Начальный импульс и чувствительность взрывчатых веществ
Время чтения:
Для возбуждения химической реакции в форме взрывчатого превращения необходимо внешнее воздействие на взрывчатое вещество, называемое инициированием. Химические реакции взрывчатого превращения начинаются при достижении некоторой критической для данного взрывчатого вещества температуры. Обеспечить такую температуру можно прямым нагревом (пламенем) или с помощью ударного импульса.
Начальный импульс
Начальный импульс — это определённое количество внешней энергии, которое необходимо приложить к заряду для начала процесса взрывчатого превращения взрывчатого вещества.
В зависимости от вида энергии, прилагаемой к заряду взрывчатого вещества, различают следующие виды начального импульса:
- механический (удар, трение и пр.);
- тепловой (разогрев и поджигание взрывчатого вещества);
- электрический;
- энергия другого типа взрывчатого вещества (взрывной начальный импульс).
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 чёрного дымного пороха. Большинство взрывчатых веществ 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 взрывчатых веществ. Так, в капсюлях-детонаторах инициирование первичного инициирующего вещества происходит с помощью снопа искр из огнепроводного шнура, а в электродетонаторах — посредством снопа искр от капельки зажигающего состава, воспламеняющейся от нагревающейся нити накаливания.
Сущность электрического начального импульса состоит в инициировании заряда взрывчатого вещества электрической дугой высокого напряжения (1525 кВ), возникающей между двумя электродами, помещенными в взрывчатое вещество. Данный способ инициирования зарядов применяется в высоковольтных электродетонаторах для обработки материалов энергией взрыва (ЭДВ-1, ЭДВ-2).
Основным видом начального импульса, применяемым в промышленности, является энергия другого типа взрывчатого вещества (взрывной импульс). Промышленные взрывчатые вещества, за исключением чёрного дымного пороха, взрываются только от взрывного импульса (энергии другого типа взрывчатого вещества).
Минимальная величина импульса, вызывающего взрывчатые превращения, называется чувствительностью взрывчатого вещества. Она зависит от химического состава взрывчатого вещества (типа и силы межатомного взаимодействия, наличия примесей), его физического состояния (плотности, температуры, влажности), массы взрывчатого вещества, наличия и свойств оболочки и пр.
Для оценки чувствительности взрывчатого вещества проводят опредёленные виды условных испытаний — пробы на чувствительность:
- к инициирующему импульсу и к капсюлю-детонатору;
- удару;
- трению;
- нагреванию;
- передаче детонации.
Проба на чувствительность к инициирующему импульсу
Все промышленные взрывчатые вещества проходят испытания на чувствительность к инициирующему импульсу. Для зарядов порошкообразных промышленных взрывчатых веществ, заведомо чувствительных к капсюлю-детонатору №8, минимальный начальный импульс определяют следующим способом:
В мельхиоровые колпачки диаметром 6 мм под давлением 18 МПа запрессовывают различные навески (от 0,1 до 0,5 г) гремучей ртути. Колпачки помещают в гильзы из-под КД №8 (без заряда вторичного инициирующего взрывчатого вещества).
Изготовленные таким образом инициаторы, с отрезком огнепроводного шнура, помещают в заряды исследуемого взрывчатого вещества 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 взрывчатого вещества от стандартного капсюля-детонатора.
Величины минимального инициирующего импульса для ряда порошкообразных промышленных взрывчатых веществ приведены в таблице 1.
Таблица 1. Величины минимального инициирующего импульса для ряда взрывчатых веществ (гремучей ртути при насыпной плотности 1,0 г/см3)
| Взрывчатое вещество | Масса заряда минимального инициирующего импульса, г |
|---|---|
| Тротил | 0,2526 |
| Тетрил | 0,15 |
| Гексоген | 0,14 |
| Тэн | 0,15 |
| Аммонал скальный №1 | 0,19 |
| Аммонит 6ЖВ | 0,17 |
| Предохранительные аммониты | от 0,18 до 0,28 |
| Детониты | от 0,12 до 0,16 |
| Предохранительные нитроглицериновые взрывчатые вещества (победиты, углениты) | от 0,14 до 0,20 |
Проба на чувствительность к капсюлю-детонатору
Оценку чувствительности к детонации взрывчатых веществ (гранулированных, водонаполненных и др.), нечувствительных к первичным средствам инициирования, дают по величине минимального начального импульса, необходимого для возбуждения в них устойчивого взрывчатого разложения.
Для этого сначала подрывают серию открытых цилиндрических патронов испытуемого взрывчатого вещества 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. Диаметр шашек должен быть равным или больше их высоты, так чтобы он был по возможности ближе к диаметру патрона испытуемого взрывчатого вещества, если в него не представляется возможным их углублять.
