Детонации ВВ

Порошкообразные ВВ взрывали в тонкостенных свинцовых трубках диаметром 12,5 мм при температуре плюс 25 °С; минус 80 °С ; минус 183 °С.

Результаты показали, что даже очень сильное охлаждение не оказывает определенного влияния на скорость детонации.

Для некоторых чистых ВВ при понижении начальной температуры скорость детонации несколько возрастает, что связано с увеличением из-за уменьшения температуры.

Детонационная способность и скорость детонации существенно снижаются при повышении давления, под которым находится ВВ.

4 коллоквиум

2.7 Разрушающие действия взрыва

Работа взрыва в зависимости от условий и свойств ВВ может проявляться в разнообразных формах. Полная работа взрыва или полная работоспособность представляет собой сумму всех форм механической работы взрыва. Среди них есть полезные формы и бесполезные, т.е. по существу потери.

Формы работы взрыва:

- сильное дробление, измельчение и сильнейшая пластическая деформация среды, например оболочки, горной породы– ;

-образование и распространение в границе сейсмических волн – ;

-выброс части грунта и образование воронки выброса – ;

- образование и распространение воздушных УВ – .

Полная работа составляет часть полной энергии:

– полный КПД взрыва, = 0,6 – 0,7.

Метод оценки полной работы был предложен И.М. Чельцовым.

Если газ, обладающий внутренней энергией u, расширяется, производя работу, то согласно I - закону термодинамики:

.

Уменьшение внутренней энергии равняется количеству тепла, сообщенного в процессе расширения окружающей среде , и произведенной при этом работе .Процесс расширения газов взрыва происходит настолько быстро, что его можно считать адиабатическим, т.е. идущим без теплообмена со средой. используя предположения о адиабатическом расширении газов работа взрыва определяется следующим образом

При .

Для конечной величины работы, соответствующей конечному уменьшению температуры, имеем:

, (1)

где – начальная (max) температура взрыва

– температура газов к концу расширения

– средняя теплоемкость в интервале температур от до

Предположим, что = 0 ( в реальных условиях расширение до = 0 неосуществимо); тогда полная максимальная работа :

(2)

где – теплота взрыва,

290 – внутренняя энергия газа при стандартной температуре

15 – 20 °С или 290 К.

Величину – максимальную работу, которую могут совершить газы взрыва при условии, что в механическую работу превращается без остатка вся их внутренняя энергия - называют потенциалом ВВ.

Значение 290 = 3 – 5 % , поэтому ей можно пренебречь,

.

Выражение для работы адиабатического расширения и молей газа может быть записано следующим образом (3):

(3)

, - температура продуктов взрыва до и после расширения.

Исходя из уравнения адиабаты и уравнения состояния идеального газа, находим

(4)

где и – начальный и конечный объём газов, м ³.

и - начальное и конечное давление газов, кПа.

Следовательно

(5)

Это уравнение даёт следующие выводы.

а) При

т.е. работоспособность ВВ приближается к величине потенциала .

б) Так как

то чем меньше теплоёмкость продуктов взрыва, тем больше и тем меньше

Следовательно, тем больше работа взрыва .

в) Так как теплоёмкость растёт с увеличением числа атомов в молекуле, то чем больше двухатомных газов, тем больше объём продуктов взрыва.

г) Чем больше в продуктах взрыва твёрдых веществ, обладающих большой теплоёмкостью, тем больше общая теплоёмкость продуктов взрыва и меньше работоспособность :

.

Разность определяет потерянную теплоту, представляющую собой то тепло, которое остаётся в продуктах взрыва по достижении ими атмосферного давления.

Определение: Работоспособностью называют полную работу, отнесённую к единице веса ВВ.

2.8 Фугасное и бризантное действие взрыва

2.8.1 Фугасное действие

Фугасное действие представляет себе работу взрыва в форме:

- раскалывания и отбрасывания среды, в которой происходит взрыв;

- выброса грунта с образованием воронки при глубоком залегании заряда.

Бризантным действием называют действие взрыва в форме дробления, измельчения или пробивания среды, соприкасающейся с зарядом ВВ. Эта форма работы обусловлена ударом продуктов детонации, находящихся при очень высоком давлении, и проявляется лишь в непосредственной близости к заряду, на расстояниях, не превышающих 2,0 – 2,5 радиуса заряда.

