17 Ноября 2002 — 28 Ноября 2002
5483. 
Devil
Данная информация была содрана из книги «промышленные взрывчатые вещества»(авторы: Л.В.ДУБНОВ, Н.О.БАХАРЕВИЧ, А.И.РОМАНОВ) 1988года выпуска, были опущены графики и таблицы (за неимением сканера и друзей с оным)данная инфа набивалась в нетрезвом виде вручную так что просьба за орфаграфические и пунктационные очепятки не перебирать по косточкам весь мой семейный фотоальбом, опять же инфа данная на практике мной лично нетестирована,хотя и взята тоже не с потолка,вощем читайте потом оценку свою скажете , с уважением к вам Devil.
Заполнение пустот между частицами сыпучих ВВ жидкостью способствует повышению плотности ВВ, придаёт им текучесть, пластичность и дружие стуктурно-механические св-ва . В качестве жидкого наполнителя и пластифицирующего в-ва обычно используют водные гели, а содержащие их вв называют водонаполненными (ВВВ). Водонаполнение гранулированых ВВ способствует так-же снижению критического диаметра, повышению скорости детонации, бризантного действия взрыва и других параметров детонации. Вместе с тем водный пластификатор может также-флегматизировать ВВ. Поэтому подбирают оптимальное соотношение между твёрдой фазой и жидким наполнителем, определяемое требуемыми реологическими св-вами, грануломертическим и химическим составом твёрдой фазы.
Вода как наполнитель пром. ВВ имеед ряд достоинств. Вследствие растворения в ней АС пространство между частицами ВВ заполняется насыщенным раствором с плотностью около 1,3г/см3 благодаря чему при содержании воды 5-15% средняя плотность ВВВ достикает 1,5г/см3 а при содержании в составе водорастворимых нитратов щелочных и щелочноземельных металлов 1,6г/см3 при начальной (насыпной плотности ВВ 0.8-0.9 г/см3 . Кроме того , вода снижает чувствительность состава , придаёт ему текучесть или пластичность , появляется возможность механизированной перекачки низковязких ВВВ по трубопроводам и шлангам с помощью насосов различной конструкции.
Недостатком воды как наполнителя явл. её хим. иннертность, поэтому в составах без металлов она служит балластом. Часть тепла выделяющегося при взрыве расходуется на прогрев воды и её испарения. Причём к моменту завершения механической работы продукты взрыва сохраняют температуру выше 100 0С и возврата тепла в следствие конденсации паров не происходит. Некоторое повышение термодинамичесского КПД взрыва достигается в результате обогащения продуктов взрыва водяными парами, так как средняя теплоёмкость продуктов взрыва уменьшается и увеличивается общий объём газов, отнесённый к единице массы ВВ. Но за счёт этого потери тепла компенсируются неполностью. Так , работа взрыва водосодержащих аммонитов с нулевым КБ на единицу их массы и в пересчёте на единицу массы сухого в-ва меньше чем тех-же ВВ в сухом состоянии. Для аммоналов термодинамический выигрыш от обогащения продуктов взрыва водяными парами больше.
Известны ВВВ различного хим состава и реологических св-в — от жидкотекучих, до густых резиноподобных. Простейшие композиции таких ВВ представлены смесью АС и тротила или алюминия и водного геля. Более сложные составы содержат одновременно тротил и алюминий, гранулированый сплав тротила с гексогеном или тэном , нитраты щелочных и щелочноземельных металлов, антифризы и др.
Благоприятным с энергетической точки зрения явл. введение в состав ВВВ(акваналы) алюминия. В этом случае вода по отношению к аллюминию явл окислителем. теплота реакции взаимодействия воды с алюминием 8710кДж/кг, а реакция окисления алюминия АС 9750кДж/кг . Несмотря на эти достоинства простейших акваналов , несодержащих взрывчатый сенсибилизатор, их применение ограничено в основном из-за низкой детонационной способности. Составы подобного типа сенсибилизируют газовыми пузырьками и применением высокодиспесрной ал.пудры . Из отечественных сортов пудры высокую детонационную способность акваналов обеспечивает ал. пудра марок ПАК-3 и ПАК-4. Близкие к ним характеристики имеет пудра мапрок ПАП-1 и ПАП-2.
Насыщение акваналов газовыми пузырьками производят несколькими способами. Простейший из них состоит в механическом занесении пузырьков воздуха в массу ВВ при интенсивном перемешивании водного раствора АС с ал.пудрой или порошком. Этот процесс называется аэрацией. Другой способ состоит в том, что в состав ВВВ вносят так называемые порофоры — в-ва, способные взаимодействовать с каким либо из компонетнов ВВ с образованием газовых продуктов реакции, например нитрит натрия , который взаимодействует с нитратом аммония с выделением газообразного азота по реакции :
NaNO2+NH4NO3=NaNO3+2H2O+N2
Практикуют и введение в состав ВВ полых тонкостенных шариков из какого-либо полимера или стекла, заполненных воздухом(микросферы). Первые два способа более экономичны, но получаемые ВВВ менее физически стабильны . При хранении и температурных изменениях газовые включения могут диффундировать в атмосферу., в результате чего дет. способность таких ВВ падает.
Механизм сенсибилизации ВВВ газовыми пузырьками сводится к тому, что при адиабатическом сжатии их в детонационной волне они сильно разогреваются и служат «горячими точками», способствующими распространению детонации по заряду.
Скорость детонации ВВВ повышается с уменьшением размеров частиц селитры и алюминия. Оптимальное по дет. Характеристикам содержание раствора селитры возрастает с увеличением содержания алюминия в составе ВВВ. Избыток раствора приводит к снижению дет.способности ВВ.
Согласно исследованиям В.Э. Анникова и Б.Н. Кондрикова, Критический диаметр акванала ,содержащего 20% пудры марки ПАК-3 , приплотности ВВ 1,2г/см3 составил 5мм. Удовлетворительной детонационной способностью характеризуются так-же составы , в которых часть мелкодисперсной пудры заменена на более грубый порошок ПА-3 или ПА-4.
Установлено , что критический диаметр детонации обратно пропорционален квадрату произведения удельной поверхности дисперсного алюминия на коэффицент растворимости окислителя.
Первые ВВВ , сенсибилизированные тротилом, были разработаны в 1957г. и сразу -же получили пром применение благодаря простоте изготовления и достаточно хорошей востроизводимости составов. В отличие от аэрированых ВВ , эти ВВ можно применять в глубоких скважинах и при подводном взрывании, т.е. при повышенном гидростатическом давлении.
Наиболее распространённым сенсибилизатором явл. тротил, реже смесь тротила с гексогеном.
По данным В. Иоффе, заметное сенсибилизирующее действие оказывают тяжёлые добавки- сульфат бария, вольфрам, цинк и другие. В швеции для этой цели используют бистринитроэтилмочевину.
Гелеобразующими агентами являются набухающие в воде синтетические или природные полимеры, в частности некоторые полисахариды растительного происхождения (гуаргам) в различных модификациях , соли карбоксиметилцллюлозы, плиакриламид и др. Водные гели являются не только водонаполнителями и пластификаторами, но также предотвращают или замедляют вымывание частив селитры и других водорастворимых солей из ВВ при заряжании обводнённых скважин, придают им пластичность, в отдельных случаях липкость, и другие полезные эксплуатационные качества. В зависимости от способа приготовления ВВВ требования к загустителям могут быть различными.
Большое значение при выборе загустителя как компонент ВВ имеет кинетика образования коллоидного раствора . При изготовлении низковязких текучих ВВВ (slurry) на месте применения необходима быстрая желатинизация, в гелеобразных ВВВ которые изготавливаются в заводских условиях, процесс загущения может быть более длительным. Он начинается с образования суспензии загустителя и образования вязкого колоидного раствора. Процесс разбухания связан с проникновением молекул растворителя в полимер . Молекулы растворителя проникая в пространство между звеньями вывсокомолекулярного загустителя , раздвигают цепи микромолекул что приводит к набуханию образца. Набухание переходит в собственно растворение или неорганическое набухание в том случае , если между макромолекулами отсутствуют поперечные связи. Разделение цепей ослабляет силы межмолекулярного взаимодействия и позволяет макромолекулам диффундировать в растворитель. Для образования прочных структур с поперечными связями , вводятся специальные сшивающие агенты, обычно ввиде солей металлов с переменной валентностью (хрома и др.)
Водозащитные свойства гелей зависят от природы и количества загустителя и сшивающего агента, определяющих вязкость геля и его стабильность.
Содержание загустителя в ВВВ обычно составляет 0.7-1.5%, воды 5-15%. Влияние воды на вязкость составов выражается следующими цифрами:
Содержание воды, % ……….. 10 12 15 18 20 23
Вязкость на приборе Баха,
Па*с ………………………………>80 79 45 2.1 2 <2
ВВВ с загустителем и сшивкой характеризуются более высокими водоустойчивыми свойствами чем без сшивки.
Для ВВВ с аллюминием помимо физической нужно обеспечить ещё и хим стабильность составов , с учётом способности алюминия взаимодействовать с водой, особенно в присутствии щелочей. Исследования в этой области выполнены Б.Я.Светловым Р.Н.Солнцевой А.Г.Павловым.
Имеются два эфективных способа стабилизации: гидроизоляция и пасивирование частиц алюминия. Надёжная гидроизоляция ВВ содержащих тротил и алюминий одновременно , достикается совместной грануляцией двух этих компонентов из суспензии алюминиевого порошка в расплаве тротила по технологии получения алюмотола. Пассивирование достигается образованием на поверхности частиц алюминия прочной и плотной оксидной плёнки при введении в состав небольших количеств (до 2,5%) солей хромовой кислоты, нитритов и других водорастворимых активных окислителей. Стабилизации плёнки способствует добавка фосфатов. Для повышения хим. стабильности применяют так-же ингибированную ал. пудру.
Активность алюминия возрастает с увеличением удельной поверхности частиц. Замечено что скорость реагирования алюминиевой пудры ПП-4 с горячей водой примерно вдвое выше, чем порошка ПА-1. Поэтому в ВВВ тима акваналов вводят порошки алюминия с наиболее крупными частицами. Раствор загустителя недолжен давать щелочную реакцию , так как щелочность способствует взаимодействию алюминия с водой. Растворы АС с гидролизной кислотностью (pH<7) более стойки к алюминию чем вода.
В состав ВВВ в качестве окислителей помимо АС могут входить так-же нитраты щелочных и щелочноземелных металлов и другие соединения, например перхлораты.
Нитраты металлов повышают плотность ВВВ. Так, например, плотность метализированного акватола в зависимости от соотношения в составе ВВ АС и натриевой селитры меняется следующим образом:
Аммиачная селитра, %……………..46,5 26,5 16,5 0
Натриевая селитра, %……………..0 20 30 46,6
Плотность, г/см3……………….1,36 1,48 1,55 1,63
Недостатком нитратов металлов как окислителей является образование благодаря им твёрдых продуктов взрыва (окислов, гидроокисей или карюонатов металлов), что ухудшает термодинамические характеристики продуктов взрыва. К недостаткам перхлоратных солей можно отнести их меньшую чем у нитратов растворимость в воде, к достоинствам- меньшую зависимость растворимости от температуры, бОльшую энергоёмкость, благодаря чему повышаются энергетические характеристики ВВВ по сравнению с аналогами , содержащими АС или другие нитраты.
Увеличение вязкости и снижение пластичности при низких температурах ограничивают область применения ВВВ. Всвязи с этим снижение температуры их затвердевания является одной из важных задач совершенствования ВВВ.
Одним из известных путей снижения температуры замерзания водных растворов является введение в эх состав антифризов и подбор окислителей и их сочетаний с низкой температурой затвердевания водных растворов. К анитфризам используемым в составе ВВВ предъявляют следующие требования: высокая растворимость в воде и насыщенных растворах окислителей , низкая температура антифриза и его смеси с растворами солей, невысокий отрицательный кислородный баланс , отсутствие растворяющего действия по отношению к основному взрывчатому компоненту, высокая температура кипения, низкая летучесть, невысокая вязкость антифриза и его смеси с водными растворам солей, особенно при понижении температуры. Перечисленным требованиям могут удовлетворять низкомолекулярные соединения типа амидов низших кислот и др.
Для обеспечения достаточно низкой температуры затвердевания жидкой фазы содержание антифриза в насыщенном растворе окислителя должно составлять 20-30%.
При введении в состав ВВВ 10-30% кальциевой селитры температура замерзания состава снижается до -58 оС. Ещё более сильное влияние оказывают хлориды кальция и магния. При их введении в состав в количестве 10% температура замерзания акванола снижается до -46оС, однако эти соли заметно флегматизируют ВВ. Натриевая селитра и формамид снижают температуру замерзания акванолов примерно до того-же уровня что и этилцеллозольв, но формамид несколько снижает детонационные параметры акватолов.
Во всех случаях с понижением температуры растворосодержащего ВВ его восприимчивость к детонации падает , что связано с увеличением вязкости в-ва.
Критерием детонационной способности аэрированых акваналов служила предельная плотность , при которой наблюдалась устойчивая детонация в заряде диаметром 19мм и длинной 120мм при инициировании электродетонатором. Заряды помещались в стеклянные оболочки с толщиной стенки в 1мм. Аэрированный состав содержащий в качестве окислителя АС, при комнатной температуре устойчиво детонировал приплотности до 1,24г/см3 , при уменьшении начальной температуры критическая плотность снижалась.
при температуре -5 оС критическая плотность составляла 1,11г/см3, при -10 оС в заряде плотностью 1,11г/см3 детонация не возбуждалась.
Замена АС на нитрат натрия повысила критическую плотность до 1,3г/см3 при температуре 19 оС, влияние в этом случае на ктритическую плотность значительно слабее. Состав устойчиво детонировал при температуре до -30 оС, критическая плотность при э
том составила 1,15г/см3.
Сенсибилизирующее действие нитрата натрия при пониженной температуре проявляется за счёт увеличения доли окислителя, находящегося в растворе, так как совместная растворимость смеси нитратов натрия и аммония выше чем одного нитрата аммония. Такое влияние связано с тем что при детонации в реакции учавствует окислитель растворённый в воде, Определяющую роль в этом случае играет весь кислород содержащийся в окислителе.
Здесь имеет место аналогия с индивидуальными пористыми ВВ, у которых чувствительность к ударной волне тем больше, чем больше кислорода они содержат.
Давление инициирования от плотности выражается линейной зависимостью.
Чем больше кислорода в составе водонаполненной смеси, тем меньше давление инициирования.
ВВВ без пузырьков газа мало восприимчивы к детонационному импульсу и требуют дополнительного детонатора. По механизму возбуждения и распространения детонации ВВВ близки к жидким ВВ. Их применяют как на открытых работах(акватолы,акваналы,карбатолы), так и на подземных (акваниты). ВВВ для наземных работ имеют произвольный КБ, для подземных — близкий к нулевому.
При разработке ВВВ для подземных работ приходится считаться с ограничением по кислородному балансу, а так-же меньшим диаметром скважин, т.е. применять ВВВ с меньшими значениями dкр и dпр .
Основные приемущества ВВВ перед гранулированными и порошковыми ВВ состоят в их высокой плотности , водоустойчивости , способности целиком заполнять зарядные ёмкости без принудительного уплотнения и безопасность в обращении определяемая низкой чувствительностью к механическим и тепловым воздействиям. ВВВ позволяют достигать концентрации энергии в зарядах в 1,8-2 раза большую чем патронированные ВВ, и получать тем самым высокие результаты взрывания крепких пород. Вместе стем более сложный рецептурный состав и технология изготовления, меньшая физическая стабильность удорожают их сравнительно с гранулированными ВВ.
