Методы оценки эффективности и качества промышленных взрывчатых веществ

Промышленные ВВ подвергают следующим испытаниям:

[I] Для оценки взрывчатых свойств, характеризующих производственную эффективность, производят экспериментальное определение скорости детонации, бризантности, работоспособности. Кроме этого, экспериментальным или расчетным путем для новых сортов ВВ определяют теплоту и работу продуктов взрыва, объем, температуру и давление газов взрыва.

|2] Для проверки качества ВВ, их соответствия ГОСТу и пригодности к применению производят определение полноты детонации, способности к передаче детонации от патрона к патрону, влажности ВВ, химической и физической стойкости. Для ВВ, содержащих нитроэфиры в количестве > 30%, производят определение их экссудации.

[З] Для оценки чувствительности и опасности В В в обращении определяют чувствительность к тепловому импульсу, к удару и трению, к инициированию, склонность к пылению, электризации.

[4] Для характеристики технологичности применения ВВ проводят оценку сыпучести, дисперсности, увлажняемости, водоустойчивости, расслаиваемости, слеживаемости, химической стойкости.

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВЗРЫВЧАТЫХ СВОЙСТВ ВВ Определение скорости детонации ВВ наиболее просто производят с помощью двух отрезков ДШ, скорость детонации которых известна (метод Дотриша). На боковой поверхности по оси заряда, заключенного в металлическую трубку с внутренним диаметром 30 или 40 мм, толщиной стенок 3−4 мм и длиной 450 мм с завинчивающимися с обеих сторон крышками делают два отверстия на расстоянии а, равном 350 (200) мм. В эти отверстия вставляют концы отрезков: ДШ длиной 1,5 и 1 м. Расстояние от отверстия до капсюля-детонатора 60 мм. Свободные концы ДШ крепят на пластинке-фиксаторе со стальной прокладкой так, чтобы риски на пластинке точно совпадали с концами ДШ При взрыве детонация распространяется по заряду и по обеим ветвям ДШ. В месте встречи детонационных волн на пластинке образуется углубление (точка, А на рис.) Расчет скорости детонации производят, исходя из равенства времени распространения детонационных волн по обеим ветвям шнура до места встречи.

В зависимости от цели испытаний заряд ВВ может быть в порошкообразном, гранулированном или прессованном виде. Точность определения скорости детонации по этому методу находится в пределах ±3%.

Точные методы определения скорости детонации основаны на определении с помощью электронного осциллографа или частотомера времени прохождения детонационной волной фиксированного расстояния по заряду или на дешифровке кадров скоростной киносъемки свечения детонирующего заряда.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ БРИЗАНТНОСТИ ВВ.

По характеру действия взрыва ВВ на массив принято различать бризантное (дробящее) и фугасное (общее) действие.

К бризантным формам работы взрыва относится измельчение породы на контакте и в непосредственной близости от заряда. Эта работа пропорциональна плотности ВВ и квадрату скорости детонации.

Для оценки бризантного действия ВВ применяют пробу на свинцовых цилиндрах (метод Гесса) или пробу на породных образцах. По методу Гесса из рафинированного свинца отливают и торцуют столбики диаметром 40 и высотой 60 мм, на которые устанавливают стальную прокладку толщиной 20 мм и заряд испытуемого ВВ массой 50 г (25г). Бризантность характеризуют величиной осадки столбика после взрыва в мм, которое измеряется в четырех взаимно перпендикулярных направлениях. Заряды гранулированных ВВ помещают в стальные кольца.

К фугасным формам работы взрыва относят разрушение породы на большом расстоянии от заряда (за пределами бризантного действия), движение породы при взрыве.

