Влияние устойчивости детонации ВВ на безопасность взрывных работ

При взрывных работах патронированными ВВ часто встречаются с весьма опасными явлениями затухания или неполной детонации шпурового заряда ВВ. Устойчивость детонации шпуровых зарядов определяется химическим составом ВВ, его физическим состоянием, а также условиями, при которых происходит взрыв. К физическим факторам, определяющим устойчивость детонации удлиненного заряда, относятся диаметр заряда, плотность ВВ в заряде, степень измельчения однородных ВВ или компонентов в смесевых ВВ, равномерность их смешения, влажность аммиачно-селитренных ВВ, наличие и характер оболочки, мощность начального импульса и т. п.

Известно, что устойчивая детонация удлиненных зарядов взрывчатых химических соединений и особенно механических смесей возможна лишь при диаметре заряда, превышающем значение критического диаметра. При взрыве удлиненного заряда сразу же после прохождения детонационной волны объем взрывных газов быстро растет, а их давление и температура резко снижаются. При этом вблизи от боковой поверхности заряда некоторый слой ВВ не успевает полностью разложиться и частично разбрасывается. Энергия взрыва в поверхностном слое ВВ выделяется только частично. Постепенно уменьшая диаметр заряда, можно получить такую его величину, при которой детонационная волна не будет распространяться по заряду ВВ.

Детонация в удлиненном заряде будет устойчивой при условии, что продолжительность реакции во фронте детонационной волны будет меньше продолжительности разброса внешнего слоя ВВ. Продолжительность разброса возрастает с увеличением диаметра заряда. Если ВВ обладает большой скоростью взрывчатого превращения и время реакции во фронте детонационной волны мало, то детонация может быть устойчивой даже при малом диаметре заряда. Например, для азида свинца критический диаметр составляет десятые доли миллиметра. При малом диаметре заряда относительные потери взрывных газов в боковых направлениях могут стать настолько большими, что распространение детонации станет невозможным.

Величины критического диаметра заряда (мм) для некоторых ВВ при плотности 0,9-1,0 г/см³ и размере частиц около 0,18 мм при взрывании в стеклянных трубках приведены в табл. 4.2.

Наибольшую детонационную способность и соответственно меньший критический диаметр заряда имеют составы ВВ с более высоким содержанием активных компонентов (тротила, гексогена и др.). Примеси инертных веществ в составе ВВ понижают скорость детонации и увеличивают критический диаметр заряда.

Плотность ВВ в заряде оказывает большое влияние на устойчивость его детонации. При относительно малой плотности увеличение ее до определенных величин приводит к повышению скорости детонации и уменьшению критического диаметра. При относительно большой плотности некоторые ВВ в определенных условиях детонируют неустойчиво, т. е. с затухающей детонацией. При превышении критической плотности ВВ в зарядах данного диаметра детонация становится неустойчивой. Как и критический диаметр, критическая плотность зависит от физического состояния, степени измельчения компонентов и состава ВВ. Например, порошкообразный мелкокристаллический тротил, спрессованный до плотности 1,46 г/см³, детонирует при диаметре заряда 2,1 мм, порошкообразный при плотности 0,9-1 г/см³ детонирует при диаметре заряда 8-10 мм, а литой тротил при плотности 1,64 г/см³ детонирует только в зарядах диаметром не менее 32 мм.

Сказанное выше относится к зарядам, взрываемым в стеклянных трубках или в бумажных оболочках. Если заряд заключен в прочную массивную оболочку из достаточно плотного материала, то взрывные газы в начальный момент не могут свободно и быстро расширяться, что препятствует разбросу внешнего слоя ВВ и уменьшает относительные потери газов в боковых направлениях. Все это увеличивает давление взрывных газов, которое идет на поддержание детонационного режима в заряде ВВ. Следовательно, прочная оболочка значительно уменьшает величину критического диаметра и обеспечивает устойчивую детонацию при относительно малых диаметрах зарядов ВВ. В практическом применении шпуровых зарядов ВВ окружающая заряд горная порода выполняет роль массивной прочной оболочки, улучшая условия детонации ВВ.

Устойчивую детонацию зарядов большинства ВВ можно обеспечить повышением мощности начального инициирующего импульса. Однако для ряда бестротиловых и водосодержащих ВВ, например, игданитов, гранулитов, акватолов, эмульсионных ВВ требующих достаточно мощных детонаторов, при диаметре заряда ниже критического невозможно обеспечить устойчивую детонацию.

[1] Разные авторы под стандартными условиями принимают различные значения. Обычно стандартное давление 1 атм., а стандартную температуру принимают 0º, 18° или 25°С.

1) 26,05 ккал/моль электрон – теплота разрыва связей C-C и C-H с последующим образованием CO₂ или H₂O.

1) В данном разделе сохранены принятые Г.А. Авакяном обозначения в брутто-формуле ВВ, кислородного коэффициента и др.

1) При отсутствии данных по теплотам сгорания или образования тех или иных ВВ, чаще всего новых или еще не синтезированных для их определения можно использовать метод Караша.

1) Имеется несколько подходов к оценке величины коволюма, которые, как правило, основываются на сопоставлении каких-либо расчетных величин, в которые входит коволюм, в том числе давление ПВ с точными экспериментальными измерениями. Из сопоставления расчетных и экспериментальных данных установлено, что коволюм является величиной непостоянной. Так, при увеличении давления коволюм уменьшается. Если в ПВ содержатся твердые вещества, то коволюм складывается из несжимаемой части газов и объема твердых частиц [6].

1) В начальной стадии расширения ПВ конденсированных ВВ находятся при очень высоких давлениях (10⁹-10¹⁰ Па) и расширяются не по изоэнтропе вида , а по политропе вида [1, 2]. Тем не менее, уравнения (4.34)–(4.36), применимы для количественной оценки конденсированных ВВ.