Теоретический материал

Понятие о взрыве и взрывчатом веществе

Взрыв — процесс высвобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за весьма короткий промежуток времени. Различают физические и химические взрывы.

При физическом взрыве изменяется только физическое состояние вещества (взрыв парового котла или баллона с газом). При химическом взрыве происходит быстрая химическая реакция с выделением большого количества тепла и образованием газов, которые, расширяясь, создают давление, достигающее десятков тысяч мегапаскалей. Это давление в доли секунды отделяет горные породы от массива при одновременном их дроблении.

Скорость, с которой происходит эта реакция, называют скоростью взрыва. По скорости взрыва различают: детонацию, взрывное горение и выгорание.

Детонация — взрыв, распространяющийся с постоянной и максимальной для конкретного взрывчатого вещества (ВВ) и данных условий сверхзвуковой скоростью (1200—7000 м/с).

Взрывное горение — взрыв, протекающий со скоростью нескольких сотен метров в секунду (взрыв пороха, возбужденный искрой или пламенем).

Выгорание — переход детонации в горение со скоростью нескольких десятков метров в секунду.

Взрывчатые вещества — химические соединения или смеси химических веществ, способные под воздействием внешнего импульса (нагревания, удара, искры) быстро переходить в другие вещества с выделением большого количества тепла и образованием газов.

Так как химический взрыв основан на окислении горючих элементов, в состав ВВ обязательно входят кислород и горючие элементы, а в продуктах взрыва содержатся пары воды, углекислый газ, окислы азота и другие газы.

Мощность ВВ зависит от его состава, кислородного баланса, количества газов, образовавшихся при взрыве, температуры и скорости взрыва.

Кислородным балансом называют избыток или недостаток химически связанного кислорода во взрывчатом веществе по сравнению с количеством его, необходимым для пол ного окисления всех горючих элементов. Кислородный баланс может быть положительным, отрицательным и нулевым.

При положительном кислородном балансе в составе ВВ содержится больше кислорода, чем нужно для полного окисления горючих элементов. Оставшийся кислород окисляет при взрыве свободный азот, образуя ядовитые окислы азота, вследствие чего такие ВВ не допускаются для взрывных работ под землей.

При отрицательном кислородном балансе не все горючие элементы окисляются полностью из-за недостатка кислорода и в продуктах взрыва образуется ядовитая окись углерода.

Наиболее эффективными являются ВВ с нулевым кислородным балансом, при котором в составе ВВ кислород содержится в количестве, необходимом для полного окисления всех горючих элементов.

Основными характеристиками ВВ являются работоспособность, бризантность и чувствительность, которые определяют опытным путем в лабораторных условиях.

Работоспособность ВВ — способность при взрыве производить механическую работу. Определяют работоспособность в свинцовой бомбе (рис. 11, а). Для этого в осевой канал диаметром 25 мм и длиной 125 мм помещают заряд испытуемого ВВ массой 10 г с детонатором и взрывают. После взрыва измеряют объем образовавшейся полости, заливая в нее воду из мерного сосуда. Работоспособность ВВ Р (см³) определяют как разность объемов полости после взрыва V и объема канала до взрыва (61,5 см³) за вычетом работоспособности детонатора (30 см³), т. е. P=V—61,5—30= V—91,5.

Работоспособность промышленных ВВ составляет 130— 500 см³ и указывает на способность его отделять горную породу от массива.

Бризантность ВВ — способность при взрыве производить дробление среды, соприкасающейся с зарядом. При определении бризантности свинцовый цилиндрик 1 (рис. 11, б) диаметром 40 мм и высотой 60 мм устанавливают на стальную плиту 2 толщиной 20 мм, затем на цилиндрик кладут стальной диск 3 толщиной 10 мм и диаметром 41 мм, а сверху помещают патрончик испытуемого ВВ 4 массой 50 г с детонатором 5. После взрыва цилиндрик дает усадку.

Бризантность ВВ h определяют как разность высот цилиндрика до и после взрыва. Бризантность промышленных ВВ составляет 4—30 мм и характеризует степень возможного дробления отбитой от массива породы.

Чувствительность ВВ — способность реагировать на различного рода внешние воздействия (удар, искра, нагревание, трение).

Чувствительность ВВ к удару определяет степень опасности обращения с ним. При определении чувствительности к удару на специальных копрах навеску ВВ (заряд) массой 0,05 г помещают в специальный прибор между двумя стальными пластинами и на него сбрасывают груз массой 10 кг. Мерой чувствительности является наибольшая высота, падая с которой, груз не вызывает взрыва навески ВВ.

Чувствительность ВВ зависит от его физического состояния и химического состава.

К основным физико-химическим характеристикам ВВ относят:

плотность, слеживаемость, гигроскопичность, водоустойчивость, старение.

Плотность ВВ — отношение массы ВВ к занимаемому им объему (г/см³, кг/дм³, т/м³).

Слеживаемость-—способность ВВ терять свойство сыпучести и образовывать сплошную массу, что значительно снижает детонацию.

Гигроскопичность—способность ВВ самопроизвольно поглощать водяные пары из воздуха и увлажняться.

Водоустойчивость — способность ВВ противостоять проникновению внутрь патрона воды, которая приводит к затуханию детонации.

Старение —свойство пластичных ВВ со временем снижать восприимчивость к детонации. Разминанием патронов можно восстановить чувствительность постаревшего ВВ.

Классификация взрывчатых веществ

Промышленные ВВ классифицируют по ряду признаков:

по характеру воздействия на окружающую среду, агрегатному состоянию, химическому составу, условиям применения, степени опасности при хранении и транспортировке и т.д.

По характеру воздействия на окружающую среду промышленные ВВ условно подразделяют на высокобризантные ВВ (скорость детонации V = 4500 — 7000 м/с), бризантные (V= 3000-4500 м/с), низкобризантные (V = 2000 — 3000 м/с) и метательные — пороха (скорость взрывного горения 100 — 400 м/с).

По агрегатному состоянию промышленные ВВ классифицируют на порошкообразные, гранулированные, прессованные, литые, водосодержащие (льющиеся).

Взрывчатые вещества, предназначенные для взрывных работ в народном хозяйстве, называют промышленными.

По условиям применения промышленные ВВ делят на:

o непредохранительные, применяемые для взрывания на открытых работах и в подземных горных работах в шахтах, не опасных по взрыву газа или пыли (I—II классы);

o предохранительные, применяемые для взрывания на подземных горных работах в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли (III— VII классы).

В свою очередь, упаковки ВВ должны иметь отличительные знаки в виде цвета оболочек (патроны ВВ) или диагональных полос (ящики, пакеты):

o ВВ, допущенные к применению только на открытых работах (I класс), — белый цвет;

o ВВ, допущенные к применению на открытых работах и в шахтах, не опасных по газу или пыли (II класс), — красный цвет;

o ВВ, допущенные для взрывания в породных забоях, опасных по метану (III класс), — синий цвет;

o ВВ, допущенные к применению в шахтах, опасных по газу или пыли, для взрывания по углю и породе (IV—VII классы), — желтый цвет.

По химическому составу промышленные ВВ делят на индивидуальные и смесевые.

Индивидуальные ВВ состоят из одного вещества и являются химическими соединениями. К ним относят нитросоединения (тротил, тетрил, гексоген) и нитроэфиры (нитроглицерин, нитрогликоль, тэн).

Смесевые ВВ представляют собой механические смеси.

В зависимости от преобладающего вещества их подразделяют на нитроэфиросодержащие и аммиачно-селитренные.

Нитроэфиросодержащие ВВ (детонит, угленит) изготавливают на основе нитроэфиров, которые добавляют для повышения чувствительности ВВ к детонации.

Аммиачно-селитренные смеси (аммонит, аммонал) представляют собой механические смеси аммиачной селитры (соль азотной кислоты) с нитросоединениями и горючими добавками.

На подземных работах применяют аммониты — порошкообразные или спрессованные ВВ с большой работоспособностью и бризантностью, но с меньшей по сравнению с нитроглицериновыми ВВ чувствительностью к удару и трению.

Аммонитам присущи недостатки аммиачной селитры — гигроскопичность и слеживаемость, что снижает их детонацию.

В промышленности чаще всего применяют механические смеси. Для придания определенных свойств смесям ВВ в их состав вводят окислители, горючие добавки, сенсибилизаторы, стабилизаторы, флегматизаторы и пламегасители.

Взрывчатые вещества, предназначенные для производства взрывных работ в горной промышленности и других отраслях, называются промышленными ВВ. По составу они представляют собой механические смеси. В их состав входят горючие вещества и содержащие кислород в количестве, достаточном доя полного окисления горючих веществ.

По химическому составу все промышленные ВВ подразделяются на нитрососдинения и их смеси, включая смеси с металлами, аммиачно-селитряные ВВ и нитроэфировые ВВ с содержанием их не более 15 %.

