4.4, Расчетно-экспериментальные характеристики взрывчатых веществ

Рассмотренные выше характеристики дают относительную качественную оценку ВВ, не выраженную в размерностях энергии, объема, температуры, давления. Это затрудняет использо­вание приведенных характеристик при количественной оценке эффективности ВВ. Поэтому в дополнение к вышеприведенным применяются характеристики т е п л о т ы и р а б о т ы газов взрыва, температуры, о б ъ ема и давления газов взрыва, определяемые или расчетным, или экспериментальным

методом. Эти величины характеризуют параметры идеализирован­ного процесса взрыва и не учитывают коэффициент полезного использования энергии. Тем не менее они дают объективную энергетическую характеристику взрыва и могут быть использо­ваны на практике.

Главным недостатком экспериментального определения пере­численных характеристик ВВ является то, что испытания про­водят с малыми навесками ВВ (несколько граммов), в которых нельзя получить нормальной детонации, а следовательно, оценить параметры процесса и характеристики ВВ.

Определение теплоты взрыва является одной из основных оце­нок эффективности ВВ при разрушении пород. Зная затраты энергии на разрушение единицы объема породы и энергию, вы­деляемую при взрыве единицы массы ВВ, можно оценить эффек­тивность действия данного ВВ.

Объемная концентрация энергии ВВ, характеризующая коли­чество энергии в единице объема ВВ и определяемая произведе­нием удельной энергии ВВ на его плотность, дает более объектив­ную энергетическую оценку ВВ, плотность которых существенно отличается от единицы.

Теплота взрыва определяется теоретически или эксперимен­тально.

В качестве стандартных условий принимают температуру 0°, 15 °С (иногда 25 °С) и давление 9,8-10⁴ Па.

Теплота взрыва вычисляется на основе закона Гесса, согласно которому тепловой эффект химического превращения системы зависит только от начального и конечного ее состояний и не за­висит от промежуточных состояний, т. е. Q₁ + Q₂ = Q₃ где индексы 1, 2, 3 означают соответственно начальное, промежуточное и конечное состояния системы.

Расчет теплоты взрыва Q₂ (кДж/кг) выполняют по известным теплотам образования ВВ Q₁ и продуктов взрыва Q₃:

Q₂ = Q₃ – Q₁

Для расчетов термохимических параметров взрыва составлены специальные таблицы теплот образования веществ при постоян­ном объеме (см. табл. 3.2).

Для определения теплоты взрыва 1 кг ВВ (кДж) без учета расширения газов пользуются формулой

Q'₂ = Q₂1000/М

или с учетом расхода тепла Q_p на расширение продуктов взрыва

где М — молекулярная масса ВВ.

Экспериментальное определение теплоты взрыва производится в специальной калориметрической бомбе.

Объем газов при взрыве определяют по реакции взрывчатого разложения ВВ на основе закона Авогадро, согласно которому объем, занимаемый грамм-молекулой различных газов при тем­пературе

0 °С и давлении 9,8·10⁴ Па, равен 22,42 л.

Объем газов, образуемых при взрыве 1 кг ВВ (л),

где n₁ ..., п_п — количество грамм-молекул газообразных про­дуктов взрыва; м₁, ..., т_п — количество грамм-молекул состав­ных частей ВВ; М₁ ..., М_п — молекулярная масса составных частей ВВ.

Объем газов, образуемых какой-либо смесью компонентов, определяется как сумма объемов газов, образуемых отдельными компонентами смеси.

В качестве примера определим объем газообразных продук­тов, образованных при взрыве аммонита 6ЖВ, разложение ко­торого протекает по формуле

C₇H₅(N0₂)₃ + 10,5NH₄NO₃ → 7С0₂ + 23,5Н₂0 + 12N₂;

Для опытного определения объема продуктов взрыва взры­вают некоторое количество ВВ (обычно до 100 г) в калориметри­ческой бомбе. Объем охлажденных до комнатной температуры газообразных продуктов измеряется при помощи газометра.

Давление газов в зарядной камере (Па) при взрыве может быть определено, исходя из объединенных законов Бойля—Мариотта и Гей-Люссака с поправкой Ван-дер-Ваальса:

где р₀ — атмосферное давление газов при температуре 0 °С, равное 101 325 Па; V₀ — объем газов взрыва ВВ при 0 °С и давле­нии 101 325 Па, м³; Т — температура взрыва, считая от абсолют­ного нуля, К; V — объем зарядной камеры, м³; а — собственный объем молекул (коволюм) продуктов взрыва, который для практи­ческих расчетов принимается α = 0,001 V₀.

Подставив в формулу определения давления величину V = 1/Δ, где Δ — плотность заряда для 1 кг ВВ, получим

Несмотря на введение поправочного коэффициента а, эта формула не дает точных результатов при плотности заряда Δ > 0,6 г/см³.