«Химические технологии энергонасыщенных материалов и изделий» (стр. 17 из 31)
4.2.2 Чувствительность к трению
Чувствительность ВВ к трению определяют применительно к требованиям техники безопасности при изготовлении и использовании ВВ. Применяемые методы в той или иной мере имитируют трение ВВ при смешивании, патронировании, транспортировании по трубам и шнекам и выполнении других технологических операций.
В лабораторных условиях чувствительность к трению определяют в основном тремя методами: при помощи фрикционного маятника (рисунок 4.7); на приборе Боудена-Козлова [7]; истиранием ВВ между двумя стальными поверхностями, одна из которых вращается, например, на приборе И-6-2 [25].
 |
| Рисунок 4.7 - Схема фрикционного маятника |
Фрикционный маятник состоит их стальной наковальни 1, на которой помещается навеска испытываемого вещества 2 (обычно 7 г), и маятника в виде стального стержня с укрепленным на конце его башмаком 3. На наковальне имеются три поперечные канавки, в которых удерживается ВВ при прохождении над ней башмака маятника. Силу трения между башмаком и наковальней можно регулировать изменением высоты подъема маятника, массой добавочного груза и применением башмаков с трущейся поверхностью из различных материалов. ВВ считается выдержавшим испытание, если оно в десяти опытах при башмаке из твердой фибры с дополнительным грузом массой 20 кг и высоте подвеса маятника 1,5 м не взрывается и не горит. Результаты сравнительных испытаний некоторых веществ по этому методу приведены в таблице 4.4.
Таблица 4.4 – Результаты испытаний чувствительности некоторых ВВ к трению
| Вещество | Тротил | Тетрил | Гексоген | ТЭН | Нитрогликоль | Нитроглицерин | |
| Число взрывов из 10 опытов | 0 | 0 | 2 | 5 | 7 | 10 | |
При испытании на приборе Боудена и Гартона навеску ВВ к верхней поверхности прямоугольного стержня прижимают стальным роликом, который, в свою очередь, прижимается болтом. Груз маятника поднимают на определенную высоту и затем дают ему свободно ударить по стержню, подвергая ВВ быстрому сдвигу. В видоизмененном приборе Козлова для поджатия ВВ применяется гидравлический пресс. Навеска ВВ сжимается между двумя стальными роликами диаметром 10 мм. Удар маятника передается верхнему подвижному ролику, который перемещается между неподвижными упорами и нижним роликом, закрепленным в муфте. Характеристикой чувствительности при этом испытании является давление прижатия ВВ при заданной частости взрывов или же частость воспламенения от работы трения. Работа трения A (кг·см) вычисляется по формуле В.С. Козлова [5]:
, (4.4)где m - коэффициент внешнего трения между поверхностью ролика и ВВ;
Рпр – усилие нормального прижатия (давление), кг/см2;
S – площадь ролика, см2;
– величина смещения ролика, см.Определение чувствительности ВВ к трению на приборе И-6-2 основано на истирании навески ВВ, помещенной в специальный прибор между двумя стальными плоскими или шарообразными поверхностями, одна из которых вращается с частотой 5,4 с-1. При таком испытании навеску вещества в измельченном виде массой 0,30±0,05 г помещают в сборку, закрепляемую в держателе. При этом создается нужное давление прижатия, измеряемое динамометром, после чего включают вращение пуансона, которое автоматически выключается по истечении 3 с. За характеристику чувствительности ВВ к трению принимают максимальное давление прижатия, при котором еще не возникает взрывного разложения в 10 последовательных определениях. В случае отсутствия взрывов при давлении 300 МПа испытания повторяют в более жестких условиях – с добавкой к ВВ кварцевого песка (в количестве 0,01 г). Результаты испытаний некоторых веществ с кварцевым песком по этому методу приведены в таблице 4.5.
Таблица 4.5 – Результаты определения чувствительности к трению
некоторых ВВ
| Вещество | Нижний предел чувствительности, МПа | Вещество | Нижний предел чувствительности, МПа |
| ТЭН | 31 | Аммонит ПЖВ-20 | 215 |
| Гексоген | 49 | Детонит М | 231 |
| Тетрил | 65 | Граммонит 79/21 | 250 |
| Динамит | 88,5 | Аммонит 6ЖВ | 250 |
| Тротил | 190 | Аммиачная селитра | 300 |
| Алюмотол | 210 |
Без кварцевого песка для ТЭНа, гексогена и тетрила нижний предел чувствительности составил соответственно 170, 150 и 250 МПа, для остальных веществ – 300 МПа.
