Основные компоненты конденсированных взрывчатых веществ

Промышленные ВВ состоят из нескольких компонентов, которые придают им особые физико-химические свойства. Однако основным является компонент, без которого В В не может быть взрывчатым.

Аммиачная селитра (азотнокислый аммоний) NH₄N0₃ является компонентом большинства промышленных ВВ. При взрыве 1 г этого вещества выделяется 0,2 г кислорода, который используется для окисления водорода, углерода, алюминия, содержащихся в других компонентах смесевого ВВ. Дешевизна и простота получения аммиачной селитры, неограниченность сырьевой базы (воздух + вода), полный переход в газообразные продукты при взрыве обусловили широкое ее применение для промышленных ВВ. Выпускается в виде порошка, гранул, чешуек и кристаллов.

Аммиачная селитра представляет собой белый кристаллический порошок с плотностью (в зависимости от формы кристаллов) 1,56—1,74 г/см³. Насыпная плотность аммиачной селитры составляет 0,86—1,74 г/см³. Получается селитра в результате реакции соединения аммиака с азотной кислотой:

Обычная кристаллическая аммиачная селитра обладает высокой гигроскопичностью. При изменении влажности воздуха она слеживается, превращаясь в камнеобразную массу. Поэтому сейчас изготавливают менее слеживающуюся кристаллическую и гранулированную селитру марки ЖВ с добавками железных солей жирных кислот, которые покрывают кристаллы селитры мономолекулярной пленкой, снижающей ее гигроскопичность и слеживаемость и повышающей водоустойчивость.

Считалось, что чистая селитра не способна взрываться. Однако в 1921 г. в Германии произошло несколько крупных взрывов при рыхлении слежавшейся в штабеле селитры взрывным способом. За последние 50 лет произошло более 25 аварийных взрывов и пожаров на транспортных судах, перевозивших селитру в трюмах. Большинство взрывов произошло в результате загорания или термического разложения селитры в замкнутом пространстве, когда достаточно быстро повышаются давление и температура. Пожарои взрывоопасность селитры резко увеличиваются при наличии горючих примесей, а также при ее упаковке в горючие материалы. Поэтому при хранении и транспортировке селитры необходимо создавать условия, исключающие появление очагов разогрева.

Реакция взрывного разложения селитры.

сопровождается выделением тепла Q и избыточного кислорода. Теплота взрыва селитры составляет всего 1400 кДж/кг в отличие от аммонитов, для которых она равна 3400—5000 кДж/кг.

Примеси органических веществ даже в небольших дозах значительно повышают энергию взрыва аммиачной селитры и делают ее более чувствительной. Парафин и подобные ему вещества, являющиеся флегматизаторами для В В, имеющих обычно отрицательный или нулевой баланс, для аммиачной селитры даже в небольших количествах (до 5%) являются сенсибилизаторами, так как, участвуя в реакции и повышая энергию взрыва, они повышают и восприимчивость селитры к детонации при положительном и нулевом кислородном балансе смеси. Если кислородный баланс смеси отрицательный, то добавки флегматизируют смесь и она теряет детонационную способность.

Аммиачная селитра активно вступает в реакцию с серой, сульфидами, азотной, серной, фосфорной кислотами, а также с металлами: цинком, медью, никелем, магнием. Особенно опасны примеси азотной кислоты, так как это может привести к самовоспламенению селитры. Алюминий и железо не вступают в реакцию с селитрой. Добавки, способствующие нейтрализации азотной кислоты (мочевина, дифениламин), увеличивая термическую стойкость смеси аммиачной селитры с горючими веществами (древесная мука, крахмал, бумага и др.), уменьшают вероятность самовозгорания таких смесей. Критическим диаметром сухой тонкоизмельченной селитры плотностью 0,8 г/см³ в открытых зарядах является 100 мм (по данным А. Ф. Беляева). Критический диаметр обычной (товарной) селитры равен 200—250 мм. Толщина слоя селитры, по которому может устойчиво распространяться детонация, составляет 30—50 мм, а слоя из пыли селитры — всего 15—20 мм. При наличии прочной (неразрушаемой) оболочки возможна детонация сухой чистой селитры от обычного детонатора в заряде диаметром 7 мм. Скорость детонации обычной селитры в металлической трубе диаметром 40 мм равна 1,95 км/с, водоустойчивой селитры — 2,6 км/с, а ее пыли — 3,4 км/с.

