Лекция 5 НАЧАЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ВВ Начальный

Лекция 5 НАЧАЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ВВ Начальный импульс – это определенное количество внешней энергии, которое необходимо приложить к заряду для начала процесса взрывчатого превращения ВВ. Инициированием называется процесс приложения начального импульса к заряду. Виды начального импульса - механический (удар, трение и пр. ); - тепловой (разогрев и поджигание ВВ); -электрический; - химический; - энергия другого типа ВВ (взрывной начальный импульс). Разрушение горных пород взрывом, 2010 1

Механический начальный импульс, широко используемый в военных целях (взрыватели ударного действия, мины и пр. ), не применяется в промышленности из-за повышенной опасности, несмотря на то, что многие виды взрывчатых материалов могут взорваться от механического начального импульса. Исключение составляют капсюли-воспламенители, применяющиеся в специфической области взрывного дела – прострелочно-взрывных работах в нефтяных и газовых скважинах. Тепловой начальный импульс применяется только для взрывания черного дымного пороха. Большинство ВВ при поджигании горят с участием кислорода атмосферы, не переходя от горения к детонации. В то же время тепловой начальный импульс используется при производстве взрывных работ в специальных устройствах для инициирования зарядов – детонаторах (капсюлях-детонаторах, электродетонаторах), необходимых для возбуждения начального импульса в зарядах ВВ. Так, в капсюлях-детонаторах инициирование первичного инициирующего вещества происходит с помощью снопа искр из огнепроводного шнура (ОШ), а в электродетонаторах – посредством снопа искр от капельки зажигающего состава, воспламеняющейся от нагревающейся нити накаливания. Разрушение горных пород взрывом, 2010 2

1 5 4 2 7 3 Ø 6, 3 6 Ø 7, 2 23 51 Капсюль-детонатор КД-8 М: 1 – металлическая гильза; 2 – металлическая чашечка; 3 – отверстие; 4 – первичное инициирующее ВВ (механическая смесь азида свинца с ТНРС в соотношении – 0, 38 г); 5 – вторичное ВВ (гексоген – 1 г); 6 – кумулятивная выемка; 7 – дульце 6 5 4 3 2 1 Электродетонатор мгновенного действия: 1 - пластиковая пробка; 2 – электровоспламенитель; 3 – гильза детонатора; 4 – чашечка; 5 – первичное инициирующее ВВ; 6 – вторичное инициирующее ВВ Разрушение горных пород взрывом, 2010 3

Сущность электрического начального импульса состоит в инициировании заряда ВВ электрической дугой высокого напряжения (15 -25 к. В), возникающей между двумя электродами, помещенными в ВВ. Данный способ инициирования зарядов применяется в высоковольтных электродетонаторах для обработки материалов энергией взрыва (ЭДВ-1, ЭДВ 2). Химический начальный импульс обеспечивается химической реакцией двух или нескольких компонентов, при соединении которых между собой происходит реакция в форме взрывного превращения. Разрушение горных пород взрывом, 2010 4

Основным видом начального импульса, применяемым в промышленности, является энергия другого типа ВВ (взрывной импульс). Промышленные взрывчатые вещества, за исключением черного дымного пороха, взрываются только от взрывного импульса (энергии другого типа ВВ). В качестве примера использования взрывного начального импульса можно привести взрывание скважинных зарядов ВВ с помощью детонирующего шнура. Инициирование скважинного заряда: 1 2 1 – электродетонатор (первичное инициирующее ВВ – гремучая ртуть, вторичное инициирующее ВВ – 3 гексоген); 2 – детонирующий шнур 4 (взрывчатое вещество – ТЭН); 3 – промежуточный детонатор (тротиловые шашки Т-400 Г); 4 – гранулированное ВВ (граммонит 79/21) Взрывной начальный импульс передается от электродетонатора 1 к детонирующему шнуру 2, от детонирующего шнура – к промежуточному детонатору 3, а от него – к основному заряду ВВ 4. Разрушение горных пород взрывом, 2010 5

