Учебное пособие: Использование взрывчатых веществ

Определение воспламеняемости ВВ

Одной из важнейших характеристик чувствительности ВВ к тепловым воздействиям является его способность воспламеняться от внешнего источника тепла. Необходимое количество подводимого тепла Q зависит от свойств ВВ и внешних условий и определяется выражением:

, (4.2)

где l - коэффициент теплопроводности ВВ, Вт/(мЧ К);

U_r - скорость горения ВВ, м/с;

T_n - температура поверхности ВВ, єС;

T ₀ - начальная температура ВВ, єС.

При порционном подводе тепла существенное значение имеет скорость его подвода к поверхности ВВ с учётом теплоотвода в глубь вещества, определяющего температуру на поверхности ВВ и ее градиент по толщине заряда. Исходя из этого, мерой чувствительности ВВ к поджигающему импульсу может быть либо минимальное количество тепла при заданной скорости его подвода, необходимое для поджигания при постоянных условиях опыта, либо некоторые переменные величины, определяющие режим горения при постоянном значении теплового источника. В качестве таких переменных величин могут быть использованы начальная температура ВВ или давление окружающей газовой среды, поскольку скорость горения большинства ВВ с давлением связана линейной зависимостью. В соответствии с указанным принципом созданы и развиваются экспериментальные методы оценки воспламеняемости ВВ.

Наиболее простым в экспериментальном исполнении является метод определения чувствительности ВВ к лучу огня от огнепроводного шнура. По этому методу в пробирку, укрепленную на штативе, помещают навеску испытываемого ВВ (обычно 1 г), вводят отрезок огнепроводного шнура длиной от 5 до 10 мм так, чтобы он касался поверхности ВВ. После зажигания огнепроводного шнура фиксируют воспламенение или отказ. В другом варианте этого метода отрезок шнура помещают на некотором расстоянии от поверхности ВВ. Мерой воспламеняемости в этом случае служит максимальное расстояние, на котором еще воспламеняется ВВ.

При сравнительной оценке чувствительности к лучу огня, кроме величины температуры вспышки, немаловажную роль играет и то минимальное количество вещества, которое необходимо воспламенить для обеспечения условий распространения процесса по всему объёму.

К.К. Андреевым и П.П. Поповой предложено оценивать воспламеняемость ВВ по его критическому диаметру горения. По этому методу определяется минимальный диаметр заряда исследуемого ВВ в стеклянной оболочке, при котором в подожженном с торца заряде устойчиво распространяется горение. Критический диаметр горения определяют в среде сжатого азота при давлении от 9,8 до 10,8 МПа в стальной бомбе. Заряд ВВ с торцевой поверхностью поджигается нихромовой спиралью накаливания. А.И. Романовым и Л.В. Дубновым предложена методика оценки воспламеняемости ВВ по так называемому давлению поджигания. Согласно этой методике, фиксируется то минимальное (критическое) давление среды, при котором поджигается и горит ВВ. По этой методике (рисунок 4.1) заряд 3 ВВ массой от 100 до 120 г в бумажной или стеклянной оболочке диаметром от 32 до

36 мм помещают в толстостенную манометрическую бомбу 2, в которой с помощью сжатого азота создано некоторое давление. В качестве постоянного источника воспламенения используются прессованные шашки из малогазового состава массой 1 г и диаметром, равным диаметру испытываемого заряда. Воспламенитель поджигается нихромовым мостиком накаливания.

1 - датчик давления; 2 - корпус бомбы; 3 - заряд ВВ;

4 - электровывод; 5 - затвор бомбы

Рисунок 4.1 - Схема установки для определения критическогодавления поджигания

В практике нередко происходит поджигание заряда ВВ взрывными волнами от соседних зарядов, например, при аварийных ситуациях при хранении ВВ, боеприпасов или в шпурах, когда расстояние между зарядами не превышает расстояние передачи детонации. Поэтому представляет интерес оценить воспламеняемость ВВ под воздействием такого рода импульсов. Разработана методика оценки воспламеняемости ВВ под воздействием воздушной волны, получаемой в ударной трубе (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - Принципиальная схема установки для оценки воспламеняемости в ударной трубе

По данной методике [7] навеску 3 исследуемого ВВ диаметром

10 мм и массой 10 г помещают в плексигласовую обойму, которую вставляют в секцию 2 низкого давления ударной трубы с внутренним диаметром 50 мм. Длина секций высокого 1 и низкого 2 давлений соответственно 1130 и 2730 мм. На конце секции низкого давления предусмотрен отсек с плексигласовыми смотровыми окнами, через которые вакуумным фотоэлементом СЦВ-4 фиксируется момент вспышки исследуемого ВВ. Сигнал от фотоэлемента 5 через усилитель поступает на двухлучевой катодный осциллограф 7 (ОК-17М). В секции низкого давления размещены также датчики давления 4 из титаната бория для измерения скорости движения ударной волны и запуска осциллографа. Сигналы с пьезодатчиков фиксируются электронным хронографом 6 «Нептун». Скорость ударной волны измеряют на мерной базе длиной 1380 мм, причем последний по ходу ударной волны пьезодатчик служит одновременно для запуска осциллографа ОК-17М, на который подается сигнал с фотоэлемента СЦВ-4. В эксперименте измеряют скорость ударной волны, по которой рассчитывают остальные параметры ударной волны и величину задержки вспышки ВВ.

4.2 Чувствительность ВВ к механическим воздействиям

При выполнении взрывных работ взрывные материалы подвергаются различного рода механическим воздействиям в процессе испытания, транспортировки, заряжания, нахождения во взорванной породе или массиве в виде отказавших изделий ВВ. При ведении взрывных работ на ВВ и средства взрывания могут оказывать влияние как статические (растирание ВВ между породой и элементами заряжающих устройств, кусками породы), так и динамические воздействия (удары по ВВ при случайном разбуривании патрона, при метании ВВ в шпур или скважину, удары кусков породы при погрузке).

Важнейшим вопросом эксплуатационной безопасности являются не только факт и уровень воздействия, ведущего к началу реакции во взрывчатом веществе, но и то, что эта реакция приводит к взрыву заряда. Известно, что у промышленных ВВ, особенно гранулированных и водонаполненных, критический диаметр заряда от 30 до 40 мм и более, а минимально детонирующая величина заряда на 1-2 порядка больше, чем величины навесок, применяемых в стандартных пробах для определения чувствительности ВВ к внешним механическим воздействиям (трению, удару). Следовательно, стандартные методы испытания ВВ на чувствительность к удару и трению, предназначенные для испытания малых навесок ВВ, неприемлемы для испытания смесевых промышленных ВВ, состоящих из нескольких компонентов, особенно крупнодисперсных. Поэтому рядом институтов и организаций были разработаны специальные пробы для промышленных ВВ и средств взрывания, принцип которых состоит в максимальном приближении условий воздействия на заряд ВВ к реальным условиям, которые могут встретиться при взрывных работах.

Анализируя многообразие факторов, определяющих возможность взрыва в результате механических воздействий на ВВ, К.К. Андреев и другие [21, 22] пришли к выводу, что чувствительность ВВ к механическим воздействиям не может быть охарактеризована одним интегральным показателем. Если при испытаниях в каких-то условиях одно из сравниваемых ВВ окажется чувствительней, чем другое, то при изменении условий испытаний эти ВВ по своей чувствительности могут поменяться местами. Например, известно, что азид свинца является несравненно более опасным по чувствительности к механическим воздействиям, чем тротил. Однако при испытании на удар по стандартной методике в хорошо подогнанном приборчике №1 азид свинца дает значительно меньше взрывов, чем тротил. Это показывает условность результатов, получаемых при испытаниях ВВ по стандартным методам, и объясняется тем, что тротил, имеющий более высокую текучесть, в тех же условиях продавливается в зазоры и взрывается.

Из сказанного следует, что на основании результатов испытания данного ВВ в конкретных условиях далеко не всегда можно предвидеть, как поведет себя это ВВ в каких-то других условиях, например, при тех механических воздействиях, которым оно может подвергнуться в условиях промышленного применения. Поэтому с точки зрения безопасности технологических процессов на всех этапах производства и применения ВВ необходимо иметь полный комплекс критериев безопасности.

4.2.1 Чувствительность к удару

Чувствительность ВВ к удару определяют в основном на копрах, состоящих из двух, иногда из трех строго параллельных вертикальных направляющих, по которым свободно перемещается груз, производящий удар по ВВ. Груз в верхней части снабжен механическими или электромагнитными захватами, фиксирующими его на определенной высоте. На прочном фундаменте (рисунок 4.3) помещается массивная наковальня 1, на которой располагается штемпельный прибор (№1 или №2) с навеской ВВ 5. Прибор №1 состоит из металлического поддона 2, направляющей обоймы (муфты) 3 и двух поршеньков 4, между торцами которых помещена навеска (обычно от 0,02 до

0,05 г) исследуемого ВВ. В качестве поршеньков применяют ролики от подшипников, отличающиеся высокой степенью постоянства механических свойств и точности размеров. Ролики в приборчике №1 точно пригнаны к каналу обоймы и не имеют фасок на торцах, так что ВВ при ударе будет сжиматься, не имея возможности свободно течь. Прибор №2, предложенный Н.В. Холево [27], отличается от прибора №1 наличием кольцевой канавки в обойме на уровне расположения навески ВВ, что позволяет оценить чувствительность ВВ в условиях его истечения.

а) прибор №1; б) прибор №2

Рисунок 4.3 - Штемпельные приборы для размещения навески ВВ

Некоторые малотекучие, непластичные ВВ, такие, например, как пироксилин, не дающие взрывов в приборе №1, т.е. в условиях затрудненного течения, обнаруживают высокую частость взрыва в приборе №2. Напротив, ВВ, обладающие высокой текучестью, могут проявлять большую чувствительность в приборе №1, чем в приборе №2. При испытании жидких ВВ навеску помещают в чашечку из мягкого металла, чтобы исключить выплескивание ВВ из прибора №2 приударе.

Критерием чувствительности при испытаниях на копрах считают минимальную высоту падения груза, при которой происходит взрыв, или частость взрыва при постоянной высоте груза. Эти методы определения чувствительности к удару позволяют выявить влияние условий деформации вещества на вероятность возбуждения взрыва и правильно оценить условия безопасности ВВ при ударе.

При определении чувствительности к удару по нижнему пределу навеску вещества (0,12 г) подпрессовывают в штемпельном приборе под давлением до 300 МПа. По этому методу определяют максимальную высоту падения груза массой 10 кг (нижний предел), при которой получаются все отказы или не более одного взрыва из 25 определений. Взрывом обычно считают звуковой эффект, вспышку, дымообразование или обугливание ВВ. В том случае, когда при падающем грузе

10 кг нижний предел меньше 30 мм, определяют нижний предел с грузом массой 2 кг. Если отсутствуют взрывы при падения груза с высоты 500 мм, испытания прекращают и указывают, что нижний предел для испытываемого образца составляет более 500 мм.

При определении чувствительности к удару по частости взрывов испытания выполняют при постоянной высоте падения груза, равной 250 мм. Навеска ВВ составляет от 0,050 до 0,005 г. По этому методу чувствительность ВВ характеризуется частостью взрывов Х (%).

, (4.3)

где N - число взрывов;

n - число определений.

Результаты определения чувствительности некоторых веществ по описанным методикам приведены в таблице 4.2 [7].

Зависимости частости взрывов от давления прижатия, полученные на копре Боудена_Козлова [23], приведены на рисунке 4.4. Как видно из зависимостей величины давлений прижатия для вторичных ВВ, соответствующие 100 % взрывов на кривой частости лежат в интервале от 5000 (ТЭН) до 11000 атмосфер (тротил).

Для характеристики относительной чувствительности ВВ при имитации условий эксплуатации (падение на жесткое основание, защемление между жесткими поверхностями и др.) испытания проводят на большом копре БК-6. В этом случае используют навеску исследуемого вещества массой 3 г, диаметром 41 мм и толщиной 10 мм. В качестве характеристики чувствительности принят нижний предел, выраженный максимальной высотой падения груза массой 24 кг, при которой не наблюдается разложения ВВ в 25 опытах. Характеристики относительной чувствительности некоторых веществ, определенные на большом копре БК-6, по частости взрывов (%) при высоте падения груза 2000 мм массой 24 кг приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.2 - Чувствительность ВВ к удару