Факторы, влияющие на скорость и устойчивость детонации зарядов взрывчатых веществ

Установлено, что скорость детонации заряда из В В зависит от характеристик самого ВВ (типа дисперсности, теплоты взрыва, плотности заряда), диаметра заряда и условий взрывания (наружный или внутренний заряд в шпуре или скважине, наличие забойки). Во всех случаях необходимо знать устойчивость и скорость детонации или величину критического диаметра заряда. Для каждого В В существует два характерных диаметра заряда (критический и предельный).

Критический диаметр d_Kp — значение диаметра заряда, при уменьшении которого детонация заряда В В становится неустойчивой, а при дальнейшем уменьшении полностью затухает.

С увеличением диаметра заряда больше критического скорость детонации растет до определенного значения, но дальнейшее увеличение диаметра на скорость не влияет. Предельный диаметр d_np — значение диаметра заряда, при котором скорость детонации достигает максимального значения (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Зависимость скорости детонации зарядов ВВ от диаметра.

Влияние диаметра на скорость детонации заряда было впервые теоретически объяснено Ю. Б. Харитоном и развито в трудах Ф. А. Баумана.

Высокое давление на фронте волны детонации вызывает интенсивное расширение продуктов детонации в разные стороны. Возникающие при этом волны разряжения направляются в зону химической реакции и снижают давление и температуру продуктов взрыва, в результате снижается скорость детонации за счет снижения величины энергии подпитки фронта волны детонации.

Характер протекания этого процесса зависит от соотношения ширины зоны химической реакции Ь_р и диаметра заряда d. Время химической реакции будет равно Т| =L_p/W_v а время прохождения волной разряжения расстояния до центра заряда т₂ = d/2W_p, где W_p — скорость волны разряжения, м/с. При т_х < т₂ детонация затухает, так как начинается расширение продуктов взрыва, и продолжается оно до тех пор, пока не завершится химическая реакция. При критическом диаметре выполняется условие И = т₂, откуда.

а поскольку ~2W_p, то 1р"</<sub>кр, т. е. критический диаметр приблизительно равен ширине зоны химической реакции в заряде. Отсюда следует, что любое химическое соединение или смесь способны детонировать, если реакция их разложения экзотермична, а выделенной во фронт детонационной волны энергии реакции достаточно для обеспечения ее распространения по веществу с постоянными параметрами.

Таким образом, у грубодисперсных ВВ с широкой зоной химической реакции критический диаметр будет больше, чем у порошкообразных ВВ.

Если заряд окружен оболочкой, затрудняющей разлет продуктов взрыва, критический диаметр заряда уменьшается. Так, замена стеклянной оболочки на стальную снижает критический диаметр для аммиачной селитры со 100 до 7 мм. Оболочка не оказывает существенного влияния на скорость детонации зарядов при однокомпонентных ВВ большой плотности, но значительно влияет при средней плотности, а также при смесевых В В. На скорость детонации влияют главным образом инертные свойства оболочки и ее сжимаемость. Малая плотность заряжения оказывает влияние на устойчивость детонации и прочность оболочки. Оболочка позволяет снизить величину критического диаметра, т. е. достигнуть детонации при меньших диаметрах. При больших диаметрах (близких к предельным) скорости детонации открытых зарядов и зарядов в оболочках становятся примерно одинаковыми. Поэтому при применении ВВ в зарядах небольшого диаметра необходимо обеспечивать тщательное заполнение шпура В В, чтобы последний выполнял роль оболочки, а также делать качественную забойку заряда. При взрывах зарядов большого диаметра эти факторы меньше влияют на устойчивость детонации.

В табл. 4.1 приведены характеристики некоторых индивидуальных и смесевых ВВ.

Таблица 4.1

Параметры некоторых взрывчатых веществ.

Плотность ВВ по-разному влияет на скорость детонации для индивидуальных и смесевых ВВ. Для индивидуальных ВВ скорость детонации увеличивается с увеличением плотности, но ограничена максимальным значением. Смесевые ВВ имеют критическую плотность 1,4—1,5 г/см³, которой соответствует максимальная скорость детонации (рис. 4.5). При дальнейшем увеличении плотности рост скорости детонации прекращается, а затем она начинает снижаться.

Это происходит за счет того, что при изменении плотности ВВ химическое превращение компонентов ВВ и химическое взаимодействие продуктов взрыва меняются, что ухудшает условия протекания химической реакции. Так, при сильном уплотнении аммиачная селитра в аммонитах ведет себя как инертное вещество и, поглощая энергию, делает невозможным распространение детонации по заряду. При наличии в составе ВВ мощного компонента (тротил, гексоген) можно добиться такого его уплотнения, что детонация в заряде будет распространяться только.

Рис. 4.5. Зависимость скорости детонации от плотности ВВ:

1 — для однокомпонентных; 2,3 — для смесевых ВВ по этому компоненту, что приведет в результате к увеличению ее скорости.

При большом диаметре заряда или размещении его в оболочке критическая плотность ВВ увеличивается. С увеличением теплоты взрыва скорость детонации ВВ увеличивается, а критический диаметр уменьшается. Так, теплота взрыва тротила 3450 кДж/кг, скорость детонации 6,0 км/с, критический диаметр 10 мм, а для гексогена эти же величины соответственно равны: 5450 кДж/кг; 8,4 км/с и 1,5 мм (см. табл. 4.1).

Значительное влияние оказывает дисперсность ВВ. При снижении размера частиц для тротила от 0,5 до 0,01 мм критический диаметр снижается с 28 до 9 мм. Все грубодисперсные ВВ имеют большие критические диаметры, чем порошкообразные В В того же состава.

Критический диаметр для смесевых В В зависит от процентного соотношения их компонентов. Так, с уменьшением содержания тротила в аммонитах с 21 до 5% критический диаметр увеличивается с 12 до 25 мм.

Влияние скорости детонации инициатора сказывается лишь на начальном участке развития детонации, где в зависимости от величины импульса может быть получена скорость детонации выше или ниже характерной для данного диаметра заряда, но в любом случае на участке размером 1—2 диаметра скорость стабилизируется (рис. 4.6).

Для инициирования любого заряда необходимо иметь достаточно мощный точечный источник, который вызовет.

Рис. 4.6. Изменение скорости детонации заряда по длине ВВ (Ь_яар) при различной мощности инициатора:

1 — малая мощность; 2 — большая мощность начальную детонацию в критической массе инициированного заряда и своей энергией обеспечит самораспространение детонации по всему заряду с характерной для него скоростью.