Чувствительность ВВ – его восприимчивость к определенному виду внешнего воздействия. Она зависит от свойств ВВ, его структуры (порошкообразное, гранулированное, литое), температуры, влажности и др. Для оценки чувствительности ВВ проводят определенные виды условных испытаний – пробы на чувствительность. Для оценки взрывчатых веществ проводят следующие основные испытания их чувствительности: - к инициирующему импульсу и к капсюлю-детонатору; - удару; - трению; - нагреванию; - действию открытого пламени; - передаче детонации. Разрушение горных пород взрывом, 2010 6

Проба на чувствительность к инициирующему импульсу и к капсюлю-детонатору Всем ВВ, нечувствительным к первичным средствам инициирования, дают оценку чувствительности к детонации по величине минимального начального импульса, необходимого для возбуждения в них устойчивого взрывчатого разложения. Для этого подрывают серию открытых цилиндрических патронов испытуемого ВВ в бумажной оболочке диаметром, заведомо большим его критического, и длиной в 5 -10 раз больше этого диаметра. В качестве инициатора используют тетриловые или тротиловые прессованные шашки массой от 5 до 100 г, чувствительные к капсюлю-детонатору КД № 8, которые полностью углубляют в патрон или подводят вплотную к его торцу. Заряды взрывают в вертикальном положении на грунтовой площадке. Находят такую минимальную массу шашки-детонатора, при которой во всех трех параллельных опытах фиксируется полная детонация патронов испытуемого ВВ. Выраженная в граммах инициатора, она и служит характеристикой чувствительности ВВ к детонации. Разрушение горных пород взрывом, 2010 7

Для ВВ, заведомо чувствительных к КД № 8, минимальный начальный импульс находят иным способом. В мельхиоровые колпачки диаметром 6 мм запрессовывают различные навески (от 0, 1 до 0, 5 г) гремучей ртути. Колпачки помещают в гильзы из-под КД № 8 (без 1 -граммовой тетриловой начинки). Изготовленные таким образом инициаторы с отрезком ОШ помещают в заряды исследуемого ВВ диаметром 40 мм и массой 50 или 100 г. Заряды взрывают на свинцовых столбиках по методу определения бризантности. За величину импульса принимают наименьшую навеску гремучей ртути, при которой достигается обжатие свинца, близкое к обжатию при инициировании заряда ВВ от стандартного капсюля-детонатора. Величины минимального инициирующего промышленных ВВ приведены в таблице. Разрушение горных пород взрывом, 2010 импульса для ряда 8

Величины минимального инициирующего импульса для ряда ВВ (гремучей ртути при насыпной плотности 1, 0 г/см 3) Взрывчатое вещество Тротил Тетрил Гексоген ТЭН Скальный аммонит № 1 Аммонит № 6 ЖВ Масса заряда минимального инициирующе го импульса, г 0, 25 – 0, 26 0, 15 0, 14 0, 15 0, 19 0, 17 Взрывчатое вещество Предохраните льные аммониты Детониты Предохраните льные нитроглицери новые ВВ (победиты, углениты) Масса заряда минимального инициирующе го импульса, г 0, 18 – 0, 28 0, 12 – 0, 16 0, 14 – 0, 20 Таким образом, все приведенные в таблице ВВ должны устойчиво детонировать от капсюля-детонатора. Разрушение горных пород взрывом, 2010 9

Проба на чувствительность к удару Испытание на чувствительность к удару основано на действии удара груза определенной массы, падающего с некоторой высоты на слой ВВ определенных размеров, заключенный между стальными поверхностями. Испытания выполняют на копрах различной конструкции. Копер Каста состоит из массивной наковальни 1, укрепленной на фундаменте, на которую устанавливают роликовый приборчик 2 с навеской испытуемого ВВ. Падающий груз 3 копра специальным держателем 4 может быть закреплен на необходимой высоте между двумя направляющими рейками 5, измеренной с помощью градуированной планки 6. При дергании за рукоятку троса груз соскальзывает с держателя и, свободно падая по направляющим, производит удар по навеске ВВ, находящейся между роликами прибора. Разрушение горных пород взрывом, 2010 6 6 55 4 4 3 3 2 2 1 1 Копер Каста 10

