С.А.Семенов (МГГУ, физико-технический факультет, группа ГФ-2-96)

Результаты экспериментальной оценки эффективности

применения баллиститного ракетного топлива в качестве

сенсибилизаторов в эмульсионных ВВ

Введение.

В настоящее время в горнодобывающей промышленности широко используются тротилсодержащие ВВ. Применяемые на открытых горных работах аммиачноселитренные ВВ с содержанием тротила 20-35% не являются достаточно водоустойчивыми, а применение водоустойчивого дорогостоящего гранулотола повышает себестоимость буровзрывных работ. Водосодержащие ВВ, такие как ифзаниты, акватолы, карботолы, горячельющиеся составы типа ГЛТ, достаточно водоустойчивы, мало чувствительны к внешним воздействиям и обеспечивают высокую плотность заряжания, однако недостатком водосодержащих ВВ является сам факт присутствия в составе ВВ воды до 15%, оказывающей флегматизирующее действие на заряд, что требует введения в его состав не менее 20-30% тротила или его сплавов, что сильно увеличивает стоимость ВВ.

В то же время, проблема утилизации порохов и твердых ракетных топлив из расснаряжаемых боеприпасов стоит достаточно остро. Химический состав порохов практически не отличается от химического состава ВВ, поэтому конверсия оборонной промышленности открывает широкие возможности в использовании утилизируемых составов из демонтируемого вооружения в качестве сенсибилизирующих добавок в составе ВВ.

В данной работе проведена сравнительная оценка эффективности применения балиститных ракетных твердых топлив (БРТТ) в составе эмульсионных ВВ (ЭВВ) с целью изучения возможности их использования в промышленности для отбойки горных пород вместо штатных ВВ.

Методика экспериментальной оценки эффективности

применения БРТТ в качестве сенсибилизаторов в составе ЭВВ

Исследования проводились в НТЦ "Взрывобезопасность" ФЦДТ "Союз".

Для оценки эффективности применения БРТТ в качестве сенсибилизаторов в составе ЭВВ проводились эксперименты по определению работоспособности ЭВВ с содержанием утилизируемых компонентов по воронке выброса и исследования их детонационных характеристик. Для сравнения детонационных характеристик ЭВВ с содержанием БРТТ в качестве эталона было выбрано одно из наиболее распространенных водосодержащих ВВ акватол Т-20ГК, содержащий 20% тротила, и имеющий следующие характеристики: плотность 1,45 г/см³, скорость детонации 5000-5300 м/с, критический диаметр детонации 120 мм, теплоту взрыва 3700 кДж/кг, объемную концентрацию энергии 5365 кДж/дм³ и объем газов 900 л/кг (1250 л/дм³).

Определение скорости детонации

Определение скорости детонации для зарядов эмульсионного ВВ диаметром 105мм длиной 4,5-5 диаметров заряда в оболочке из полимерной пленки осуществлялось при помощи скоростного фоторегистратора типа СФР-2, частотомера Ч3-34А и электрических контактных датчиков по дешифровке кадров скоростной киносъемки.

Фоторегистратор СФР-2 состоит из двух основных блоков: камеры и пульта управления .

Камера предназначена для регистрации на фотопленку быстро протекающих физических процессов. Камера может использоваться как фоторегистратор, дающий непрерывную развертку, или как лупа времени, дающая ряд последовательных фотографий изучаемого процесса.

На рис.1. представлена оптическая схема камеры СФР-2.

Рис. 1. Оптическая система камеры СФР-2

1 - входной объектив

2 - щель

3 - затвор

4 - второй объектив

5 - зеркало

6 - фотопленка

Для определения скорости детонации заряд устанавливают вертикально на подставке в центре взрывной камеры. Инициирование зарядов осуществлялось шашкой прессованного тротила массой 400г утопленной в заряд. К нижнему торцу заряда прикрепляли индикаторы прохождения процесса в виде отрезков детонирующего шнура (ДШ) и шнура из баллиститного состава «эластит» диаметром 5мм, на концах которых устанавливались свинцовые пластины-свидетели.

Фоторегистратор наводят на заряд таким образом, чтобы в фокусе была наибольшая часть заряда. Для определения масштаба съемки на заряд укрепляют масштабную ленту. Установив требуемую скорость врящения зеркала, инициируют заряд. Свечение детонирующего заряда экспонирует фотопленку, образуя кривую линию.

Скорость детонации ВВ определяется путем нахождения тангенса угла наклона касательной к кривой, запечетленной на фотопленке, и умножения его на скорость вращения зеркала камеры и масштаб съемки.

D=tgaMw, (1)

где: М - масштаб съемки;

w - скорость вращения зеркала камеры СФР-2.

Схема проведения испытаний зарядов ЭВВ с использованием утилизируемых компонентов представлена на рис.2.

Рис. 2. Схема проведения испытаний зарядов ЭВВ.

Результаты испытаний по определению скорости детонации эмульсионного ВВ с добавкой БРТТ с различным процентным содержанием представлены в табл. 1:

Таблица 1.

