Клас взр. 1. Классификация взрывов

Название	1. Классификация взрывов
Дата	13.11.2021
Размер	116 Kb.
Формат файла
Имя файла	Клас взр.ppt
Тип	Документы #270715

1.Классификация взрывов

По своей природе выделяют взрывы:
ФИЗИЧЕСКИЕ, характеризующиеся физическими преобразованиями без изменения химического состава веществ (беспламенное взрывание, взрывы паровых котлов, электрические разряды.
ХИМИЧЕСКИЕ, при которых происходят чрезвычайно быстрые окислительные химические реакции с образованием новых соединений, выделением тепла 3400-6000 кДж кг и газов.
ЯДЕРНЫЕ, при которых происходят цепные реакции деления ядер с образованием новых элементов

Существуют два способа выделения атомной энергии при взрыве. При ядерном и термоядерном взрыве выделяется в миллионы раз больше тепла на единицу взрываемого материала, чем при химическом.

Характеристика взрыва зарядов промышленных ВВ

ВЗРЫВЧАТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ являются химические соединения или механические смеси, взрывающиеся под действием внешнего импульса

Взрывная реакция (детонация) распространяется с постоянной, характерной для данного ВВ и диаметра заряда , скоростью, т.е. имеет место самораспространяющийся процесс, не требующий дополнительного подвода энергии.
Энергия при взрыве ВВ выделяется за счет химической реакции окисления водорода в воду и углерода в оксид (СО) и диоксид (СО2) углерода кислородом, входящим в состав молекул компонентов ВВ.

Это обеспечивает высокую концентрацию энергии в единице объема ВВ, в то время как при горении веществ окисление горючих элементов происходит за счет кислорода воздуха. Так, при сжигании 1 л стехиомет- рической (количество горючего соответствует количеству окислителя) смеси спирт-кислород выделяется всего 14,6 кДж, водород-кислород 7,5 кДж, а при взрыве 1л мощного жидкого ВВ нитроглицерина выделяется 9800 кДж тепла.

В то же время тепловая энергия, приходящаяся на 1 кг ВВ (теплота взрыва 1кг ВВ), составляет в среднем 4190 кДж/кг, т.е. значительно меньше теплотворной способности обычных горючих: керосина 47000 кДж/кг, каменного угля 29300 кДж/кг и т.д. У промышленных ВВ скорость распространения реакции достигает 6-11 км/с. Это обеспечивает получение чрезвычайно большой мощности при взрыве, характеризуемой количеством энергии, выделяемой в единицу времени.

Так, при взрыве патрона аммонита 6ЖВ массой 200 г при энергии взрыва 4190 кДж/кг выделяется 838 кДж энергии. При скорости детонации 3,5 км/с время взрыва составляет 0,2 : 3500 = 5,7 *10 -5 С , а выделяемая в момент взрыва мощность равна:
N = 838 *10+3 Дж : 5,7 • 10 -5 = 15 * 10 +8 Дж/с, или 14,6 млн. кВт.
В момент взрыва образуется значительное количество газов (700-1000 л), которые выделяемым теплом нагреваются до температуры 1900-4500° С.

В связи с чрезвычайно большой скоростью детонации, в зоне заряда развивается в начальный момент весьма высокое давление, которое обеспечивает большое разрушительное (бризантное) действие взрыва вблизи заряда. Взрыв сопровождается определенным звуковым эффектом, так как ударная волна, распространяющаяся от взрыва со сверхзвуковой скоростью на некотором расстоянии от центра взрыва в воздухе, переходит в звуковую.

Таким образом, отличительными признаками взрыва ВВ являются: большая сверхзвуковая скорость распространения химической реакции по заряду ВВ, экзотермичность реакции, большая мощность, высокое давление в зоне взрыва, образование газообразных продуктов, генерирующих в окружающей среде мощные ударные и упругие волны.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ВВ

К промышленным ВВ (ВВ, пригодным для промышленных взрывов) относятся соединения и смеси, достаточно безопасные в изготовлении и обращении, эффективные в применении, технически и экономически доступные в изготовлении, не меняющие своих физических и химических свойств при их длительном хранении и применении.

