Классификация взрывчатых веществ и их основные свойства

Чувствительность ВВ к начальному механическому импульсу может быть понижена введением в состав веществ, называемых флегматизаторами или повышена с добавкой веществ - сенсебилизаторов.

Стойкость ВВ – это способность сохранять свои физические, химические и взрывные свойства в течение длительного времени. Физическая стойкость ВВ связана с процессами испарения компонентов, выделения жидких составляющих (эксудацией), слеживанием, рекристаллизацией, повышением влажности и др. При этом ВВ теряют свои основные качества и становятся опасными при обращении. Химическая стойкость связана с процессами медленного разложения и зависит от химической природы компонентов и  условий хранения.

На свойства ВВ большое влияние оказывает плотность – отношение массы вещества к его объему. Различают действительную (истинную) плотность самого вещества ВВ (изменяется в пределах 1,55 – 1,95 г/см3), гравиметрическую (насыпную) плотность, включая воздушные промежутки (0,5 – 1,0 г/см3), плотность прессования (1,3 – 1,7 г/см3) и плотность заряжания – отношение массы ВВ к объему каморы, занимаемой зарядом.

Взрывчатые вещества, применяемы при ПВР можно  условно разделить на пороха, инициирующие и бризантные.

Пороха применяются для метания пуль перфораторов, бойков грунтоносов, создания давления во взрывных пакерах и в генераторах (аккумуляторах) при термогазохимическом воздействии на продуктивные пласты-коллектора.

Дымный порох (ДРП)– механическая смесь угля, селитры и серы черного цвета. Физически и химически стоек. Чувствителен к трению, удару и огню, легко впитывает влагу и при влажности более 2% трудно воспламеним.

Таблица 1.4

Свойства порохов

Бездымный порох в основе своей содержит нитроклетчатку или нитроглицерин, выпускается  в разных формах: зерна, таблетки, пластины, трубки и др. При ПВР применяют пироксилиновый порох (ПП), баллиститный (НБпл), термостойкий. Химическая стойкость невысокая, при разложении выделяют токсичные газы и становятся опасными в обращении.

Энергетические (баллистические) характеристики порохов

Удельная теплота сгорания – количество тепла, выделяющегося при сгорании 1 кг пороха в постоянном объеме, измеряется в а мегаджоулях на килограмм (МДж/кг).

Температура горения в замкнутом объеме, определяемая теплотой сгорания.

Удельный объем газообразных продуктов горения – объем газов, образующихся при сгорании 1 кг пороха, при температуре 0о и атмосферном давлении. Измеряется в литрах на килограмм (л/кг).

Сила пороха – работа расширения продуктов сгорания 1 кг пороха, нагреваемых при атмосферном давлении от 0 до температуры горения. Измеряется МДж/кг

Инициирующие (первичные) взрывчатые вещества легко взрываются в форме детонации при незначительных механических или тепловых воздействиях и способны вызвать детонацию бризантных ВВ

Гремучая ртуть – чувствительна к лучу  огня и слабым механическим воздействиям (удар, трение, накол), ядовита, при высокой влажности теряет свойства детонировать. Используется в детонаторах.

Азид свинца - менее чувствителен к механическим воздействиям и лучу огня и имеет более низкую инициирующую способность, чем у гремучей ртути. Не снижает свойств, при увлажнении. Используется в детонаторах.

Тринитрорезорцинат свинца (ТНРС) – чувствительный к пламени и при воспламенении дает мощный луч огня. Инициирующая способность и чувствительность к удару ниже, чему азида свинца. Малогигроскопичен. Используют для повышения воспламеняемости инициирующих составов.

Тетразен – по механической чувствительности близок к гремучей ртути, но не обладает достаточной инициирующей способности для детонации вторичных ВВ. Применяется в качестве примеси к азиду свинца и ТНРС для повышения чувствительности к наколу.

Бризантные взрывчатые вещества при высокой мощности взрыва обладают более высокой устойчивостью к внешним воздействиям, их детонацию вызывают с помощью инициирующих ВВ. Бризантные ВВ используют  для изготовления кумулятивных и фугасных зарядов  для перфораторов и торпед, детонирующих шнуров, вторичных зарядов детонаторов и взрывных патронов. К бризантным ВВ относят тротил, тетрил, гексоген, октоген, ТЭН, а также термостойкие ВВ: ГНДС, НТФА, ТНБ и др.

Таблица 1.5

Свойства инициирующих взрывчатых веществ

Тротил (тринитротолуол, тол) – вещество желтого цвета в виде чешуек, гранул или шашек. К механическим воздействиям малочувствителен, на открытом воздухе в малых количествах сгорает без взрыва. Прессованный тротил детонирует от капсуля-детонатора, а для литого тротила требуется более мощный детонатор. Используют для снаряжения торпед.

Тетрил – бледно-желтое мелкокристаллическое вещество. Не гигроскопичен, сильно ядовит. Более чувствителен, чем тротил, к огню и механическому воздействию.

Гексоген – белое кристаллическое, токсичное, химически стойкое вещество, более мощное ВВ, чем тротил. Чувствительность к механическим воздействиям и детонации также выше, чем у тротила. Чистый гексоген используют для снаряжения детонаторов и детонирующих шнуров, а флегматизированный для кумулятивных и фугасных зарядов. Термостойкость гексогена составляет 160 оС при выдержке 2 часа и 130 оС пи выдержке 2 суток.

Октоген – отличается от гексогена более высокими чувствительностью, термостойкостью и температурой плавления. Применяется там же, где и гексоген, но в скважинах с высокой температурой. Термостойкость октогена составляет 190 оС при выдержке 2 часа и 160 оС при выдержке суток.

ТЭН – высокобризантное белое кристаллическое ВВ, химически стойкое, не гигроскопичное, очень чувствительное к механическим воздействиям, имеет низкую термостойкость. Используется в детонирующих шнурах и промежуточных детонаторах.

При перфорации в кумулятивных зарядах в сверхглубоких скважинах используются также менее мощные и более дорогие ГНС с термостойкостью 260 оС при выдержке 2 часа и 230 оС при выдержке 2 суток и пирин, соответственно 290 оС и 260 оС.

Таблица 1.6

Свойства бризантных взрывчатых веществ

Работоспособность (фугасность) ВВ – способность раскаленных газообразных продуктов при расширении производить работу, которая зависит от потенциальной энергии ВВ и возрастает с увеличением теплоты взрыва, удельного объема и теплоемкости газообразных продуктов. Мерой относительной работоспособности ВВ служит увеличение объема полости в свинцовой бомбе в см3 при взрыве в ней 10 г ВВ.

Бризантность ВВ- способность при взрыве дробить, измельчать или пробивать соприкасающуюся с ним среду в результате резкого удара продуктов детонации. Бризантность проявляется в непосредственной близости до 2-2.5 радиусов заряда. Бризантность определяется давлением продуктов детонации, пропорциональна плотности ВВ и квадрату скорости детонации. Мерой относительной бризантности ВВ служит величина обжатия в мм свинцового столбика диаметром 40 и высотой 60 м

Историческая справка. Первым из взрывчатых веществ был изобретенный в Китае (7 в.) чёрный (дымный) порох. В Европе он известен с 13 в. С 14 в. порох применяли в качестве метательного средства в огнестрельном оружии. В 17 в. (впервые на одном из рудников Словакии) порох использовали на взрывных работах в горном деле, а также для снаряжения артиллерийских гранат (разрывных ядер). Взрывчатое превращение чёрного пороха возбуждалось поджиганием в режиме взрывного горения. В 1884 французским инженером П. Вьелем был предложен бездымный порох. В 18-19 вв. был синтезирован ряд химических соединений, обладающих взрывчатыми свойствами, в том числе пикриновая кислота, пироксилин, нитроглицерин, тротил и др., однако их использование в качестве бризантных детонирующих взрывчатых веществ стало возможным только после открытия русским инженером Д. И. Андриевским (1865) и шведским изобретателем А. Нобелем (1867) гремучертутного запала (капсюля-детонатора). До этого в России по предложению Н. Н. Зинина и В. Ф. Петрушевского (1854) нитроглицерин использовался при подрывах взамен чёрного пороха в режиме взрывного горения. Сама гремучая ртуть была получена ещё в конце 17 в. и повторно английским химиком Э. Хоуардом в 1799, но способность её детонировать тогда не была известна. После открытия явления детонации бризантные взрывчатые вещества получили широкое применение в горном и военном деле. Среди промышленных взрывчатых веществ первоначально по патентам А. Нобеля наибольшее распространение получили гурдинамиты, затем пластичные динамиты, порошкообразные нитроглицериновые смесевые взрывчатые вещества. Аммиачно-селитренные взрывчатые вещества были запатентованы ещё в 1867 И. Норбином и И. Ольсеном (Швеция), но их практическое использование в качестве промышленных взрывчатых веществ и для снаряжения боеприпасов началось лишь в годы 1-й мировой войны 1914-18. Более безопасные и экономичные, чем динамиты, они в 30-х годах 20 века начали всё в больших масштабах применяться в промышленности.