ПромВВ

С этой точки зрения для инициирования любого заряда не- обходимо иметь достаточно мощный точечный источник, от ко- торого детонация будет распространяться с характерной для данного диаметра скоростью.

В некоторых случаях, правда довольно редких, можно на- блюдать различные скорости детонации ВВ. Так, с большой

ималой скоростью могут детонировать порошкообразные тро- тил, ТЭН, тетрил, гексоген. Значительно резче различаются ма- лые и большие скорости детонации у жидких нитроэфирных ВВ

исмесевых, изготовленных на их основе (нитроглицерин, дина- миты, детониты).

6. Особенности детонации промышленных взрывчатых веществ

Главная особенность промышленных ВВ состоит в том, что они являются физически и химически неоднородными сис- темами, чем объясняются особенности их детонации и некото- рые аномалии с позиций классической теории детонации кон- денсированных ВВ.

Большинство промышленных ВВ представляет собой сме- си разнородных по химическим и физическим свойствам мате- риалов. В них могут содержаться и высокоактивные индивиду- альные ВВ, разлагающиеся в детонационной волне с большой скоростью (нитроглицерин, гексоген, ТЭН и др.), и менее актив- ные, но с сильно выраженными взрывчатыми свойствами (типа тротила); вещества со слабо выраженными взрывчатыми свой- ствами (аммиачная селитра, динитронафталин и др.), разлагаю- щиеся при детонации со скоростью на порядок меньше, чем мощные индивидуальные ВВ; горючие материалы, не обладаю- щие взрывчатыми свойствами (алюминий, древесная мука, па- рафин и др.), и, наконец, совершенно инертные, не принимаю-

31

щие участия в химических реакциях при взрыве и могущие пре- терпевать лишь фазовые переходы вещества, такие, как мине- ральные соли (пламегасители, вода и др.). С этой точки зрения промышленные ВВ являются и кинетически неоднородными системами.

В отличие от индивидуальных ВВ или их смесей с близки- ми кинетическими характеристиками компонентов, для которых свойственен преимущественно одностадийный переход исход- ного вещества в ПВ, химические реакции при взрыве промыш- ленных смесевых ВВ происходят в несколько стадий. Типичной для них схемой является первоначальное разложение или гази- фикация в детонационной волне исходных компонентов (пер- вичные реакции) и последующее взаимодействие продуктов раз- ложения между собой или с веществами, не претерпевшими на первой стадии химических или фазовых превращений (вторич- ная реакция), такими, как алюминий и др.

Многостадийность по сравнению с индивидуальными по- рошковыми ВВ приводит к усилению зависимости критических условий распространения (dкp, минимальный инициирующий импульс) и параметров детонации при D < DH от размеров час- тиц компонентов. В определенных условиях значение может иметь не только абсолютный размер частиц, но и соотношение между размерами частиц разных компонентов. Например, смесь гексогена и аммиачной селитры в зарядах не слишком большого диаметра будет полностью детонировать только в том случае, если частицы селитры будут мельче, чем гексогена. В против- ном случае в детонационной волне будет в основном разлагать- ся только гексоген, а разложение селитры не будет «поспевать» за ним.

Для избежания такого явления иногда пользуются буфер- ными веществами, которые по скорости разложения занимают промежуточное положение между компонентами с резко выра- женными кинетическими отличиями и служат как бы связую-

32

щими мостиками. Этот прием, например, использован в скаль- ных аммонитах, главными компонентами которых являются се- литра и гексоген, а буферным веществом - тротил.

На детонационную способность промышленных взрывча- тых веществ может существенно влиять равномерность смеши- вания компонентов.

Сильное влияние размеров частиц и равномерности сме- шивания компонентов промышленных ВВ на детонационную способность и детонационные характеристики в неидеальном режиме объясняется тем, что общее время и полнота завершения реакции зависят не только от скорости сгорания отдельных час- тиц (первичные реакции), но и от скорости вторичных реакций, проходящих в газовой фазе и определяемых условиями диффу- зии, смешивания продуктов первичного распада.

Чем мельче частицы разнородных компонентов и равно- мернее их распределение в объеме, тем быстрее завершается их сгорание, а также смешивание и взаимодействие продуктов сго- рания.

