на вылете его из пневмопровода и др.). на диэлектрических участках оборудование должно иметь токопроводящее покрытие или перемычки. Заземление как наиболее радикальная мера защиты выполняется и при пневмотранспортировании и пневмозаряжании, независимо от применения других мер.

Скорость пневмотранспортных потоков в трубопроводе должны быть оптимальными. В процессе заряжания необходимо поддерживать влажность рабочего воздуха и влажность атмосферы в забое выше 65 %, применяя искусственное увлажнение его и орошение плоскости забоя водой, или увлажнять ВВ в начале транспортного потока впрыскиванием в него воды в количествах, указанных в руководствах по применению каждого сорта ВВ, но не более 6 % по отношению к массе заряда, так как в противном случае возможна забивка магистрали продуктом и утечка части воды из заряда. При заряжании гидрофобных ВВ для лучшего их смачивания рекомендуется в воду добавлять 0,05 – 0,1 % какого-либо поверхностно-активного

Теория взрыва (страницы 6,7,8,9 печатал Винокуров П.В. гр. ГО-04-2)

По мере удаления от очага взрыва скорость и энергия ударной волны ослабевают ив конечном счёте она преобразуется в звуковую.

Детонационная волна распространяется по ВВ с постоянной скоростью, тогда как ударная волна распространяется по химически инертным средам с затуханием.

Детонация- процесс экзотермического превращения ВВ, протекающий с постоянной скоростью, максимальной для данных условий взрывания и состояния заряда. Скорость распространения детонационной волны по заряду называется скоростью детонации. Фронт распространения волны детонации представляет собой как границу между ВВ, находящимся в первоначальном состоянии, и сильно сжатыми раскалёнными взрывными газами. Нагрев и возникновение экзотермической реакции в некотором слое ВВ происходит за счет ударного сжатия вещества на фронте волны детонации. Давление газов в детонационной волне достигает нескольких сот тысяч атмосфер. Реакция взрывчатого разложения завершается непосредственно за фронтом волны. Ширина зоны химической реакции зависит от химической природы и физического состояния ВВ. У крупнозернистых неоднородных ВВ она значительно шире, чем у однородных.

Взрывчатые вещества- индивидуальные химические соединения или механические смеси разных по своей природе веществ, способные под влиянием внешнего воздействия (инициирующего импульса) к самораспространяющемуся химическому превращению с образованием газообразных продуктов и выделением большого количества тепла, нагревающего их до высокой температуры. ВВ в нормальных условиях могут находится в конденсированном (твердом, жидком) или газообразном состоянии. Во взрывном деле нашли применение конденсированные ВВ, имеющие во много раз большую концентрацию энергии чем, газообразные. При взрыве 1кг их выделяется 300-2000 ккал тепла и 500-1000 л газов, сжатых до 200 тыс. кгс/см.

Индивидуальные ВВ подразделяют на первичные (инициирующие) и вторичные (бризантные). Инициирующие ВВ- исключительно высокочувствительные ВВ, способные взрываться при весьма незначительном внешнем воздействии, например, от луча огня, трения, накола или слабого удара. К инициирующим относятся гремучая ртуть, азид свинца и тринитрорезорцинат свинца, которые применяют исключительно в средствах взрывания для возбуждения детонации вторичных ВВ. В капсюлях-детонаторах инициирующие ВВ взрывают воздействием луча огня огнепроводного шнура (ОШ) , а в электродетонаторах – раскаленной электроспиралью. Безопасность обращения с инициирующими ВВ достигается запрессовкой их в металлическую оболочку-колпачёк, помещаемый в гильзу капсюля.

Бризантные ВВ менее чувствительны к внешнему воздействию и более безопасны в обращении, чем инициирующие. Бризантные ВВ инициируют определенным зарядом инициирующих. Бризантные ВВ- тротил, тетрил, гексоген и динитронафталин принадлежат к группе нитросоединений, а тэн, нитроглицирин и нитрогликоль – к группе нитроэфиров. При взрыве этих ВВ содержащиеся в их молекулах углерод, водород и кислород вступают в окислительное взаимодействие (без участия кислорода из воздуха) с образованием углекислого газа и воды. При этом выделяется значительное количество тепла.