Промышленные ВВ подразделяются также на непредохранительные и предохранительные. Делятся они на следующие классы:

• I класс — непредохранительные ВВ для взрывания только на земной поверхности (цвет упаковки или оболочки патронов белый): гранулотол, алюмотол, гранитол марок 1 и 7А, гранулитС-6М;

• II класс — непредохранительные ВВ для взрывания на земной поверхности и в забоях подземных выработок, не опасных по скоплениям горючих газов или пыли (отличительный цвет красный): гранулит марок 79/21, АС-4, АС-4В, игданит, аммонит скальный № 3, аммонит 6ЖВ, детонит М;

• III класс — предохранительные ВВ для взрывания только по породе в забое выработок, в которых выделяется метан, но отсутствует взрывчатая пыль (отличительный цвет синий): аммонит АП-5ЖВ;

• IV класс — предохранительные ВВ для взрывания по углю и породе в забое выработок, опасных по взрыву пыли или для сотрясательного взрывания (отличительный цвет желтый): аммонит марок Т-19, ПЖВ-20;

• V класс — предохранительные ВВ повышенной предо- хранительности для взрыва{шя по углю и породе в особо опасных по метану забоях подземных выработок, но в отсутствии контакта заряда с метановоздушной смесью (отличительный цвет желтый): угленитЭ-6;

• VI класс — высокопредохранительные ВВ для взрывания по углю или породе в особо опасных по метану забоях подземных выработок, когда возможен контакт заряда с метановоздушной смесью (отличительный цвет желтый): угленит марок 12ЦБ, П-12ЦБ-2, патроны СП-1;

• VII класс — предохранительные ВВ для ведения специальных взрывных работ в забоях выработок, опасных по метану и угольной пыли (отличительный цвет желгый): ионит, ЗПН-1.

В угольных шахтах, опасных по взрыву газа и пыли, применяют предохранительные ВВ III—VII классов в виде патронов диаметром 36—38 мм.

Важнейшими рабочими характеристиками взрывчатых веществ являются работоспособность, бризантность, теплота взрыва и скорость детонации.

Работоспособность ВВ — способность взрывчатого вещества производить работу в замкнутом пространстве за счет расширения газов взрыва. Существует несколько методов оценки работоспособности ВВ. Оценивается она в кубических сантиметрах.

Бризантность — способность ВВ измельчать, пробивать или дробить при взрыве породы, соприкасающиеся с зарядом ВВ. По пробе Гесса она оценивается в миллиметрах (табл. 2.7).

Необходимость применения предохранительных ВВ на угольных шахтах обусловлена тем, что метан и угольная пыль в определенных условиях могут образовывать взрывоопасные смеси.

Выделяющийся в угольных шахтах рудничный газ (метан — СН₄) обладает свойством взрываться в смеси с воздухом при содержании его 4,9—15,4 % и давлении 0,1 МПа.

Наиболее сильный взрыв происходит при содержании метана 9,5 %.

Взрыв метановоздушной смеси может произойти от соприкосновения ее с нагретым телом до температуры 650 °С и выше.

Табл.2.7 Рабочие характеристики взрывчатых веществ

Взрывчатое вещество	Работоспо собность, см³	Бртантносгь, мм	Теплота взрыва, кДж/кг	Скорость детонации, км/с
Тротнл	285	16,5	3654	4,7
Тетрил	350	19,0	3528	5,6
Гексоген	475	16,0	3990	6,1
Нитроглицерин	550	20,0	6552	1.6
Нитрогликоль	600	30,0	7140	1,9
Тэ н	500	14,5	5964	8,2
Игданит	320—330	15—20	3760	2,2
Аммонит 6 Ж В	360—380	14—16	4330	3,6
Аммонит АП-5ЖВ	330	14—17	3500	3,6
Аммонит ПЖВ-20	265—280	14—16	3400	3,5
Аммонит Т-19	265—280	15—17	3410	3,6
Детонит М	460—500	18—22	5800	4.9
Угленит № 5	50—90	4—8	1302	1,7
Угленит № 6	130—170	7—11	2680	1.9
Угленит 12ЦБ	95—120	—	2300	1.9
Ионит	95—125	5—6	1930	1.6

Время от начала соприкосновения до момента взрыва зависит от температуры нагретого тела. При указанной температуре это время составляет 10 с, а при повышении оно быстро сокращается.

Очень тонкая каменноугольная пыль с содержанием летучих более 10 %, находящаяся в воздухе во взвешенном состоянии в количестве 30—40 г/м³, также способна взрываться при соприкосновении с нагретым телом до 700—800 °С.

Ход работы

1. Назовите характерные признаки взрыва

2. Дайте пояснение физическим и химическим взрывам.

3. Дайте определение скорости взрыва.

4. Что различают по скорости взрыва?

5. Дайте определение - взрывчатое вещество (ВВ)

6. Детонация. Взрывное горение. Выгорание.

7. От каких факторов зависит мощность ВВ?

8. Что называют кислородным балансом, его разновидности, поясните.

9. Основные характеристики ВВ: работоспособность, бризантность и чувствительность, дайте пояснение.

10. К основным физико-химическим характеристикам ВВ относят:

плотность, слеживаемость, гигроскопичность, водоустойчивость, старение. Поясните.