теория горения-3

234Глава 6. Промышленные взрывчатые вещества

2.ВВ с количеством кислорода, достаточным для пол­ ного газообразования. При этом принимается, что кислород сначала окисляет весь водород в воду, а углерод — в оксид углерода, а оставшийся кислород образует с частью оксида углерода углекислый газ (например, реакция разложения ТЭНа, см. табл. 6.2).

При взрыве алюмосодержащих ВВ с нулевым кислород­ ным балансом образуется твердый оксид алюминия А120 3, а при отрицательном —он образуется в результате вторич­ ных реакций алюминия с водой и углекислым газом:

2AI + ЗН20 = А120 3 + ЗН2

2А1 + ЗС02 = А120 3 + ЗСО.

3. ВВ с количеством кислорода, недостаточным для пол­ ного газообразования. В этом случае водород полностью превращается в воду, оставшийся кислород окисляет часть углерода в оксид углерода, свободный углерод выделя­ ется (например, реакция разложения тринитротолуола, см. табл. 6.2).

Таким образом, зная элементарный состав ВВ с нулевым или положительным кислородным балансом, можно легко составить реакцию его взрывчатого разложения в виде

СвНйОД/А1е => Ь/2Н20 + аС02+ е/2А120 3+ d/2N2 +

+1/2(с - Ь/2 - 2а - 3/2е)02.

6.3.Основные компоненты конденсированных

взрывчатых веществ

Промышленные ВВ состоят из нескольких компонентов, которые придают им особые физико-химические свойства. Однако основным является компонент, без которого ВВ не может быть взрывчатым.

Аммиачная селитра (азотнокислый аммоний) NH4N 0 3 является компонентом большинства промышленных ВВ. При взрыве 1 г этого вещества выделяется 0,2 г кислорода, который используется для окисления водорода, углерода, алюминия, содержащихся в других компонентах смесевого ВВ. Дешевизна и простота получения аммиачной селитры, неограниченность сырьевой базы (воздух + вода), полный переход в газообразные продукты при взрыве обусловили

широкое ее применение для промышленных ВВ. Выпуска­ ется в виде порошка, гранул, чешуек и кристаллов.

Аммиачная селитра представляет собой белый кристал­ лический порошок с плотностью (в зависимости от формы кристаллов) 1,56—1,74 г/см3. Насыпная плотность аммиач­ ной селитры составляет 0,86—1,74 г/см3. Получается сели­ тра в результате реакции соединения аммиака с азотной кислотой:

n h 3 + h n o 3 = n h 4n o 3.

Обычная кристаллическая аммиачная селитра обладает высокой гигроскопичностью. При изменении влажности воздуха она слеживается, превращаясь в камнеобразную массу. Поэтому сейчас изготавливают менее слеживающу­ юся кристаллическую и гранулированную селитру марки ЖВ с добавками железных солей жирных кислот, которые покрывают кристаллы селитры мономолекулярной плен­ кой, снижающей ее гигроскопичность и слеживаемость и повышающей водоустойчивость.

Считалось, что чистая селитра не способна взрываться. Однако в 1921 г. в Германии произошло несколько круп­ ных взрывов при рыхлении слежавшейся в штабеле сели­ тры взрывным способом. За последние 50 лет произошло более 25 аварийных взрывов и пожаров на транспортных судах, перевозивших селитру в трюмах. Большинство взрывов произошло в результате загорания или термиче­ ского разложения селитры в замкнутом пространстве, когда достаточно быстро повышаются давление и температура. Пожаро- и взрывоопасность селитры резко увеличиваются при наличии горючих примесей, а также при ее упаковке в горючие материалы. Поэтому при хранении и транспор­ тировке селитры необходимо создавать условия, исключа­ ющие появление очагов разогрева.

Реакция взрывного разложения селитры

2NH4N 0 3 = 2N2 + 0 2 + Н 20 + Q

сопровождается выделением тепла Q и избыточно­ го кислорода. Теплота взрыва селитры составляет всего 1400 кДж/кг в отличие от аммонитов, для которых она рав­ на 3400—5000 кДж/кг.

Примеси органических веществ даже в небольших дозах значительно повышают энергию взрыва аммиачной сели­ тры и делают ее более чувствительной. Парафин и подоб­ ные ему вещества, являющиеся флегматизаторами для ВВ,

зуют мало газов и много твердых оксидов, стоимость их выше. Смеси этих видов селитры с горючими более чув­ ствительны к механическим воздействиям и к воспламе­ нению. Эти виды селитры имеют ограниченное примене­ ние и используются для приготовления водосодержащих ВВ, а в качестве добавок —для повышения плотности ВВ, снижения температуры его замерзания, удерживания воды в составе ВВ, т.е. предохранения от высыхания.

Раньше селитру иногда применяли как самостоятельное ВВ при крупных массовых взрывах. В настоящее время она используется только в смеси с горючими добавками (жид­ кими и твердыми) или в составе ВВ.

Из-за низкой детонационной способности селитра по ус­ ловиям хранения и транспортировки не относится к ВВ.

Динамоны — двухкомпонентные порошкообразные ВВ, содержащие аммонийную селитру (но не тротил). В каче­ стве горючих добавок в динамоны вводятся торф, древес­ ная мука, мох, измельченная сосновая кора, отходы хлопка и т.п. Взрывчатые свойства динамонов целиком определя­ ются составом и технологией их изготовления. Серьезными недостатками динамонов являются их расслаиваемость при зарядке и гигроскопичность. В 1953 г. производство динамонов прекратили и возобновили только в середине 1960-х гг. в виде трехкомпонентных металлизированных составов (аммиачная селитра, соляровое масло, алюминие­ вая пудра) марок АМ-8 и AM-10 (в настоящее время их про­ изводство прекращено из-за недостаточной эффективности).

Игданит представляет собой смесь 94%-ной гранулиро­ ванной аммиачной селитры и 6%-ного солярового масла. Смесь изготавливают непосредственно в зарядных маши­ нах или на стационарных пунктах.

При содержании дизельного топлива более 6% у игданита резко снижается чувствительность к детонации и даже от мощного инициатора он не взрывается. При меньшем содержании солярового масла (2—3%) смесь наиболее чув­ ствительна и может детонировать от электродетонатора (ЭД) или капсульного детонатора (КД). Игданит можно изготавливать двумя способами: заливать соляровое масло непосредственно в мешки с селитрой или в специальные патроны на месте взрыва, после чего уже производить заря­ жание.

Игданиты безопасны в обращении, имеют низкую сто­ имость, удобны для механизированного заряжания. Недо­

статками игданитов являются: частичная потеря взрыв­ чатых свойств при длительном заряжании (более 5—6 ч) из-за стекания солярового масла в нижнюю часть заряда с гладких гранул аммиачной селитры; флегматизация серд­ цевины шнура марки ДША соляровым маслом; разрушение оболочки ДШ из маслонеустойчивого полиэтилена —из-за этого происходят отказы.

Введение в состав игданита аэросила (тонкодисперсного аморфного диоксида кремния) путем его предварительного смешивания с соляровым маслом в количестве 0,05—2% общей массы резко повышает удерживающую способность гранул и исключает стекание горючей добавки в течение 3—5 суток. Игданит относится к ВВ с невысокими энер­ гетическими параметрами: U = 3800 кДж/кг; объем газов 990 л/кг; WR = 2,2-2,7 км/с; КБ = +0,12%.

Тринитротолуол (тротил или тол C7H5(N 02)3) является одним из самых распространенных однокомпонентных ВВ. Тротил получают путем нитрации толуола смесями азот­ ной и серной кислот

С6Н5СН3 + ЗШ03 = С7Н5(Ш2)3 + зн2о.

Серная кислота в реакции не участвует и добавляется для поглощения воды более активного протекания про­ цесса и увеличения выхода продукта.

Чистый тротил состоит из кристаллов светлоили темно­ желтого цвета с температурой плавления 80°С. В порошко­ образном виде тротил имеет насыпную плотность 0,9 г/см3. Литой тротил имеет плотность 1,54—1,59 г/см3.

Тротил практически нерастворим в воде, имеет высокую химическую стойкость. Температура вспышки составляет 310°С. Вспышка обычно не сопровождается взрывом. Пере­ ход горения в детонацию наблюдается только при горении тротила в замкнутом пространстве или в очень больших количествах.

Это вещество имеет большой отрицательный кислород­ ный баланс (74%), из-за чего при"его взрыве выделяется мало газообразных и значительное количество твердых продуктов (сажа).

Порошкообразный и прессованный тротил взрывается от штатного детонатора или нескольких витков ДШ. Литой тротил требует более мощного промежуточного детонатора из прессованных тротиловых шашек или патронов аммо­ нита.

Тротил токсичен, особенно в тонко измельченном состо­ янии, вызывает раздражение кожи и болезнь глаз, а также интоксикацию организма. Предельно допустимая концен­ трация тротиловой пыли в воздухе равна 1 мг/м3.

Применяется тротил в порошкообразном, прессован­ ном, чешуйчатом, гранулированном виде, а иногда в виде кусков и литых шашек. В состав аммиачно-селитренных ВВ он входит в качестве сенсибилизатора и активной горю­ чей добавки, так как имеет много лишних горючих моле­ кул (углерода). Содержание тротила в смесевых ВВ может колебаться от 6 до 70%. Для патронированных ВВ приме­ няется порошкообразный тротил, для грубодисперсных — гранулированный и чешуйчатый. При попадании в тротил песка или других твердых примесей его чувствительность к механическим воздействиям резко возрастает. Наиболее восприимчив к инициированию порошкообразный тротил, наименее —литой. Критический диаметр сухого порошко­ образного тротила составляет 8—10 мм.

Гранулотол (гранулированный тротил) с размером гра­ нул 3—5 мм применяется как самостоятельное ВВ для взрывания обводненных скважин и в качестве компонента в составе граммонитов и водосодержащих ВВ. В сухом состоянии гранулотол имеет теплоту взрыва 3450 кДж/кг, а водонаполненный — 4200 кДж/кг в пересчете на 1 кг сухого ВВ. Работоспособность водонаполненного гранулотола на баллистическом маятнике и в свинцовой бомбе (с промежуточным детонатором) на 10—13% выше работо­ способности сухого тротила в тех же условиях.

Критический диаметр гранулотола в открытых зарядах 60 мм, водонаполненного — 25—30 мм, а скорость детона­ ции изменяется от 4,5 (сухой) до 6,5 км/с (мокрый).

Гранулотол абсолютно водоустойчив: заряды могут про­ должительное время находиться в воде, в том числе и про­ точной, без потери взрывчатых свойств, он быстро тонет в воде, имеет хорошую сыпучесть в сухом и мокром состоя­ нии. При хранении не слеживается и не спекается, обладает высокой стабильностью взрывчатых свойств. Для иниции­ рования взрыва гранулотола необходим промежуточный мощный детонатор, так как он недостаточно чувствителен к обычным средствам инициирования.

Применять гранулотол рекомендуется в водонаполнен­ ном состоянии, так как вода, заполняющая промежутки между гранулами, увеличивает плотность заряжания

до 1,3—1,35 г/см3, за счет чего повышается скорость детона­ ции и улучшается эффект взрыва. Водная оболочка вокруг гранул способствует дополнительному выделению тепла Q за счет смещения реакции в сторону образования углекис­ лого газа:

2СО С02 + С + Q.

Испаряясь, вода увеличивает объем образующихся при взрыве газов. Однако на ее испарение требуется тепло, что снижает общую энергию взрыва водонаполненного тро­ тила.

Алюмотол представляет собой сплав серого цвета в форме гранул до 5 мм, состоящий из 85% тротила и 15% алюминиевой пудры. Плотность гранул — 1,5—1,7 г/см3, теплота взрыва — 5600 кДж/кг. Алюмотол, как и гранулотол, абсолютно водоустойчив, обладает хорошей сыпуче­ стью в сухом и мокром состоянии, не слеживается, пригоден для механизированной закладки в скважины, отличается высокой стабильностью и хорошими взрывчатыми свой­ ствами. Предназначен для применения в обводненных скважинах, в том числе с проточной водой. Для его иниции­ рования необходимы мощные промежуточные детонаторы.

Гексоген C3H6N60 6 (циклотриметилентринитрамин) — продукт нитрации уротропина азотной кислотой, представ­ ляет собой белый кристаллический порошок с плотностью 1,8 г/см3 и насыпной плотностью 1,1 г/см3, температура плавления 203°С. Нерастворим в воде, ядовит, имеет высо­ кую химическую стойкость. Разложение гексогена начина­ ется при температуре 200°С. В небольшом количестве сго­ рает без взрыва.

Из-за высокой чувствительности гексогена к механиче­ ским воздействиям применяют его только во флегматизированном виде: кристаллы вещества покрывают 5%-ным воском или парафином.

Гексоген является одним из наиболее мощных ВВ. Рабо­ тоспособность в свинцовой бомбе — 475 см3, бризантность при заряде 25 г составляет 16 мм. При заряде 50 г свинцовый столбик разрушается. Скорость детонации при плотности 1,7 г/см3 составляет 8,4 км/с, теплота взрыва — 5450 кДж/кг.

В последнее время гексоген используют в качестве сенсибилизирующего компонента мощных промышленных ВВ: скальных аммонитов, вторично инициирующего ВВ для электродетонаторов, а также при изготовлении дето­

Граммониты назывались раньше зерногранулитами. Промышленностью выпускаются марки: 50/50, 30/70 — только для открытых работ; 79/21 и 82/18 —для подзем­ ных и открытых работ. Числитель в марке ВВ означает про­ центное содержание селитры, знаменатель — содержание тротила.

