Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал)
| Вид материала | Учебное пособие |
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 981.77kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 1531.98kb.
- Федеральное агентство по образованию Бийский технологический институт (филиал), 2694.55kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 2134.54kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 1660.78kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 1946.38kb.
- Решением Ученого совета, 125.93kb.
- Федеральная целевая программа "Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники", 3538.74kb.
- Бийский технологический институт (филиал), 2586.35kb.
- Министерство образования и науки федеральное агентство по образованию майкопский государственный, 102.13kb.
1.10 Промышленные взрывчатые вещества [4, 17–19]
В качестве промышленных ВВ применяются главным образом смеси на основе аммиачной селитры (аммиачно-селитренные ВВ или АСВВ) с добавками различных горючих веществ. Окислителем в АСВВ является аммиачная селитра, а горючим – различные вещества, как взрывчатые (тротил, ксилил и др.), так и невзрывчатые (древесная мука, алюминий и т.д.).
В состав отдельных АСВВ входят и некоторые специальные добавки, например, хлористый натрий.
К взрывчатым веществам на основе аммиачной селитры относятся:
- смеси гранулированной аммиачной селитры с невзрывчатыми горючими (простейшие ВВ, гранулиты, игданиты);
- смеси аммиачной селитры с тротилом или другими нитросоединениями (аммониты, аммотолы);
- смеси аммиачной селитры с алюминием или другими металлами (аммоналы);
- водосодержащие смеси, пластифицированные водным гелем (акватолы, акваниты, акваналы).
Аммониты и аммоналы, изготовленные на гранулированной селитре, называют соответственно граммонитами и граммоналами.
1.10.1 Простейшие гранулированные взрывчатые вещества
К простейшим ВВ на основе аммиачной селитры относят смеси гранулированной селитры с жидкими или легкоплавкими нефтепродуктами (дизельное топливо, соляровое масло, парафины, воски). Простейшие ВВ указанного типа в английской транскрипции обозначают индексом AN-FO (нитрат аммониягорючее масло), в русской – АС-ДТ (аммиачная селитрадизельное топливо). Имеются и собственные наименования: игданиты, гранулиты, нилиты и т.д. [17]. Технология изготовления смеси АС-ДТ проста и сводится к простому механическому перемешиванию твердой и жидкой фаз.
Благодаря низкой стоимости исходных компонентов и малых производственных затрат смеси данного типа имеют низкую стоимость.
Смеси АС-ДТ намного безопаснее в обращении по сравнению с другими ВВ, так как они характеризуются низкой чувствительностью к механическим воздействиям, обладают хорошей сыпучестью и мало слеживаются. Смеси АС-ДТ применяют как на открытых, так и на подземных горных разработках.
Недостатки смесей АС-ДТ:
- смеси неводоустойчивы, под воздействием воды при содержании влаги более 5% они теряют детонационную способность, поэтому их нельзя применять в обводненных забоях;
- смеси недостаточно стабильны; при больших высотах скважинных зарядов жидкая фаза стекает в нижние слои заряда;
- для взрывания крепких и особо крепких пород детонационные параметры этих ВВ недостаточно высоки.
С целью повышения энергетических характеристик простейших ВВ в их состав вводят алюминиевый порошок или пудру (гранулит марки АС).
1.10.2 Взрывчатые смеси аммиачной селитры с тротилом
Аммиачно-селитренные ВВ с тротилом [20] выпускаются в порошкообразном (аммониты) [21] и гранулированном (граммониты) виде [22–23].
Аммониты и граммониты, содержащие алюминий, называются соответственно аммоналы и граммоналы. В их состав входит 66,0–80,5 % аммиачной селитры, 5–10 % тротила и 4,5–10 % дисперсного алюминия. Иногда в состав аммонитов и аммоналов в целях экономии тротила и в качестве разрыхляющей добавки, предотвращающей слеживание, вводят горючие материалы (древесную, торфяную или злаковую муку).
Для изготовления порошкообразных ВВ используется водоустойчивая аммиачная селитра марки ЖВ.
