Химия промышленных взрывчатых веществ

Низкопроцентные нитроглицериновые ВВ представляют собой аммиачноселитренные ВВ, сенсибилизированные небольшим количеством нитроэфиров для повышения чувствительности к начальному импульсу. К таким относятся ВВ, содержащие не более 15% нитроэфиров. В СССР применяются два типа ВВ этого класса: победиты(для шахт, опасных по газу или пыли) и детониты

(для прочих шахт). Детониты  получили широкое распространение  в подземных выработках, в шахтах, не опасных по газу или пыли, так как они обладают высокой  мощностью, а также высокой  восприимчивостью к детонации, позволяющей свободно применять их в патронах уменьшенного (20—28 мм) диаметра. Их опасность в обращении (так же, как и победитов) приравнивается к аммонитам.  

За рубежом нитроглицериновые ВВ имеют большее удельное значение, чем в СССР, но и там отмечается стремление к снижению процентного содержания нитроэфиров в составе ВВ и доминирующее положение занимают динамиты с 20% нитроэфиров, изготовленные на аммиачной селитре - аммонжелатины.

Желатинированные ВВ являются чрезвычайно выгодными  при взрывных работах, так как они обладают большой плотностью (порядка 1,5 г/ ) и легко деформируются, благодаря чему заполняют все сечение шпура и дают очень высокие плотность и коэффициент заряжания.

Однако, применение желатинированных ВВ, содержащих нитрон эфиры, имеет ряд весьма отрицательных особенностей, как-то: чрезмерно повышенная опасность в обращении, эксудация, старение и т.д., что весьма осложняет применение этих ВВ.

За последние годы отмечается стремление к созданию желатинированных ВВ, не содержащих нитроэфиров. Эти попытки завершены положительно. Так в Швеции недавно разработаны пластичные ВВ для подземных работ, - секюриты, - в которых в качестве жидкой основы—желатинизатора используется раствор нитрата кальция. В СССР разработаны желатинированные пластичные ВВ, содержащие раствор нитрата кальция и аммиачной селитры. Добавка последней снижает температуру замерзания раствора, что позволяет применять новые ВВ - акваниты при низких температурах. Из числа этих ВВ акванит № 1 имеет большую липкость, отрицательный кислородный баланс (-25,6%) и предназначен для использования в форме накладных зарядов для вторичного дробления негабаритных кусков на открытых работах. Другой сорт - акванит № 2 - пластичный состав для шпуровых зарядов, имеет нулевой кислородный баланс и может быть использован в подземных работах. Для инициирования акванита № 1 требуется промежуточный детонатор; акванит № 2 хорошо детонирует от капсюля- детонатора № 8. В данное время акваниты проходят промышленные испытания.

 

8. ОКСИЛИКВИТЫ.

Оксиликвитами называются горючие пористые вещества (называемые в данном случае поглотителями), пропитанные жидким кислородом. Жидкий кислород -  весьма подвижная жидкость голубоватого цвета, кипящая при температуре -182,5°. Вследствие чрезвычайно низкой точки кипения жидкий кислород хранится и перевозится в специальных двустенных металлических сосудах, из междустенного пространства которых выкачан воздух. В качестве поглотителей используются сажа, древесный уголь, а также различные целлюлозные материалы (молотые торф, камыш, солома и пр.). Наименее опасными считаются оксиликвиты на целлюлозных поглотителях. Характерной особенностью этих ВВ является непостоянство их состава вследствие непрерывно испаряющегося жидкого кислорода. Раздельно жидкий кислород и поглотители безопасны. После пропитывания чувствительность оксиликвитов приближается к таковой для динамитов. По окончании испарения жидкого кислорода поглотитель вновь становится совершенно безопасным. Время, в продолжение которого оксиликвит сохраняет взрывчатые свойства, называется временем жизненности. Различают жизненность до точки и до точки СО. Это время сравнительно невелико, что обусловливает четкую и быструю работу с оксиликвитами по окончании пропитывания. В СССР в настоящее время оксиликвиты не применяются.

 

9. ДЫМНЫЙ  ПОРОХ.

Дымный (черный) порох представляет собой механическую смесь серы, селитры и угля. В порохе применяется калиевая (иногда натровая) селитра, служащая окислителем для серы и угля. Сера служит цементатором, связывающим селитру с углем, а также горючим, облегчающим воспламенение пороха, так как сера воспламеняется легче угля. Уголь играет роль горючего.

