Лукьянов В.Г., Комащенко В.И., Шмурыгин В.А. Взрывные работы

Подождите немного. Документ загружается.

171

по прямой 3, которая при любой температуре ниже, чем кривая 1. Теперь

теплоотвод не в состоянии компенсировать теплоприход. Разогрев ВВ

прогрессирует, резко ускоряется его превращение – возникает воспламе-

нение. Минимальную температуру среды T

, при которой наступает вос-

пламенение ВВ, называют температурой вспышки и используют в каче-

стве показателя чувствительности ВВ к тепловому воздействию.

Температура вспышки Т

всп

определяется свойствами ВВ (скоро-

стью разложения и его тепловым эффектом) и факторами, влияющими

на теплоотвод (величиной и формой навески ВВ, толщиной оболочки,

скоростью нагрева и т. д.).

С уменьшением навески разложение ВВ проходит без вспышки

из-за увеличения отношения поверхности навески (определяющей теп-

лоотвод) к объёму (определяющему теплоприход). С увеличением на-

вески Т

всп

понижается. Наличие оболочки ухудшает теплоотвод, повы-

шая чувствительность ВВ.

Большая скорость нагрева повышает Т

всп

, малая – снижает. При

очень медленном нагреве вспышки может и не быть из-за разложения

ВВ в области малых температур. Вспышки может не быть и при очень

быстром нагреве – из-за быстрого плавления и кипения ВВ с образова-

нием паров низкой плотности. Например, тротиловые навески массой

0,05 г вспыхивают при бросании в пробирку с температурой 320 °С и

беспламенно разлагаются при температуре в пробирке 400 °С.

Для обеспечения сопоставимости чувствительности различных

ВВ испытания необходимо проводить в одинаковых условиях.

Температуру вспышки определяют в термостате (рис. 2.18). На-

веску ВВ массой 0,05 г помещают в пробирку и опускают в баню с лег-

коплавким сплавом Вуда, предварительно нагретым до 100 °С. Повы-

шая температуру бани со скоростью 20 °С в минуту, определяют темпе-

ратуру, при которой происходит вспышка.

Рис. 2.17. Изменение соотношения

между теплоприходом

и теплоотводом при нагреве среды

172

Рис. 2.18. Термостат для определения

температуры вспышки:

1 – крышка; 2 – термометр;

3 – пробирка с ВВ;

4 – корпус бани; 5 – футляр

Работоспособность грубодисперсных ВВ оценивают по воронко-

образованию (взрывают заряд в заданной горной породе и определяют

объёмы разрушения) или по дроблению породных блоков и кубиков

(взрывают блоки или кубики и определяют качество дробления).

Большое влияние на фугасные свойства ВВ оказывают их детона-

ционные характеристики. Обычно в крепких скальных породах большее

фугасное действие производят ВВ, детонирующие с большей скоро-

стью, а в мягких грунтах – с меньшей скоростью.

Температура вспышки различных ВВ, °С

Гремучая ртуть 160…165

Тетрил 195…200

Нитроглицерин 200…205

Тэн 215…220

Гексоген 230

Аммонит 6ЖВ 320…340

Тротил 290…395

Азид свинца 330

Оценка чувствительности к лучу огня осуществляется поджигани-

ем 1 г навески ВВ в пробирке с отрезком ОШ. Варьируя зазором, опре-

деляют максимальное расстояние между ВВ и торцом ОШ, при котором

происходит поджигание ВВ. Большинство бризантных ВВ в условиях

свободного оттока образующихся газов сгорают без взрыва. Наличие

173

оболочки для многих ВВ обеспечивает переход горения во взрыв. Пла-

стичные динамиты взрываются от луча огня и без оболочки.

По чувствительности к лучу огня огнепроводного шнура ВВ мож-

но подразделить на следующие группы: детонирующие от луча огня –

все инициирующие ВВ; взрывающиеся или вспыхивающие – дымный

порох и сухая нитроклетчатка; загорающиеся – тетрил и динамиты; не-

загорающиеся и не взрывающиеся – аммониты, тротил, гексоген.