Порошкообразные ВВ более чувствительны к механическим воздействиям, чем гранулированные ВВ. Вследствие пыления, слеживаемости и относительно высокой чувствительности к механическим воздейстиям порошкообразные ВВ малопригодны для механизированного транспортирования и заряжания.
Аммониты и аммоналы в основном выпускаются в патронированном виде и используются для взрывных работ в промышленности, сельском хозяйстве, геологоразведке, где невозможно применять гранулированные или суспензионные ВВ. Также они применяются в промежуточных зарядах для вторичного инициирования гранулированных и водосодержащих ВВ.
Преимуществом гранулированных ВВ (граммонитов и граммоналов) перед порошкообразными является пониженное пыление, лучшая сыпучесть, меньшая слеживаемость и пригодность их для механизированного заряжания скважин. Кроме того, достоинством их является водоустойчивость, т.е. они способны взрываться в обводненных скважинах и производить работу рыхления и выброса раздробленной горной массы. Для изготовления гранулированных ВВ используется гранулированная селитра.
1.10.3 Водосодержащие взрывчатые вещества
Для повышения плотности ВВ, придания им текучести и пластичности пустоты между частицами ВВ заполняют водным гелем, а ВВ называют водосодержащими [17].
Вода как наполнитель промышленных ВВ имеет ряд достоинств. Вследствие растворения в ней аммиачной селитры пространство между частицами ВВ заполняется насыщенным раствором с плотностью около 1300 кг/м3, благодаря чему при содержании воды от 5 до 15 % средняя плотность водосодержащих ВВ достигает 1500 кг/м3. Кроме того, снижается чувствительность ВВ, повышается скорость детонации и бризантное действие взрыва. Недостатком воды как наполнителя является ее химическая инертность. Преимуществом водосодержащих ВВ перед гранулированными является высокая плотность, водоустойчивость, безопасность в обращении, определяемая низкой чувствительностью к механическим и тепловым воздействиям.
Недостатками водосодержащих ВВ [17] являются:
- сложность технологического процесса изготовления;
- высокая стоимость составов (в 5–6 раз выше, чем АС-ДТ);
- низкая чувствительность к инициирующему импульсу.
К водосодержащим ВВ относятся: акватолы, акваналы и акваниты [24–26].
Акваналы представляют собой загущенный концентрированный раствор аммиачной селитры (80–90 %), в котором распределены гранулы или чешуйки тротила (до 20 %) и алюминий. В качестве окислителя к аммиачной селитре вводят до 25 % натриевой или кальциевой селитры, в качестве дополнительного горючего применяется до 15 % карбамида. Загустителями являются полиакриламид, карбоксиметилцеллюлоза, крахмал. Для повышения водоустойчивости и предотвращения расслоения состава загущенный раствор часто сшивают. В качестве сшивки для создания поперечных связей макромолекул загущенных полимеров применяют сульфат хрома, бихромат натрия, сернокислый алюминий, буру и т.д.
Акватол состоит из твердой фазы, в качестве которой служит гранулированная аммиачная селитра с гранулотолом или алюмотолом, и жидкой фазы, представляющей насыщенный раствор аммиачной селитры.
В состав акванитов входят загущенный раствор аммиачной селитры, дисперсный тротил, алюминий и пластифицирующие добавки.
1.10.4 Эмульсионные взрывчатые вещества (эмулиты)
Являются разновидностью простейших аммиачно-селитровых взрывчатых смесей. В отличие от смесей типа АС-ДТ, в которых дизельное топливо или другое жидкое горючее покрывает гранулы селитры и частично впитывается внутрь гранул, в эмулитах жидкое горючее покрывает тонкой пленкой капли насыщенного раствора амми-ачной селитры (или смешанных растворов аммиачной селитры и натриевой селитры), образуя так называемую обратную эмульсию. Технология изготовления обратной эмульсии (дизельный топливо-водный раствор аммиачной селитры) заключается в следующем. Вначале готовят водный раствор селитры, отдельно – смесь дизельного топлива с поверхностно-активными веществами при перемешивании. Далее про-исходит процесс эмульгирования фаз, обеспечивающий образование обратной эмульсии. Для повышения детонационной способности в эмулиты вводят газовые пузырьки в виде микросфер из полимерных материалов или стекла, добавляя газообразующие вещества (порофоры). Для повышения энергетических характеристик во многие сорта эмульсионных ВВ вводят тонкодисперсный алюминий [17–27].