Навеска ВВ 3 1 2 Роликовый приборчик состоит из направляющей муфты 1 с гладкими внутренними стенками, поддона 2 и двух роликов 3 со снятыми фасками. Ролики свободно скользят внутри муфты, они имеют диаметр 10 мм, высоту 9, 5 мм, высота муфты 16 мм. Все детали приборчика изготовлены из высококачественной стали. Каждую партию роликов для допуска к испытаниям проверяют на эталонном ВВ – тетриле. Испытания на копре Каста выполняют следующим образом. Навеску твердого ВВ массой 0, 05 г равномерно распределяют между соприкасающимися торцевыми поверхностями роликов в направляющей муфте приборчика, который затем помещают на наковальню копра в центрирующую его обойму. Груз массой 10 кг устанавливают на высоте 25 см и производят удар им по верхнему ролику приборчика. Результаты взрыва определяют по звуковому эффекту, вспышке и дымообразованию или по обследованию остатков навески ВВ на обугливание, если таковые имеются. Если удар не сопровождался перечисленными признаками, то считают, что взрыва не было. Разрушение горных пород взрывом, 2010 11

Характеристики чувствительности к удару ВВ Показатели чувствительности Взрывчатое вещество Гремучая ртуть Азид свинца Нитроглицерин ТНРС Динамиты ТЭН Гексоген Тетрил Аммониты Тротил минимальная высота падения груза массой 2 кг, при которой происходит взрыв, см число взрывов при падении груза массой 10 кг с высоты 25 см 2 3– 4 4 11 17 28 29 30 30 – 75 60 – 70 100 100 100 65 – 70 50 – 60 10 – 60 2– 8 Разрушение горных пород взрывом, 2010 12

Проба на чувствительность к трению Испытание взрывчатых веществ на чувствительность к трению можно проводить на маятниковом копре К– 44–III. 2 1 – груз; 2 – диск с угловыми делениями; 3 – съемник штемпельных приборов; 4 – рукоятка; 5 – масляный пресс; 6 – манометр; 7 – обойма; 8 – ударник 3 4 1 8 7 5 6 Разрушение горных пород взрывом, 2010 13

Навеска испытуемого ВВ массой 0, 05 г сжимается между стальными трущимися поверхностями до 12000 кгс/см 2 с помощью гидравлического пресса. При боковом ударе падающего груза маятника по головке стержня верхний ролик сдвигается относительно нижнего, подвергая навеску ВВ действию трущегося сдвига. 1 2 3 5 4 6 1 – выбивной ролик; 2 – упор; 3 – прижимной ролик; 4 – навеска ВВ; 5 – стержень с головкой, передающей удар; 6 – муфта; 7 – пуансон гидропресса 7 Вероятность взрыва зависит от величины сжатия навески между роликами. Изменяя эту величину, находят нижний, средний и верхний пределы чувствительности испытуемого ВВ, т. е. такие значения давлений, при которых частость взрывов равна 0, 50 и 100 %. Разрушение горных пород взрывом, 2010 14

Проба на чувствительность к нагреванию Мерой чувствительности ВВ к нагреву служит температура вспышки ВВ, определяемая в специальном приборе. 1 2 3 4 5 6 Прибор для определения температуры вспышки: 1 – крышка; 2 – термометр; 3 – пробирка; 4– навеска ВВ; 5 – корпус бани; 6 – футляр Навеску ВВ (0, 05 г) в пробирке помещают в металлическую баню, заполненную лекгоплавким металлом (сплавом Вуда) или маслом (парафином) с высокой точкой кипения, предварительно нагретым до 100 0 С. Нагревая баню со скоростью 200 в минуту, фиксируют температуру, при которой произошла вспышка. Разрушение горных пород взрывом, 2010 15

Температура вспышки некоторых ВВ Взрывчатое вещество Тротил Гексоген ТЭН Нитроглицерин Гремучая ртуть Азид свинца Температура вспышки, 0 С 290 – 300 215 – 230 205 – 215 200 – 205 175 – 180 230 – 340 Взрывчатое вещество ТНРС Дымный порох Аммониты Предохранительные аммониты Пироксилин Разрушение горных пород взрывом, 2010 Температура вспышки, 0 С 275 290 280 – 320 250 – 350 195 16