Температура вспышки не характеризует полностью воспламеняе-

мость ВВ от луча огня или искры. Например, дымный порох, имеющий

температуру вспышки 300…315 °С, воспламеняется легче, чем бездым-

ный порох, имеющий температуру вспышки 180…200 °С.

Возбуждение взрыва механическим воздействием представляется

следующим образом.

Часть энергии механического воздействия трансформируется в тепло-

вую. В случае удара происходят локальные разогревы за счёт интенсивных

пластических деформаций и течений в областях механических неоднородно-

стей ВВ с образованием так называемых «горячих точек». При трении теп-

ловая энергия локализуется в «горячих точках» поверхностного слоя ВВ.

При достаточной мощности воздействия из таких точек образуется и разви-

вается очаг теплового возбуждения такой величины и интенсивности, что

выделяющаяся энергия реакций обеспечивает постепенное его превращение

в зону химической реакции стационарной детонационной волны.

Рис. 2.19. Схема определения

чувствительности ВВ к удару на

копре

Чувствительность ВВ к удару обычно определяют на вертикальных

или дуговых копрах. Вертикальный копер (рис. 2.19) состоит из массивной

наковальни (1), укреплённой на фундаменте, на которую устанавливают

штемпельный роликовый приборчик (2) с навеской испытуемого ВВ. Па-

174

дающий груз (3) при помощи специального держателя (4) может быть за-

ключён на необходимой высоте между двумя направляющими рейками (5).

Эта высота определяется с помощью рейки (6). Срабатывание держателя

происходит дистанционно от рукоятки троса, что обеспечивает необходи-

мую безопасность обслуживающего персонала. В копре предусмотрено так-

же приспособление, позволяющее улавливать груз при отскоке.

На рис. 2.20 показаны наиболее распространённые типы штем-

пельных приборчиков. Ролики выполняют роль бойка в наковальне.

Чувствительность ВВ к удару в значительной степени зависит от мно-

гих факторов, в частности от состояния поверхности роликов и наличия

на их краях фасок, качества стали, из которой они изготовлены, и сте-

пени закалки. Поэтому цилиндрическая и торцовая поверхности их

тщательно шлифуются и точно центрируются по отношению к грузу.

Термическая обработка их должна удовлетворять требованиям, предъ-

являемым к роликоподшипникам.

Навеску испытуемого ВВ массой 0,02…0,05 г укладывают на

штемпельный прибор слоем толщиной 1 мм и диаметром 5 мм. В зави-

симости от высоты, с которой сбрасывается груз, может произойти или

не произойти взрыв или вспышка ВВ. Для бризантных ВВ применяют

вертикальные копры с грузами 5…20 кг и высотой падения до 3 м. Для

инициирующих ВВ применяют рычажные копры с грузом массой

0,5…1,8 кг. Мерой чувствительности ВВ к удару служит минимальная

высота, с которой при шестикратном сбрасывании груза определённой

массы происходит хотя бы только один взрыв или одна вспышка ВВ.

Рис. 2.20. Штемпельные приборчики для определения чувствительности

ВВ к удару падающим грузом:

а – приборчик № 1; б – приборчик № 2; в – стандартный приборчик;

1 – поддон; 2 – муфта; 3 – стальные ролики; 4 – навеска ВВ

Взрывчатые вещества, имеющие чувствительность к удару менее 7 см,

считаются очень чувствительными к удару, весьма опасными в обращении, и

перевозка их в обычном порядке воспрещается. Чувствительность к удару

гремучей ртути составляет 2 см, нитроглицерина – 4 см, азида свинца – 6 см,

динамитов – 20…30 см, аммонитов – 70…100 см.

175

Существует и другой метод испытания на копре. Груз массой 10 кг

сбрасывают с высоты 25 см и определяют процент взрывов, получив-

шихся в 25 опытах, который и служит сравнительной характеристикой

чувствительности ВВ к удару.

Испытывая ВВ на обоих приборах, получают более полное пред-

ставление о его чувствительности, так как меняются условия течения

вещества под нагрузкой.