1.10.5 Нитроэфиросодержащие взрывчатые вещества
Взрывчатые смеси, содержащие нитроглицерин или другие жидкие нитраты спиртов, получили название нитроэфиросодержащих ВВ [28]. По содержанию нитроглицерина и других нитроэфиров составы подразделяются на низкопроцентные, среднепроцентные и высокопроцентные. Низкопроцентными считают составы с содержанием до 15 % нитроэфиров, высокопроцентными – более 60 %.
По консистенции составы подразделяют на порошкообразные, полупластичные и пластичные. Две последние группы называют динамитами. К порошкообразным нитроэфиросодержащим ВВ относят составы, содержащие не более 10 % жидких нитроэфиров, а к полупластичным, содержащие от 10 до 20 % нитроэфиров.
Динамиты – это первые смесевые бризантные ВВ, широко применяемые в горной промышленности. Первым представителем динамитов был гурдинамит, состоящий из нитроглицерина и кизельгура в качестве поглотителя, затем динамитные смеси, где в качестве поглотителя использовались активные наполнители – древесная мука, селитра.
В данных ВВ нитроглицерин недостаточно прочно связан с поглотителем и легко вытесняется водой. В дальнейшем развитие получили физически более стабильные и мощные пластичные ВВ или желатин-динамиты. В них нитроглицерин связан нитроклетчаткой, с которой образует желатин. Простейшим по составу и в то же время мощным динамитом является гремучий студень, состоящий из 92–93 % нитроглицерина и 7–8 % нитроцеллюлозы.
Для понижения температуры замерзания нитроглицериновых ВВ в их состав кроме нитроглицерина вводят нитраты других многоатомных спиртов (нитрогликоль, нитродигликоль).
Достоинством динамитов является их высокая плотность
(1400–1500 кг/м3), водоустойчивость и пластичность, благодаря которым достигается высокая плотность заряжания шпуров. Однако со временем пластичность динамита может уменьшаться вследствие старения. При этом уменьшается восприимчивость динамита к детонации и ухудшается детонационная способность. Динамиты высокочувствительны к механическим воздействиям и из-за опасности в обращении с ними в последнее время практически не применяются.
В настоящее время во взрывном деле применяются порошкообразные нитроэфиросодержащие ВВ. К таким ВВ относятся детониты и высокопредохранительные ВВ.
Детонитами называют аммиачно-селитренные ВВ, сенсибилизированные нитроэфирами. В состав детонитов входят водоустойчивая аммиачная селитра марки ЖВ, нитроглицерин, тротил, алюминиевая пудра и стеарат кальция или цинка. Детониты имеют вид сыпучего порошка, но благодаря наличию в составе жидкого нитроглицерина способны уплотняться в патронах. Они обладают высокой водоустойчивостью и детонационной способностью и применяются для трудновзры-ваемых крепких пород в обводненных проходческих и очистных забоях. Детониты имеют повышенную чувствительность к механическим воздействиям и требуют осторожного обращения с ними.
Высокопредохранительные ВВ применяются в угольной промышленности в шахтах с опасными и особоопасными условиями ведения взрывных работ. В отличие от обычных ВВ обладают меньшей способностью воспламенять метановоздушную и пылевоздушную смеси.
