Способы и средства беспламенного взрывания

Лекция №6

Классификация взрывчатых веществ.

1. Классы взрывчатых веществ.

2. Инициирующие взрывчатые вещества

3. Свойства ВВ.

Классы взрывчатых веществ.

Все промышленные ВВ можно разделить на два основных класса:

а) взрывчатые химические соединения;

б) взрывчатые смеси.

Взрывчатые химические соединения - соединения, молекулы которых в определённых условиях способны к распаду с образованием новых, главным образом газообразных, соединений с выделением энергии. 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.

По химическому составу и области применения взрывчатые химические соединения делятся на четыре группы: инициирующие; нитросоединения; нитроэфиры (нитраты); соли азотной кислоты (селитры).

По роли в процессе инициирования (возбуждения детонации) промышленных ВВ однокомпонентные ВВ подразделяются на первичные и вторичные.

Первичными называют ВВ, способные взрываться в небольших навесках от луча огня или другого невзрывного начального импульса. Роль их играют инициирующие ВВ.

Вторичныминазывают ВВ, способные взрываться от воздействия первичного ВВ и формировать (в пределах участка небольшой длины) детонационную волну, способную возбудить устойчивую детонацию промышленного ВВ. Это наиболее мощные индивидуальные высокобризантные ВВ, например, гексоген (его бризантность более 60 мм – свинцовый столбик полностью разрушается).

Из всех однокомпонентных ВВ рассмотрим лишь те, которые наиболее широко применяются при производстве промышленных ВВ и средств инициирования.

Инициирующие взрывчатые вещества

Это высокобризантные ВВ, характеризующиеся повышенной чувствительностью к внешним воздействиям (удару, наколу, лучу огня, нагреванию) и очень коротким периодом нарастания скорости детонации (детонируют в небольших массах – долях граммов).

Гремучая ртуть. Hg(CNO₂) (ртутная соль гремучей кислоты). Это мелкокристаллическое вещество белого или серого цвета; получается из металлической ртути путём обработки её этиловым спиртом в азотной кислоте. Плотность кристаллов равна 4,42 кг/дм³, гравиметрическая плотность – 1,6 кг/дм³. Сухая гремучая ртуть чувствительна к огню и к механическим воздействиям. Температура вспышки (при этом происходит детонация) 160…165ºС. Скорость детонации гремучей ртути при плотности 3,3 кг/дм³ равна 5,4 км/с, чувствительность к удару – 2 см, работоспособность – 110 см³. При царапании или переламывании кристаллика возникает взрыв.

Гигроскопичность гремучей ртути невелика, но при хранении под водой она впитывает до 30% влаги. Влажная она не опасна в обращении: при влажности 30% она не взрывается от огня и удара, но хорошо детонирует от взрыва заряда сухой гремучей ртути. В присутствии влаги гремучая ртуть способна взаимодействовать с некоторыми металлами, образуя весьма опасные взрывчатые соединения – фульминаты. Особенно легко она реагирует с алюминием (поэтому её не помещают в алюминиевые гильзы).

Ввиду токсичности паров применяется только в качестве первичного ВВ в капсюлях-детонаторах (КД). Этим обеспечивается их высокая безопасность в обращении: гремучая ртуть хорошо прессуется и потому не вынимается из открытой гильзы.

Азид свинца. PbN₆(свинцовая соль азотистоводородной кислоты). Это мелкокристаллический порошок белого цвета, соль азотистоводородной кислоты HN₃. Плотность кристаллов 4,8 кг/дм³. Влаги не боится и при содержании её до 30% не теряет взрывчатых свойств. Азид свинца менее чувствителен к огню и механическим воздействиям, чем гремучая ртуть. Температура вспышки (при этом происходит детонация) равна 330ºС, чувствительность к удару 6 см, работоспособность 115 см³.

От огня азид свинца так же хорошо детонирует, как и от удара. В качестве инициирующего ВВ, он лучше гремучей ртути. В детонаторах он прессуется до плотности 4,6 кг/дм³. Скорость детонации 5,3 км/с.

В присутствии влаги и углекислоты азид свинца легко взаимодействует с медью, образует чувствительный азид оксидной меди; с железом взаимодействует плохо, а с алюминием не взаимодействует. В связи с этим детонаторы с азидом свинца изготовляют в алюминиевых, биметаллических или картонных гильзах, кроме медных.

Азид свинца – более мощное первичное инициирующее ВВ, чем гремучая ртуть, а газы взрыва менее ядовиты. Поэтому в промышленности переходят на применение этого первичного инициирующего ВВ и прежде всего в электродетонаторах (ЭД), т.е. в закрытых конструкциях.