В чистом виде селитра не детонирует от взрыва детонатора или детонационного шнура (ДШ). Для ее детонации необходим промежуточный детонатор из прессованного тротила массой не менее 50 г. При влажности селитры 1% величина детонатора должна быть 100—150 г.

Гранулированная или чешуйчатая селитра в мешках не взрывается от шашки тротила величиной 0,5 кг. Натриевая, калиевая и кальциевая селитра: NaN0₃; KN0₃; Ca (N0₃)₂*4H₂0 — содержат более чем в 2 раза больше кислорода, чем аммиачная, и имеют положительный кислородный баланс более 40%, плотность кристаллов — более 2 г/см³. Но при взрывообразном разложении они образуют мало газов и много твердых оксидов, стоимость их выше. Смеси этих видов селитры с горючими более чувствительны к механическим воздействиям и к воспламенению. Эти виды селитры имеют ограниченное применение и используются для приготовления водосодержащих ВВ, а в качестве добавок — для повышения плотности ВВ, снижения температуры его замерзания, удерживания воды в составе В В, т. е. предохранения от высыхания.

Раньше селитру иногда применяли как самостоятельное ВВ при крупных массовых взрывах. В настоящее время она используется только в смеси с горючими добавками (жидкими и твердыми) или в составе ВВ.

Из-за низкой детонационной способности селитра по условиям хранения и транспортировки не относится к ВВ.

Дипамопы — двухкомпонентные порошкообразные ВВ, содержащие аммонийную селитру (но не тротил). В качестве горючих добавок в динамоны вводятся торф, древесная мука, мох, измельченная сосновая кора, отходы хлопка и т. п. Взрывчатые свойства динамонов целиком определяются составом и технологией их изготовления. Серьезными недостатками динамонов являются их расслаиваемость при зарядке и гигроскопичность. В 1953 г. производство динамонов прекратили и возобновили только в середине 1960;х гг. в виде трехкомпонентных металлизированных составов (аммиачная селитра, соляровое масло, алюминиевая пудра) марок АМ-8 и AM-10 (в настоящее время их производство прекращено из-за недостаточной эффективности).

Игданит представляет собой смесь 94%-ной гранулированной аммиачной селитры и 6%-ного солярового масла. Смесь изготавливают непосредственно в зарядных машинах или на стационарных пунктах.

При содержании дизельного топлива более 6% у игданита резко снижается чувствительность к детонации и даже от мощного инициатора он не взрывается. При меньшем содержании солярового масла (2—3%) смесь наиболее чувствительна и может детонировать от электродетонатора (ЭД) или капсульного детонатора (КД). Игданит можно изготавливать двумя способами: заливать соляровое масло непосредственно в мешки с селитрой или в специальные патроны на месте взрыва, после чего уже производить заряжание.

Игданиты безопасны в обращении, имеют низкую стоимость, удобны для механизированного заряжания. Недостатками игданитов являются: частичная потеря взрывчатых свойств при длительном заряжании (более 5—6 ч) из-за стекания солярового масла в нижшою часть заряда с гладких гранул аммиачной селитры; флегматизация сердцевины шнура марки ДША соляровым маслом; разрушение оболочки ДШ из маслонеустойчивого полиэтилена — из-за этого происходят отказы.

Введение

в состав игданита аэросила (тонкодисперсного аморфного диоксида кремния) путем его предварительного смешивания с соляровым маслом в количестве 0,05—2% общей массы резко повышает удерживающую способность гранул и исключает стекание горючей добавки в течение 3—5 суток. Игданит относится к ВВ с невысокими энергетическими параметрами: U = 3800 кДж/кг; объем газов 990 л/кг; W_R = 2,2−2,7 км/с; КБ = +0,12%.

Тринитротолуол (тротил или тол С₇Н₅(К0₂)з) является одним из самых распространенных однокомпонентных В В. Тротил получают путем нитрации толуола смесями азотной и серной кислот

Серная кислота в реакции не участвует и добавляется для поглощения воды более активного протекания процесса и увеличения выхода продукта.

Чистый тротил состоит из кристаллов светлоили темножелтого цвета с температурой плавления 80 °C. В порошкообразном виде тротил имеет насыпную плотность 0,9 г/см³. Литой тротил имеет плотность 1,54—1,59 г/см³.

Тротил практически нерастворим в воде, имеет высокую химическую стойкость. Температура вспышки составляет 310 °C. Вспышка обычно не сопровождается взрывом. Переход горения в детонацию наблюдается только при горении тротила в замкнутом пространстве или в очень больших количествах.

Это вещество имеет большой отрицательный кислородный баланс (74%), из-за чего при его взрыве выделяется мало газообразных и значительное количество твердых продуктов (сажа).

Порошкообразный и прессованный тротил взрывается от штатного детонатора или нескольких витков ДШ. Литой тротил требует более мощного промежуточного детонатора из прессованных тротиловых шашек или патронов аммонита.

Тротил токсичен, особенно в тонко измельченном состоянии, вызывает раздражение кожи и болезнь глаз, а также интоксикацию организма. Предельно допустимая концентрация тротиловой пыли в воздухе равна 1 мг/м³.

Применяется тротил в порошкообразном, прессованном, чешуйчатом, гранулированном виде, а иногда в виде кусков и литых шашек. В состав аммиачно-селитренных В В он входит в качестве сенсибилизатора и активной горючей добавки, так как имеет много лишних горючих молекул (углерода). Содержание тротила в смесевых ВВ может колебаться от 6 до 70%. Для патронированных В В применяется порошкообразный тротил, для грубодисперсных — гранулированный и чешуйчатый. При попадании в тротил песка или других твердых примесей его чувствительность к механическим воздействиям резко возрастает. Наиболее восприимчив к инициированию порошкообразный тротил, наименее — литой. Критический диаметр сухого порошкообразного тротила составляет 8—10 мм.

Гранулотол (гранулированный тротил) с размером гранул 3—5 мм применяется как самостоятельное В В для взрывания обводненных скважин и в качестве компонента в составе граммонитов и водосодержащих В В. В сухом состоянии гранулотол имеет теплоту взрыва 3450 кДж/кг, а водонаполненный — 4200 кДж/кг в пересчете на 1 кг сухого ВВ. Работоспособность водонаполненного гранулотола на баллистическом маятнике и в свинцовой бомбе (с промежуточным детонатором) на 10—13% выше работоспособности сухого тротила в тех же условиях.

Критический диаметр гранулотола в открытых зарядах 60 мм, водонаполненного — 25—30 мм, а скорость детонации изменяется от 4,5 (сухой) до 6,5 км/с (мокрый).

Гранулотол абсолютно водоустойчив: заряды могут продолжительное время находиться в воде, в том числе и проточной, без потери взрывчатых свойств, он быстро тонет в воде, имеет хорошую сыпучесть в сухом и мокром состоянии. При хранении не слеживается и не спекается, обладает высокой стабильностью взрывчатых свойств. Для инициирования взрыва гранулотола необходим промежуточный мощный детонатор, так как он недостаточно чувствителен к обычным средствам инициирования.