1.10.6 Предохранительные взрывчатые вещества
Предохранительные ВВ [29] применяют для работ в угольных шахтах, где существует опасность загорания газов и пыли. Рецептура их подобрана таким образом, чтобы при взрыве не происходило воспламенение газо- и пылевоздушных смесей. Это достигается понижением бризантного и фугасного действия и температуры взрыва введением солей-пламегасителей. Наиболее широко в качестве пламегасите-лей применяются хлориды натрия и калия или хлористый аммоний. Для усиления ингибирующего действия солей их вводят в тонкодисперсном виде. Выпускаются следующие предохранительные ВВ:
- аммонит АП-5ЖВ и аммонит Т-19, содержащие водоустойчивую аммиачную селитру, тротил и хлористый натрий в разных соотношениях;
- угленит Э-6, в состав которого входит: хлористый аммоний, нитрат натрия, смесь нитроглицерина с нитродигликолем и хлористый калий;
- угленит № 2, содержащий аммиачную селитру, хлористый натрий и смесь нитроэфиров;
- серый и нефтяной аммонит и победит содержат тротил, аммиачную селитру, смесь нитратов и солей пламегасителей.
Предохранительные ВВ имеют порошкообразную структуру. Большая часть составов обладает хорошей водоустойчивостью. По чувствительности и восприимчивости к детонации предохранительные нитроглицериновые ВВ близки к детонитам.
1.10.7 Конверсионные промышленные взрывчатые вещества
С начала 90-х годов в развитии отрасли промышленных взрывчатых веществ обозначилось новое направление, связанное с необходимостью переработки порохов, снятых с вооружения вследствие истечения срока служебной пригодности или разоружения. Научной основой использования порохов в качестве конверсионных ВВ [18] является тот факт, что пироксилиновые и баллиститные пороха при определенных условиях способны детонировать, т.е. их можно использовать как бризантные вещества.
Отличительной чертой порохов от ВВ является невысокая чувствительность к детонационному импульсу и низкий кислородный баланс.
Для повышения кислородного баланса в состав конверсионных ПВВ на основе порохов стали вводить аммиачную селитру, а для повышения чувствительности к детонационному импульсу использовать для инициирования взрыва мощные промежуточные детонаторы. Некоторые рецептуры порохов обладают высокой чувствительностью к удару, поэтому для снижения чувствительности к механическим воздействиям в порох вводят флегматизирующие добавки.
В настоящее время на основе баллиститных и пироксилиновых порохов разработан новый класс перспективных водостойких ПВВ с улучшенными характеристиками для проведения буровзрывных работ. К ним относится новое ВВ – акванитрат [18], разработанный в ФГУП «Пермский завод им. С.М. Кирова» на основе баллиститных порохов с истекшим сроком хранения и аммиачной селитры. По характеристикам акванитрат близок к штатному ВВ аммониту 6ЖВ, но выгодно отличается от него водоустойчивостью и повышенной плотностью, что позволяет применять его в обводненных скважинах.
В ФЦДД «Союз» созданы специальные ВВ – гранипоры, изготовленные на основе утилизируемых пироксилиновых порохов и баллиститных ракетных топлив в виде гранул с размером частиц до 20 мм. Имеется несколько рецептур гранипоров: водоустойчивые (БП-1, БП-3, БМ) и селитросодержащие ограниченно водоустойчивые (БПС-1, БПС-2 и т.д.). Стоимость гранипор составляет 60–70 % от стоимости гранулотолов и граммонитов. Применяются гранипоры для отбойки пород любой крепости при добыче полезных ископаемых.
Гельпоры – водосодержащие взрывчатые вещества пастообразной консистенции на основе утилизируемых пироксилиновых и баллиститных артиллерийских порохов и ракетных топлив [18, 31]. Их производят на основе загущенных и структурированных сшивающими добавками растворов аммиачной селитры и измельченных порохов. В ка-честве загустителей используются полиакриламид, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na КМЦ); в качестве структурирующих добавок – калия бихромат, хром сернокислый, дубитель хромовый, железо сернокислое. Гельпоры являются экологически чистыми и водоустойчивыми ПВВ. Применяются на открытых горнодобывающих и сейсморазведочных работах в сухих, обводненных и заполненных буровым раствором скважинах.
В России в 1995 г. выпуск гельпор составил 100 тыс. тонн. Аналогичного типа ПВВ, названное «Сларри», выпускается в США и других странах.
Разработано новое водоустойчивое ПВВ на основе утилизируемых ракетных и артиллерийских порохов баллиститного типа – дибазит. Выпускается в виде гранул или омасленных таблеток величиной до 20 мм. По своим взрывчатым свойствам он превосходит гранипоры и приближается к гранулотолу [18].
На основе утилизируемого пироксилинового пороха разработано ПВВ – зернит. Представляет собой льющуюся смесь измельченного пороха, воды или раствора окислителя. Предназначается для проведения взрывных работ на поверхности земли и для скважин любой обводненности [18].
1.11 Снаряжение боеприпасов взрывчатыми веществами
Под снаряжением боеприпасов понимают ряд последовательных операций по наполнению корпусов снарядов, мин, боевых частей реактивных снарядов и ракет, авиабомб и т.д. взрывчатыми веществами. Взрывчатые вещества производятся в порошкообразном виде. В боеприпасах ВВ представляют собой монолит и называются разрывным зарядом. Разрывной заряд изготовляется или непосредственно в камере боеприпаса, или изготовляется заранее, а затем в виде готовых шашек укладывается в камеру боеприпаса.
Наполнение корпусов боеприпасов взрывчатым веществом может производиться различными способами: заливкой [32–34], шнекованием [33, 35], прессованием [33, 36]. Наполнение по первому способу производится заливкой расплавленного жидкого ВВ в корпус снаряда в один или несколько приемов в зависимости от размеров боеприпаса и конфигурации камеры. Чем больше калибр снаряда и отношение диаметра горловины камеры к ее наибольшему диаметру, тем в большее число приемов производится заливка. Качественный литой разрывной заряд должен иметь однородную мелкокристаллическую структуру (без пузырьков, раковин и трещин) и высокую плотность. Для получения однородной мелкокристаллической структуры разрывного заряда заливку ведут при наивыгоднейшем соотношении жидкой и кристаллической фаз в расплавленном ВВ. Последнее достигается так называемой шимозацией ВВ, т.е. энергичным перемешиванием расплавленного ВВ перед заливкой.
Перемешивание ускоряет охлаждение ВВ и начало процесса его кристаллизации, способствует образованию большого числа центров кристаллизации и, следовательно, препятствует появлению крупных кристаллов.
Мелкокристаллическая структура разрывного заряда обеспечивает ему высокую плотность, прочность и безопасность при выстреле, что очень важно, так как такой разрывной заряд может выдержать без разрушения напряжения, развивающиеся в нем под действием инерционных сил при выстреле.
Заряды крупнокристаллической структуры обладают малой прочностью и при выстреле могут разрушаться, что приводит к преждевременным разрывам снарядов в канале ствола орудия или на траектории вследствие воспламенения ВВ от трения при разрушении зарядов.
Чтобы предотвратить образование пузырей и раковин в заряде, жидкое ВВ в корпусе снаряда периодически перемешивают латунным прутом, что способствует удалению пузырьков воздуха.
Трещины в разрывном заряде не допускаются, так как при выстреле в местах расположения трещин возникает значительное трение между частицами заряда, способное вызвать воспламенение ВВ и преждевременный разрыв снаряда в канале ствола при выстреле.
Чтобы не было трещин в заряде, корпуса снарядов перед заливкой предварительно подогревают до температуры помещения, в котором производят заливку, и медленно охлаждают разрывной заряд. Различают кусковую, вибрационную и вакуумную заливки.
Сущность кусковой заливки заключается во введении в камеру боеприпаса вместе с жидким ВВ заранее приготовленных кусков твердого литого ВВ. Заливка кусковым способом обычно ведется следующим образом: вначале в камеру боеприпаса примерно на 1/3 ее объема заливают жидкий тротил, в который затем вводят, утрамбовывая деревянной палочкой, куски ВВ до тех пор, пока они не распределятся по всему объему жидкого ВВ. Этот процесс повторяется до полного заполнения объема камеры.
Кусковой способ ускоряет процесс наполнения корпусов боеприпасов примерно в 2–3 раза по сравнению с обычным способом заливки одним лишь жидким ВВ. Но вследствие неодинаковой плотности получаемой при этом отливки, а также из-за плохого спая кусков с застывшим ВВ данный способ используется лишь для наполнения взрыв-чатым веществом авиабомб, мин, ручных гранат и других видов боеприпасов, разрывных зарядов, которые не подвергаются значительным сотрясениям.