По своему физическому состоянию вещества могут быть:
а) твердыми соединениями или смесями (гексоген, тротил, аммиачная селитра + тротил и т.д.);
б) смесями жидких и твердых веществ (аммиачная селитра + жидкое горючее, жидкие нитроэфиры + аммиачная селитра, жидкий кислород + твердое горючее и т.д.);
в) газовыми смесями (метан + воздух, ацетилен + кислород и т.д.);
г) смесями твердых или жидких веществ с газами (угольная, древесная или другая органическая пыль, брызги (пары) керосина, бензина с воздухом и т.д.);

д) жидкими веществами (нитроглицерин, нитрогликоль);
е) смесями жидких веществ (тетранитрометан + бензол, четырех- окись азота + керосин и т.д.).
Практическое применение в качестве промышленных ВВ имеют первые две группы, наибольшее распространение получили взрывчатые смеси из твердых веществ.

Известны три основные формы химического превращения ВВ: медленное химическое превращение, горение и детонация.
Первое протекает при относительно низких температурах по всему объему вещества.
При горении энергия передается путем теплопередачи. Это сравнительно медленный процесс, поэтому и скорость горения может быть от долей сантиметра до десятков метров в секунду

При детонации жидких и порошкообразных ВВ энергия соседним слоям заряда передается детонационной волной, которая распространяется по ВВ со сверхзвуковой скоростью от 2 до 6 км/с. При взрыве грубодисперсных, гранулированных и водосодержащих ВВ взрыв по заряду распространяется в виде взрывного горения частиц за счет струй раскаленных газов, проникающих в прилегающие к зоне реакции слои ВВ.

ВВ делятся на три группы: инициирующие, бризантные или промышленные (дробящие) и метательные (пороха).
Инициирующие ВВ, обладают высокой чувствительностью, поэтому их применяют для изготовления средств инициирования (капсюлей-детонаторов, электродетонаторов, детонирующих шнуров).

Для их изготовления в горной промышленности используют следующие инициирующие ВВ: гремучую ртуть, азид свинца, ТНРС, тетрил, ТЭН, гексоген.
Промышленные (бризантные) ВВ предназначаются для дробления, разрушения и перемещения окружающей среды. Это наиболее многочисленный класс ВВ. Промышленные ВВ выпускаются в виде химических соединений (однокомпонентные ВВ) или чаще механических смесей (многокомпонентные ВВ).

К ВВ типа химических соединений относятся следующие основные вещества: тротил, тринитрофенол (пикриновая кислота), нитроглицерин, нитродигликоль (нитрогликоль), гексоген. Эти ВВ используются также в качестве компонентов смесевых промышленных ВВ.
Метательные ВВ (дымные пороха) применяются для отбойки штучного камня, когда надо отколоть блок от массива с минимальным дробящим эффектом.

По физическому состоянию различают следующие разновидности промышленных ВВ: порошкообразные, прессованные, литые, гранулированные (чешуйчатые), водосодержащие суспензионные, льющиеся, горячельющиеся (твердеющие), эмульсионные.
Компоненты гранулированных ВВ имеют размер гранул 1 -3 мм или чешуек того же размера. Водосодержащие ВВ имеют за счет добавки воды с загустителем слаботекущую медообразную суспензионную консистенцию, льющиеся ВВ имеют легкоподвижную консистенцию, допускающую их транспортировку по шлангам. Горячельющиеся и эмульсионные ВВ в горячем состоянии имеют легкоподвижную консистенцию и твердеющие при нормальной температуре.

ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВВ

Индивидуальные ВВ - химические соединения (нитроглицерин, тротил, ТЭН, гексоген и т.п.) содержат в своем составе все элементы, необходимые для нормального протекания химической реакции взрыва.
Смесевые ВВ состоят из двух или нескольких компонентов, каждый из которых выполняет определенные задачи. В состав смесевых ВВ вводятся следующие компоненты:

Окислители - вещества, содержащие избыточный кислород, идущий при взрыве на окисление горючих элементов. В качестве окислителя применяют аммиачную селитру, калиевую, натриевую, перхлораты калия и аммония и т.д.
Горючие добавки - твердые или жидкие вещества, богатые углеродом и водородом,- это древесная мука, соляровое масло или пудры (порошки) легкоокисляющихся металлов (алюминия, магния). Горючие добавки вводятся в состав ВВ для увеличения количества тепла, выделяемого при взрыве. Роль горючих добавок выполняют также взрывчатые компоненты (тротил, гексоген и т.д.), содержащие в своем составе недостаточное количество кислорода

. При этом часть углерода, выделяемого при взрыве таких ВВ в виде окиси, в свободном состоянии или в виде горючих соединений, реагирует с избыточным кислородом окислителя, повышая теплоту и общую энергию взрыва.
Сенсибилизаторы - вещества, вводимые в состав ВВ для повышения его чувствительности к начальному импульсу и передаче детонации. Это, как правило, мощные ВВ (тротил, гексоген, нитроглицерин), кото- рые в смеси с малочувствительными ВВ (аммиачная селитра и т.п.) и с невзрывчатыми веществами (соляровое масло, древесная или хлопковая мука) обеспечивают нормальную чувствительность такого смесевого ВВ к инициированию ее капсюлем-детонатором, электродетонатором или детонирующим шнуром и одновременно повышают энергетические характеристики этого смесевого ВВ.