Применять гранулотол рекомендуется в водонаполненном состоянии, так как вода, заполняющая промежутки между гранулами, увеличивает плотность заряжания до 1,3—1,35 г/см³, за счет чего повышается скорость детонации и улучшается эффект взрыва. Водная оболочка вокруг гранул способствует дополнительному выделению тепла Q за счет смещения реакции в сторону образования углекислого газа:

Испаряясь, вода увеличивает объем образующихся при взрыве газов. Однако на ее испарение требуется тепло, что снижает общую энергию взрыва водонаполненного тротила.

Алюмотол представляет собой сплав серого цвета в форме гранул до 5 мм, состоящий из 85% тротила и 15% алюминиевой пудры. Плотность гранул — 1,5—1,7 г/см³, теплота взрыва — 5600 кДж/кг. Алюмотол, как и гранулотол, абсолютно водоустойчив, обладает хорошей сыпучестью в сухом и мокром состоянии, не слеживается, пригоден для механизированной закладки в скважины, отличается высокой стабильностью и хорошими взрывчатыми свойствами. Предназначен для применения в обводненных скважинах, в том числе с проточной водой. Для его инициирования необходимы мощные промежуточные детонаторы.

Гексоген C₃H₆N₆0₆ (циклотриметилентринитрамин) — продукт нитрации уротропина азотной кислотой, представляет собой белый кристаллический порошок с плотностью 1,8 г/см³ и насыпной плотностью 1,1 г/см³, температура плавления 203 °C. Нерастворим в воде, ядовит, имеет высокую химическую стойкость. Разложение гексогена начинается при температуре 200 °C. В небольшом количестве сгорает без взрыва.

Из-за высокой чувствительности гексогена к механическим воздействиям применяют его только во флегматизированном виде: кристаллы вещества покрывают 5%-ным воском или парафином.

Гексоген является одним из наиболее мощных ВВ. Работоспособность в свинцовой бомбе — 475 см³, бризантность при заряде 25 г составляет 16 мм. При заряде 50 г свинцовый столбик разрушается. Скорость детонации при плотности 1,7 г/см³ составляет 8,4 км/с, теплота взрыва — 5450 кДж/кг.

В последнее время гексоген используют в качестве сенсибилизирующего компонента мощных промышленных ВВ: скальных аммонитов, вторично инициирующего ВВ для электродетонаторов, а также при изготовлении детонационных шнуров (ДШ) и промежуточных детонаторов инициирования малочувствительных ВВ.

Нитроглицерин С₃Н₅((ЖС)₂)з (тринитроглицерин, глицеритринитрат) — тяжелая, маслянистая, бесцветная жидкость, плотностью 1,6 г/см³. Технический нитроглицерин имеет желтовато-коричневый цвет.

Затвердевает нитроглицерин при температуре +13,2°С, в составе В В затвердевает при температуре около +10°С. Поэтому при изготовлении ВВ его смешивают с труднозамерзающими нитроэфирами (нитрогликолем и др.).

При растворении в 100 г нитроглицерина 2,5 г коллодионного хлопка образуется студенистообразная масса (желатин), чувствительность которой к механическим воздействиям ниже чувствительности нитроглицерина. Чувствительность нитроглицерина к механическим воздействиям и восприимчивость к детонации очень высоки. Замерзший нитроглицерин менее чувствителен к удару, чем жидкий, но в полузамерзшем состоянии он обладает наибольшей чувствительностью к механическим воздействиям и очень опасен.

Нитроглицерин является мощным ВВ с теплотой взрыва 6040 кДж/кг, имеет две скорости детонации — 2 и 7,6 км/с. Вещество ядовито, при контакте с кожей человека вызывает сильную головную боль. Однако через несколько дней постоянной работы с нитроглицерином у человека вырабатывается иммунитет и головные боли проходят.