Большинство ВВ, относятся к конденсированным взрывчатым смесям. Они состоят из компонентов, богатых кислородом,- окислителей (нитрат аммония, натрия и др.) и компонентов, богатых углеродом и водородом, -горючих, в числе которых могут быть индивидуальные взрывчатые химические соединения (тротил и др.),являющиеся в данном случае сенсибилизаторами процесса детонации. При детонации таких смесей сначала происходит взрывчатое превращение сенсибилизатора или разложение невзрывчатых компонентов, затем окислительное взаимодействие между образовавшимися газообразными продуктами.

Взрыв можно вызвать различными видами внешнего воздействия: взрыванием небольшого заряда другого ВВ, сильным механическим ударом или трением, быстрым нагревом или поджиганием. Во всех случаях для возбуждения взрыва заряда ВВ необходимо сообщить ему некоторое количество тепловой энергии, достаточное для образования локальных очагов экзотермического самоускоряющегося распада с образованием в конечном счете ударной волны детонации. Эта волна и поддерживает дальнейшее протекание взрыва по всему заряду.

Взрыв, вызванный быстрым нагреванием внешним источником тепла или интенсивным поджиганием, называют тепловым. Возникновению взрыва от механического воздействия или от ударной волны способствуют пузырьки воздуха, почти всегда присутствующие в ВВ, которые при ударном сжатии разогреваются до высокой температуры, вызывая бурно протекающую реакцию химического превращения вещества в форме горения, формирующего фронт ударной волны.

Процесс возбуждения взрыва всегда начинается с горения некоторых участков заряда ВВ, которое вследствие самоускорения переходит в качественно иной процесс – детонацию. Для развития взрыва до стационарного процесса детонации необходимо, чтобы в реакцию экзотермического разложения была вовлечена некоторая минимальная масса ВВ – критическая. Для инициирующих ВВ она составляет несколько миллиграммов, а для вторичных – от нескольких долей до нескольких десятков граммов. Для аммиачной селитры она достигает нескольких десятков килограммов.

Энергия внешнего воздействия, необходимая для возбуждения взрыва заряда ВВ, является начальным инициальным импульсом, а сам процесс такого возбуждения – инициированием. Минимальная величина инициального импульса для различных ВВ различна и зависит от химической природы и физического состояния вещества. Она является критерием оценки чувствительности ВВ и характеризует в известной степени безопасность обращения с ними.

Наименьшей величиной начального импульса отличаются инициирующие ВВ, они высокочувствительны к удару и трению. Требуют исключительно осторожного обращения. Способны детонировать от таких слабых источников, как луч огня ОШ или пламя специального воспламенителя в электродетонаторах. Благодаря такой их способности они используются в малых количествах как первичный инициатор в КД и ЭД для взрывания зарядов большей массы вторичных ВВ, не способных детонировать от слабых тепловых импульсов. Их инициируют ударной волной, создаваемой другими ВВ. в СССР на взрывных работах повсеместно применяют КД №8. на базе этого капсюля созданы почти все промышленные ЭД, используемые при электрическом способе взрывания.

Большинство вторичных ВВ, в том числе и смесевые промышленные, которые достаточно однородны по своему составу и структуре, способны возбуждаться к детонации от нескольких долей грамма инициирующего ВВ. на практике, однако, их заряды инициируют от КД или ЭД, прессованная тетриловая шашка в которых гарантирует безотказную детонацию во многих условиях взрывания. При бескапсюльном инициировании вторичных ВВ в качестве детонатора часто используют различные виды ДШ. Они создают менее мощный инициальный импульс, чем КД и ЭД, но вполне достаточный если их конец, помещая в заряд, связывают узлом, петлей или складывают в пучок. Детонацию в ДШ возбуждают с помощью КД или ЭД.

Менее однородные, флегматизированные и крупнодисперсные ВВ требуют значительно большего инициального импульса.

КД; ЭД и ДШ относят к первичным средствам взрывания. ОШ вместе со специальными его зажигателями (зажигательными трубками, патронами) пиротехнические замедлители детонации, к вспомогательным средствам взрывания.

К вторичным средствам взрывания относят промежуточные детонаторы, представляющие собой шашку или патрон любого другого ВВ, чувствительного к названым первичным средствам.

Поиск по сайту: