1.2.3 Чувствительность вв к удару.

Сущность испытания чувствительности взрывчатых веществ к удару заключается в определении той работы удара, которая необходима для получения одних только взрывов, отказов, или определённого соотношения между ними.

И

100 % взрывов

Н₀Н₁₀₀

Рис. №1.6. Кривая чувствительности

инициирующих веществ к удару.

спытание чувствительности взрывчатых веществ к удару производится с помощью так называемых копров. К последним относятся устройства, в которых груз с заданной фиксированной высоты сбрасывают вдоль направляющей стойки на стальной ударник, который свободно передвигается в вертикальном направлении в гнезде. Под ударник устанавливается латунный колпачок от капсюля пистолетного патрона с запрессованной од давлением (50 –100МПа) навеской ВВ (обычно 0,02г).

Чувствительность инициирующих ВВ к удару принято характеризовать верхним и нижним пределами чувствительности, т.е. минимальной высотой Н падения груза, при которой из определённого числа испытаний (обычно не менее десяти) получается 100% взрывов и максимальной высотой падения груза, при которой из того же числа испытаний получается 100% отказов.

Верхний предел чувствительности Н₁₀₀ определяет условия безотказного действия капсюлей, нижний предел Н₀–условия безопасности при обращении с ними.

При испытании инициирующих веществ или изделий из них верхний и нижний пределы дополняются построением полной кривой чувствительности, общий характер которой показан на рис. № 1.6. При испытании менее чувствительных бризантных взрывчатых веществ обычно пользуются вертикальным копром. Вес груза подбирается в зависимости от чувствительности ВВ. Для получения надёжных результатов при испытании ВВ на чувствительность к удару необходимо прежде всего обеспечить соблюдение идентичных условий эксперимента. Высота падения груза при испытаниях не должна превышать предела, при котором в элементах системы копра возникает остаточная деформация; в противном случае условия эксперимента станут неопределёнными.

Чувствительность бризантных ВВ к удару чаще всего принято характеризовать одним из следующих способов:

1.Определение процента взрывов, получающихся при падении груза с определённой высоты. Стандартными условиями испытания при этом считаются масса груза Р=10кг и высота его падения Н = 25 см ( или Р = 2кг и Н = 50 см).

2.Определение критической энергии удара (К₅₀ = РН), соответствующей 50 % вероятности взрыва.

Для размещения взрывчатого вещества при испытаниях используется штемпельный приборчик, схема которого представлена на рис. №1.7.

Общий баланс энергии К при падении груза на незаряженный приборчик можно представить в следующем виде:

К = К _П1 + К₂, (1.3)

где: К= mgН – энергия , приобретённая грузом масcы m при падении с высоты Н к моменту удара, К_П1 - необратимые потери энергии в системе копра, К₂ – энергия упругой деформации штемпельных приборчиков и металлических элементов копра.

Энергия упругой деформации металла К₂расходуется на отскок груза и движение его вверх по направляющим, а также на необратимые потери энергии в системе копра при движении груза вверх вдоль направляющих т.е.

К₂=mgН₀ + К_П2.

Суммарные необратимые потери энергии К_П = К_П1 + К_П2

П

Рис. №1.7. Штемпельный

приборчик.

ри испытании ВВ на стандартном приборе высота отскока груза может быть достаточно большой. Так во многих случаях отношение Н₀ /Н может составлять в среднем величину 0,5. Таким образом, можно заключить, что при отсутствии ВВ необратимые потери энергии в системе составляют около 50%.

При падении груза на приборчик, снаряженный ВВ, общий баланс энергии будет равен

К = К^*₁ + К^*₂ + К^*₃,

Где К^*₁ , К^*_2, К^*₃ - соответственно, необратимые потери энергии в системе копра, энергия упругой деформации, энергия, поглощённая во взрывчатом веществе.

Опыт показывает, что у снаряжённых взрывчатым веществом приборчиков высота отскока груза Н^*₀ лишь незначительно отличается от Н₀ - величины отскока при отсутствии ВВ. Этот факт говорит о том, что в самом ВВ поглощается лишь незначительная часть кинетической энергии удара. Преобладающая же доля энергии, как и в отсутствии ВВ, расходуется на отскок груза и необратимые потери в системе копра.

Таким образом, необходимо заключить, что К₅₀ = mg(Н - Н^*₀ ) не представляет собой ту долю энергии, которая расходуется в самом ВВ. Вследствие этого К₅₀ как количественная мера чувствительности является величиной сугубо условной и может служить лишь для сравнительной характеристики различных ВВ при заданных условиях испытаний.

Энергия К^*₃, поглощённая в самом ВВ не поддаётся точному определению и поэтому не может быть использована в качестве критерия чувствительности ВВ к удару.

Важным моментом протекания процессов во взрывчатом веществе при ударе является и величина упругих напряжений в нём. Эти напряжения могут быть рассчитаны при условии отсутствия пластических деформаций в системе копёр – штемпельный приборчик – ВВ. При этом максимальные напряжения и запас упругой энергии будут относиться к роликам штемпельного приборчика. Другие элементы копра из-за малых напряжений в них практически не вносят заметной лепты в общий запас упругой энергии.

Согласно теории упругости с достаточным приближением можно принять

К^*₂ = σ² _max L S / 2E, (1.4)

где σ _max – максимальное напряжение, возникающее в металле роликов, L – высота роликов, S – площадь их поперечного сечения, Е – модуль упругости системы ролики – ВВ. Величина Е принимается равной модулю упругости металла роликов, так как толщина слоя ВВ (0,1мм) участвующего в упругой деформации, составляет всего лишь 1/ 200 общей высоты роликов ( L=20мм).

Энергия упругой деформации металла расходуется на отскок груза , т.е.

σ²_max LS/ 2E=PН^*₀, откуда σ_max = (2EPН^*₀ /LS)^0,5 (1.5)

Полученное выражение может служить для подсчёта возникающих при ударе во взрывчатом веществе максимальных напряжений, так как максимальные напряжения во взрывчатом веществе и роликах должны быть равными.

При применении обычных приборчиков и стандартных условиях испытания (Р = 10кг, Н = 25см) бризантных ВВ, σ_max достигает 1500 МПа. Это значение напряжений само по себе не является определяющим при инициировании взрыва.

Из экспериментальных исследований известно, например, что большую роль при испытаниях бризантных ВВ играет форма импульса. Так при наличии резиновой прокладки между штемпельным приборчиком и основанием копра для получения заданного процента взрывов необходимо затратить большую энергию удара. Большая энергия требуется и в том случае, когда масса падающего груза увеличивается при уменьшении высоты сбрасывания . В условиях постоянства кинетической энергии удара С, характер изменения импульса в зависимости от скорости падающего груза определяется соотношением

I = C/ V,

так как С= const и I = mv.

Из этого следует, что увеличение скорости падающего груза обеспечивает более короткий, но в то же время более эффективный удар.

4. Зависимость чувствительности ВВ от различных факторов.

Чувствительность одного и того же взрывчатого вещества может сильно меняться в зависимости от действия различных физических факторов. К основным факторам, оказывающим существенное влияние на чувствительность ВВ относятся: температура, теплоёмкость и теплопроводность, структура, плотность вещества, невзрывчатые примеси.

С повышением температуры чувствительность ВВ быстро возрастает, а при температурах, приближающихся к температурам вспышки, они взрываются от самого слабого импульса. Зависимость чувствительности к удару от температуры по данным Тейлора и Уиля для гремучей ртути и тетразена представлены на рис. №1.8.

При значительном понижении температуры чувствительность ВВ к удару падает. Так, при охлаждении гремучей ртути до температуры жидкого азота она при воспламенении часто даёт отказы. Влияние сильного охлаждения на чувствительность ВВ иллюстрируется данными таблицы №1.3.

Н, дюймы

о	о
Δ	2	о 1
		Δ о Δ
			Δ

30

20

10

50 100 150

Температура, С.

Рис.№1.8. Зависимость чувствительности к удару тетразена 1 и гремучей ртути 2 от начальной температуры.

Н - высота падения груза.

Таблица №1.3.

Влияние начальной температуры на предельный инициирующий заряд.

Название ВВ	Наименьшее количество гремучей ртути, необходимое для возбуждения взрыва, г.
	Т = 20С	Т= - 110С
Гремучий студень	0,25	1,0
Пироксилин	0,25	2,0 отказы
Пикриновая кислота	0,25	2,0 отказы

Теплоёмкость и теплопроводность главным образом сказываются на чувствительности к тепловому импульсу. При увеличении теплоёмкости необходимо затратить большее количество тепла для нагревания вещества до температуры, при которой достигается его воспламенение. Теплопроводность оказывает аналогичное влияние: с её ростом оказывается всё сложней получить высокие локальные температуры из – за быстрого рассеивания тепла по массе вещества.

При испытании чувствительности ВВ к удару влияние теплопроводности и теплоёмкости носит неоднозначный характер. С одной стороны время образования “ горячих точек “ настолько мало, что теплопроводность не должна оказывать заметного влияния на процесс. С другой, – сам удар может привести к изменению теплопроводности на несколько порядков и возникновению анизотропии её. Тогда теплопроводность из второстепенных факторов перейдёт в главные.

Влияние структуры, плотности и величины кристаллов сказывается прежде всего на восприимчивости ВВ к детонации и в меньшей мере на чувствительности к удару.

Примером может служить более высокая восприимчивость к детонации прессованных взрывчатых веществ по сравнению с литыми.

Чувствительность ВВ может изменяться при введении в заряд инертных примесей. Влияние последних сказывается главным образом на чувствительности ВВ к механическим воздействиям. Различного рода примеси оказывают далеко не одинаковое влияние на чувствительность ВВ - в одних случаях чувствительность повышается, в других - понижается.

Примеси, способствующие повышению чувствительности ВВ, называются сенсибилизаторами, а примеси которые понижают чувствительность ВВ – флегматизаторами.

Хорошими сенсибилизаторами, как правило, являются вещества, обладающие большой твёрдостью, острыми гранями и высокой температурой плавления. К ним можно отнести мелкое стекло, песок, частицы некоторых металлов. Они способствуют концентрации энергии удара на острых краях, являются очагами интенсивного трения, приводят к образованию в заряде многочисленных очагов локальных разогревов, способствующих возникновению в нём взрыва. Опыты Райдила и Робертсона показали , что в присутствии сенсибилизаторов резко сокращается период времени τ от момента удара до взрыва. Так для чистого тэна τ = 240 мкс, а для тэна с примесью 18 процентов кварца всего - 80 мкс.

Температура плавления частиц примеси для выполнения последними сенсибилизирующих функций должна быть выше критической температуры, необходимой для возбуждения данного чистого взрывчатого вещества. В соответствии с этим сенсибилизаторами по отношению к тэну и гексогену являются только примеси с температурой плавления больше 430 – 450 ^о С.

Хорошими флегматизирующими свойствами обладают такие вещества, как, например, парафин, воск, вазелин, камфара. Обволакивая поверхность кристаллов мягкой эластичной плёнкой, они способствуют более равномерному распределению напряжений в заряде ВВ и уменьшению трения между отдельными частицами. Это приводит к существенному ограничению поверхностных реакций и снижению вероятности возникновения горячих точек.

Характер влияния инертных примесей на чувствительность в значительной мере зависит от соотношения физико-механических свойств самого ВВ и этих примесей. Так опыты Фролова и Баума показали, что тальк будучи флегматизатором по отношению к гексогену, в то же время является активным сенсибилизатором по отношению к тротилу. В таблице №1.4 приведены данные по влиянию талька на чувствительность тротила и гексогена к удару.

Холево указывает, что влияние инертных примесей определяется не только их физическими свойствами, но и сильно зависит от условий деформации при ударе. Это подтверждается следующими опытами, выполненными Холево.

Таблица №1.4.

Влияние талька на чувствительность тротила и гексогена к удару

Содержание талька,%	% взрывов
	тротил	гексоген
1	4	84
2,5	8	80
5,0	8	36
10,0	24	12
20	52	8
40	68	8

Чувствительность ВВ к удару определяется в обычных орчиках рис.№1.7 и в риборчике Холево, схематично представленном на рис. №1.9. Отличие состоит в том, что в приборчике Холево заряд ВВ при ударе может сравнительно легко выдавливаться в канавку, имеющуюся в муфте, между верхним и нижним роликами, в то время как в обычных приборчиках ВВ может выдавливаться только в зазор между муфтой и роликами. Смесь гексогена и алюминиевой пудры в соотношении 1:1 при энергии удара 30Нм в стандарных приборчиках даёт одни отказы, а в приборчиках Холево при тех же условиях 100% взрывов. При добавлении к этой смеси 10 % парафина при той же энергии удара было получено в стандартных приборчиках 80% взрывов, а в приборчиках Холево 40 % взрывов. Здесь парафин выступил как сенсибилизатор и как флегматизатор в зависимости от условий испытания.

По мнению Холево сенсибилизация в присутствии парафина отмечается лишь в том случае, когда заряд без парафина слабо деформируется - не выдавливается в зазор стандартного приборчика; в присутствии парафина выдавливание ВВ в зазор между роликами и муфтой значительно облегчается. Сенсибилизирующее действие твёрдых добавок отчётливо проявляется в том случае, когда имеются благоприятные условия для быстрого течения заряда в приборчике (приборчик Холево).

Необходимо отметить, что процесс выдавливания ВВ в зазор или канавку нельзя рассматривать как единственную причину возникновения взрыва при ударе. В то же время опыты Холево имеют огромную ценность при планировании проведения работ на скважинах по закачке в них при больших градиентах давления жидких горюче – окислительных или топливо – окислительных систем. При этом главной задачей становится исключение несанкционированного взрыва или горения ГОС или ТОС в процессе закачки их в скважины.