Проба на чувствительность к удару
Испытание на чувствительность к удару основано на действии удара груза определённой массы, падающего с некоторой высоты на слой взрывчатого вещества определённых размеров, заключенный между стальными поверхностями. Испытания выполняют на копрах различной конструкции. Копёр Каста состоит из массивной наковальни 1, укреплённой на фундаменте, на которую устанавливают роликовый приборчик 2 с навеской испытуемого взрывчатого вещества. Падающий груз 3 копра специальным держателем 4 может быть закреплён на необходимой высоте между двумя направляющими рейками 5, измеренной с помощью градуированной планки 6. При дёргании за рукоятку троса груз соскальзывает с держателя и, свободно падая по направляющим, производит удар по навеске взрывчатого вещества, находящейся между роликами прибора.
Копёр Каста
1 - Наковальня; 2 - Роликовый приборчик; 3 - Груз; 4 - Держатель; 5 - Направляющие рейки; 6 - Градуированная планка
Роликовый приборчик состоит из направляющей муфты 1 с гладкими внутренними стенками, поддона 2 и двух роликов 3 со снятыми фасками.
Роликовый приборчик
1 - Направляющая муфта; 2 - Поддон; 3 - Ролики
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, перед допуском к испытаниям, проверяют на эталонном взрывчатом веществе — тетриле, который должен дать частоту взрывов 48,8% из 100 опытов при падении груза массой 10 кг с высоты 25 см.
При подготовке к испытанию особое внимание уделяют чистоте торцевых поверхностей роликов, после каждого испытания их тщательно очищают от остатков взрывчатого вещества и копоти.
В комплект прибора, помимо роликовых приборчиков, входят съёмные грузы массой 2, 5 и 10 кг, высоту падения которых на копре можно изменять от 25 до 100 см при испытании взрывчатых веществ различной чувствительности.
Существует несколько критериев оценки чувствительности взрывчатого вещества к удару на копре. Наиболее распространен метод, по которому определяется частость взрывов в процентах из 25, 50 или 100 испытаний при падении груза массой 10 кг с высоты 25 см.
Испытания на копре Каста выполняют следующим образом. Навеску твёрдого взрывчатого вещества массой 0,05 г, взятую с точностью до 0,005 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 взрывчатого вещества на обугливание, если таковые имеются. Если удар не сопровождался перечисленными признаками, то считают, что взрыва не было. Такой опыт повторяют 25 раз, меняя роликовые приборчики с навесками, и вычисляют процент взрывов из всего числа испытаний. Если частость взрывов окажется равной 100%, то груз копра уменьшают до 5 кг, а если окажется равной 0%, то высоту падения увеличивают до 50 см и опыты повторяют в той же последовательности.
При испытании взрывчатого вещества с грузом 10 кг за эталон берут тетрил, а при испытании с грузом 5 кг — гексоген. Последний в таких условиях должен давать частость взрывов 48±4%.
Если при высоте падения 50 см груза массой 10 кг испытуемое взрывчатое вещество не даёт взрывов, то испытания прекращают и считают, что взрывчатое вещество нечувствительно к удару, дальнейшее повышение высоты приводит к разрушению приборчиков от сильного удара.
Характеристики чувствительности к удару некоторых взрывчатых веществ приведены в таблице 2.
Таблица 2. Чувствительность взрывчатых веществ к удару
| Взрывчатое вещество | Показатели чувствительности | |
|---|---|---|
| минимальная высота падения груза массой 2 кг, при которой происходит взрыв, см | число взрывов при падении груза массой 10 кг с высоты 25 см | |
| Гремучая ртуть | 2 | 100 |
| Азид свинца | 34 | 100 |
| Нитроглицерин | 4 | 100 |
| ТНРС | 11 | 100 |
| Динамиты | 17 | 100 |
| Тэн | 28 | 100 |
| Гексоген | 29 | от 65 до 70 |
| Тетрил | 30 | от 50 до 60 |
| Аммониты | от 30 до 75 | от 10 до 60 |
| Тротил | от 60 до 70 | 28 |
Проба на чувствительность к трению
Испытание взрывчатых веществ на чувствительность к трению можно проводить на маятниковом копре К–44–III (чувствительность к скользящему удару).
Копёр К-44-III
1 - Груз; 2 - Диск с угловыми делениями; 3 - Съёмник штемпельных приборов; 4 - Рукоятка; 5 - Масляный пресс; 6 - Манометр; 7 - Обойма; 8 - Ударник
Навеска испытуемого взрывчатого вещества массой 0,05 г сжимается между стальными трущимися поверхностями до 1200 МПа с помощью гидравлического пресса. Рабочий узел копра схематически представлен на иллюстрации. При боковом ударе падающего груза маятника по головке стержня верхний ролик сдвигается относительно нижнего, подвергая навеску взрывчатого вещества действию трущегося сдвига.