Граммониты имеют хорошую сыпучесть, не пылят, не слеживаются, пригодны для механизированного заря­ жания. От аммонитов отличаются меньшей чувствитель­ ностью к механическим воздействиям, воздействию пла­ мени и начального импульса. Теплота взрыва составляет 4300 кДж/кг, скорость детонации равна 5,6 км/с — для марки 30/70; 3,2 км/с —для 79/21. Критический диаметр нахо­ дится в пределах 40—60 мм. Объем взрывных газов состав­ ляет 900—1070 л/кг. Кислородный баланс равен -49% — для марки 30/70 и +0,02% —для марки 79/21.

Аммониты получают путем механического смешивания кристаллической аммиачной селитры (79—85%) с порош­ кообразным тротилом (5—21%) и другими компонентами в шаровых мельницах. Их выпускают в виде патронов раз­ личного диаметра или в мешках массой 40 кг, а отдельные сорта — в виде прессованных патронов диаметром 45 мм.

Тротил в состав аммонитов вводят для повышения мощ­ ности и чувствительности ВВ, горючие взрывчатые добавки вводят для улучшения структуры аммонитов, снижения его слеживаемости и получения нулевого кислородного баланса,

Цвет аммонитов зависит от цвета добавки и обычно бывает белый, желтый и темно-серый. Все аммониты надежно взрываются от детонаторов и детонирующего шнура.

Аммониты — химически стойкие вещества, гигроско­ пичны, как и аммиачная селитра, входящая в их состав.

Для защиты от увлажнения оболочки патронов и упа­ ковку покрывают сплавом парафина с петролатумом. Повышенной водоустойчивостью обладают аммониты на основе водоустойчивой аммиачной селитры марки ЖВ. Из-за незначительной смачиваемости и насыпной плотно­ сти меньше 1 г/см3 порошкообразные аммониты не тонут в воде при свободной засыпке их в обводненные скважины, поэтому не рекомендуется использовать их в таких усло­ виях. Аммониты на основе порошкообразной селитры быстро слеживаются. Слежавшийся аммонит, как правило,

не детонирует от штатного детонатора. Детонационная спо­ собность слежавшегося аммонита в значительной мере вос­ станавливается после его измельчения. Для уменьшения слеживаемости в состав ВВ вводят селитру с примесью красителей (фуксина).

Насыпная плотность аммонитов составляет 0,8—0,9 г/см3, патронированные аммониты имеют плотность до 1,0— 1,15 г/см3. Теплота взрыва равна 4300—5400 кДж/кг, ско­ рость детонации —3,6—4 км/с.

Увеличивают плотность аммонитов до 1,3—1,5 г/см 3 за счет прессования. В процессе заряжания жесткие прес­ сованные патроны не меняют своей формы, а это услож­ няет их использование, так как между зарядом и стенками шпура или скважины образуется зазор, снижающий плот­ ность зарядки.

Критической плотностью большинства аммонитов является 1,4—1,5 г/см 3. Аммониты относительно без­ опасны в обращении: от зажженного кончика огнепровод­ ного шнура аммониты не загораются. На открытом воздухе аммониты сгорают без взрыва, но в замкнутом простран­ стве или при большом количестве возможен переход горе­ ния во взрыв.

Аммонит 6ЖВ представляет собой плохосыпучий, пылящий порошок желтого цвета с нулевым кислород­ ным балансом, состоящий из 79% селитры и 21% тротила. При высоком качестве и хорошей упаковке мало слежива­ ется. Выпускается в патронированном виде и бумажных крафтцеллюлозных мешках. Не пригоден для механи­ зированного заряжания. Многие предприятия (карьеры, объекты гидротехнического строительства и мелиорации, рудники и т.д.) по традиции заказывают аммонит 6ЖВ в качестве основного ВВ, хотя его можно заменить более удобными и выгодными гранулитами или граммонитами.

Предназначен аммонит 6ЖВ для взрывания пород средней и выше средней крепости сухих и влажных шпу­ ров и скважин, а также для вторичного взрывания, в каче­ стве патронов-боевиков для взрывания гранулированных и водосодержащих ВВ.

Скальный аммонит № 1 представляет собой аммонит с добавкой 24% гексогена и 5% алюминия (табл. 6.3). Выпу­ скается в прессованном виде с плотностью 1,4—1,58 г/см3, водоустойчив, пригоден для взрывания обводненных креп­ ких пород с гидростатическим напором. Обладает повы­