Роль сенсибилизатора в простейших ВВ (динамоны, игданиты, гранулиты) могут выполнять (при определенном процентном содержании) и невзрывчатые горючие добавки: соляровое масло, древесная мука, алюминиевая пудра.

Стабилизаторы - вводятся в состав ВВ для повышения их химической и физической стойкости. В качестве стабилизатора используют мел и соду для поглощения остатков кислот в динамитах, древесную жмыховую и хлопковую муку для предотвращения слеживаемости в динамонах. Последние стабилизаторы также выполняют роль горючих добавок, повышают стабильность свойств ВВ.

Роль стабилизатора в водоустойчивых граммонитах выполняет тротил, напыленный на гранулы аммиачной селитры, а в водоустойчивых алюмосодержащих гранулитах - термоплавкий восковой состав, наносимый на поверхность гранул селитры и закрепляющий на гранулах частицы алюминия.

Флегматизаторы - легкоплавкие вещества, масла, имеющие высокую теплоемкость и высокую температуру вспышки, обволакивающие частицы чувствительного ВВ и не вступающие с ним в реакцию. Введение флегматизаторов снижает чувствительность ВВ и обеспечивает более безопасные условия его применения.

В качестве флегматизатора используют: вазелин, парафин, различные масла, тальк и т.д. Так, перед изготовлением промышленных ВВ с добавками гексогена его флегматизируют добавлением 5% расплавленного парафина.

Пламегасители вводятся в состав только предохранительных ВВ для снижения температуры взрыва, чем уменьшается вероятность воспламенения метана и угольной пыли в шахтах. В качестве пламегасителей применяют хлористый натрий, хлористый калий, хлористый аммоний и т.д.
Пламегасители, не участвуя в реакции при взрыве, поглощают часть тепла на свое нагревание и испарение, за счет чего снижается температура газов взрыва. Кроме того, они играют роль отрицательных катализаторов (ингибиторов), которые задерживают реакцию воспламенения метана горячими газами взрыва.

КИСЛОРОДНЫЙ БАЛАНС, ЯДОВИТЫЕ ГАЗЫ ВЗРЫВА

Состав газов, выделяющихся при взрыве, зависит от химического состава ВВ, его кислородного баланса и условий взрывания.
Кислородный баланс характеризуют выраженным в процентах отношением избытка или недостатка кислорода в составе ВВ по сравнению с количеством, необходимым для полного окисления всех горючих элементов этого ВВ, к массе ВВ.
Различают нулевой, положительный и отрицательный кислородный баланс.

При взрыве ВВ с нулевым кислородным балансом образуются в основном пары воды, углекислоты, свободный азот, окись алюминия и минимальное количество ядовитых газов. В этом случае выделяется максимальное количество энергии

При взрыве ВВ с недостатком кислорода образуется ядовитый оксид углерода СО. Образование этого соединения идет с меньшим выделением тепла (112 кДж/г моль), чем при образовании двуоксида углерода (396 кДж/ г моль). При взрыве ВВ с избытком кислорода последний образует с азотом весьма ядовитые оксиды N0, N02, 2^3- Реакции образования оксидов азота идут с поглощением тепла (эндотермичны). Таким образом, ВВ с отрицательным и положительным кислородным балансом обладают меньшей теплотой взрыва, чем ВВ с нулевым балансом

Состав газообразных продуктов взрыва зависит не только от химического состава ВВ, но и от оболочки патронов ВВ, условий взрывания заряда (степени ограничения пространства, в котором расположен заряд, влажности ВВ) и свойств породы, влияющих на протекание вторичных химических реакций взрыва. Плохая забойка зарядов, наличие воздушных промежутков между патронами увеличивают выделение ядовитых газов.

При взрывании угля СО2 может переходить в СО, взрывы серосодержащих руд приводят к образованию сернистых газов и сероводородов. Калийные руды и апатитонефелиновые связывают окислы азота, молибденовые и медные связывают окись углерода. Чем выше коэффициент крепости взрываемых пород, тем больше образуется оксида углерода и меньше оксидов азота.