Сдерживающими применение ВВВ факторами являются следующие: Многокомпонентность сотавов и наличие в них импортируемых компонентов (гуаргам), сложность технологического процесса изготовления, высокая стоимость составов( в 5-6 раз выше чем АС-ДТ) , низкая чувствительность к инициирующему импульсу.
Дальнейшее совершенствование ВВВ привело к созданию составов не содержащих тронила и алюминия, а сенсибилизированых только горючими добавками (нефтепродуктами и др.) , которыми либо пропитывали пористые гранулы АС , входящие в состав твёрдой фазы водной суспензии, либо эмульгируют их в водном растворе селитры, получая прямые эмульсии типа «масло в воде» или обратные типа «вода в масле» их можно использовать для наполнения твёрдыми компонентами, таким образом появился новый тип ВВВ- эмульсионные ВВ(ЭВВ) . Акватолы- растворонаполненные ВВ, представляющие собой плотные нерасслаивающиеся суспензии, твёрдой фазой которых служит смесь аммиачной селитры с гарнулотолом или алюмотолом. Жидкая фаза суспензии представлена насыщенным раствором АС , целиком заполняющим межгранульное пространство в заряде ВВ. Ранее эти составы были извесны под названием ифзанитов, или горячельющихся ВВ марки ГЛТ. Наиболее распространён акватол Т-20, содержащий 20% гранулотола или алюмотола. Имеется несколько его модификаций.
Для придания водоустойчивости раствор загущают солью карбоксиметилцеллюлозы и дополнительно его структурируют сшивающими агентами. В акватоле Т-20 содержание воды составляет 20%. ВВ предназначено для сухих и обводнённых скважин диаметром более 100 мм, устойчиво детонирует от стандартной шашки-детонатора.
Карбатолы- литьевые ВВ, отвердевающие после загрузки в скважину. Их изготовляют из низкоплавкой эвтектики аммиачной селитры и карбамида , сенсибилизированной тротилом, которая по своей плотности мало отличается от гранул тротила, что делает суспензию нерасслаивающейся до затвердевания без введения загустителя. Эвтектическая смесь плавится и содержится в расплаве до момента смешивания при температуре ниже плавления тротила. Использование низкоплавкой эвтектики упрощает изготовление карбатолов и повышает их безопасность в полевых условиях.
Карбатолы характеризуются высокой плотностью, в их состав вводится 3-5% воды для образования раствора Иногда они содержат в качестве структурообразователя соли карбоксиметилцеллюлозы с бихроматом, используемым для сшивки.
Врывчатое разложение стехиометрической смеси карбамид-селитра происходит по уровнению
CO(NH2)2+3NH4NO3=CO2+8H2O+4N2
с выделением 3810кДж/кг тепла и образованием 968л/кг газов. Для обеспечения устойчивой детонации скважинных зарядов больших диаметров (200-300мм) требуется промежуточный детонатор массой не менее 400 гр.
В карбатоле ГЛ-15Т сенсибилизатором служит гранулотол; карбатол ГЛ-10В наряду с гранулотолом содержит аллюминиевый порошок, который в процессе изготовления эвтектической смеси пассивируется, что обеспечивает ему нужную хим. стабильность. Карбатол ФТ-10 в качестве высококалорийного и недорогого металла содержит ферросилиций.
Карбатолы практически не чувствительны к мех воздействиям на стадиях приготовления и заряжания, в том числе при повышенной температуре(до 200 оС) . По удельному электрическому сопротивлению карбатолы относятся к полупроводникам, и имеют низкую чувствительность к электрической искре при действии на образцы искрового потока различной энергии. Они так-же нечувствительны к лучу огня огнепроводного огня при непостедственном соприкосновении с пламенем.
Карботолы изготавливаются на месте применения из раздельных компонентов.