Поскольку азид свинца менее чувствителен к огню, чем гремучая ртуть, для безотказности действия детонаторов его иногда применяют совместно с более чувствительным к тепловому импульсу тенересом. В чашечку ЭД поверх заряда азида свинца как промежуточный заряд помещают тенерес массой 0,1 г (температура вспышки 270ºС), который вызывает взрыв азида свинца, а последний взрывает заряд вторичного (бризантного) ВВ.

ТНРС (тенерес). C₆H(NO₂)₃O₂Pb·H₂O (свинцовая соль стифниновой кислоты) - тринитрорезорцинат (стифнат) свинца. Это кристаллический порошок золотисто-жёлтого цвета. Плотность кристаллов 3,01 кг/дм³. Малорастворим в воде, малогигроскопичен. Физически и химически стоек. С металлами не взаимодействует. Температура вспышки 270°С, работоспособность 110 см³, чувствительность к удару 11см. Скорость детонации 5,2 км/с.

Нитросоединения

Тетрил . C₆H₂(NO₂)₃N(NO₂)CH₃. Это мелкокристаллическое ВВ бледно-жёлтого цвета. Температура вспышки 190°С, работоспособность 380 см³, бризантность 22 мм, чувствительность к удару 30 см. Скорость детонации при плотности 1,65 кг/дм³ равна 7...7,2 км/с. Тетрил очень восприимчив к детонации и хорошо передаёт её другим ВВ. Практически не гигроскопичен, не растворим в воде и обладает сравнительно высокой химической стойкостью. Однако он способен довольно энергично взаимодействовать с аммиачной селитрой, выделяя теплоту. Эта смесь способна к самовоспламенению и поэтому изготовление и применение таких смесей категорически запрещены.

Тетрил – токсичное вещество. При работе с ним на заводах-изготовителях открытые части тела (руки, лицо) желтеют (желтизна держится в течение примерно двух недель). Относится к ВВ повышенной мощности, поэтому многие годы его применяли в качестве вторичного ВВ, спрессованного до 1,68 кг/дм³ во всех детонаторах (гремучертутнотетриловые). В настоящее время его используют в основном для изготовления прессованных шашек – промежуточных детонаторов (допдетонаторов) при взрывании маловосприимчивых к детонации ВВ (водонаполненных, гранулитов и др.).

Гексоген. C₃H₆N₃(NO₂)₃. Это кристаллический порошок белого цвета. Температура вспышки 290°С, работоспособность 520 см³, бризантность 29 мм, чувствительность к удару 30 см. Скорость детонации при плотности 1,7 кг/дм³ равна 8,3 км/с. Один из мощных однокомпонентных ВВ. Применяется во всех типах детонаторов как вторичное ВВ и в составе мощных аммиачно-селитренных ВВ. Кроме того, используется в сплавах с тротилом для изготовления шашек (ТГ-500), применяемых в качестве промежуточных детонаторов.

Тротил (тол, тринитротолуол). C₆H₂(NO₂)₃CH₃. Это кристаллическое вещество бледно-жёлтого цвета. Исходным продуктом при изготовлении служит каменноугольный или нефтяной толуол, который обрабатывают смесью азотной и серной кислот. Выпускают в виде чешуек. Перед введением в состав ВВ дробят в порошок. Порошкообразный тротил хорошо прессуется и легко плавится при температуре 80,5°С.

Плотность в порошкообразном виде 0,9 кг/дм³, при прессовании 1,55 кг/дм³, плавленого 1,54…1,59 кг/дм³. Температура вспышки 310°С. Работоспособность 300 см³, бризантность 16 мм, чувствительность к удару 85 см (прострел пулей, как правило, взрыва не вызывает). Восприимчивость тротила к механическим воздействиям (к начальному импульсу) зависит от его физического состояния: порошкообразный и прессованный взрываются от капсюля-детонатора; чешуйчатый и литой взрываются только от промежуточного детонатора (порошкообразного или прессованного тротила или другого ВВ).

Имеет отрицательный кислородный баланс, поэтому при взрыве образуется большое количество оксида углерода. Токсичен, особенно в тонкоизмельчённом состоянии, вызывает тротиловую интоксикацию организма, раздражение кожи и болезнь глаз.

Тротил относится к ВВ средней мощности. Широко используется в качестве составной части большинства промышленных ВВ. В чистом виде или в смеси с гексогеном (тэном) широко применяется в виде литых или прессованных шашек как промежуточных детонаторов.

Нитроэфиры

На основе этой группы химических соединений созданы наиболее мощные пластичные и полупластичные промышленные ВВ, названные нитроглицериновыми или нитроэфирными.

