Веществ

Взрывчатыми веществами (ВВ) называют химические соединения или смеси веществ, способные под влиянием внешнего воздействия чрезвычайно быстро превращаться в газообразные продукты с высокими температурой и давлением.

Возникновение и распространение взрыва связаны с передачей через заряд мощного сжатия, приводящего к быстрому и сильному нагреванию ВВ. Процесс передачи взрыва волной сжатия именуют детонацией, а волну сжатия, распространяющуюся со скоростью 1200–9000 м/с и сопровождаемую возникающей за фронтом волны реакцией взрывчатого превращения, – детонационной волной [27].

Для удобства описания и дальнейшего использования ВВ по условиям применения, хранения и физико-химическим свойствам их подразделяют на основные типы и объединяют в группы.

Промышленные ВВ классифицируют по химическому составу, физическому состоянию, по наиболее характерным особенностям их свойств или рецептурного состава, по области и условиям применения.

Все ВВ по химическому составу подразделяют на индивидуальные химические соединения и механические смеси, компоненты которых вступают в реакцию химического взаимодействия при взрыве. По индивидуальным особенностям ВВ подразделяют на инициирующие и бризантные.

Инициирующие ВВ легко взрываются от удара, огня, или искры, благодаря чему их используют для возбуждения (инициирования) процесса детонации и передачи его в виде детонационной волны другим менее чувствительным ВВ. В чистом виде их не применяют, а используют только в структуре средств инициирования – капсюлях-детонаторах (КД) и электродетонаторах (ЭД). Основными инициирующими ВВ являются: гремучая ртуть, азид свинца, тенерес.

Бризантные ВВ включают нитросоединения (тротил, тетрил, гексоген) и нитроэфиры (нитроглицерин, ТЭН). Их них на взрывных работах самостоятельно используют только тротил в виде гранулотола, литых и прессованных тротиловых шашек – детонаторов. Остальные применяют в качестве компонентов промышленных ВВ для повышения их мощности и детонационной способности (гексоген) или в средствах инициирования (тетрил, ТЭН, реже – гексоген).

Принципиальное отличие нитросоединений от нитроэфиров состоит в том, что молекулы первых содержатся нитрогруппы NO₂, а нитроэфиры – нитратные группы ONO₂.

К бризантным ВВ принято относить также все виды взрывчатых смесей, получивших наибольшее распространение на карьерах. В качестве основного компонента в них входит аммиачная селитра.

В зависимости от рецептурного и гранулометрического составов, а также физического состояния в составе смесевых ВВ принято выделять следующие группы [26]:77

- порошкообразные и гранулированные ВВ на основе плотной аммиачной селитры (аммонит 6 ЖВ, все граммониты, гранулиты М, АС-8, АС-4В, игданит и др. (табл.3.7);

- водосодержащие ВВ суспензионного типа (акватолы, акваниты, акваналы, карбатолы, ифзаниты и др.) (табл. 3.9);

- эмульсионные ВВ суспензионного типа (табл. 3.10–3.11).

Особую группу составляют ВВ, разработанные из утилизированных взрывчатых материалов (боеприпасов и твердого ракетного топлива) (табл.3.12).

Порошкообразные ВВ в зависимости от состава смешиваемых материалов подразделяют на смеси на основе аммиачной селитры и тротила (аммониты), нитроэфирсодержащие (детониты) и предохранительные ВВ. Последние предназначены для ведения взрывных работ в забоях шахт и рудников, опасных по выделению горючих газов и взрывчатой угольной (сланцевой) пыли.

В состав гранулированных ВВ входят основные компоненты (тротил и аммиачная селитра) в виде гранул, а также добавки из невзрывчатых материалов: масла, древесной муки, алюминия. В эту же группу перечнем промышленных ВВ включены гранулированный тротил (гранулотол) и сплав гранулированного тротила с алюминиевым порошком (алюмотол).

Взрывотехническая характеристика порошкообразных и гранулированных ВВ дана в таблице 3.7.

В сухих скважинах особенно эффективны гранулированные ВВ на основе пористой аммиачной селитры (ПАС): тротиловые (граммотол, амматол) и бестротиловые (гранулиты РП, Т, ПМ, ПФ, гексонит П). Отличительной особенностью новых ВВ является наличие в составе различных видов твердых взрывчатых и невзрывчатых горючих добавок в обязательном сочетании с жидким углеводородным горючим. Их детонационная способность и работоспособность выше, чем у штатных гранулированных ВВ на плотной селитре (табл.3.8).