Таким образом, фугасное действие взрыва определяется объёмом продуктов взрыва всего заряда, действующих на среду, как своеобразный поршень. Энергия ударной волны составляет часть полной энергии взрыва. Движение значительных объёмов среды возникает после прохождения ударной волны и так же составляет часть полной энергии взрыва.

Объём расширения среды пропорционален весу заряда, так как энергия движения объёмов среды будет возрастать при увеличении полной энергии взрыва.

,

где − объём расширения среды,

− масса заряда ВВ в пересчете на тротиловый эквивалент.

Аналогичная пропорциональность весу заряда имеет место и для объёма выброшенной породы.

Расчёт зарядов выброса имеет большое практическое значение. При расчётах предполагают, что воронка выброса представляет собой конус, в вершине угла которого находился взрывной заряд.

Воронку выброса характеризуют отношением её радиуса к глубине , называемой также линией наименьшего сопротивления (ЛНС).

Отношение называют показателем действия взрыва.

Воронки, у которых называются воронками нормального выброса; воронки, у которых , называют воронками усиленного выброса.

Рисунок 22 – Воронка выброса грунта

Для расчёта зарядов выброса, исходной является воронка нормального выброса.

Её объём .

Вес заряда

,

где – коэффициент, который зависит от свойств грунта и свойств ВВ.

Если по условиям работы не требуется выбросить грунт, а нужно лишь разрыхлить породу, то используют меньший заряд

.

2.8.2 Формы бризантного действия взрыва

Работа в форме бризантного действия, т.е. работа на границе заряда в начальный момент расширения продуктов взрыва пропорциональна не полной энергии заряда, а плотности энергии во фронте детонационной волны. Плотность энергии во фронте детонационной волны пропорциональна давлению детонации, т.е,

.

Внутренняя энергия сжатого газа .

Полагая, что , получим для энергии единицы объёма:

Сильнейшее дробление – это основная форма бризантного действия, которая зависит не столько от приложенной энергии, сколько от величины действующей силы. Действует эта сила на весьма малом пути – порядка молекулярных размеров, поэтому величина работы весьма мала. Поэтому, если давление невелико, то дробящее действие будет слабым, несмотря на то, что среде была сообщена большая энергия.

Таким образом, величина работы в формах бризантного действия:

.

2.8.3 Местное (ближнее) действие взрыва

П.Ф. Похил и М.А. Садовский рекомендовали следующую формулу для оценки величины удельного импульса, производимого линейным действием взрыва открытого заряда на подставку:

,

где – постоянный коэффициент,

– вес заряда,

– ускорение силы тяжести,

– скорость детонации,

– показатель политропы продуктов детонации,

– площадь контакта заряда с подставкой,

– полная поверхность заряда.

Исследования показали, что и общее, и местное действие взрыва в отношении объёма среды, охваченного разрушением заданной степени интенсивности, не различаются: объёмы разрушения пропорциональны объёму заряда или его весу. Линейные расстояния до границы соответствующих разрушений должны быть пропорциональны .

Из сказанного выше можно сделать некоторые выводы в отношении применения ВВ. При выборе ВВ необходимо учитывать характер работы, которая должна быть произведена. Если требуется произвести большое общее действие (ударные волны, выброс, разрушение значительных объёмов среды), то большой должна быть общая энергия и теплота взрыва. Некоторые ВВ с большой удельной теплотой взрыва могут обладать слабым бризантным действием. Примером могут служить Al-содержащие смеси. Общее действие их значительно, а бризантное – слабое, из-за малой скорости детонации.

2.8.4 Схема баланса энергии при взрыве

«Химические потери» происходят из-за возможности разброса непрореагировавших ВВ, неполного взрывчатого превращения или диссоциации.

Полная работа проявляется большей частью в форме общего действия и в форме бризантного действия (рисунок 11).

Рисунок 23 – Распределение расхода полной энергии взрыва

2.8.5 Экспериментальные методы определения общей работы взрыва

Существуют следующие основные методы:

- метод свинцовой бомбы;

- метод баллистического маятника;

- метод баллистической мортиры;

- метод выброса;

- метод, основанный на измерении давления воздушной ударной волны.