Нитрогликоль C₂H₄(0N02)2 по своим свойствам похож на нитроглицерин. Это прозрачная жидкость с удельным весом 1,5 г/см³, хорошо растворяется в большинстве органических растворителей, летучесть его примерно в 3 раза выше летучести нитроглицерина, желатинизируется более активно. Нитрогликоль затвердевает при температуре -20°С. В сочетании с нитроглицерином образует раствор с температурой затвердевания от -17 до -23°С.

Вещество имеет невысокую химическую стойкость, чувствительность к механическим и тепловым воздействиям ниже, чем у нитроглицерина. Теплота взрыва составляет 7120 кДж/кг, скорость детонации — 7,4 км/с.

Токсическое действие нитрогликоля аналогично действию нитроглицерина, однако иммунитет у человека не вырабатывается. Поэтому при работе с ним нужна особая осторожность, недопустим даже контакт открытых частей кожи с нитрогликолем.

Граммониты назывались раньше зерногранулитами. Промышленностью выпускаются марки: 50/50, 30/70 — только для открытых работ; 79/21 и 82/18 — для подземных и открытых работ. Числитель в марке ВБ означает процентное содержание селитры, знаменатель — содержание тротила.

Граммониты имеют хорошую сыпучесть, не пылят, не слеживаются, пригодны для механизированного заряжания. От аммонитов отличаются меньшей чувствительностью к механическим воздействиям, воздействию пламени и начального импульса. Теплота взрыва составляет 4300 кДж/кг, скорость детонации равна 5,6 км/с — для марки 30/70; 3,2 км/с — для 79/21. Критический диаметр находится в пределах 40—60 мм. Объем взрывных газов составляет 900—1070 л/кг. Кислородный баланс равен -49% — для марки 30/70 и +0,02% — для марки 79/21.

Аммониты получают путем механического смешивания кристаллической аммиачной селитры (79—85%) с порошкообразным тротилом (5—21%) и другими компонентами в шаровых мельницах. Их выпускают в виде патронов различного диаметра или в мешках массой 40 кг, а отдельные сорта — в виде прессованных патронов диаметром 45 мм.

Тротил в состав аммонитов вводят для повышения мощности и чувствительности ВВ, горючие взрывчатые добавки вводят для улучшения структуры аммонитов, снижения его слеживаемости и получения нулевого кислородного баланса,

Цвет аммонитов зависит от цвета добавки и обычно бывает белый, желтый и темно-серый. Все аммониты надежно взрываются от детонаторов и детонирующего шнура.

Аммониты — химически стойкие вещества, гигроскопичны, как и аммиачная селитра, входящая в их состав.

Для защиты от увлажнения оболочки патронов и упаковку покрывают сплавом парафина с петролатумом. Повышенной водоустойчивостью обладают аммониты на основе водоустойчивой аммиачной селитры марки ЖВ. Из-за незначительной смачиваемости и насыпной плотности меньше 1 г/см³ порошкообразные аммониты не тонут в воде при свободной засыпке их в обводненные скважины, поэтому не рекомендуется использовать их в таких условиях. Аммониты на основе порошкообразной селитры быстро слеживаются. Слежавшийся аммонит, как правило,

не детонирует от штатного детонатора. Детонационная способность слежавшегося аммонита в значительной мере восстанавливается после его измельчения. Для уменьшения слеживаемости в состав В В вводят селитру с примесью красителей (фуксина).

Насыпная плотность аммонитов составляет 0,8—0,9 г/см³, патронированные аммониты имеют плотность до 1,0— 1,15 г/см³. Теплота взрыва равна 4300—5400 кДж/кг, скорость детонации — 3,6—4 км/с.

Увеличивают плотность аммонитов до 1,3—1,5 г/см³ за счет прессования. В процессе заряжания жесткие прессованные патроны не меняют своей формы, а это усложняет их использование, так как между зарядом и стенками шпура или скважины образуется зазор, снижающий плотность зарядки.

