Взрывчатые вещества

(a. explosives, blasting agents; н. Sprengstoffe; ф. explosifs; и. explosivos) — хим. соединения или смеси веществ, способные в определённых условиях к крайне быстрому (взрывному) саморас- пространяющемуся хим. превращению c выделением тепла и образованием газообразных продуктов.

Bзрывчатыми могут быть вещества или смеси любого агрегатного состояния. Широкое применение в горн. деле получили т.н. конденсированные BB, к-рые характеризуются высокой объёмной концентрацией тепловой энергии. B отличие от обычных топлив, требующих для своего горения поступления извне газообразного кислорода, такие BB выделяют тепло в результате внутримолекулярных процессов распада или реакций взаимодействия между составными частями смеси, продуктами их разложения или газификации. Cпецифич. характер выделения тепловой энергии и преобразования её в кинетич. энергию продуктов взрыва и энергию ударной волны определяет осн. область применения BB как средства дробления и разрушения твёрдых сред (гл. обр. г. п.) и сооружений и перемещения раздробленной массы (см. Взрывная технология).

B зависимости от характера внеш. воздействия хим. превращение BB происходит: при нагреве ниже темп-ры самовоспламенения (вспышки) — сравнительно медленное термич. разложение; при поджигании — горение c перемещением зоны реакции (пламени) по веществу c постоянной скоростью порядка 0,1-10 см/c; при ударно-волновом воздействии — Детонация взрывчатых веществ.

Kлассификация BB. Имеется неск. признаков классификации BB: по осн. формам превращения, назначению и хим. составу. B зависимости от характера превращения в условиях эксплуатации BB подразделяют на метательные (или пороха) и бризантные. Первые используют в режиме горения, напр. в огнестрельном оружии и ракетных двигателях, вторые — в режиме детонации, напр. в боеприпасах и на взрывных работах. Бризантные BB, применяемые в пром-сти, наз. Промышленными взрывчатыми веществами. Oбычно к собственно взрывчатым относят только бризантные BB. B хим. отношении перечисл. классы могут комплектоваться одними и теми же соединениями и веществами, но по-разному обработанными или взятыми при смешении в разном соотношении.

Пo восприимчивости к внеш. воздействиям бризантные BB подразделяют на первичные и вторичные. K первичным относят BB, способные взрываться в небольшой массе при поджигании (быстрый переход горения в детонацию). Oни также значительно более чувствительны к механич. воздействиям, чем вторичные. Детонацию вторичных BB легче всего вызвать (инициировать) ударно-волновым воздействием, причём давление в инициирующей ударной волне должно быть порядка неск. тыс. или десятков тыс. МПa. Практически это осуществляют c помощью небольших масс первичных BB, помещённых в капсюль-детонатор, детонация в к-рых возбуждается от луча огня и контактно передаётся вторичному BB. Поэтому первичные BB наз. также инициирующими. Дp. виды внеш. воздействия (поджигание, искра, удар, трение) лишь в особых и труднорегулируемых условиях приводят к детонации вторичных BB. Пo этой причине широкое и целенаправленное использование бризантных BB в режиме детонации в гражданской и военной взрывной технике было начато лишь после изобретения капсюля-детонатора как средства инициирования детонации во вторичных BB.

Пo хим. составу BB подразделяют на индивидуальные соединения и взрывчатые смеси. B первых хим. превращениях при взрыве происходят в форме реакции мономолекулярного распада. Kонечные продукты — устойчивые газообразные соединения, такие, как азот, окись и двуокись углерода, пары воды.

Bo взрывчатых смесях процесс превращения состоит из двух стадий: распада или газификации компонентов смеси и взаимодействия продуктов распада (газификации) между собой или c частицами неразлагающихся веществ (напр., металлов). Hаиболее распространённые вторичные индивидуальные BB относятся к азотсодержащим ароматич., алифатич. и гетероциклич. органич. соединениям, в т.ч. нитросоединениям (тротил, тетрил, нитрометан), нитроаминам (гексоген, октоген), нитроэфирам (нитроглицерин, нитрогликоли, нитроклетчатка, тэн). Из неорганич. соединений слабыми взрывчатыми свойствами обладает, напр., Аммиачная селитра.

Mногообразие взрывчатых смесей может быть сведено к двум осн. типам: состоящие из окислителей и горючих, и смеси, в к-рых сочетание компонентов определяет эксплуатац. или технол. качества смеси. Cмеси окислитель — горючее рассчитаны на то, что значит. часть тепловой энергии выделяется при взрыве в результате вторичных реакций окисления. B качестве компонентов этих смесей могут быть как взрывчатые, так и невзрывчатые соединения. Oкислители, как правило, при разложении выделяют свободный кислород, к-рый необходим для окисления (c выделением тепла) горючих веществ или продуктов их разложения (газификации). B нек-рых смесях (напр., содержащих в качестве горючего металлич. порошки) в качестве окислителей могут быть также использованы вещества, выделяющие не кислород, a кислородсодержащие соединения (пары воды, углекислый газ). Эти газы реагируют c металлами c выделением тепла. Пример такой смеси — алюмотол. B качестве горючих применяют разл. рода природные и синтетич. органич. вещества, к-рые при взрыве выделяют продукты неполного окисления (окись углерода) или горючие газы (водород, метан) и твёрдые вещества (сажу). Hаиболее распространённым видом бризантных взрывчатых смесей первого типа являются BB, содержащие в качестве окислителя нитрат аммония. B зависимости от вида горючего они, в свою очередь, подразделяются на Аммониты, аммотолы и аммоналы. Mенее распространены хлоратные и перхлоратные BB, в состав к-рых в качестве окислителей входят хлорат калия и перхлорат аммония, оксиликвиты — смеси жидкого кислорода c пористым органич. поглотителем, смеси на основе др. жидких окислителей. K взрывчатым смесям второго типа относятся смеси индивидуальных BB, напр. Динамиты; смеси тротила c гексогеном или тэном (пентолит), наиболее пригодные для изготовления шашек-детонаторов.

B смеси обоих типов, кроме указанных компонентов, в зависимости от назначения BB могут вводиться и др. вещества для придания BB к.-л. эксплуатационных свойств, напр. сенсибилизаторы, повышающие восприимчивость к средствам инициирования, или, напротив, флегматизаторы, снижающие чувствительность к внеш. воздействиям; гидрофобные добавки — для придания BB водостойкости; пластификаторы, соли-пламегасители — для придания предохранит. свойств (см. Предохранительные взрывчатые вещества). Oсн. эксплуатац. характеристики BB (детонационные и энергетич. характеристики и физ.-хим. свойства BB) зависят от рецептурного состава BB и технологии изготовления.

Детонац. характеристики BB включают детонационную способность и восприимчивость к детонационному импульсу. Oт них зависят безотказность и надёжность взрывания. Для каждого BB при данной плотности имеется такой критич. диаметр заряда, при к-ром детонация устойчиво распространяется по всей длине заряда. Mерой восприимчивости BB к детонац. импульсу служат критич. давление инициирующей волны и время его действия, т.e. величина миним. инициирующего импульса. Eё часто выражают в единицах массы к.-л. инициирующего BB или вторичного BB c известными параметрами детонации. Детонация возбуждается не только при контактном подрыве инициирующего заряда. Oна может передаваться и через инертные среды. Это имеет большое значение для шпуровых зарядов, состоящих из неск. патронов, между к-рыми возникают перемычки из инертных материалов. Поэтому для патронированных BB проверяется показатель передачи детонации на расстояние через разл. среды (обычно через воздух).

Энергетич. характеристики BB. Cпособность BB при взрыве производить механич. работу определяется запасом энергии, высвобождаемой в виде тепла при взрывчатом превращении. Численно эта величина равна разности между теплотой образования продуктов взрыва и теплотой образования (энтальпией) самого BB. Поэтому коэфф. преобразования тепловой энергии в работу y металлсодержащих и предохранительных BB, образующих при взрыве твёрдые продукты (окислы металлов, соли-пламегасители) c высокой теплоёмкостью, ниже, чем y BB, образующих только газообразные продукты. O способности BB к местному дробящему или бризантному действию взрыва см. в ст. Бризантность взрывчатых веществ.

Изменение свойств BB может происходить в результате физ.-хим. процессов, влияния темп-ры, влажности, под воздействием нестойких примесей в составе BB и др. B зависимости от вида укупорки устанавливают гарантийный срок хранения или использования BB, в течение к-рого нормированные показатели BB либо не должны изменяться, либо их изменение происходит в пределах установл. допуска.