Бумажная парафиновая оболочка патронов участвует в реакции взрыва, понижая кислородный баланс. Поэтому установлено, что масса бумажной оболочки должна быть не более 2 г, а парафина не более 3 г на 100 г ВВ.
Для подземных работ применяют ВВ только с кислородным балансом, близким к нулевому (± 3 %). Для взрывания на земной поверхности могут применяться ВВ как с положительным, так и с отрицательным кислородным балансом.

Отравляющее действие оксида углерода СО (угарный газ) основано на его способности образовывать прочные соединения при вдыхании с красными кровяными тельцами, являющимися переносчиками кислорода из легких к тканям, из-за чего человеческий организм начинает испытывать кислородное голодание. При болыших концентрациях СО (< 1%) быстро наступает смерть. Предельно допустимая концентрация СО в атмосфере шахт 0,0016% по объему.

Окислы азота N0, МО2, N203 при вдыхании в легкие образуют, вступая в реакцию с водой, азотную и азотистую кислоты, действие которых приводит к отеку легких и смерти. Особенную опасность окислы азота представляют из-за того, что они способны накапливаться в организме в течение 4-6 ч. Поэтому по токсическому действию они считаются в 6,5 раза более ядовитыми, чем окись углерода, и предельно допустимая концентрация в атмосфере шахт составляет 0,0002% по объему.

Кроме этих газов при взрыве могут образовываться сероводород, сернистый ангидрид, хлор, при вдыхании которого происходит острое раздражение дыхательных путей и отек легких. По токсичности эти газы считаются в 2,5 раза более ядовитыми, чем окись углерода. Кроме того, при взрыве детонаторов в атмосфере появляются особоядовитые пары и аэрозоли ртути или свинца, входящие в состав инициирующих ВВ, а свинец, кроме того, входит в состав электровоспламенителей и замедляющих составов ЭД.

ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ДЕТОНАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВВ

Для оценки особенностей процесса детонации В В сравним это явление с процессами горения различных химических соединений. Так, смесь водорода или метана с кислородом способна сгорать со скоростью 10-20 м/с. При воспламенении слабой искрой в стеклянной трубке смеси этих газов горение распространяется с указанной небольшой скоростью. Сильная искра или взрыв небольшого заряда вызовет совсем другое явление: пламя в трубке распространяется по газу со сверхзвуковой скоростью около 2,0 км/с. В этом случае происходит детонация (взрыв) газовой смеси.

Известно, что обычное пламя передается от одного участка газа к соседнему за счет процесса теплопроводности и диффузии. Скорость горения (распространения пламени) всегда значительно меньше скорости звука.
Скорость детонации, наоборот, всегда больше скорости звука, и в сто и более раз превышает скорость горения

. Детонация - это сложное газодинамическое явление, детали которого в настоящее время недостаточно хорошо изучены, но в целом оно объясняется распространением ударных волн по массе ВВ. Ударная волна в массе ВВ возбуждается однократным начальным импульсом от внешнего источника, которым чаще всего является взрыв КД и ЭД.

Согласно этой теории распространение взрыва по ВВ обусловлено распространением по нему ударной волны, создающей в очень узком слое скачкооборазное изменение всех термодинамических параметров ВВ: давления, плотности, температуры. При этом за фронтом волны происходит мгновенное разогревание частиц ВВ и пузырьков газа между ними, за счет чего возникает интенсивная экзотермическая химическая реакция, энергия которой поддерживает распространение ударной волны по ВВ и его детонацию.

Типичной для промышленных ВВ схемой взрывчатого превращения является первоначальное разложение или газификация в детонационной волне исходных компонентов (первичные реакции) и последующее взаимодействие продуктов разложения между собой или с веществами, не претерпевшими на первой стадии химических или фазовых превращений (вторичные реакции).

На детонационную способность промышленных ВВ существенно влияет равномерность размещения компонентов в заряде, т.к. общее время и полнота завершения реакций зависят не только от скорости сгорания отдельных частиц (первичные реакции), но и от скорости вторичных реакций, проходящих в газовой фазе и определяемых условиями смешивания продуктов первичного распада.
Чем меньше частицы разнородных компонентов и равномернее их распределение в объеме, тем быстрее завершается их сгорание, а также смешивание и взаимодействие продуктов сгорания.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ ДЕТОНАЦИИ ЗАРЯДОВ ВВ

Установлено, что скорость детонации заряда ВВ зависит от характеристик самого ВВ (тип ВВ, его дисперсность, плотность ВВ в заряде), диаметра заряда и условий взрывания (наружный или внутренний заряд в шпуре или скважине, наличие забойки).