Проба на чувствительность к действию открытого пламени Чувствительность к действию открытого пламени определяют следующим образом: навеску ВВ массой 1, 0 г помещают в пробирку, в которую вводят отрезок огнепроводного шнура (ОШ) таким образом, чтобы его торцевая часть располагалась на расстоянии 1 см от навески ВВ, длина отрезка ОШ составляет 5 – 10 см 1 – пробирка; 2 – отрезок огнепроводного шнура; 3 – навеска ВВ 1 2 1 см 3 Навеска ВВ подвергается воздействию снопа искр от сгорания пороховой сердцевины ОШ, во время проведения опыта определяют, происходит или нет воспламенение испытуемого ВВ. Разрушение горных пород взрывом, 2010 17

Проба на чувствительность к передаче детонации Испытание основано на возбуждении детонации одного патрона взрывом другого, уложенных на грунте соосно на некотором расстоянии друг от друга. Определяется максимальное расстояние передачи детонации между ними, величина которого является одной из важнейших характеристик детонационной способности ВВ, она характеризует качество их изготовления. Активный заряд (патрон-боевик) ОШ Пассивны й заряд КД О передаче детонации судят по отсутствию остатков ВВ и оболочки пассивного заряда и по наличию углубления и следов взрыва в грунте на месте расположения патронов. Разрушение горных пород взрывом, 2010 18

Важность таких испытаний состоит в том, что при заряжании шпуров патронированными ВВ между патронами могут оставаться воздушные промежутки. При взрыве такого заряда детонационная волна на границе «ВВ» - «воздух» переходит в ударную волну, которая интенсивно затухает в воздухе. Если ВВ обладает нормальным качеством, то энергии ударной воздушной волны, прошедшей через существующий промежуток, будет достаточно для того, чтобы возбудить детонацию в торце следующего патрона. Взаимные переходы детонационной волны в ударную и обратно при передаче детонации на расстояние схематично показаны на рисунке. 1 – активный заряд; 2 – воздушный промежуток; 3 - пассивный заряд; I – III – зоны распространения детонации Разрушение горных пород взрывом, 2010 19

Для изменения (повышения или уменьшения) чувствительности в состав ВВ вводятся специальные добавки. Сенсибилизаторами называются добавки, повышающие чувствительность ВВ. Существует два основных типа сенсибилизаторов. К I типу относятся инертные вещества, температура плавления и твердость которых выше, чем у компонентов самого ВВ (мелкоизмельченное стекло, кварцевый песок, буровая пыль, металлическая стружка). На острых гранях частиц сенсибилизатора концентрируется энергия удара и трения, вызывающая локальные очаги воспламенения и взрыва. Например, примесь к тротилу 0, 1– 0, 2 % кварцевого песка повышает его чувствительность в 3 – 5 раз. Данный тип сенсибилизаторов не допускается для применения в промышленных ВВ из-за возможности неуправляемого повышения чувствительности в отдельных частях объема ВВ. Разрушение горных пород взрывом, 2010 20

II тип сенсибилизаторов – это более мощные, более чувствительные к внешним воздействиям ВВ (жидкие нитроэфиры, гексоген и др. ), которые в смеси с малочувствительными взрывчатыми (аммиачная селитра и др. ) или невзрывчатыми веществами обеспечивают нормальную чувствительность смесевого ВВ к инициированию капсюлем-детонатором и одновременно повышают энергетические характеристики этого смесевого ВВ. Флегматизаторами называют добавки, снижающие чувствительность ВВ к внешним воздействиям. В качестве флегматизаторов используются мягкие и легкоплавкие примеси, а также компоненты ВВ с высокой теплопоглащающей способностью (индустриальные масла, парафин и др. ). Вода также оказывает флегматизирующее действие на взрывчатые вещества. Действие флегматизаторов связано с затратой части тепловой энергии начального импульса на нагревание и плавление данных добавок. Разрушение горных пород взрывом, 2010 21