Материал: Недин В.В. Буровзрывные работы учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов

само легко может взрываться при воздействии на него пламени,

искры и др.

Процесс возбуждения взрыва в массе ВВ называется иници­ ированием, а ВВ, используемые для создания начального им­ пульса, инициирующими ВВ.

Процесс взрывчатого превращения у разных ВВ протекает с

различной скоростью. Различают два вида распространения

взрыва:

1) взрывное горение — распространение взрыва без прохождения ударной волны, со скоростью порядка сотен метров

всекунду *;

2)детонацию — распространение взрыва, обусловленное

прохождением ударной волны по ВВ и протекающее для данного ВВ, при данном его состоянии и при данных условиях с постоян­ ной сверхзвуковой скоростью (порядка нескольких тысяч метров в секунду).

Ударной волной называется скачкообразное изменение давления, распространяющееся в среде со сверхзвуковой скоро­ стью.

Существует несколько теорий процесса детонации. Наиболее распространенной в настоящее время является гидродинамичес­ кая теория. Согласно гидродинамической теории, распростране­ ние детонации определяется прохождением по ВВ ударной вол­ ны, мощность которой достаточна для возбуждения взрывчатого превращения последовательных слоев ВВ при сжатии вещества в волне. Причины возникновения таких ударных волн могут быть различны, в частности, причиной может быть мгновенная хими­ ческая реакция. Характерной особенностью ударной волны по сравнению со звуковой является, кроме высокой ее скорости, движение за ней в том же направлении потока газов (продуктов взрывчатого превращения ВВ).

В зависимости от внешних факторов детонация может быть устойчивой (т. е. развиваться с максимальной и постоянной ско­

ростью) или же ослабнуть, перейти в выгорание и даже затух­

нуть.

На устойчивость детонации ВВ определенного состава влияет много факторов; основные из них следующие:

1. Плотность ВВ. С увеличением плотности ВВ до определен­ ного предела скорость детонации увеличивается, но дальнейший

рост плотности выше этого предела ведет к затуханию детона­ ции.

1 Горение ВВ при повышенном давлении, без производства механической работы, со скоростью несколько десятков метров в секунду называется выго­ ранием.

2.Мощность начального импульса. Слабый начальный им­ пульс не обеспечивает нормальной детонации ВВ.

3.Диаметр патрона ВВ. С увеличением диаметра патрона (до

определенного предела) скорость детонации увеличивается. При

очень малом диаметре ВВ вообще не детонирует. Для большин­ ства промышленных ВВ минимальный диаметр, обеспечивающий устойчивую детонацию (он называется критическим диаметром),

составляет около 20—25 мм. Для высокочувствительных и мощ­ ных ВВ влияние диаметра менее значительно.

4.Тонкость измельчения и тщательность смешения реагирую­

щих компонентов взрывчатой смеси. Чем тоньше измельчение и тщательнее смешение, тем выше скорость детонации ВВ,

имеющих в своем составе твердые (негранулированные) ком­ поненты.

5. Состояние ВВ (повышенная влажность, слежалость и

пр.).

Разность между количеством кислорода, фактически находя­

щимся в составе данного ВВ, и тем его количеством, которое не­ обходимо для полного окисления всех горючих компонентов ВВ

(углерода — в углекислый газ, водорода — в воду), называется

кислородным балансом. Эту разность принято выражать в процентах. Она может иметь положительное, нулевое и отри­ цательное значение.

ВВ, содержащие ровно столько кислорода, сколько необходи­ мо для окисления углерода в углекислый газ и водорода в воду,

называются ВВ с нулевым кислородным балансом.

В В, содержащие кислород в количествах, недостаточных для полного окисления горючих элементов, называются ВВ с отри­ цательным кислородным балансом.

ВВ с избыточным количеством кислорода называются ВВ с

положительным кислородным балансом.

Величина отрицательного или положительного кислородного баланса определяется как соотношение между весом избытка или недостатка кислорода и общим весом вещества.

Для взрывных работ в горной промышленности наиболее благоприятны ВВ с нулевым кислородным балансом, так как

при этом обеспечивается наибольшее выделение энергии при наи­ меньшем образовании ядовитых газов.

