Визначення критичного діаметра заряду для малочутливих вибухових речовин

Визначення критичного діаметра заряду для малочутливих вибухових речовин В.А.Поплавський Національний науково-дослідний інститут охорони праці Критичний діаметр заряду є однією з характеристик чутливості вибухової речовини ВР до ударно-хвильового імпульсу детонатора й інших зовнішніх впливів. Ним в основному визначаються сфера та способи технічного застосування ВР. За визначенням критичний діаметр dk- це мінімальний діаметр циліндричного заряду при якому ще забезпечується його стійке з мінімальною стаціонарною швидкістю детонування на будь-якій великій довжині L. При діаметрі заряду d dk. Критерієм стаціонарності сформованого детонаційного процесу виступає за визначенням стабільність швидкості детонації вздовж заряду. Отже довжина випробовуваних на dk зарядів повинна бути більшою за Іп на певну величину з тим щоб у його кінцевій частині встиг сформуватися дійсно стаціонарний детонаційний процес. Щоб величина Іп не була надмірною американська практика рекомендує застосовувати проміжні детонатори маса яких лише удвічі більша за масу мінімального детонатора для конкретної ВР [3]. Як свідчать результати експериментальних досліджень [3 4] при раціональній масі детонатора величина Іп визначається перш за все чутливістю ВР до імпульсу ініціатора: для традиційних досить чутливих промислових ВР вона не перевищує 3 5 d ; для менш чутливих -сягає 5d і навіть більше. Тому й рекомендації щодо довжини випробовуваних на dk зарядів є різними-не менше 5d [1] чи 10d [2]. Детонаційні процеси що відбуваються у зарядах діаметр яких близький до критичного відзначаються підвищеною нестабільністю. Так експериментальне встановлено [5] що на початковому відрізку до 4d заряду грамоніту 79/21 діаметром 80 мм спостерігався спад швидкості вибухового процесу до 1 5 км/с яка на наступному відрізку завдовжки близько 10 d залишалася практично стабільною. Помітне затухання процесу знову проявилося на відстані 15d а повне - лише на відстані 34d від детонатора. При дослідженні детонаційних характеристик емульсійної ВР пореміту [6] на зарядах діаметром 45-110 мм розміщених у трубках з матеріалів різної міцності від картону до сталі фіксували швидкість вибухових процесів на рівні 1 5-2 0 км/с що мали нестабільний та затухаючий характер навіть на довжині 10-12 d а можливо й далі довші заряди не використовували . Отже в умовах наближених до критичних а саме в них відбувається визначення dk детонаційні процеси можуть бути стабільними нестабільними і затухаючими здатними поширюватися на відстані значно більші за рекомендовану довжину зарядів. Такі нестабільні й затухаючі процеси можуть створювати ілюзію позитивного результату випробувань стабільність детонації за візуальними ознаками відсутність залишків ВР і наявність заглибини у ґрунті на місці вибуху у коротких зарядах коли насправді він є хибним. Саме через це величина dk порівняно з фактичною може бути заниженою що відображає невисоку точність методу. Усі ці факти свідчать про необхідність удосконалення існуючої методики визначення dk. Зробити це можна наступним чином. Перш за все візуальний спосіб оцінки результату випробувань необхідно замінити інструментальним. Для цього за допомогою одного з відомих хронометричних методів необхідно зареєструвати переміщення детонаційного фронту вздовж осі заряду й отримати таблицю значень двох змінних величин які характеризують час t приходу детонаційної хвилі у конкретну точку та її відстань І від детонатора. Інтерпретація отриманих даних може бути різною: у вигляді числового ряду значень ?t = ti – ti-1 годографів t l залежностей D I ?t I тощо де ?t - різниця двох значень t у суміжних точках вимірювання i та і -1. Якщо відстань між цими точками база вимірювання ?І э постійною то за характером зміни числових значень ?t можливо зробити висновок про закономірність зміни швидкості детонації D . Оскільки D = ?І / ?t то зростання ?t свідчить про затухання процесу а незмінність ?t - про його стаціонарність. Схематичний графік такої залежності для затухаючого вибухового процесу показано на рисунку кривою 1 а для детонації що виходить на стаціонарний режим - кривою 2. На останній ділянка зростання At відповідає перехідному процесу що поширюється від детонатора на відстань Іп і плавно переходить на стаціонарний рівень. Затухаючому режиму детонування відповідає криволінійний годограф 3 звернений своєю опуклістю до осі абсцис перехідному процесу - криволінійна ділянка годографа 4 а стаціонарному - її лінійна ділянка. Залежності D I для цих режимів схематично показано кривими 5 і 6. Схематичні залежності ?t 1 2 t 3 4 і D 5 6 від і для перехідно-стаціонарного суцільні лінії та затухаючого пунктирні лінії режимів детонації Таким чином довжина заряду L для визначення його критичного діаметра повинна бути більшою за Іп на величину Іс яка необхідна для достовірної оцінки стабільності процесу детонації тобто L = Іп +Іс. Величину Іп визначають експериментально а Іс слід задавати виходячи з деяких передумов наприклад можливостей використовуваної апаратури швидкості детонацiї методики і точності дослідження тощо. Так при використанні хронометрів та іонізаційних датчиків величина Іс = ?І•n де ?І - база вимірювання n - кількість баз вимірювання достатня для підтвердження стаціонарності детонаційного процесу. Дати обґрунтовані рекомендації щодо величин ?І і n досить складно в силу їх невизначеності проте вважаємо мінімально допустимими такі величини: ?І = d n = 3 ? 4. З метою мінімізації трудомісткості визначення dk при виборі довжини зарядів раціонально застосовувати гнучкий підхід. Починати випробування слід на зарядах з L ? 10d. На них першими дослідами встановлюють режим детонування затухаючий чи перехідний І стаціонарний та величину перехідної зони Іп з урахуванням чого можливо коригувати і довжину L у сторону її збільшення або зменшення при здійсненні подальших дослідів. Заключні експерименти на вже визначених критичних діаметрах зарядів доцільно провести з дуже довгими L = 15 ? 20 d зарядами з тим щоб упевнитися як далеко поширюється стабільна детонація. Наближені значення dk визначають за допомогою конусних або телескопічних зарядів. Конусний заряд з кутом при вершині 8-10° ініціюють з широкого кінця що має діаметр значно більший критичного. За величину dk приймають діаметр конуса на якому обірвалася детонація У зв'язку з тим що детонування конусного заряду відбувається в перетиснутому режимі отримані таким способом значення d'k є заниженими: dk = k• d'k де k >1 0. Коефіцієнт К визначають шляхом співставлення d'k і dk одержаних на конусних і циліндричних зарядах відповідно. Телескопічний заряд складається з окремих циліндричних чистин різного діаметра що мають спільну вісь. Ініціювання заряду здійснюють з широкого кінця діаметр якого d >> dk. Довжина окремих частин заряду повинна бути достатньою щоб на ній встиг сформуватися детонаційний фронт параметри якого в тому числі й кривизна відповідали б даному діаметру. Критичним вважається діаметр на якому затухла детонація. Його уточнюють на циліндричних зарядах. Таким чином метод визначення dk на циліндричних зарядах слід визнати основним методи конусних і телескопічних зарядів є наближеними та допоміжними їх використання на початку досліджень дозволяє зменшити обсяг трудомістких зате точних випробувань на циліндричних зарядах з апаратурною реєстрацією детонаційного процесу. Між величиною dk вибухової речовини та діаметром свердловин dc в яких вона використовуватиметься повинно підтримуватися певне співвідношення. Так згідно з [3] dk ? 0 6±0 2 dc а заряди BP що мають dk>228 мм вважаються непридатними для промислового використання. У наведене співвідношення закладено великий запас надійності оскільки для умов свердловини dk менше ніж для відкритого заряду. Проте з іншого боку при свердловинній відбійці гірських порід завжди знайдеться досить неконтрольованих факторів обводнення засмічення тощо які негативно впливають на детонаційні властивості ВР у свердловині а відповідно і на величину цього запасу надійності. З позицій мінімізації небезпеки при вибухових роботах навпаки слід застосовувати ВР з високими dk але достатніми для реалізації їх експлуатаційних характеристик у промислових умовах. Отже зазначимо що визначення dk для зарядів у сталевих оболонках рекомендується проводити аналогічно вищеописаному для удосконаленого методу відкритих циліндричних зарядів ВР. Список літератури 1. Поздняков З.Г. Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. - 2-е изд. перераб. и дополн. - М.: Недра 1977. - 253 с. 2. Дубнов Л.В. Бахаревич Н.С. Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. 3-е изд. переработ и дополн. - М.: Недра 1988. - 358 с. 3. Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах: Пер. с англ. - М.: Недра 1980. - 453 с. 4. Поплавский В.А. Гржибовский В.В. Скорость детонации в переходной зоне заряда взрывчатого вещества // Физика горения и взрыва. - 1997. - Т.ЗЗ - № 5. - С. 118-121. 5. Кукиб Б.Н. Лавров В.В. Шведов К.К. О зависимости параметров детонации конденсированных взрывчатых веществ от диаметра заряда / IV Всесоюзн. Совещание по детонации. Доклады. - Т. 2. - Черноголовка: ОИХФ АН СССР. -1988. - С. 40-46. 6. Соснин В.А. Колганов Е.В. Исследование процесса детонации в эмульсионных промышленных взрывчатых веществах // Химическая физика. - 2003. - Т.22 - № 8. - С. 100-107.