Вибрационная заливка является более совершенным методом сна-ряжения боеприпасов. Вибрационная заливка заключается в использовании явления вибрации для более качественного распределения и уплотнения кусков ВВ в камере боеприпаса и ускорении процесса наполнения камеры. Вибрации с определенной частотой подвергается корпус боеприпаса в процессе его наполнения с помощью специального устройства.
Вакуумная заливка преследует ту же цель, что и вибрационная. Для повышения качества заполнения корпуса и производительности труда перед заполнением ВВ камера боеприпаса вакуумируется.
Снаряжение шнекованием состоит в наполнении камер боеприпасов порошкообразным ВВ при помощи шнек-аппарата. Данный способ является высокопроизводительным и механизированным. Он применяется в основном для наполнения снарядов наземной артиллерии, а также авиабомб и мин. Шнекование не применяется для наполнения боеприпасов гексогеном и тринитротолуолом как в чистом виде, так и во флегматизированном, и в виде смесей их с другими веществами вследствие высокой чувствительности их к трению.
Прессование заключается в изготовлении шашек взрывчатого вещества в специальных матрицах (реже непосредственно в камере боеприпаса) путем одновременного уплотнения всей массы взрывчатого вещества пуансоном. Таким образом, разрывной заряд или его элементы изготовляются заранее, и наполнение камеры боеприпаса заключается во вставке готового разрывного заряда.
Метод образования заряда с изготовлением его непосредственно в камере боеприпаса называется нераздельным. Метод изготовления заряда вне камеры боеприпаса с последующим закреплением его в камере называется раздельным. Раздельный метод в зависимости от способа сборки и закрепления заряда в камере имеет две разновидности: раздельно-шашечный и раздельно-футлярный.
Раздельно-шашечный способ наполнения снарядов широко применяется у нас с начала Великой Отечественной войны и особенно со времени внедрения в валовое производство взрывчатого вещества, которым не могут наполнять корпуса боеприпасов ни способом заливки, ни способом шнекования. Раздельно-шашечный способ наполнения состоит во вставке заранее изготовленных прессованием или отливкой шашек ВВ в камеру корпуса снаряда на том или ином закрепителе (обычно на сплаве парафин–церезин 1:1). При большом числе шашек их склеивают шеллачно-канифольным лаком в сборки по несколько штук в каждой.
Последовательность выполнения операций наполнения снарядов раздельно-шашечным способом следующая. В камеру корпуса вводится определенное количество расплавленного сплава парафин–церезин и вставляется первая шашка (или сборка шашек); при этом количество сплава подбирается так, чтобы он полностью заполнял зазоры между поверхностями шашки (сборки шашек) и камеры. Таким же образом вставляются в камеру остальные шашки или сборки шашек. Затем на заряд кладутся картонные прокладки, и ввинчивается дно. Картонные прокладки заполняют зазор между зарядом и дном; они служат для поджатия заряда в корпусе снаряда, чтобы не допустить перемещения его при выстреле.
Раздельно-футлярный способ наполнения применяется главным образом для снаряжения бронебойных снарядов. Он отличается от раздельно-шашечного способа тем, что прессованные шашки ВВ вставляются вначале в футляр, а затем уже снаряженный футляр вставляется в камеру корпуса снаряда, где закрепляется на сплаве парафина с церезином. Количество сплава подбирается с таким расчетом, чтобы он полностью заполнял зазоры между шашками ВВ и внутренней поверхностью футляра, а также между поверхностью снаряженного футляра и камеры снаряда. Материалами для изготовления футляров могут быть алюминий, картон, пластмасса и др.
При обработке разрывного заряда предусматривается окончательная отделка заряда. При окончательной отделке снарядов наружная поверхность снарядов окрашивается, и на нее наносится отличительная маркировка. Окраска наружной поверхности снарядов приме-няется как антикоррозийное покрытие, а также служит средством распознавания снарядов по их боевому назначению и снаряжению. Готовые снаряды укупориваются.