Дымный порох - характерный  представитель группы ВВ, обладающих четко выраженным метательным действием. При взрывании от искры или пламени порох дает скорость 400 м/сек. При инициировании детонатором или детонирующим шнуром порох детонирует со скоростью до несколько тысяч м/сек.

В СССР дымный порох в  основном применяется для изготовления огнепроводного шнура и в ограниченном количестве при добыче штучного камня. Порох для шнура состоит из 78% калиевой селитры, 12% серы и 10% угля; он готовится в виде мельчайших зерен: число зерен в 1 г пороха 4000—7000 шт. Порох для взрывных работ содержит 75% калиевой селитры, 10% серы и 15% угля. Зерна пороха имеют размеры (в ребре) 0,5-2,0 мм.

Дымный порох опасен в обращении. Зажженный на воздухе  он взрывается даже в небольших количествах. От удара или трения пороховая  пыль (всегда содержащаяся в порохе) легко взрывается. Искра от удара железа о камень легко взрывает порох. Порох сравнительно легко увлажняется и теряет взрывчатые свойства. Максимально допустимое содержание влаги 1%. При хранении порох следует оберегать от влаги.

 

10. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ  ПАТРОНЫ ДЛЯ ОТБОЙКИ УГЛЯ.

Принцип физического  взрыва применен в металлических  патронах, используемых для отбойки  подрубленного угля в лавах при  двух открытых поверхностях. Иногда такие  патроны применяются в забоях с одной открытой поверхностью, но эффективность их в этих условиях невелика. Устройство различных патронов примерно одинаково: в патроне, выполненном из толстостенной (3—5 мм) металлической трубы герметически закрытой с обоих концов, внезапно под влиянием внешнего импульса повышается давление, разрушающее наиболее слабую часть ее, которая выполнена в разрядной головке патрона в виде разрядного диска, имеющего меньшую толщину и прочность по сравнению с корпусом патрона. Образовавшиеся сжатые газы имеют большое давление и стремятся к расширению до нормального объема: через образовавшийся проход и отверстия в разрядной головке они вырываются в шпур и разрушают уголь. Степень дробления при отбойке патронами более крупная, чем при отбойке ВВ, так как рабочее давление находится в пределах 700—1500 ат., что в десятки, раз меньше, чем при взрыве ВВ.

В зависимости от принципа, положенного в основу создания давления внутри патрона, они могут быть разделены  на: углекислотные (кардокс), патроны  с химически активными веществами (кемикол, гидрокс английский) и патроны  со сжатым воздухом (айрдокс, армстронг). В патроны кардокс снаряжается жидная углекислота и помещается нагревательный элемент, который, сгорая, превращает жидкость в газ, имеющий очень большое давление (нагревание выше критической температуры). В патроны с химически активными веществами снаряжаются минимум два порошкообразных вещества (например, нитрит натрия и хлористый аммоний), которые при нагревании специальным элементом реагируют с образованием хлористого натрия, паров воды и азота, также приобретающих большое давление. В патронах третьей группы находится воздух, сжатый до 600-700 кг/ , который мгновенно выпускается в шпур и разрушает уголь. Эти способы получили собирательное название беспламенного взрывания, считаются безопасными и допущены для шахт, опасных по газу или пыли.

 

 

11. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВВ.

БЕСПЛАМЕННОЕ  ВЗРЫВАНИЕ.

Одно из главных требований к предохранительным ВВ - ограничение  энергии (теплоты) взрыва до 900 ккал/кг. Для уменьшения теплоты взрыва в  состав предохранительных ВВ вводят инертные добавки, которые снижают температуру взрыва вследствие поглощения тепла на свое нагревание, плавление и испарение. Тонкое измельчение инертных добавок улучшает предохранительные свойства ВВ, но снижает их детонационную способность.

В обычных предохранительных  ВВ пламегаситель равномерно перемешан  с массой ВВ (аммониты, АП-5ЖВ и ПЖВ-20).

ВВ в оболочках представляют собой патрон более мощного предохранительного ВВ с оболочкой, которая может  целиком состоять из пламегасителя (пассивная оболочка), обладать слабыми взрывчатыми свойствами (активная оболочка) или содержать повышенное количество пламегасителя. Оболочку, как правило, изготовляют толщиной не более 5 мм. Наиболее перспективными считаются предохранительные ВВ в жестких оболочках.

Разрабатываются ВВ повышенной критической плотности, устойчивые в отношении переуплотнения при  динамических нагрузках от ударных  волн. Это мипориты, аналогичные  по составу аммониту ПЖВ-20 с добавкой мипоры (очень легкого полимера  с удельным весом 0,02 - 0,08 г/ ), придающей ВВ упругоэластичные свойства, вследствие чего   мипорит менее склонен к уплотнению. Из-за недостатков, обнаруженных при промышленных испытаниях мипорита, его пока не применяют в угольной промышленности.

Эффективно применение патронов ВВ в водонаполненных полиэтиленовых оболочках. Патрон ПВП-1У состоит из двух ампул. Внутренняя ампула заполнена зарядом ПЖВ-20 массой 120 - 150 г, а промежуток между внутренней и наружной ампулами - раствором аммиачной селитры концентрацией до 60%.

Угленит Э-6 имеет работоспособность 130 - 170 ,содержит нитроэфиры и обменные соли, характеризуется пониженной склонностью к выгоранию по сравнению с аммонитом ПЖВ-20. При взрыве таких ВВ протекает реакция, при которой пламегаситель NaCl выделяется в молекулярном виде. В состав таких ВВ можно ввести до 60% пламегасителя.

Угленит № 5 имеет еще  более низкую работоспособность (50 - 90 ) и не детонирует в открытых зарядах.

Ни одно из рассматриваемых ВВ не обеспечивает полной гарантии невоспламенения взрывоопасной рудничной атмосферы. Поэтому для ведения взрывных работ разработан комплекс мероприятий, предотвращающих воспламенение метано-пылевоздушной смеси.

Для повышения безопасности работ по отбойке угля в особо сложных условиях вместо ВВ используется высокое давление инертных газов или воздуха, вытекающих в забойную часть шпура из специальных металлических патронов. Существуют следующие способы беспламенного взрывания:

1) кардокс, при котором  образование газов происходит в результате быстрого испарения жидкой углекислоты при нагревании;

2) гидрокс, при котором  образование газов происходит  вследствие возбуждения в смеси  твердых веществ при нагревании  интенсивной химической реакции.  В качестве компонентов смеси используют аммиачную селитру, гексогидрат нитрата магния и древесную муку; при реакции образуется ;

3) эрдокс, при котором  в патрон, размещенный в шпуре,  подается от специального компрессора  воздух под давлением 700 - 800 кг/ .

Патрон для беспламенного  взрывания состоит из полого стального  цилиндра, зарядной и разрядной головок. При пропускании тока через мостик накаливания нагревательного элемента последний нагревает углекислоту  или другой состав, вызывая бурное выделение газов. При этом давление в патроне может достигать 5000 кг/ .

Величина давления регулируется толщиной стального диска в разрядной  головке. Обычно патроны для беспламенного  взрывания используются многократно (200 раз и более).

        Длина патрона 1,2 - 1,6 м, диаметр 44-64 мм, масса 6 - 12 кг, масса заряда 380 - 480 г.

В СССР для беспламенного  взрывания по способу гидрокс  созданы патроны БВ-48 и комплекс необходимого оборудования. Промышленными  испытаниями патронов БВ-48 на шахтах установлено, что их целесообразно применять в сверхкатегоных шахтах при добыче сортового угля с коэффициентом крепости f не выше 1,5.

 

12. РАСЧЁТ КБ.

Вычислить КБ смеси содержащей по массе:

60 % - ;

30 % - октогена;

10 % - Al.

 

В 1000 гр. ВВ заданного  состава содержится 600 гр. - (калиевая селитра); 100 гр. – Al(алюминий); 300 гр. - (октоген).

 

      - 600 гр. – М=101;

       Al        - 100 гр. – М=27;

- 300 гр. – М=296.

 

Число молей этих компонентов  в 1 кг. смеси заданного состава составляет:

(моль);

(моль);

(моль);

      в смеси содержится 

5,9 +3,7Al+1,01 .

  Для вывода условной химической формулы, которая должна иметь общий вид:   , вычисляем число молей:

- атомов углерода     a=1,01*4=4,04;

- атомов водорода    b=1,01*8=8,08;

- атомов азота           c=5,9*1+1,01*8=13,98;

- атомов кислорода  d=5,9*3+1,01*8=25,78;

- атомов алюминия  l=3,7*1=3,7.

Таким образом, условная химическая формула  имеет вид:

,

а кислородный баланс ВВ по формуле

     равен:

 

Ответ: кислородный баланс смеси положительный;   КБ равен +12,976%.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

 

 

• Зуйков А. И., Герасимов В. А.   Промышленные взрывчатые вещества. 
• Ассонов В. А.  Взрывчатые вещества и их применение в горной промышленности.
• Дубнов Л. В., Бахаревич Н. С.    Промышленные взрывчатые вещества.