Критической плотностью большинства аммонитов является 1,4—1,5 г/см³. Аммониты относительно безопасны в обращении: от зажженного кончика огнепроводного шнура аммониты не загораются. На открытом воздухе аммониты сгорают без взрыва, но в замкнутом пространстве или при большом количестве возможен переход горения во взрыв.

Аммонит 6ЖВ представляет собой плохосыпучий, пылящий порошок желтого цвета с нулевым кислородным балансом, состоящий из 79% селитры и 21% тротила. При высоком качестве и хорошей упаковке мало слеживается. Выпускается в патронированном виде и бумажных крафтцеллюлозных мешках. Не пригоден для механизированного заряжания. Многие предприятия (карьеры, объекты гидротехнического строительства и мелиорации, рудники и т. д.) по традиции заказывают аммонит 6ЖВ в качестве основного В В, хотя его можно заменить более удобными и выгодными гранулитами или граммонитами.

Предназначен аммонит 6ЖВ для взрывания пород средней и выше средней крепости сухих и влажных шпуров и скважин, а также для вторичного взрывания, в качестве патронов-боевиков для взрывания гранулированных и водосодержащих В В.

Скальный аммонит № 1 представляет собой аммонит с добавкой 24% гексогена и 5% алюминия (табл. 6.3). Выпускается в прессованном виде с плотностью 1,4—1,58 г/см³, водоустойчив, пригоден для взрывания обводненных крепких пород с гидростатическим напором. Обладает новышенной чувствительностью к механическим воздействиям, выделяет ядовитых газов меньше, чем другие аммониты.

Таблица 63

Характеристики некоторых промышленных ВВ.

Прессованные патроны изготавливают с гнездом под детонатор диаметром 8 мм, глубиной 73 мм. Па оболочке патрона имеется стрелка, указывающая на торец с гнездом.

Применяется при проходке стволов шахт, восстающих и горизонтальных выработок в особо крепких породах.

Аммонал-200 водоустойчивый содержит 80% селитры, 15% тротила и 4,5% алюминиевой пудры. Представляет собой однородный мелкий порошок серо-стального цвета, малосыпуч, сохраняет свои свойства при длительном хранении, не пригоден для механизированного заряжания. Выпускается в патронах диаметром 31—32 мм, применяется для взрывания крепких пород любой обводненности.

Аммонал скальный № 3 содержит 72% селитры, 6% тротила, 15% гексогена и 8% алюминиевой пудры. Представляет собой однородный порошок серо-стального цвета. Является самым мощным из порошкообразных патронированных ВВ. Не слеживается, водоустойчив, надежно детонирует при диаметре 24—28 мм. Предназначен для взрывания крепких пород любой обводненности зарядами малого диаметра. Не пригоден для механизированного заряжания.

Детонит М представляет собой малопылящее порошкообразное ВВ серо-стального цвета, состоящее из 78% селитры, 10% труднозамерзающих нитроэфиров, 10% алюминиевой пудры, 0,3% коллодионного хлопка, по 0,2% соды и машинного масла. Не слеживается, обладает хорошей водоустойчивостью, высокой детонационной способностью в зарядах малого диаметра 24—28 мм в сухом и увлажненном состояниях, сохраняет стабильными свойства при длительном хранении. Детонит М предназначен для взрывания в подземных условиях крепких пород любой обводненности. Вследствие токсичности нитроэфиров нельзя допускать контакта незащищенных частей тела человека с ВВ, так как при этом возникают сильные головные боли. Работы должны вестись в кожаных перчатках.

Динафталит-200 представляет собой наполовину. черненый, малопылящий, не слеживающийся состав желтопесочного цвета. Содержит 88% селитры (35% — марки ЖВ и 53% — кристаллической), 11% динитронафталина и 0,4% парафина. Применяется в патронах диаметром 32 мм для взрывания в подземных условиях пород средней крепости. Пыль динитронафталина менее токсична, чем тротиловая. Имеет ограниченное применение, считается неперспективным ВВ.