С указанными особенностями взрывчатого превращения промышленных ВВ в детонационной волне связаны характер- ные для них явления: растянутость зоны химической реакции, большой интервал между dкp и dпр, сильная зависимость этих ха- рактеристик от технологии изготовления, экстремальная зави- симость скорости детонации (и бризантности) от плотности за- ряда при d3 <dпр и ряд других.

На кривой зависимости скорости детонации от плотности для промышленных ВВ при d3 < dпр получаемый максимум мо- жет быть объяснен следующим образом. С увеличением плотно- сти, с одной стороны, возрастает скорость детонации на основа- нии общих (формальных) закономерностей распространения де- тонационных волн, вытекающих из гидродинамической теории. Кроме того, в соответствии с механизмом взрывного горения высокопористых веществ в детонационной волне увеличивается

33

скорость сгорания частиц с повышением плотности ВВ, так как возрастает давление, а вместе с ним и скорость горения, подчи- няющаяся известному закону горения uг = а + bpν.

Этот закон, как показал А.Ф.Беляев, может быть распро- странен на горение под большим давлением с учетом того, что показатель степени ν уменьшается с увеличением давления р. С другой стороны, с увеличением плотности уменьшается свобод- ная поверхность частиц, что затрудняет поджигание и распро- странение горения на поверхности частиц. Затрудняются также процессы диффузионного смешивания продуктов первичного распада (горения), необходимые для вторичных реакций с боль- шим тепловыделением. Двоякое и противоположно направленное влияние плотности закономерно приводит к экстремальному виду зависимости.

Для многих промышленных ВВ спад скорости детонации (рис.7, а) или бризантности (рис.8) после максимума может быть достаточно резким, а начиная с некоторой плотности, детонация в заряде данного диаметра вообще становится неустойчивой. В связи с этим явлением для промышленных ВВ вводят понятие критической плотности ρкр.

а б Рис.7. Зависимость скорости детонации от плотности:

34

а) 1 – победит ВП-3; 2 – аммонит ПЖВ-20; 3 – победит ВП-1; б) в зарядах аммонита ПЖВ-20 различного диаметра:

D =f(ρ0) и другие характеристики, связанные с экстремальным видом зависимости параметров детонации от плотности, не яв- ляются константами того или иного промышленного взрывчато- го вещества, определяемыми его химическим составом. Они ме- няются с изменением физических характеристик взрывчатых веществ (размеров частиц, равномерности распределения частиц компонентов в массе вещества и др.), поперечных размеров за- рядов, наличием и свойствами оболочки заряда.

35

Не трудно заметить, что перечисленные факторы связа- ны с механизмом потерь в де- тонационной волне за счет бо- ковых волн разрежения и оп- ределяют кинетику реакции в волне либо скорость радиаль- ного расширения продуктов детонации.

В отличие от индивиду- альных BB с увеличением плотности время реакции и ширина зоны промышленных ВВ возрастают (см.табл.7). С уменьшением размера частиц время реакции сокращается; с увеличением диаметра заряда или толщины оболочки удли- няется время проникновения волны разрежения в глубь за- ряда. Соответственно точка максимума на кривой D =f(ρ0) сдвигается вправо, в область более высоких плотностей (см.

рис. 7, б).

В пределе при достаточно большом диаметре заряда, когда боковые потери в детонационной волне очень малы, смесевые промышленные ВВ не отличаются от индивидуальных, т. е. на- блюдается нормальная монотонная зависимость скорости дето- нации от плотности. Сам предел зависит от других свойств ВВ и оболочки заряда, влияющих на боковые потери.

С увеличением содержания сенсибилизатора в составе, на- пример тротила в аммоните, точка максимума сдвигается вправо при меньших диаметрах заряда. По наблюдениям В.К.Боболева,

36

уже при содержании 50% тротила в аммоните зависимость D =f(ρ0) имеет такой же вид, как и для чистого тротила.