Зависимость скорости детонации эмульсионного ВВ

от содержания утилизируемых компонентов

Примечание: «+» - индикатор детонации сработал;

«-» - индикатор детонации не сработал;

Зависимость скорости детонации зарядов эмульсионного ВВ от содержания утилизируемых компонентов показана на рис. 3:

Рис. 3. Зависимость скорости детонации зарядов эмульсионного ВВ

диаметром 105 мм от содержания утилизируемых компонентов

Скорость детонации ЭВВ, содержащего 20% крошки БРТТ типа РСТ-4к составляет 5200 м/с, а при содержании крошки РСТ-4к равном 50 % скорость детонации данного ВВ достигает 6200 м/с, что существенно выше скорости детонации акватола Т-20ГК.

Определение критического диаметра детонации

Для зарядов ЭВВ с различным содержанием утилизируемых компонентов по методу цилиндрических зарядов был определен критический диаметр детонации (d_кр). Результаты определения критического диаметра детонации представлены в табл. 2. Зависимость критического диаметра детонации от содержания БРТТ представлена на рис.4.

Таблица 2.

Результаты определения критического диаметра детонации зарядов ЭВВ,

содержащих утилизируемые компоненты

Рис.4. Зависимость критического диаметра детонации от содержания БРТТ

Сравнительная оценка работоспособности водосодержащих ВВ

с различным содержанием утилизируемых компонентов

Помимо скорости детонации необходимо знать другие характеристики ВВ. Работоспособность – одна из основных характеристик ВВ. Она отражает его потенциальные возможности совершать работу взрыва. Так как, обычно, действие взрыва производится над определенной средой, то часто рассматриваются конкретные формы полезной работы (выброс грунта, дробление оболочки, метание породы и т.д.).

Для правильной оценки работоспособности ВВ необходимо обеспечить одинаковые условия испытаний и исключить возможное влияние режима взрывчатого превращения. Это означает, что испытания необходимо проводить по одинаковой технологии на зарядах одинаковой массы, детонирующих в идеальном или близком к нему режимах. Все эти условия, в принципе, можно обеспечить при промышленных взрывах. Однако, подобные испытания являются дорогими, требуют много времени на подготовку и проведение. Кроме того, эти испытания проводятся в различных горно-геологических условиях без надежного контроля за свойствами горных пород и режимами взрывчатого превращения ВВ, что делает результаты подобных испытаний практически не воспроизводимыми.

Наиболее полно определить работоспособность промышленных ВВ позволяет метод, основанный на измерении воронки выброса. Данный метод прямо воспроизводит условия практического использования ВВ. Он достаточно широко известен и изучен, используется для моделирования промышленных взрывов и не требует сложной измерительной аппаратуры.

Несмотря на кажущуюся простоту этот метод включает в себя ряд особенностей, которые невозможно смоделировать в других испытаниях. При взрыве в породе учитывается часть энергии взрыва, расходуемая на ее деформацию и нагрев. Пористость породы создает условия взаимодействия с ней продуктов детонации. Важной особенностью взрыва на выброс является наличие свободной поверхности, преодоление сил тяжести при подъеме породы и сравнительно большие времена совершения работы.

Основным недостатком этого метода можно считать трудоемкость и сравнительно невысокую точность, так погрешность по оценке некоторых авторов может достигать 10-14%. Однако, представляется возможным уменьшить погрешность измерений за счет улучшения контроля за состоянием среды и повышения точности определения объема воронки выброса.

Как уже отмечалось, для достоверности определения работоспособности необходимо достижение идеальных или близких к идеальным режимов детонации. При диаметре открытого заряда более 100мм для большинства испытываемых ВВ прирост скорости детонации при увеличении диаметра практически прекращается. Это указывает на достижение близких к идеальному режимов детонации.

Для выхода на нормальный режим детонации необходимо, чтобы длина заряда при мощном инициаторе составляла не менее 3-х его диаметров. При подобном соотношении масса заряда диаметром 105 мм и длиной 3d_з при плотности ВВ 1,45г/см³ составляет около 3 кг.

Исходя из вышеуказанного, испытания по определению работоспособности ВВ проводились по воронке выброса. Поскольку изготовление изотропной прочной среды, в которой кроме воронки выброса можно было бы получить данные по качеству дробления породы, большого объема на один подрыв практически невозможно, при проведении испытаний было решено использовать песок. Важным его достоинством является изотропность, отсутствие прочности и близость по свойствам к реальным грунтам. Кроме того, возможно неоднократное проведение экспериментов с использованием одного и того же объема песка.

Для проведения экспериментов в песчаном карьере была подготовлена горизонтальная площадка размером 5ґ5 м с однородным по грансоставу песком плотностью 1,53-4,56 г/см³ и влажностью 5-10%. В центре площадки при помощи ручного бура подготавливали скважину, в которую вручную при помощи веревок опускали подготовленный заряд. Сверху скважину засыпали тем же песком.

После взрыва заряда и проветривания площадки измерялись радиус воронки и глубины по профилю, а затем расчитывался объем воронки. Самый простой и быстрый способ определения объема, при котором измеряются только радиус и глубина воронки. Объем в этом случае рассчитывается по формуле: