Лекция №3

Тема: Физические и физико-химические характеристики промышленных взрывчатых веществ.

Наиболее важные физические и физико-химические характеристики промышленных ВВ, имеющие практическое значение: плотность; дисперсность, или гранулометрический состав; сыпучесть; пластич­ность; текучесть; гигроскопичность; влажность; слеживаемость; водо­устойчивость; расслаиваемость; пыление; летучесть; эксудация; старе­ние и химическая стойкость.

Плотность. Различают собственную или истинную плотность ВВ, плотность ВВ в заряде, насыпную или гравиметрическую плотность (для сыпучих ВВ) и плотность заряжания.

Истинная плотность — собственная плотность веще­ства, т. е. масса единицы объема данного химического вещества (для твердых ВВ — плотность монокристалла).

Плотность ВВ в заряде (патроне, шашке) определяет количество (массу) вещества в объеме заряда. Иногда ее выражают в относительных вели­чинах — долях от истинной плотности ВВ.

Насыпная плотность — характеристика, относящаяся только к сыпучим ВВ. Определяем вес единицы объема свободно насы­панного вещества. Важная характеристика, позволяющая рассчитать величину заряда при засыпке ВВ в скважину.

Плотность заряжания Δ в строгом понимании — масса ВВ, отнесенная к полному свободному объему зарядной камеры (выбуренному объему за вычетом объема, занимаемого забойкой).

Дисперсность ВВ — степень их раздробленности (измельчения). Гранулометрический состав гранулированных и крупнозернистых ВВ — характеристика распределения гранул (зерен) по размерам. Обе эти характеристики обычно определяют ситовым анализом — рас­севом на фракции с помощью набора сит с последовательно убывающим размером отверстий.

Сыпучесть — способность ВВ свободно, под действием собствен­ного веса, высыпаться из тары, заполнять при заряжании зарядную полость и перемещаться по шлангу при пневмозаряжании. Сыпучесть является важной характеристикой непатронированных ВВ, предназна­ченных для пневматического заряжания. Сыпучесть можно оценивать по величине угла естественного откоса или скорости прохождения ВВ через калиброванное отверстие воронки (бункера). Чем меньше угол и больше скорость потока, тем выше сыпучесть. Лучшей сыпучестью обладают гранулированные ВВ. Сыпучесть порошкообразных ВВ в большинстве случаев недостаточна для высокопроизводительного заряжания россыпным ВВ или пневматическим способом. У таких ВВ сыпучесть особенно сильно зависит от содержания влаги: с возра­станием влажности до 1,0 % сыпучесть резко падает.

Пластичность — способность ВВ к неупругой деформации. Пласти­чные ВВ способны легко деформироваться под воздействием внеш­них нагрузок и сохранять придаваемую им форму. Ее можно опреде­лить по деформации (усадке) столбика ВВ под силой собственной тяжести и по усилию проникания иглы в массу вещества. Способность пластичных ВВ легко деформироваться позволяет достигать плотности заряжания, близкой к плотности самих ВВ. Пластичность ВВ снижается с понижением температуры. В некоторых ВВ она снижается и в резуль­тате «старения» — физико-химических процессов, происходящих в ве­ществе. Иногда пластичность можно восстановить разминанием патро­нов руками или размешиванием массы механическим способом (ВВ, обладающие тексотропными свойствами).

Текучесть — характеристика низковязких водонаполненных ВВ, показывающая способность заполнять зарядную камеру под силой собственной тяжести. В сильной степени зависит от температуры ве­щества.

Гигроскопичность — способность вещества самопроизвольно поглощать влагу из воздуха и увлажняться. Увлажнение происходит, начиная с определенных значений относительной влажности и тем­пературы окружающего воздуха, характерных для каждого вещества и зависящих от его-химического строения. Гигроскопичность вещества характеризуется гигроскопической точкой, выра­жаемой в процентах относительной влажности воздуха, при которой вещество не подсыхает и не увлажняется. Чем выше гигроскопическая точка вещества, тем менее гигроскопично вещество. Величина гигро­скопической точки зависит от температуры: с повышением температуры она у большинства гигроскопических веществ снижается, а скорость поглощения влаги возрастает. К гигроскопическим относятся аммиач­ная селитра (гигроскопическая точка ее при 25° С равна 62,7%), каль­циевая селитра (44%), натриевая селитра (74,5%), хлористый натрий (75,5%). Все промышленные ВВ, в состав которых входят эти или другие гигроскопические компоненты, в той или иной степени гигро­скопичны. Наиболее гигроскопичны аммиачно-селитренные ВВ. Гигро­скопическая точка большинства аммиачно-селитренных ВВ при тем­пературе 15—20° не превышает 68%. Поэтому они при хранении часто увлажняются. Увлажнение нарушает их физическую стабильность (способствует слеживанию, эксудации), снижает чувствительность к детонации и водоустойчивость.

Слеживаемость — способность сыпучих ВВ превращаться в свя­занную массу с полной потерей сыпучести и, как правило, значитель­ным снижением детонационной способности.

Слеживание чаще всего происходит в результате кристаллизации из пленочного раствора легко растворимых солей, входящих в состав смесевых ВВ, которые связывают твердые их частицы микрокристал­лическими мостиками. От количества и прочности таких мостиков зависит степень слеживания. Количество и прочность мостиков, в свою очередь, находятся в прямой зависимости от исходной влажности и температуры ВВ, способности компонентов растворяться в воде и степени изменения растворимости от температуры.

Поскольку аммиачная селитра очень хорошо растворяется в воде, все ВВ на ее основе способны сильно слеживаться, если в их составе нет добавок против слеживаемости. Слеживанию способствует моди- фикационное превращение кристаллов аммиачной селитры при пере­ходе через температурную точку 32,3° С, сопровождающееся увеличе­нием объема. Поэтому колебание температуры аммиачно-селитренного ВВ при хранении с переходом через указанную температурную точку модификационного превращения весьма нежелательно.

Покрытие ВВ разрыхляющими, опудривающими или гидрофоби- зирующими добавками некоторых веществ предохраняет ВВ от слежи­вания.

Водоустойчивость ВВ порошкообразной структуры — способность противостоять проникновению воды внутрь его патронов (зарядов), которая может нарушать их структуру, вызвать флегматизацию и привести к снижению взрывного эффекта или к полному затуханию детонации. Проникновению воды препятствуют капиллярные силы гидрофобных пор, образующихся между частицами уплотненного порошка, поверхность которых не смачивается водой. Поэтому в состав порошкообразных ВВ вводят гидрофобные добавки. Чем меньше диа­метр и выше гидрофобность пор, тем выше водоустойчивость порошко­образных ВВ. Повысить ее можно увеличением дисперсности (тонкости помола) ВВ и уплотнением патронов или зарядов при беспатронном заряжании. Патроны мелкодисперсных хорошо гидрофобизированных аммонитов выдерживают многочасовое пребывание в обводненных шпурах и скважинах. В непатронированном виде аммониты, однако, непригодны для заряжания засыпкой в воду, в которой они не гонут, а при принудительном потоплении смешиваются с ней и сильно флег- матизируются.

Сплошные ВВ (пластичные динамиты, водонаполненные и загу­щенные акватолы и акваниты, литые куски и шашки тротила) водо­устойчивы потому, что в них почти полностью отсутствуют поры, через которые могла бы проникнуть вода, а выщелачивание водораствори­мых компонентов происходит замедленно, в основном за счет поверх­ностной диффузии.

Степень водоустойчивости порошкообразных ВВ можно характе­ризовать величиной гидростатического давления столба воды, необхо­димого для проникновения ее внутрь заряда, или времени, в течение которого заряд сопротивляется ее проникновению при определенном заданном давлении.

Под водоустойчивостью сыпучих гранулированных ВВ понимают способность гранул не растворяться в воде или противостоять про­никновению ее внутрь и устойчиво детонировать при засыпке в воду, которая в этом случае заполняет все воздушные промежутки между гранулами. Степень водоустойчивости таких ВВ зависит от величины и плотности гранул, способности их не растворяться и не разрушаться в воде. Ее можно также характеризовать временем, в течение которого водонаполненные заряды не теряют способности детонировать и не снижают своего взрывного эффекта.