Таким образом, аномальная зависимость D =f(ρ0) для про- мышленных ВВ относится только к области неидеальной дето- нации, и всегда может быть найден такой диаметр заряда dпр, при котором зависимость приобретает нормальный отвечающий теории характер. Но поскольку при dпр D = Dи, следовательно, нормальный характер зависимости относится к области идеаль- ной детонации Dи =f(ρ0).

Из сказанного также следует, что dкp и dпр зависят не толь- ко от химического состава ВВ, но и от плотности заряда. В от- личие от индивидуальных ВВ, с возрастанием плотности про- мышленных ВВ dкp и dпр увеличиваются. Идеальная скорость детонации зависит только от химического состава и плотности ВВ. Влияние плотности на dкp и минимальный иниции- рующий импульс может быть проиллюстрировано на примере предохранительных ВВ (табл. 3).

Таблица 3 – Влияние плотности заряда на dкр и минималь ный инициирующий импульс

37

Значения Ркр для ВВ, приведенных в табл.3, при плотности 1 г/см3 составляют: для победита - 5,6 тыс.кгс/см2, для аммонита - 7 тыс.кгс/см2. Для аммонита №6 грубого измельчения влияние степени измельчения тротила несколько сильнее, чем селитры (табл.4); для тонких смесей влияние измельчения обоих компо- нентов примерно равнозначно.

Таблица 4 – Влияние степени измельчения компонентов на плотность и критический диаметр заряда

Как и для индивидуальных ВВ, величина dкp уменьшается при помещении зарядов в прочные оболочки. В стальных трубах с толщиной стенок 4-5 мм, моделирующих скальную горную породу, dкp уменьшается в несколько раз против dкp зарядов в бумажной оболочке. Например, dкp открытого заряда гранулита М на пористой селитре составляет 60-70 мм, а в стальной трубе - 20-25 мм; dкp открытого заряда того же ВВ на непористой гра- нулированной селитре равен 120-150 мм, а в стальной трубе –

30-35 мм.

Для промышленных ВВ характерен большой разрыв между и dпр. Отношение этих величин может достигать 5-10. Так, тонкодисперсных аммонитов в открытых зарядах при рабо-

38

чей плотности составляет 10-15 мм, а максимальная скорость детонации наблюдается при заряде диаметром 80-100 мм. Гра- нулированные смеси устойчиво детонируют в открытых зарядах диаметром 40-150 мм и достигают максимальной скорости в за- рядах диаметром более 200 мм (рис.9). В прочных оболочках

водонаполнении скорость детонации гранулотола и зернограну- литов повышается (табл. 5), а критический диаметр увеличива- ется. С уменьшением размеров гранул dкp для сухих ВВ умень- шается. Например, для гранулотола при размере гранул до 2 мм значение dкp снижается до 20 мм. В водонаполненном состоянии

39

размер гранул практически не влияет на dкp. При возбуждении детонации ударной волной реакция начинается сразу же за ударным фронтом (как у порошкообразных ВВ) и развивается до вспышки (как у жидких ВВ), но на некотором расстоянии от поверхности нагружения, т.е. в глубине заряда. Записи профиля детонационной волны в водонаполненных гранулированных ВВ на электромагнитной установке показывают отчетливую фикса- цию химического пика. Величины τ и а для ВВ в водонапол- ненном состоянии значительно меньше, чем в сухом.

Таблица 5 – Влияние водонаполнения на скорость детона- ции и критический диаметр гранулирован- ных взрывчатых веществ

Примечание: Опыты по измерению скорости детонации и критическо- го диаметра выполнялись в стеклянных трубах. При определении скорости диаметр трубы равен 140 мм, толщина стенок - 5 мм, размер гранул – 3-5 мм.

Выполненные исследования позволяют предполагать, что химическая реакция в детонационной волне начинается и разви- вается в отдельных гранулах ВВ и завершается подобием вспышки. Если ВВ представляет собой смесь нескольких ком- понентов (тротила, селитры и др.), то на второй стадии про- дукты разложения гранул разнородных веществ взаимодейст- вуют между собой.

Скорость детонации зерногранулитов продолжает увели- чиваться в открытых зарядах вплоть до диаметра размером 200-300 мм (см. рис.9), причем с повышением содержания тро- тила dпр уменьшается. Скорость детонации открытых зарядов

40