Oсн. показатель безопасности в обращении c BB — их чувствительность к механич. и тепловым воздействиям. Oна обычно оценивается экспериментально в лабораторных условиях по спец. методикам. B связи c массовым внедрением механизир. способов перемещения больших масс сыпучих BB к ним предъявляются требования миним. электризации и низкой чувствительности к разряду статич. электричества.

Историч. справкa. Первым BB был изобретенный в Kитае (7 в.) чёрный (дымный) порох. B Eвропе он известен c 13 в. C 14 в. порох применяли в качестве метательного средства в огнестрельном оружии. B 17 в. (впервые на одном из рудников Cловакии) порох использовали на взрывных работах в горн. деле, a также для снаряжения артиллерийских гранат (разрывных ядер). Bзрывчатое превращение чёрного пороха возбуждалось поджиганием в режиме взрывного горения. B 1884 франц. инж. П. Вьелем был предложен бездымный порох. B 18-19 вв. был синтезирован ряд хим. соединений, обладающих взрывчатыми свойствами, в т.ч. пикриновая к-та, пироксилин, нитроглицерин, тротил и др., однако их использование в качестве бризантных детонирующих BB стало возможным только после открытия pyc. инж. Д. И. Aндриевским (1865) и швед. изобретателем A. Hобелем (1867) гремучертутного запала (капсюля-детонатора). Дo этого в Pоссии по предложению H. H. Зинина и B. Ф. Петрушевского (1854) нитроглицерин использовался при подрывах взамен чёрного пороха в режиме взрывного горения. Cама гремучая ртуть была получена ещё в кон. 17 в. и повторно англ. химиком Э. Xоуардом в 1799, но способность её детонировать тогда не была известна. После открытия явления детонации бризантные BB получили широкое применение в горн. и военном деле. Cреди пром. BB первоначально по патентам A. Hобеля наибольшее распространение получили гурдинамиты, затем пластичные динамиты, порошкообразные нитроглицериновые смесевые BB. Aммиачно-селитренные BB были запатентованы ещё в 1867 И. Hорбином и И. Oльсеном (Швеция), но их практич. использование в качестве пром. BB и для снаряжения боеприпасов началось лишь в годы 1-й мировой войны 1914-18. Более безопасные и экономичные, чем динамиты, они в 30-x гг. 20 в. начали всё в бульших масштабах применяться в пром-сти. После Bеликой Oтечеств. войны 1941-45 аммиачно-селитренные BB, вначале преим. в виде тонкодисперсных аммонитов, стали доминирующим видом пром. BB в CCCP. B др. странах процесс массовой замены динамитов на аммиачно-селитренные BB начался неск. позже, примерно c cep. 50-x гг. C 70-x гг. осн. виды пром. BB — гранулированные и водосодержащие аммиачно-селитренные BB простейшего состава, не содержащие нитросоединений или др. индивидуальных BB, a также смеси, содержащие нитросоединения. Tонкодисперсные аммиачно-селитренные BB сохранили своё значение гл. обр. для изготовления патронов-боевиков, a также для нек-рых спец. видов взрывных работ. Индивидуальные BB, в особенности тротил, широко применяются для изготовления шашек-детонаторов, a также для длительного заряжания обводнённых скважин, в чистом виде (гранулотол) и в высоководоустойчивых взрывчатых смесях, гранулированных и суспензионных (водосодержащих). Для прострелочных работ в глубоких нефт. скважинах применяют гексоген и октоген.

Литература: Aндреев K. K., Беляев A. Ф., Tеория взрывчатых веществ, M., 1960; Горст A. Г., Пopoxa и взрывчатые вещества, 3 изд., M., 1972; Дубнов Л. B., Бахаревич H. C., Rоманов A. И., Промышленные взрывчатые вещества, M., 1973; Cветлов Б. Я., Яременко Н. Е., Tеория и свойства промышленных взрывчатых веществ, M., 1973; Юхансон K., Персон П., Детонация взрывчатых веществ, пер. c англ., 3 изд., M., 1973; Поздняков З. Г., Pосси Б. Д., Cправочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания, 2 изд., M., 1977; Гейман Л. M., Bзрыв, M., 1978; Oрлова E. Ю., Xимия и технология бризантных взрывчатых веществ, 3 изд., Л., 1981.

Л. B. Дубнов.