Это действие взрыва проявляется в объеме, в сотни и тысячи раз превышающем объем заряда. Величина фугасной формы работы взрыва пропорциональна общей энергии ВВ, или его работоспособности Для оценки фугасной работы взрыва применяют свинцовую бомбу (метод Трауцля) баллистическую мортиру или маятник, породные образцы, воронки выброса. Результаты сравнительных испытаний ВВ на баллистической мортире используют в США и в других странах для определения переводных коэффициентов при расчете удельных расходов различных ВВ. Для этого на мортире подбирают величину заряда применяемого ВВ, который дает такое же отклонение мортиры, как заряд стандартного ВВ.

Свинцовая бомба представляет собой цилиндр высотой 200 мм и диаметром 200 мм, изготавливаемый из рафинированного свинца, имеет отверстие диаметром 25 мм и глубиной 125 мм для помещения заряда ВВ массой 10 г с электродетонатором.

Забойка песчаная. После взрыва в бомбе образуется раздутие, величина которого в см за вычетом объема отверстия (61−62 см) и расширения, производимого электродетонатором (~ 30см), и является мерой относительной работоспособности ВВ.

Баллистическая мортира представляет собой (см.) массивный цилиндр, подвешенный на тягах в виде маятника. В корпусе имеются взрывная камера, в которой подрывается заряд (обычно величиной 10 г), и расширительная камера, в которой помещается массивный поршень-снаряд. При взрыве поршень-снаряд выбрасывается из мортиры, а сама мортира отклоняется на некоторый угол. По углу отклонения мортиры оценивают эффективность ВВ. За стандарт принимают отклонение мортиры зарядом тротила массой 10 г. Для сравнительной оценки другого ВВ определяют заряд, вызывающий такое же отклонение мортиры.

При определении работоспособности на баллистическом маятнике, имеющем большую массу (несколько тонн), вплотную по рельсам подкатывается мортира (рис. 5.4,6) с зарядом 200 г. После взрыва фиксируют угол отклонения маятника и сравнивают с результатами, полученными при испытаниях другого ВВ.

Главный недостаток всех испытаний на работоспособность в малых величинах и диаметрах зарядов, не достигших критических. Поэтому эти испытания носят только качественный относительный характер и должны быть обязательно дополнены полигонными и промышленными испытаниями зарядов при диаметрах более критических, таких, как применяют на производстве.

В настоящее время все шире на подземных и открытых работах применяют существенно менее чувствительные гранулированные и водосодержащие ВВ, однако стандартных методов оценки их характеристик до сих пор не разработано. Созданием указанных методик, некоторые из которых уже опубликованы, занимается Институт химфизики РАН однако разработка новых рецептур ВВ (гранулированные, водосо-держащие, льющиеся, эмульсионные, смеси эмульсий и гранул) опережает разработки гостированных методов их испытаний.

РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВВ В дополнение к вышеприведенным применяют характеристики теплоты и работы газов взрыва, температуры, объема и давления газов взрыва, определяемые расчетным или экспериментальным методом. Эти величины характеризуют параметры идеализированного процесса взрыва и не учитывают коэффициента полезного использования энергии. Тем не менее они дают объективную энергетическую характеристику взрыва и могут быть использованы на практике.

ОЦЕНКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ВВ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ВВ — степень восприимчивости к определенному внешнему импульсу, вызывающему детонацию заряда. Она зависит от свойств ВВ, его состояния (порошкообразное, гранулированное, литое и т. д.), температуры, влажности, степени ограничения заряда и т. д.

Для оценки чувствительности ВВ проводят испытания: на удар, трение, нагревание (в том числе действие открытого пламени), воздействие ударной воздушной волны, передачу детонации на расстояние, на воздействие детонатора.

Чувствительность к инициированию принято оценивать минимальным зарядом, который необходим для возбуждения детонации.

Чувствительность ВВ к удару определяют на специальных копрах. При испытаниях на навеску ВВ, заключенную между двумя металлическими поверхностями, сбрасывают груз определенной массы. В качестве критерия чувствительности принимают процент взрывов из 25, 50 или 100 испытаний при сбрасывании груза 10 кг с высоты 0,25 м.

Этими испытаниями установлено, что наиболее чувствительными к удару являются ВВ, содержащие гексоген, жидкие нитроэфиры (30−80% взрывов); обычные, предохранительные аммониты, аммоналы дают 10−30% взрывов, гранулиты (измельченные) 0−12%. Наименьшую чувствительность имеют игданит (0−4%) и водосодержащие ВВ, которые при этих испытаниях не дают ни одного взрыва.

Испытания на чувствительность к трению производят на маятнике трения или растиранием навески в фарфоровой ступке. Испытание на трение (скользящий удар) производят путем сдвига навески ВВ боковым ударом ролика, прижатого с определенной силой к поверхности ВВ.

Чувствительность к удару и трению имеет большое значение при создании машин для механизированного заряжания ВВ.

МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ КАЧЕСТВА ВВ Свойства ВВ могут изменяться в процессе транспортировки и хранения. Поэтому при поступлении на склад и в процессе хранения все ВВ периодически должны испытывать для оценки их пригодности к дальнейшему хранению и безопасному использованию для взрывных работ.

При поступлении ВВ на базисные склады выполняют весь комплекс испытаний. На расходных складах ВВ подвергают только наружному осмотру, если они поступают туда с базисного склада.

Испытания ВВ выполняют взрывники или лаборанты под руководством заведующего складом:

[Т] ВВ, не содержащие жидких нитроэфиров, — в конце гарантийного срока и каждые три месяца после его истечения;

[2] ВВ, содержащие жидкие нитроэфиры, испытывают в конце гарантийного срока и через каждый месяц после его истечения;

[з] если возникает сомнение в их доброкачественности, проводят испытания независимо от сроков хранения.

В случае обнаружения дефектов при осмотре или испытаниях всю партию ВВ бракуют и составляют акт, который направляют заводу-изготовителю и в Ростехнадзор. Возможность дальнейшего использования забракованных ВВ на взрывных работах определяется специальной комиссией с участием представителей завода-изготовителя.

Аммиачно-селитренные ВВ и тротил подвергают следующим испытаниям.

Наружный осмотр тары, при котором устанавливают наличие внешних повреждений на ящиках или мешках, проверяют обвязку и пломбировку тары, отсутствие следов подмокания. Такому осмотру подвергают все ВВ, поступающие на склад в упаковке. Ящики с дефектами отбирают в отдельную партию, составляют акт, а затем проверяют внутреннюю упаковку. При целой внутренней упаковке испытания проводят по обычной методике. При нарушенной упаковке испытанию подвергают каждый ящик.

Наружный осмотр патронов, при котором из поступившей партии отбирают пять пачек, их распаковывают, и все патроны осматривают. На патронах должен стоять штамп с указанием типа ВВ, номера и массы патрона, даты изготовления, марки завода и номера ящика. На патронах не должно быть следов подмокания и увлажнения. Торцы патронов должны быть аккуратно заделаны.

При испытании на полноту детонации патроны укладывают на полигоне в один ряд торцами встык. Полноту детонации определяют по углублениям в грунте на месте расположения патронов и по отсутствию бумаги и ВВ. Гранулированные ВВ помещают при насыпной плотности в бумажную гильзу заданного диаметра длиной более пяти диаметров заряда. Заряд инициируют КД или ЭД через промежуточный детонатор (патрон аммонита 6ЖВ массой 200 г или шашка). При взрыве допускается разброс отдельных гранул и остатков бумажной оболочки. Партия ВВ считается выдержавшей испытания, если при трех опытах наблюдается полная детонация. В случае получения отказа число опытов удваивается, и при повторном отказе партия ВВ бракуется.

Испытание на передачу детонации, при котором проверяют соответствие паспортным данным чувствительности ВВ к взрыву другого заряда. Для этого на плотном грунте укладывают по одной оси два патрона ВВ (рис.) на расстоянии, указанном в ГОСТе, и взрывают. О полноте взрыва судят по углублению в грунте, отсутствию остатков бумаги и ВВ. Если при двух взрывах отказов не произошло, то ВВ считают выдержавшим испытания.

В случае отказа число опытов удваивают. Если при этом повторяются отказы, партию ВВ бракуют. Слежавшиеся патроны аммонита перед испытанием разминают. При испытании ВВ, поступивших на склад в мешках, изготавливают патроны диаметром 31 ± 1 мм массой 200 ± 10 г при плотности ВВ в патроне 0,95−1,05 г/см3. Затем проводят испытания.

Испытание водоустойчивых ВВ проводят после выдержки патронов в воде на глубине 1 м в вертикальном положении в течение 1 ч по обычной методике. Чем больше расстояние, тем надежнее детонирует заряд.

Определение влажности ВВ. Из пяти патронов, взятых для осмотра из пяти пачек, после смешивания берут две навески ВВ массой по 10 г, помещают их в термостаты и сушат при температуре +65^С до получения постоянной массы пробы.

Влажность аммонитов не должна превышать 1,5%. Однако при механизированном пневматическом заряжании гранулированных ам-миачно-селитренных ВВ для уменьшения пыления и электризации рекомендуется впрыскивать в подаваемый поток 2−4% воды.

Испытания бездымных порохов проводят по специальным методикам. Определяют состояние тары, физико-химическое состояние порохов, способность к детонации и работоспособность. При физико-химической оценке пороха обращают внимание на отсутствие следов его разложения: при разложении изменяется цвет пороха, появляются желтоватые вздутия и трещины. У нитроглицериновых и нитрогликолевых порохов может наблюдаться выделение жидких взрывоопасных компонентов (нитроглицерина, нитрогликоля) в виде капель (экссудация). Капельку можно промакнуть промокательной бумагой, а затем ударить по ней молотком на наковальне. Взрыв или треск свидетельствует об экссудации пороха. Такие пороха подлежат только уничтожению.

Детонационную способность пороха определяют в зарядах массой 8 кг, располагаемых на глубине 1 м в шурфах 0,5 X 0,5 м или канавах. Если порох не детонирует от детонатора из заряда аммонита 6ЖВ массой 2 кг, партию бракуют. взрывчатый вещество химический чувствительность Работоспособность пороха каждой партии определяют проведением сравнительных взрывов с аммонитом 6ЖВ в грунте, и находят переводные коэффициенты по объему выброшенного грунта при постоянной массе и глубине заложения зарядов При испытании дымного пороха из 10% прибывших мешков отбирают навески по 0,5 кг и осматривают. Зерна пороха должны быть сизо-черного цвета с блестящей поверхностью. Не должно быть белых или желтых кристаллов на зернах, а также слипшихся комков пороха.

При высыпании пороха на белом листе не должно оставаться пыли или черных пятен. Если пробы не соответствуют указанным требованиям, партию бракуют.

ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ ВВ СЫПУЧЕСТЬ — способность ВВ свободно высыпаться из калиброванных отверстий, полностью заполнять определенные замкнутые объемы (скважины, камеры, бункера, емкости зарядных машин).

Хорошую сыпучесть имеют гранулированные ВВ, плохую — порошкообразные. Последние теряют сыпучесть при содержании влаги — 1,2−2%, а также при слеживании. Гранулированные ВВ теряют сыпучесть только при увлажнении их до 6% и выше.

Сыпучесть имеет большое значение при механизированном заряжании, особенно восстающих скважин в подземных условиях.

РАССЛАИВАНИЕ — свойство ВВ самопроизвольно или в процессе заряжания разделяться на составные компоненты, особенно когда компоненты имеют разную плотность. Например, порошкообразные динамоны — смеси аммиачной селитры с древесной мукой — были запрещены для применения из-за расслаивания заряда в процессе зарядки скважин на карьерах. При расслаивании образовывались участки чистой селитры и прослойки древесной муки, из-за чего детонация в таком заряде прекращалась.