Этими испытаниями установлено, что наиболее чувствительными к уда-

ру являются ВВ, содержащие гексоген, жидкие нитроэфиры (30…80 % взры-

вов); обычные предохранительные аммониты, аммоналы дают 10…30 % взры-

вов, скальные аммониты № 1 и № 3 – 30…60 %, гранулиты (измельчённые) –

0…12 %. Минимальную чувствительность имеют игданит (0…4 %) и водосо-

держащие ВВ, которые при этих испытаниях не дают ни одного взрыва.

Иногда определяют максимальную высоту сбрасывания ударника

массой 2 кг, при которой не происходит ни одного взрыва, и минималь-

ную высоту, при которой взрыв навески происходит при каждом сбра-

сывании (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Характеристика чувствительности некоторых ВВ

ВВ Чувствительность к удару (минимальная высота

падения груза массой 2 кг при которой

происходит взрыв), см

Аммонит 6ЖВ

Гексоген

Азид свинца

Нитроглицерин

Тротил

Тэн

30…75

3…4

60…70

При смешивании, патронировании, транспортировании по трубам и

шнекам и других технических операциях проявляется явление трения ме-

жду частицами ВВ или между частицами ВВ и рабочими поверхностями

различных установок. Сила трения тем больше, чем больше давление, на-

правленное по нормали трущихся поверхностей, и коэффициент трения.

На преодоление сил трения тратится определенная энергия, кото-

рая реализуется или в виде механической работы (деформирование и

истирание частиц ВВ и взаимодействующих с ними участков устано-

вок), или выделяется в виде тепла, которое идёт на нагрев трущихся тел.

При этом температура может повышаться настолько, что произойдет

воспламенение ВВ или его взрыв.

Известно, что коэффициент трения при скольжении намного

больше, чем при качении. Поэтому при механических способах заряжа-

176

ния применяют гранулированные ВВ, для которых трение качения явля-

ется превалирующим, при этом условия для воспламенения и взрыва ВВ

не возникают. Применение этих же ВВ в порошкообразном виде и тех

же механических зарядчиках резко снижает безопасность взрывных ра-

бот и может привести к катастрофам и трагическим случаям.

Стандартного метода испытаний ВВ на чувствительность к тре-

нию пока не существует. Наиболее часто используют метод, основан-

ный на истирании испытуемого вещества в специальном устройстве

стальными поверхностями под определённой нагрузкой в течение про-

должительного времени, или метод, основанный на создании трения

ударного характера. В последнем случае для ужесточения условий опы-

та можно применять различные фрикционные материалы.

Поскольку сила трения зависит от множества различных факто-

ров, то целесообразно опыты с различными ВВ проводить в одних и тех

же условиях и определять сравнительную их чувствительность к тре-

нию по отношению к эталонному ВВ.

Испытания по определению чувствительности ВВ к трению прово-

дятся на копре К-44-Ш. Скользящий удар вызывает трение между части-

цами ВВ или между ними и поверхностью соударяющихся тел (рис. 2.21).

Навеска ВВ массой 0,05 г сжимается между двумя роликами диа-

метром 10 мм до некоторого давления с помощью гидравлического

пресса. При боковом ударе падающего груза маятника по ударнику в

направлении стрелки верхний ролик сдвигается относительно нижнего,

подвергая навеску ВВ действию трущего сдвига.

Вероятность взрыва зависит от давления прижатия навески ВВ

между роликами.

Изменяя эту величину, находят нижний, средний и верхний пределы

чувствительности испытуемого ВВ, т. е. такие значения давлений, при ко-

торых частота взрывов равна 50 и 100 %. Давление прижатия контроли-

руют при помощи двух манометров, включенных в гидросистему установ-

ки, один из которых имеет пределы измерения до (15…25) ·10

Па и слу-

жит для определения малых величин давления прижатия, а другой –

до (15…20) ·10

Па.