По данным Б.Н. Кутузова, стоимость новых ВВ на основе ПАС снижена за счет: уменьшения содержания в них тротила, например, до 5–15 % в граммотоле вместо 21 % в граммоните 79/21; использование сравнительно недорогих невзрывчатых горючих компонентов, например, порошка ферросилиция (5 %) в гранулите ПФ и в гранулите АС-8 вместо дорогостоящей алюминиевой пудры (8 %). НТО «Взрывтехнология» созданы принципиально новые типы ВВ на основе ПАС с низкой чувствительностью к механическим воздействиям – амметол на основе тротила и ферросилиция и гексонит П с использованием 5–15 % нефлегматизированного гексогена.

В зависимости от технологии изготовления различают водонаполненные и растворонаполненные водосодержащие ВВ. Вода с селитрой в составе таких ВВ образуют насыщенный раствор, составляющий жидкую фазу суспензии. Кроме того, присутствуют пластифицирующие добавки и загустители. Большинство водосодержащих ВВ изготавливают вблизи мест их применения. Взрывотехнические характеристики водосодержащих ВВ даны в таблице 3.9.

Таблица 3.7. Основные взрывотехнические характеристики порошкообразных и гранулированных ВВ на основе плотной аммиачной селитры

Эмульсионные взрывчатые вещества основаны на эмульсиях типа «вода в масле». В основном они состоят из водного раствора неорганического окислителя, который в виде мелких капелек представляет дисперсную фазу, и жидкого горючего, являющегося непрерывной фазой. Соотношение окислителя и горючего в эмульсионной смеси составляет приблизительно 10:1.

Таблица 3.8. Основные взрывотехнические характеристики ПВВ нового поколения на основе пористой аммиачной селитры

Таблица 3.9. Основные взрывотехнические характеристики водосодержащих ВВ

В качестве окислителей в них наиболее часто используют аммиачную селитру отдельно или в смеси с другими селитрами. При этом оптимальное содержание окислителя в смеси составляет 60–85 %, а воды 8–16 %.Жидким горючим веществом в смесях обычно являются органические виды топлива (минеральные масла, дизельное топливо и т.д.) или их смеси. Оптимальным является содержание 3–7 % жидкого горючего. Для повышения энергетических характеристик в составы эмульсионных ВВ иногда добавляют твердое горючее: серу, алюминиевый порошок.

Для распределения мелких капелек раствора окислителя, имеющих размеры от десятых долей до 1–10 мкм, в непрерывной фазе жидкого горючего применяют эмульгаторы. Наиболее эффективными эмульгаторами являются эфиры сорбита и жирных кислот (стеариновой, олеиновой).

Благодаря тонкому диспергированию и большой поверхности контакта между окислителями и горючим эмульсионные ВВ способны без какой-либо другой сенсибилизации, кроме аэрирования, детонировать от мощного промежуточного детонатора.

Следует отметить, что эмульсии имеют повышенную взрывчатую способность, поскольку обе фазы у них жидкие, а дисперсные капельки раствора нитрата на несколько порядков меньше по величине, чем размеры частиц других взрывчатых веществ, кроме индивидуальных ВВ. Изменение размеров частиц от твердых гранул АС-ДТ до микрокапелек взрывчатой эмульсии приводит к росту скорости детонации с 3,2 до 5–6 км/с.

Главным образом это связано с увеличенным поверхностным контактом окислителя – горючего, что в свою очередь приводит к повышению эффективности реакции взрывчатого разложения смеси. При этом скорость детонации можно регулировать путем изменения степени смешения горючего и окислителя.

Вязкость и плотность взрывчатой эмульсии определяют обычно по физическим характеристикам органической горючей фазы, которая может быть представлена углеродистыми соединениями от тяжелого жидкого топлива до вязких восков.

В отличие от водосодержащих смесей эмульсии не загущаются и не желатинизируются.

Водоустойчивость эмульсионных ВВ выше, чем суспенизированных и водно-гелевых из-за того, что каждая капелька раствора окислителя покрыта тонкой пленкой жидкого горючего, предохраняющей от контакта с внешней водой и разбавления ею.

Перспективными направлениями в производстве ВВ являются изготовление концентрированных взрывчатых смесей из эмульсионных ВВ, аммиачной селитры и дизельного топлива, смешанных таким образом, чтобы эмульсия заполняла межгранульное пространство. В результате получают (отечественная торговая марка «Гранэмиты») взрывчатые составы, обладающие повышенной объемной концентрацией энергии, более высокой водоустойчивостью и меньшей стоимостью, чем собственно эмульсионные ВВ. Изменяя соотношение между отдельными компонентами, по данным компании «Амакс Коул Ко», можно оптимизировать размеры сетки скважин и увеличивать выход взорванной породы с одной скважины.

Отечественная промышленность освоила выпуск патронированных эмульсионных ВВ, которые могут быть использованы в качестве промежуточных детонаторов и для разрушения негабарита.