Тэн (тетранитропентаэритрит). C₅H₈(ONO₂)₄. Это кристаллический порошок белого цвета. Температура вспышки 220°С, работоспособность 500 см³, бризантность 25 мм, чувствительность к удару 30 см. В детонаторах тэн прессуется до плотности 1,62 кг/дм³, влаги не боится. Скорость детонации 8,2...8,7 км/с. Применяется при изготовлении детонирующих шнуров, а также промежуточных детонаторов.

Коллодионный хлопок (пироксилин). Это твёрдое ВВ, получаемое при обработке клетчатки (хлопка) азотной кислотой в присутствии серной кислоты. Пироксилин с 11 нитрогруппами C₂₄H₂₉O₉(ONO₂)₁₁ называется нерастворимым, а с 9 нитрогруппами C₂₄H₃₁O₁₁(ONO₂)₉ – растворимым пироксилином или коллодионным хлопком. Растворяется в смеси спирта с эфиром, в нитроглицерине, в нитрогликоле и в других органических растворителях, образуя коллоидный раствор. Коллодионный хлопок используется для изготовления бездымных порохов, а также пластичных и полупластичных ВВ. Пироксилин, спрессованный в шашке плотностью 1,2 кг/дм³, имеет скорость детонации 4,3 км/с. Температура вспышки 177°С.

Нитроглицерин . C₃H₅(ONO₂)₃. Его получают при обработке глицерина смесью азотной и серной кислот. Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость. Ядовит. Плотность 1,6 кг/дм³, чувствительность к удару 4 см. Температура вспышки 180°С. Температура замерзания может быть равна и 13 и 2°С, что объясняется существованием двух модификаций, отличающихся только физическими свойствами. Опасен в обращении. Самостоятельно для взрывных работ не применяется, но входит как один из основных компонентов во многие взрывчатые вещества. Работоспособность 550 см³, бризантность 20 мм.

Нитрогликоль. C₂H₄(ONO₂)₂. Его получают при обработке спирта гликоля смесью азотной и серной кислот. Бесцветная жидкость, плотность 1,49 кг/дм³, температура вспышки 215°С, температура замерзания равна –22,6°С. Хорошо смешивается с нитроглицерином и понижает его температуру замерзания. Применяется для изготовления ряда ВВ. Работоспособность 650 см³, бризантность 30 см, чувствительность к удару 7 см.

Селитры

Учитывая низкую детонационную способность селитр, они по условиям хранения и транспортирования не относятся к ВВ.

Аммиачная селитра. NH₄NO₃. Это кристаллический порошок белого цвета, получаемый синтетическим путём на азотнотуковых заводах. Работоспособность 165...230 см³, плотность 1,7 кг/дм³, скорость детонации 1,5...3 км/с, весьма гигроскопична, легко растворяется в воде.

При хранении аммиачной селитры происходит перекристаллизация, сопровождающаяся спеканием, из рыхлой она превращается в твёрдую массу. При длительном хранении аммиачная селитра слёживается. Самостоятельно (как ВВ) она не применяется, но входит в состав многих взрывчатых механических смесей.

По той причине, что при взрыве выделяется много газообразных продуктов и мало теплоты и, кроме того, развивается невысокая температура, её вводят в качестве основного компонента в предохранительные ВВ. Для уменьшения гигроскопичности и слеживаемости аммиачную селитру обрабатывают гидрофобными добавками (оксидом железа). В маркировке таким модификациям аммиачной селитры добавляют индекс ЖВ.

Натриевая и калиевая селитры. NaNO₃ и КNO₃. Содержат в 2 раза больше кислорода, чем аммиачная селитра, имеют положительный кислородный баланс (более 40%). Плотность кристаллов более 2 кг/дм³. При взрывчатом разложении образуют мало газов и много твердых оксидов, стоимость их выше. Смеси этих селитр с горючими чувствительны к механическим воздействиям и к воспламенению. Они имеют ограниченное применение – для приготовления водосодержащих селективно детонирующих высокопредохранительных ВВ. Добавки этих селитр повышают плотность ВВ, снижают температуру замерзания, хорошо удерживают воду в составе ВВ, препятствуя их высыханию.

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.

Свойства ВВ.

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.

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

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

Вопросы для самоконтроля

1. Изложите сущность классификаций ВВ по составу.

2. Приведите примеры взрывчатых химических соединений и охарактеризуйте их.

3. Приведите примеры взрывчатых механических смесей и охарактеризуйте их.

4. Какие существуют классификации ВВ?

5. Состав, основные свойств и представители нитроглицериновых и аммиачно-селитренных ВВ.

Дата добавления: 2020-11-27; просмотров: 212; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!