В качестве эталонного ВВ обычно берут тетрил. Факт воспламе-

нения или взрывания ВВ определяют по звуковому эффекту, вспышке,

дымообразованию или нагару торцовых поверхностей роликов. После

каждого опыта ролики тщательно очищают от остатков ВВ и нагара и

протирают марлей, смоченной в ацетоне.

Кроме того, чувствительность ВВ к механическому воздействию оп-

ределяется путём испытания навески ВВ в смеси с песком, увеличивающим

чувствительность ВВ, на приборе вращательного действия. При этом опре-

177

Рис. 2.21. Копер для определения

чувствительности ВВ к трению:

1 – ударник; 2 – стержень; 3 – ролик;

4 – навеска ВВ; 5 – станина копра;

6 – пуансон гидропресса

Рис. 2.22. Прибор для испытания

ВВ на чувствительность

к трению:

1 – сверлильный станок; 2 – рычаг

нажатия; 3 – груз; 4 – верхний

пуансон; 5 – нижний пуансон;

6 – корпус; 7 – навеска ВВ

деляется минимальная нагрузка, при которой при шести опытах не происхо-

дит вспышки навески ВВ. Сущность испытания состоит в том, что между

двумя плоскими стальными поверхностями размещается навеска 0,05 г и

растирается при частоте вращения верхней поверхности 150 мин

–1

в течение

10 с и определённом давлении, которое создают подвешиванием на рычаг

прижатия грузов массой 5, 10 и 20 кг. Схема прибора показана на рис. 2.22.

Инертные примеси, твёрдость и температура плавления которых

существенно выше частиц ВВ (например, песок), повышают чувствитель-

ность ВВ к удару и к трению, а примеси с низкой температурой плавления

(например, парафин) способствуют уменьшению чувствительности ВВ,

так как часть энергии удара в этом случае расходуется на плавление лег-

коплавких примесей. На этом явлении основана флегматизация ВВ.

Чувствительность ВВ к инициирующему действию взрыва другого

ВВ называется чувствительностью к детонации. Ударная волна ини-

циирующего ВВ образует тепловой очаг возбуждения. При достаточных

размерах и интенсивности очага выделяющаяся в нём энергия достаточна

178

для преобразования её в детонацию. Чем больше давление и продолжи-

тельность действия ударной волны, тем выше температура разогрева ВВ,

а следовательно, тем больше скорость протекающих в очаге реакций.

Наибольшей инициирующей способностью обладают ударные волны с

параметрами, близкими к параметрам детонационной волны ВВ.

Каждое ВВ характеризуется критическим значением давления ини-

циирования Р

кр

, называемого порогом инициирования. Ударные волны с

давлением ниже критического не возбуждают детонации ВВ.

Разогрев однородных по физико-механическим свойствам ВВ в удар-

ных волнах равномерен. В этой связи необходимый высокотемпературный

разогрев образует только мощные волны – волны с давлением на фронте

10…20 ГПа, В неоднородных ВВ необходимый разогрев образуется лишь на

механических неоднородностях вещества. Поэтому мощность инициирую-

щей волны может быть значительно меньшей. Применяемые ВВ детонируют

при сочетании обоих механизмов разложения. Критическое значение давле-

ния их инициирования находится в пределах 3…8 ГПа.

Увеличение диаметра заряда существенно снижает порог иниции-

рования ВВ.

Помимо величины важно знать время действия инициирующего

давления. Поэтому более точно чувствительность ВВ к инициированию

оценивается критическим импульсом, равным произведению давления

на время его действия.

В связи с зависимостью времени действия взрыва от массы ВВ

чувствительность оценивают по минимальной массе инициатора, воз-

буждающего устойчивую детонацию. Такую массу называют мини-

мальным инициирующим импульсом. Минимальный инициирующий

импульс (в граммах гремучей ртути) для порошкообразных ВВ состав-

ляет доли грамма, для гранулированных – десятки граммов, для ряда

водосодержащих – десятки-сотни граммов.

В табл. 2.6 приведены минимальные инициирующие импульсы

для некоторых ВВ.