. Для каждого ВВ можно найти два характерных диаметра заряда:
критический диаметр, при дальнейшем уменьшении которого детонация заряда ВВ становится неустойчивой, т.е. может происходить ее затухание. С увеличением диаметра заряда больше критического скорость детонации увеличивается до определенного значения диаметра, называемого предельным, при дальнейшем увеличении которого скорость детонации заряда ВВ не увеличивается.

у грубодисперсных ВВ с широкой зоной химической реакции критический диаметр будет больше, чем у порошкообразных.
Если заряд окружен оболочкой, затрудняющей разлет продуктов взрыва, критический диаметр заряда уменьшается.
Например, порошкообразная аммиачная селитра при взрыве в стеклянной трубке имеет Д= 100мм, а в стальной трубке с толщиной стенок в 20 мм Д = 7 мм.

Оболочка не оказывает заметного влияния на скорость детонации зарядов и однокомпонентных (индивидуальных) ВВ большой плотности, и, наоборот, сильно сказывается на скорости детонации зарядов средней плотности, а также смесевых ВВ.
При малых плотностях заряжания оказывает влияние на устойчивость детонации и прочность оболочки. Оболочка позволяет снизить величину критического диаметра, т.е. достигнуть устойчивой детонации при меньших диаметрах. При больших диаметрах (близких к предельным) скорости детонации открытых зарядов и зарядов в оболочках становятся примерно одинаковыми.

Поэтому при применении ВВ в зарядах небольшого диаметра необходимо обеспечивать тщательное заполнение шпура ВВ, чтобы последний выполнял роль оболочки, а также делать качественную забойку заряда. При взрывах зарядов большого диаметра эти факторы меньше влияют на устойчивость детонации. Ниже приведены величины критических диаметров открытых зарядов некоторых индивидуальных и смесевых ВВ.

Плотность ВВ - по-разному влияет на скорость детонации для индивидуальных и смесевых ВВ. Для индивидуальных ВВ скорость детонации увеличивается с увеличением плотности до максимальных значений . Смесевые ВВ имеют критическую плотность 1,4-1,5 г/см , при которой скорость детонации максимальна. При дальнейшем увеличении плотности детонация в заряде прекращается .

Так, при сильном уплотнении аммиачная селитра в аммонитах ведет себя как инертное вещество и, поглощая энергию, делает невозможным распространение детонации по заряду. При наличии большого процента мощного компонента в составе ВВ (тротил, гексоген) можно достичь такого уплотнения, что детонация будет распространяться в заряде только по этому компоненту, за счет чего произойдет увеличение ее скорости. При большом диаметре заряда или размещении его в оболочке критическая плотность ВВ увеличивается.

С увеличением теплоты взрыва, как следует из теории, скорость детонации ВВ увеличивается, а критический диаметр уменьшается. Так, теплота взрыва тротила 3450 Дж/кг, скорость детонации 7,0 км/с, критический диаметр 10 мм, а для гексогена эти же величины соответственно равны 5700 Дж/кг, 8,4 км/с и 1,5 мм.

Существенное влияние оказывает дисперсность ВВ. Тротил с размером частиц 0,01 мм имеет критический диаметр 9 мм, а при частицах 0,5 мм - 28 мм при простом смешивании селитры и тротила критический диаметр аммонита 20 мм, а при обработке этой же смеси в шаровой мельнице в течение двух часов критический диаметр уменьшается до 8 мм. Все грубодисперсные ВВ имеют большие критические диаметры, чем порошкообразные ВВ того же состава.

Критический диаметр для смесевых ВВ зависит и от процентного соотношения компонентов. Так, с уменьшением содержания тротила в аммонитах с 21 до 5% их критический диаметр увеличивается с 12 до 25 мм.

Влияние мощности (скорость детонации) инициатора сказывается лишь на начальном участке развития детонации, где в зависимости от величины импульса может быть получена скорость детонации выше или ниже характерной для данного диаметра заряда

С этой точки зрения для инициирования любого заряда необходимо иметь достаточно мощный точечный источник, который вызовет начальную детонацию в критической массе инициируемого заряда, способный своей энергией обеспечить самораспространение детонации по всему заряду с характерной для него скоростью.