Расслаивание — самопроизвольное или под влиянием внешних причин разделение ВВ на составные части или на отдельные компо­ненты, происходящее с некоторыми сыпучими и пластичными ВВ, которые состоят из разнородных по форме или физическому состоянию, размерам и удельному весу составных частей. Небольшое расслаивание иногда наблюдается при засыпке или пневматическом заряжании зерно- гранулитов, получаемых механическим смешением гранулированной селитры с гранулированным или чешуированным тротилом. При боль­шой скорости потока в процессе пневмозаряжания может срываться и отслаиваться древесная мука у гранулита С-2, алюминиевая пудра у гранулитов АС-4 и АС-8, дизельное топливо у игданита. При хране­нии этих ВВ, в процессе которого возможно их увлажнение, под дей­ствием силы тяжести может происходить стекание в нижние слои жидкого компонента.

Хорошо приготовленные ВВ в нормальных условиях хранения и применения расслаиваются незначительно, и этот фактор в боль­шинстве случаев не влияет существенно на результаты взрыва.

Расслаивание наблюдается у водонаполненных акватолов, у кото­рых при недостаточном загущении жидкой фазы и длительном хране­нии ВВ происходит постепенное оседание и скапливание в нижних слоях крупных твердых частиц компонентов. Могут отслаиваться крупные частицы соли у предохранительных ВВ до их патрониро­вания.

Пыление — способность сыпучих ВВ при обращении с ними загрязнять окружающую атмосферу своими мелкодисперсными (пыле­образными) частицами или делать ее взрывоопасной. Пыление нахо­дится в прямой зависимости от дисперсности ВВ, состояния поверхности его частиц (степени увлажнения, ожиривания) и скорости потоков, создаваемых в процессе пневмозаряжания.

Пыление наиболее часто наблюдается при заряжании пневматиче­ским способом. Его можно существенно понизить или полностью устра­нить увлажнением или дополнительным ожирением ВВ маслом, под­бором соответствующих пневмозарядчиков с пылеулавливающими устройствами и режимов заряжания.

Летучесть — способность некоторых компонентов ВВ частично или полностью улетучиваться (испаряться, сублимировать) в процессе хранения или применения. Летучесть зависит от температуры испаре­ния (упругости паров) компонентов и окружающих условий, в которых находится ВВ. Чем ниже температура испарения (выше упругость паров) и выше окружающая температура или воздухообмен над ВВ, тем быстрее будут испаряться из него такие компоненты. Частично уле­тучиваются нитроэфиры из нитроэфировых ВВ, с чем связано их ток­сичное действие, а также вода из водонаполненных ВВ при недоста­точно герметичной их упаковке.

Эксудация — способность жидких компонентов мигрировать из состава ВВ под действием капиллярных сил. Эксудации способствуют увлажнение и попеременное нагревание и охлаждение ВВ, а также внешние сдавливающие нагрузки, действующие на него. Эксудировать могут нитроэфирные ВВ, особенно если в них нитроэфиры недоста­точно связаны загустителем или поглотителем. Эксудация таких ВВ повышает опасность обращения с ними и требует применения соответ­ствующих мер предосторожности.

Старение. Структура геля пластичных ВВ со временем изменяется, снижаются его вязкость и пластичность, удаляются воздушные пу­зырьки, которые способствуют детонационному превращению зарядов. Разминанием и повторным перемешиванием можно восстановить пла­стичные свойства постаревшего ВВ.

Стабильность ВВ — способность сохранять первоначальные физико­химические и взрывчатые характеристики на протяжении гарантий­ного срока использования.

Физическая стойкость — способность ВВ сохранять свои физи­ческие характеристики и структуру в нормальных условиях хранения и применения (низкая влажность, умеренная температура, отсутствие внешних уплотняющих нагрузок и т. д.)

Химическая стойкость — способность ВВ сохранять химический состав и химические свойства в пределах, обеспечивающих достаточную безопасность их хранения и применения. Она зависит от химической природы, чистоты и условий хранения ВВ. Некоторые ВВ способны к самоускоряющемуся химическому разложению при неблагоприятных условиях хранения. Разложение нитроэфирных ВВ может произойти, например, при попадании в их состав примесей минеральных кислот, аммиачно-селитренных ВВ, при взаимодействии раствора аммиачной селитры с сернистыми и некоторыми другими соединениями. При за­ряжании акватолом обводненной скважины входящий в состав ВВ мелкодисперсный алюминий может вступить во взаимодействие со щелочью при наличии ее примесей в воде.