Таблица 2.6

Восприимчивость ВВ к инициированию

Минимальный инициирующий импульс

(масса заряда), г

ВВ

гремучей ртути азида свинца

Тротил (порошкообразный)

Аммонит 6ЖВ

Динафталит

Тетрил

0,36

0,14

0,6

0,15

0,09

–

0,025

179

Рис. 2.23. Манометрическая

бомба Бихеля:

1 – вентиль для отбора газов после

взрыва; 2 – крышка;

3 – корпус бомбы; 4 – заряд ВВ;

5 – термометры;

6 – деревянная подставка

Рис.2.24. Схема бомбы Долгова

для определения объёма

газообразных продуктов

и теплоты взрыва:

1 – метастатические термометры

Бекмана; 2 – заряд ВВ;

3 – мановаккумметр; 4 – краны;

5 – электроконтакты;

6 – крышка; 7 – корпус;

8 – клемма

Экспериментальное определение энергетических характеристик

ВВ. Экспериментальные определения теплоты взрыва, состава и объёма

продуктов взрыва выполняют в специальных термометрических и мано-

метрических бомбах. Применяемые для указанной цели бомбы пред-

ставляют собой стальные толстостенные цилиндры с массивными крыш-

ками. Внутренний объём бомб составляет обычно от 30 л (бомба Бихеля,

рис. 2.23) до 50 л (бомба Долгова, рис. 2.24). Перед взрывом воздух из

бомбы выкачивают и измеряют остаточное давление. Иногда бомбу по-

сле вакуумирования заполняют инертным газом, например азотом.

180

Заряд ВВ в бомбе взрывают при помощи электрической спирали

или электродетонатором (обычно взрывают заряды массой 50…100 г).

В целях сохранности бомбы плотность заряжания, т. е. отношение

массы заряда к объёму бомбы (или сосуда, в котором взрывается заряд),

принимают не более 0,02 кг/дм

Заряд ВВ иногда окружают свинцовой оболочкой, благодаря ко-

торой детонация происходит более полно в условиях, близких к практи-

ческим условиям применения ВВ.

Для измерения тепла, выделяющегося при взрыве, бомбу поме-

щают в сосуд с точно измеренным количеством воды.

Для определения теплоты взрыва успешно применяют и непо-

средственное измерение повышения температуры корпуса бомбы после

взрыва. Температуру фиксируют с помощью трёх метастатических тер-

мометров Бекмана, помещённых в медные клеммы, расположенные на

внешней стенке бомбы.

Количество тепла, выделившегося в бомбе и поглощённого её телом

или бомбой и водой, вычисляют умножением теплоёмкости бомбы или сис-

темы «бомба плюс вода» на разность между конечной и начальной темпера-

турами воды или тела бомбы и относят полученный результат на 1 кг ВВ.

Бомбу калибруют как калориметр путём сжигания в ней навески

бензойной кислоты в атмосфере кислорода.

Бомба после взрыва выдерживается в течение 60 минут для охла-

ждения и выравнивания температуры стенок с окружающей температу-

рой. Затем измеряется давление внутри бомбы. Расчётным путём опре-

деляют объём газов, приведённый к нормальным условиям.

При охлаждении продуктов взрыва пары воды конденсируются на

стенках бомбы. Объём такой воды устанавливают, продувая бомбу су-

хим воздухом, который затем прогоняется через сосуды с хлористым

кальцием. Воздух отдаёт хлористому кальцию воду, объём которой

прибавляют к вычисленному объёму газов.

После определения теплоты и объёма газообразных продуктов

взрыва можно с помощью газового анализа установить химический со-

став продуктов взрыва.

При проведении анализа большое внимание уделяют ядовитым

газам взрыва – оксидам углерода и азота.

Состав продуктов взрыва может быть определён в практических

условиях, например, взрыванием заряда ВВ в изолированном забое с

последующим отбором проб газа для анализа.

После определения объёма и состава продуктов взрыва и теплоты

взрывчатого превращения можно рассчитать температуру взрыва. Опытное

определение температуры взрыва связано с большими трудностями, в част-