Если В В представляет собой механическую смесь двух ве­ ществ, из которых первое богато углеродом и водородом, а вто­ рое— кислородом, то для получения нулевого кислородного ба­ ланса, очевидно, необходимо условие:

При 'изготовлении большинства современных промышленных ВВ в качестве вещества, богатого кислородом, применяется ам­

Реакция взрывчатого превращения ВВ может быть составле­ на на основе теоретических соображений или на основе анализа продуктов взрыва.

Теоретический метод основан на предположении, что взрыв происходит при постоянном объеме и процесс протекает адиаба­ тически.

Как видно из уравнения (44), в продуктах разложения имеют­ ся углекислый газ, пары воды, свободный азот и свободный кисло­ род. Отсутствие окиси углерода (СО) и окислов азота (NO2, NO) в продуктах взрыва вытекает из принципа наибольшего выделе­ ния тепла, так как при образовании окиси углерода выделяется вбего лишь 26 ккал/моль, что значительно меньше теплоты обра­ зования СО2 (94 ккал/моль), а образование окислов азота вооб­

ще происходит с поглощением тепла (—22 ккал/моль).

Для ВВ типа механических смесей при небольшом положи­

тельном кислородном балансе реакция выразится уравнением.

-f- тСв1 Н41 Nc, — пхСО2 -|- n2 Н2О -|- п$ N2 4- /24О2) (45)

где Л1, п2, пз, П4 — коэффициенты, имеющие следующие значения:

реакции, протекающие при диссоциации или взаимодействии уже образовавшихся газовых продуктов взрыва. Основные из этих вторичных реакций следующие

ядовитых газов (СО и NO) даже при применении ВВ с нулевым кислородным балансом. Однако количество этих газов при нуле­ вом кислородном балансе образуется минимальное. При отрица­ тельном кислородном балансе образуется большое количество окиси углерода, а при положительном балансе — много ядови­ той окиси азота.

Следует также помнить, что при нулевом кислородном балан­ се обеспечивается (при прочих равных условиях) также наиболь­

ший эффект взрыва, так как в этом случае выделяется наиболь­ шее количество тепла.

Из всего изложенного ясно, что при взрывных работах необ­ ходимо применять ВВ с нулевым или небольшим положитель­ ным кислородным балансом (некоторый избыток кислорода предназначается для уравновешивания баланса в случае всту­ пления в реакцию бумажной оболочки и влагоизолирующего по­ крытия патронов ВВ).

§ 2. Расчет основных параметров взрыва

Газообразные продукты взрыва при их расширении произво­ дят механическую работу. Величина ее зависит от'параметров начального состояния газов, вследствие чего определение этих параметров имеет теоретическое и практическое значение. К ос­ новным параметрам относятся: 1) объем газообразных продуктов взрыва; 2) количество тепла, выделяемое при взрыве; 3) темпе­

ратура взрыва; 4) давление газов. Значения основных параметров могут быть определены опытным путем или расчетом, дающими приблизительно одинаковые результаты.

Ниже дается расчет этих величин, а также скорости детонации в сокра­ щенном виде (детальное изложение см. в работе проф. О. Е. Власова «Ос­ новы динамики взрыва» [13]).

1. Объем газообразных продуктов взрыва рассчитывают, исходя из за­ кона Авогадро, согласно которому одна граммолекула всех газов при нор­ мальных условиях (при 0° и давлении 760 мм рт. ст.) занимает объем, рав­ ный 22,4 л.

Объем V газообразных продуктов взрыва для одной граммолекулы ВВ,

mi

где mi — число взятых граммолекул ВВ;

«I, «2, «з — числа граммолекул газообразных продуктов взрыва.

где Щ], т2 — числа граммолекул компонентов ВВ; Ali, М2— молекулярные веса этих компонентов.

Необходимо иметь ввиду, что формулы (53) и (54) дают значения объе­ мов газов после полного их расширения и охлаждения. В процессе же дето­ нации газообразные продукты находятся в сильно сжатом состоянии и имеют очень незначительный объем.

2. Количество тепла, выделяемое при взрыве, рассчитывается на осно­ вании первого начала термодинамики, которое для частного случая химиче­ ских реакций было высказано Гессом. Закон Гесса гласит, что если система переходит из одного состояния в доугое через ряд промежуточных ступеней, то сумма тепловых эффектов, наблюдаемых при отдельных промежуточных реакциях, равна тепловому эффекту при непосредственном переходе системы

пСобщ Ю00 (\nQкон — 2mQrta4)1000