Взрывотехнические характеристики эмульсионных ВВ приведены в таблицах 3.10–3.11.

Наличие в России большой массы боеприпасов и твердотопливных ракет, которые вследствие значительного срока хранения потеряли свои боевые качества, заинтересовало специалистов в области производства промышленных ВВ. За последние годы разработаны и допущены к применению на горных предприятиях ВВ, изготовленные из утилизированных взрывчатых материалов (табл.3.12).

Таблица 3.10. Основные взрывотехнические характеристики эмульсионных ВВ

Данные таблицы 3.12 свидетельствуют о том, что большинство таких ВВ обладают повышенной скоростью детонации и удельной мощностью по сравнению с аммонитом 6ЖВ, являющемся эталонным взрывчатым веществом.

К числу промышленных ВВ следует отнести и пороха. Они представляют собой твердые многокомпонентные системы, содержащие горючие вещества и окислители.

В горной промышленности применяют специально выпускаемый «минный порох», который является разновидностью дымного пороха и представляет собой зернистую массу с величиной зерен от 1,5 до 8,5 мм. Плотность действительная – 1,6–1,75 г/см³, насыпная – 0,9–1,0 г/см³.

Дымный порох состоит из калиевой селитры, древесного угля и серы. Его взрыв воздействует на массив горных пород менее жестко, чем взрыв бризантных ВВ. Поэтому этот порох применяют, главным образом, при добыче блоков облицовочного камня, а также для изготовления огнепроводных шнуров.

Таблица 3.11. Взрывотехнические характеристики патронированных эмульсионных ВВ

Бездымные пороха изготавливают из нитратов целлюлозы с различным содержанием азота путем растворения их во взрывчатых и невзрывчатых растворителях. В состав таких порохов вводят пламегасящие добавки.

Различают пироксилиновые и нитроглицериновые пороха. Первые получают обработкой нитрата целлюлозы летучим растворителем, а вторые – слаболетучим нитроглицерином. Высокой детонационной способностью, особенно в воде, обладают пироксилиновые пороха.

Перечнем промышленных ВВ допущен к применению только дымный порох [26]. Для использования бездымного пороха нужны отдельные постановления Ростехнадзора.

Таблица 3.12. Взрывотехнические характеристики ВВ, разработанных из утилизируемых взрывчатых материалов

Согласно динамике потребления промышленных ВВ на территории России в 2003-2004 г.г. ведущее место (59 %) занимают ВВ, изготовленные на местах применения, в том числе: эмульсионные – 23,8 %, гранулированные безтротиловые – 23,7 %, водосодержащие ВВ – 11,5 %. Из ВВ заводского изготовления наиболее востребованы гранулированные тротилосодержащие неводостойкие ВВ (граммониты) – 20,4 %. Доля остальных групп ВВ в общем потреблении значительно меньше: гранулированные безтротиловые – 6 %, порошкообразные – 3,8 %, гранулированные тротилосодержащие водоустойчивые – 10,1 %, предохранительные – 0,7 %.

На ряде крупных горнодобывающих предприятий введены в строй собственные производства эмульсионных ВВ на основе отечественных или зарубежных технологий. Подобная ситуация обусловлена не только снижением затрат на взрывные работы, но и стремлением существенно повышать безопасность и эффективность взрывных работ в различных отраслях.

Для сравнительной оценки эффективности различных ВВ используют переводной коэффициент, представляющий собой отношение полной идеальной работы взрыва эталонного (аммонит 6ЖВ, граммонит 79/21) и сравниваемого ВВ.

Для выбора конкурентоспособных взрывчатых материалов, из числа которых будет выбран экономически наиболее целесообразный, можно также воспользоваться рекомендациями Р. Густаффсона: «Разрушение массива возможно только в том случае, если скорость детонации ВВ превышает скорость распространения продольных волн в массиве».

Большинство бризантных ВВ обладают пониженной чувствительностью. Для создания мощного первичного импульса в скважинных зарядах используют промежуточные детонаторы. Ими могут служить стандартные патроны аммонита или другого ВВ, специально изготовленные шашки-детонаторы – заряды стандартных форм и размеров.

Марку шашки – детонатора обычно обозначают буквами и числом. Буквы указывают наименование ВВ, а число – его массу. К постоянному применению в России допущены 15 наименований шашек-детонаторов [26]. Характеристика наиболее часто применяемых из них приведена в таблице 3.13.

В большинстве случаев для инициирования скважинного заряда достаточно одной шашки-детонатора массой 400–500 г. При взрывании зарядов из гранулотола или алюмотола общая масса промежуточного детонатора должна быть увеличена до 800–1000 г.