Рабочий узел копра К-44-III
1 - Выбивной ролик; 2 - Упор; 3 - Прижимной ролик; 4 - Навеска взрывчатого вещества; 5 - Стержень с головкой, передающей удар; 6 - Муфта; 7 - Пуансон гидропресса
Вероятность взрыва зависит от величины сжатия навески между роликами.
Изменяя эту величину, находят нижний, средний и верхний пределы чувствительности испытуемого взрывчатого вещества, т.е. такие значения давлений, при которых частость взрывов равна 0, 50 и 100%. Упрощённо определяют процент взрывов из 25 опытов под определённой сдавливающей нагрузкой, который и служит характеристикой чувствительности по сравнению с чувствительностью эталонного взрывчатого вещества в таких условиях испытаний.
Проба на чувствительность к нагреванию
При поджигании в условиях свободного оттока продуктов горения большинство промышленных взрывчатых веществ сгорает без взрыва. Исключение составляют пластичные динамиты, которые могут при поджигании взорваться. В замкнутом объёме (железнодорожных вагонах, трюмах судов, закрытых помещениях и др.), а также при горении больших масс взрывчатых веществ, горение промышленных взрывчатых веществ может перейти во взрыв, чему способствует нарастание давления в зоне горения.
Мерой чувствительности взрывчатого вещества к нагреву служит температура вспышки взрывчатого вещества, определяемая в специальном приборе.
Прибор для определения температуры вспышки
1 - Крышка; 2 - Термометр; 3 - Пробирка; 4 - Навеска взрывчатого вещества; 5 - Корпус бани; 6 - Футляр
Навеску взрывчатого вещества (0,05 г) в пробирке помещают в металлическую баню, заполненную
легкоплавким металлом (сплавом Вуда
Проба на чувствительность к передаче детонации
Метод предназначается для контрольно-приёмочных испытаний выпускаемых партий патронированных взрывчатых веществ, а также в исследовательской практике для изучения детонационной способности некоторых непатронированных взрывчатых веществ. 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 взрывчатого вещества и характеризует качество их изготовления.
Проба на чувствительность к передаче детонации
"Испытание основано на возбуждении детонации одного патрона взрывом другого..."
Испытание проводят следующим образом. От партии взрывчатого вещества отбирают не менее шести пар патронов. В торец одного из каждой пары патронов помещают электро- или капсюль-детонатор с отрезком огнепроводного шнура. Подготовленный таким образом патрон-боевик укладывают на твёрдом ровном грунте исследовательской площадки полигона. На некотором расстоянии от противоположного его торца укладывают соосно второй, пассивный заряд. Между зарядами помещают один шаблон из имеющегося набора (измеритель расстояния с длиной 1, 2, 3, 4, 5 см и т.д.), к которому плотно прижимают их торцы и, не сдвигая с места патроны, шаблон вынимают. После этого производят взрыв. Первоначальное расстояние по шаблону устанавливают на основании имеющихся данных или предположения о способности испытуемого взрывчатого вещества к передаче детонации.
О передаче детонации судят по отсутствию остатков взрывчатого вещества и оболочки пассивного заряда и по наличию углубления и следов взрыва в грунте на месте расположения патронов.
В зависимости от результатов первого взрыва взрывают следующие пары патронов, расстояние между которыми постепенно (на 12 см) увеличивают или уменьшают до тех пор, пока не найдут то максимальное расстояние, при котором в трёх параллельных опытах будет зафиксирована полная детонация пассивного заряда. Это расстояние, измеренное в сантиметрах, и считается расстоянием передачи детонации патронов испытуемого взрывчатого вещества.
По изложенной методике на заводе испытывают каждую партию взрывчатого вещества, выпускаемого в патронированном виде.
Партии взрывчатого вещества, выпускаемого в непатронированном виде, на передачу детонации могут проверить потребители перед взрывными работами, если такие работы должны выполняться патронами собственного изготовления (масса патрона 200 г, плотность от 0,95 до 1,05 г/см3) или шпуровыми насыпными зарядами малого диаметра.
Испытания на передачу детонации в некоторых случаях, например, при контрольных проверках на базисных складах, проводят по упрощенной методике. Вместо определения максимального расстояния три пары патронов поочередно взрывают с расстоянием между их торцами, соответствующим установленной норме для данного взрывчатого вещества. Партия взрывчатого вещества считается выдержавшей испытание, если в трёх опытах установлена полная детонация пассивного заряда. При отказе детонации хотя бы в одном из опытов испытания повторяют в удвоенном количестве, результаты которых являются окончательными для решения вопроса годности взрывчатого вещества.