4.2.3 Чувствительность к разбуриванию
Чувствительность ВВ к разбуриванию имеет особенно важное значение, так как при взрывании в шахтах зачастую остаются так называемые «стаканы» с остатками отказавшего ВВ, не обнаруживаемые при осмотре забоя. При попадании бура на остатки ВВ во время бурения возможен взрыв ВВ. В МакНИИ предложен метод оценки чувствительности промышленных ВВ к разбуриванию, по которому в шпур, пробуренный в блоке песчаника, помещают патрон испытываемого ВВ массой от 100 до 200 г. Сверху по направляющим в шпур опускается буровая штанга со стандартными угольными или породными коронками, приводимая во вращение электродвигателем. Установка позволяет вести разбуривание с частотой вращения 8,3; 16,6; 25 с-1, т.е. позволяет испытывать ВВ при нормальных и форсированных режимах работы. Осевое усилие регулируется сменными грузами.
Первоначальное осевое усилие (масса подвижной системы 35 кг) подобрано таким образом, что обеспечивается максимальная возможная нагрузка на сверло, при которой частота вращения еще не снижается. Результаты испытаний определяются частостью взрывов, число опытов выбирается в зависимости от требуемой точности оценки.
4.3 Критерии оценки взрывоопасности при вибрации
Критерии оценки взрывоопасности при получении и переработке взрывчатых материалов с применением вибрации существенно отличаются от рассмотренных выше критериев механических воздействий. Оценка критических и безопасных параметров механического воздействия на ВВ часто проводятся по критериям, взятым из тепловой теории воспламенения [4], или по критериям, определяющим переход горения во взрыв [3, 26]. При этом не учитывается специфика процесса разложения ВВ под действием механической нагрузки, в частности, возможность ускорения разложения твердых ВВ за счет механоактивации их частиц, понижения химической и физической стабильности ВВ при достаточно длительной обработке.
Одной из главных причин возникновения нештатных ситуаций при работе с взрывоопасными материалами является способность ВВ разлагаться, загораться или взрываться под действием внешних механических и тепловых нагрузок. Длительная практика обращения с ВВ позволила установить их относительную взрывоопасность при механических воздействиях и расположить их в ряд по мере возрастания взрывоопасности при изготовлении и применении. В результате получен опорный ряд ВВ (гремучая ртуть, азид свинца, ТЭН, октоген, гексоген, тетрил, тротил [3, 20, 23]), который построен преимущественно по оценкам чувствительности к удару и трению.
Разные методы оценки с применением различных типов испытательных устройств и приборов часто дают неоднозначные ряды чувствительности, не совпадающие с опорным рядом. Причинами такого несоответствия являются разные условия нагружения ВВ, что приводит к различию деформационных и усталостных процессов и механизмов их разрушения. При этом во многих случаях не учитываются химическая стойкость, кинетические, физико-химические и электрические характеристики ВВ, а о чувствительности к удару и трению судят по частости появления взрывов, по высоте падения груза определенной массы в заданных конструкциях роликовых приборов (см. рисунок 4.3), на которой взрыв еще не возбуждается (нижний предел); по удельной работе удара или трения (4.4) либо напряжению, способному вызвать взрыв при ударе по открытому объёму ВВ [7]. Механизмы возбуждения взрыва при разных видах воздействия существенно отличаются и остаются еще не изученными, но ясно одно: из-за неоднородности твердых и жидких ВВ имеет место локализация деформационных и тепловых процессов на дефектах кристаллической структуры твердых ВВ, на пустотах и пузырьках газа в объёме жидких ВВ, при высокой неоднородности смесевых ВВ.
Взрывоопасность ВВ зависит не только от способности к возбуждению взрыва, но и от способности к его распространению, т.е. от передачи химической реакции на другие участки образца, находящиеся под нагрузкой, или на ненагруженную часть, расположенную рядом с образуемой. Существующие методы оценки чувствительности, рассмотренные выше (к удару, сдвигу, трению) неприменимы для оценки чувствительности ВВ к вибрации, поскольку не учитывают ее основных особенностей: периодичности изменения напряжений и деформаций, большой общей продолжительности процесса и малой длительности каждого цикла нагружения.