Характеристики (показатели) взрыва

Энергетические характеристики взрывчатых веществ и взрыва

Ядовитые газы взрыва

Понятие о взрыве и взрывчатом веществе

Взрывом в физическом смысле называется чрезвычайно быстрое изменение вещества, сопровождающееся таким же быстрым освобождением его потенциальной энергии, производящей механическую работу, направленную на разрушение окружающей среды.

По своей природе взрывы подразделяются на физические, химические и ядерные. В горном деле применяются химические взрывы.

Химическим взрывом называют крайне быстрое самораспространяющееся химическое превращение вещества (системы веществ), протекающее с выделением большого количества теплоты и образованием газообразных продуктов.

К химическим взрывам относятся также взрывы взрывчатых веществ, метана или других горючих газов, угольной или другой органической пыли.

Взрывчатымназывается вещество (система веществ), способное под влиянием определѐнного внешнего воздействия к крайне быстрому химическому превращению с выделением большого количества теплоты и образованием газов, способных производить механическую работу.

Для большинства взрывчатых веществ количество газов, выделяющихся при взрыве 1 кг взрывчатого вещества (ВВ), находится в пределах 0,3...1 м³, количество теплоты – 1,9…6,3 МДж (460...1500 ккал), а скорость взрыва колеблется от 1000 до 10000 м/с.

При взрыве в окружающей среде возникают ударная и звуковая волны.

Современные промышленные ВВ содержат органические и неорганические нитраты, нитросоединения и различного рода нитроуглеродистые соединения, поэтому основными ядовитыми газами, выделяющимися при взрыве, являются оксид углерода (угарный газ), оксид (NO) и диоксид (NO₂) азота.

Рецептуры ВВ составляются с таким расчѐтом, чтобы при реакции взрыва образовались в основном пары воды, азот и углекислый газ, т.е. газообразные продукты, наименее опасные для человека. Однако практика производства работ патронированными ВВ показала, что из общего количества газообразных продуктов взрыва 5...10 % приходится на ядовитые примеси, в том числе до 45 л/кг оксида углерода и до 14 л/кг оксидов азота.

Главная причина образования значительного количества оксида углерода при взрывных работах – газификация парафинированной бумажной оболочки патронов под действием высокотемпературных паров воды и углекислого газа по таким реакциям (образование СО за счѐт диссоциации СО₂ не имеет существенного значения для большинства промышленных ВВ):

Поэтому при изготовлении промышленных ВВ массу гильзы ограничивают: на 100 г ВВ масса бумажной обѐртки не должна превышать 3 г и парафина – не более 2,5 г.

Образование оксидов азота при взрывных работах происходит, как правило, за счѐт медленного горения частиц, разбрасываемых при детонации ВВ (в первую очередь аммиачной селитры), протекающего в низкотемпературном режиме при наличии сравнительно низкого давления.

В связи с этим для взрывных работ в угольных шахтах допускаются ВВ, при взрыве которых выделяется не более 80 л/кг условного оксида углерода.

Пересчѐт оксидов азота на условный оксид углерода производится умножением количества оксидов азота на коэффициент, равный 6,5. Считается, что 1 дм³ оксидов азота эквивалентен по токсичности 6,5 дм³, а сернистых газов – 2,5 дм³ оксида углерода.

Главные энергетические характеристики ВВ – объѐм газообразных продуктов, теплота, температура и давление взрыва. Первые три характеристики являются важнейшими константами ВВ, а давление зависит не только от состава ВВ, но и от условий взрывания.

При выборе ВВ учитывают его работоспособность, бризантность, степень безопасности в обращении и передачу детонации на расстояние. Эти практические характеристики (показатели) ВВ оценивают по результатам испытаний.

2.7.1. Работоспособность.Под этой характеристикой понимают способность ВВ производить при взрыве определенную работу по разрушению среды. Она зависит от объѐма газов и количества теплоты, образующейся при взрыве, а также от скорости детонации. Теоретической мерой работоспособности ВВ может служить его удельная потенциальная энергия, определяемая по формуле (2.13).

Классический (исторически первый) способ экспериментального определения работоспособности ВВ – метод свинцовой бомбы (проба Трауцля). Бомба, принятая на Втором международном конгрессе прикладной химии в 1948 г. в качестве стандартной, представляет собой болванку цилиндрической формы, отлитую из рафинированного свинца. По оси бомбы проходит канал (рис. 2.12). Перед опытом измеряют объѐм канала и помещают на его дно 10 г ВВ в бумажной гильзе диаметром 24 мм. В патрончик предварительно вставляют электродетонатор (ЭД) или капсюль-детонатор (КД). Свободную часть канала засыпают доверху сухим кварцевым песком, просеянным через сито №12. После взрыва заряда образовавшуюся грушевидную полость продувают и, заполнив водой из мерной мензурки, определяют еѐ объѐм. Разница в объѐмах полости после и до взрыва характеризует работоспособность ВВ, см³:

где P - работоспособность ВВ, см³;

V_к - объѐм грушевидной полости, образовавшейся после взрыва, см³; V₀ - первоначальный объѐм канала бомбы, см³ (V₀ = 62...65 см³); 30 - приращение объѐма полости за счѐт взрыва ЭД (КД), см³.

Рис. 2.12. Определение работоспособности ВВ в

 

Например, если после взрыва измеренный объѐм полости составил 475 см³, то работоспособность ВВ, согласно формуле (2.26), будет 475–65–30=380 см³.

Конечный размер расширения канала (или работоспособность) указывают с точностью до 5 см³. Испытания выполняют при температуре 15ºС.

Если температура в помещении будет иной, то в результаты вносят поправку, принимаемую по тарировочной таблице.

Стандартность каждой партии бомб (бомбы одной отливки) проверяют путем взрыва в трех бомбах навесок стан испытаний устанавливают поправку, которую следует учитывать при использовании бомб этой партии.

Испытания ВВ на работоспособность в свинцовой бомбе имитируют работу заряда в шпуре, пробуренном в горной породе при однотипных зарядах. Коэффициент работоспособности ВВ будет

где Р и Р_эт – расширение канала (работоспособность) при взрыве соответственно испытуемого и эталонного ВВ, см³.

 

Рис. 2.15. Определение бризантности ВВ

обжатием свинцового цилиндра: а – схема испытания ВВ на бризантность; б – свинцовый цилиндр

 

2.7.2. Бризантность.Под этой характеристикой понимают способность ВВ при взрыве воздействовать на преграды (на породы), непосредственно прилегающие к заряду или отстоящие от него на расстояние не более двух-трѐх радиусов заряда. Бризантность Б зависит от скорости детонации ВВ. Классическим (исторически первым) способом

Экспериментального определения

бризантности ВВ является метод свинцовых столбиков (проба Гесса).

На стальную плиту (рис. 2.15, а) ставят цилиндрик свинца высотой 60 мм и диаметром 40 мм. Сверху на него кладут стальной диск диаметром 41 и толщиной 10 мм. На диск ставят патрончик испытуемого ВВ в бумажной гильзе массой 50 г и диаметром мм. Плотность ВВ в патрончике такая же, как в заводских патронах. Поверх ВВ в гильзу помещают картонный диск с осевым отверстием. Через это отверстие в патрончик вставляют детонатор на глубину 15 мм. Патрончик укрепляют в вертикальном положении и взрывают его. В результате верхняя часть свинцового цилиндрика расплющивается и приобретает грибовидную форму (рис. 2.15, б), а высота его уменьшается. После измерения в четырѐх местах высоту обжатого цилиндрика, вычисляют размеры его усадки, по которой и оценивают бризантность, мм:

где h₀ и h_к – высота столбика до (h₀ = 60 мм) и после взрыва, мм.

Если, например, после взрыва высота цилиндрика уменьшилась с 60 до 45 мм, то бризантность ВВ будет 15 мм.

Качество цилиндриков проверяют, как и качество бомб, взрывом навесок эталонного ВВ.