ТЕКУЧЕСТЬ — способность водосодержащих ВВ вытекать из емкостей и сквозь рукава и шланги под действием силы тяжести или избыточного давления. Это свойство определяет эффективность механизированного заряжания ВВ этих типов и существенно зависит от температуры ВВ, продолжительности его хранения и начальной консистенции.

ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ — способность ВВ поглощать влагу из воздуха или при искусственном впрыскивании в него воды. Это в основном определяется гигроскопичными свойствами аммиачной селитры. Пониженная гигроскопичность гранулированной аммиачной селитры марки ЖВ имеет особенно важное значение при бестарном ее хранении на складах и в пунктах приготовления игданитов, а также при бункерном и бестарном хранении гранулированных ВВ, так как увлажняемость, как правило, связана со слеживаемостью ВВ.

Водоустойчивость — способность ВВ противостоять проникновению воды в массу заряда, растворению компонентов и устойчиво детонировать в окружении воды. Следует отдельно рассматривать это свойство для порошкообразных, гранулированных и водосодержащих ВВ.

Для порошкообразных ВВ водоустойчивость оценивают по величине давления столба воды, необходимого для ее проникновения внутрь заряда в течение определенного времени.

Испытаниями на водоустойчивость предусмотрена выдержка патронов ВВ на глубине 1,0 м в течение определенного времени. Все порошкообразные ВВ имеют слабую водоустойчивость, особенно при повышенном гидростатическом давлении (в обводненной скважине при высоте столба воды 6−10 м, в шахтах, где из шпуров вытекает вода под давлением).

Для гранулированных ВВ это способность гранул не растворяться в воде и детонировать в водосодержащем состоянии. Повышение водоустойчивости гранулированной аммиачной селитры достигают покрытием гранул водоустойчивыми составами (например, вязкими горючими добавками типа мазута, тротилом, пленкой полиэтилена). Однако при малейшем нарушении покрытия при транспортировке и зарядке, происходит вымывание селитры и снижение детонационной способности заряда.

Для водосодержащих ВВ водоустойчивость определяют способностью к растворению или размыванию сплошной структуры заряда, образованию в нем водных промежутков. Большинство водосодержащих ВВ достаточно водоустойчиво при нахождении заряда в непроточной воде. Однако при заряжании обводненных скважин сквозь слой воды водоустойчивость этих ВВ резко снижается, снижается она также при их нахождении в скважинах с проточной водой.

ПЫЛЕНИЕ — способность сыпучих ВВ при операциях с ними измельчаться и выделять в атмосферу мелкодисперсные частицы. Наиболее пылящими являются порошкообразные ВВ, значительно меньше пылят гранулированные, особенно омасленные составы (игданит, гранулиты), а также гранулотол и алюмотол. Пыление гранулированных ВВ в основном зависит от прочности гранул селитры. У гранулированных ВВ источником пыления является алюминиевая пудра, а у граммонита 79/21 — мелкие фракции тротила.

Для борьбы с пылением, особенно при механизированном заряжании, ВВ увлажняют до 2−4%, ограничивают скорость пневмотранспортирования по шлангам и трубам, соблюдают рациональные расстояния между срезом заряжающегося шланга и торцом заряда ВВ в скважине.

СЛЕЖИВАНИЕ — способность ВВ терять сыпучесть при хранении и превращаться в прочную камнеобразную массу.

Слежавшиеся ВВ непригодны для заряжания и имеют резко сниженную детонационную способность. Единые правила безопасности требуют обязательного измельчения ВВ перед употреблением. Наиболее склонны к слеживаемости порошкообразный аммонит 6ЖВ, особенно при изменении влажности и температуры окружающего воздуха.

ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ВВ — способность движущейся смеси из частиц ВВ, взвешенных в воздушном потоке, электризоваться (накапливать заряды статического электричества), что может привести к взрывоподобным вспышкам.

Чем выше электрическое сопротивление материала, тем он легче электризуется. Наиболее высокие диэлектрические свойства имеют гексоген, тротил, которые и наиболее склонны к электризации. Наименее электризуемые — бестротиловые простейшие ВВ (гранулиты, игданиты). Смесевые ВВ особенно подвержены электризации, если в их составе содержатся тонкодисперсные компоненты, обладающие диэлектрическими свойствами (алюминивая пудра, тротиловая мука).

Опасность электризации таких составов увеличивается в связи с тем, что при их транспортировании по проводящим шлангам или металлическим трубам мелкие фракции диэлектриков покрывают тонким слоем внутреннюю поверхность шлангов и превращают их из проводников в диэлектрики, которые не обеспечивают стекания зарядов из смеси ВВ с воздухом.

На электризацию ВВ влияют относительная влажность воздуха, влагосодержащие ВВ, его дисперсность, радиус закругления магистралей, скорость транспортирования.

При увлажнении транспортируемого ВВ до 4% на внутренней поверхности шланга образуется токопроводящая пленка, которая обеспечивает стекание электрических зарядов. Электризация потока происходит весьма незначительно при скорости до 18 м/с, а при скорости более 20 м/с электризация становится интенсивной и может привести к вспышкам.

Для уменьшения электризации радиусы закруглений магистралей не должны быть меньше 0,5 м. Это одновременно уменьшает дробление гранул на поворотах магистралей.

С увеличением содержания в составе ВВ мелких гранул (мельче 1 мм) и особенно порошкообразных фракций степень электризации при прочих одинаковых параметрах пневмотранспортирования увеличивается.

ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЕ ПРИ ЗАРЯЖАНИИ. Основные зарядные машины, применяемые на крупных карьерах, подают ВВ в скважину шнеками, самотеком или пневмотранспортом из бункеров-дозаторов. Скорости транспортирования ВВ в этих машинах существенно меньше 18 м/с, а потому при их работе электризация взвеси ВВ не происходит.

Однако на рабочих местах взрывников-операторов у заряжаемых скважин запыленность воздуха пылью ВВ может превышать предельно допустимые концентрации: 1 мг/мз для пыли тротила, 2 мг/мз для алюминиевой пудры, 1%/300* мг/мз для солярового масла. (Числитель — для паров, знаменатель — для капельно-жидкого аэрозоля) Пыление ВВ значительно возрастает при низкой влажности воздуха и в холодное время года. В этих случаях взрывники должны обязательно использовать индивидуальные средства защиты дыхательных путей от пыли (респираторы, фильтры-лепестки и т. п.).

Водосодержащие ВВ никакой опасности в части пылеобразования и электризации не представляют.

ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ — способность ВВ сохранять неизменными свои химические свойства при длительном хранении, транспортировании и нахождении в скважине.

Все аммиачно-селитренные ВВ имеют достаточно высокую химическую стойкость, в связи с чем их никаким специальным испытаниям не подвергают. ВВ с добавками жидких нитроэфиров (детонит, предохранительные ВВ) имеют меньшую химическую стойкость, особенно если имеются хотя бы незначительные остатки кислот в нитроэфирах.

Аммиачно-селитренные ВВ резко снижают свою стойкость при попадании в заряд сульфидов (пирита, колчедана). При этом аммиачная селитра вступает в реакцию с сульфидами с выделением тепла и ядовитых оксидов азота. При этом температура в очаге реакции достигает 1100 С, что может привести к возгоранию ВВ, а затем к детонации. Поэтому следует исключить контакты зарядов ВВ с сульфидами.

В случае воспламенения заряда в скважине недопустимо пытаться погасить возгорание путем засыпки в нее забойки, т.к. это может привести к взрыву.