CC BY
68
д__________
------- © В.А. Белин, Н.П. Смагин,
С.И. Дорошенко, 2007
В.А. Белин, Н.П. Смагин, С.И. Дорошенко
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПВМ НА ГЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ
¿Настоящая работа посвящена исследованию харак-П теристик гелевых промышленных взрывчатых материалов (ПВМ) на основе гельпора ГП-2. Гельпоры это водосодержащие ВВ, представляющие собой композицию зер-неных или трубчатых артиллерийских пироксилиновых поро-хов и гелеобразного раствора окислителей.
Для оценки взрывчатых свойств, характеризующих эффективность ПВМ на гелевой основе (ГПВМ), были проведены экспериментальные исследования параметров детонации и бризантности.
Для оценки чувствительности и опасности ГПВМ в обращении проводились исследования зарядов ВВ на воздействие пожаров, пуль стрелкового оружия, а также на электростатическую безопасность.
1. Измерение скорости детонации ГПВМ
Измерение скорости детонации проводилось на стадиях лабораторных, лабораторно-стендовых и полигонных испытаний.
Компонентный состав гельпоров марок ГП-2У и ГП-2Д [1], приведен в табл. 1. Основные характеристики испытываемых ВВ в табл. 2.
При проведении лабораторных испытаний использовался метод оптической фоторегистрации в режиме непрерывной развертки на приборе ЖФР [2]. Заряды испытуемых ГПВМ массой до 70 г, помещенные в стеклянные трубки диаметром 14-18 мм, инициировались с одного конца. Скорость детонации определялась по углу наклона светящегося следа фронта детонации при фиксированной частоте вращения зеркала прибора.
Вследствие того, что в гелеобразных ВВ фронт и продукты детонации проявляют слабое свечение, суммарная относительная погрешность измерения возрастает с 0,8 до 2,5 %.
Таблица 1
Компонентный состав гельпора
Основные компоненты Содержание компонента, %
ГП-2У ГП-2Д
Порох пироксилиновый 35 48
Селитра аммиачная 46 34
Натрий азотнокислый 5,5 5,0
Карбамид 3,5 3,0
Вода 10 10
Гелеобразующая добавка-
полиакриламид, сверх 100% 0,5 0,5
Структурирующий элемент, сверх 0,15 0,15
100 %
Таблица 2
Основные характеристики испытываемых ВВ
ГП-2У ГП-2Д
Теплота взрыва, кДж/кг 3790 3580
Объем газов, л/кг 878 844
Кислородный баланс, % -9 -9
Скорость детонации, км/с 4,9-5,0 5,6
Критический диаметр, мм 18-20 8-10
Плотность, г/см3 1,45 1,45
При проведении лабораторно-стендовых испытаний применялся метод «ионизационных датчиков». Суть метода заключается в измерении с помощью частотомера интервала времени Т между срабатыванием ионизационных датчиков, размещенных в заряде ВВ на фиксированном между собой расстоянии. Скорость детонации определяется по формуле О = L/Т,
где L - расстояние между датчиками.
Погрешность измерения скорости детонации данным методом составляет обычно 0,1-0,3 % и складывается из погрешности измерения базы L и погрешности частотомера.
В полигонных испытаниях скорость детонации измерялась по методу Дотриша [4], основанному на сравнении известной скорости детонации ДШ со скоростью детонации испытуемого Таблица 3
Показатель бризантности ВМ (ЛЬ, мм)
Тротил Гельпоры Аммонит
ГП-2Д ГП-2У 6 ЖВ
16 30 26 14
заряда. Точность определения скорости детонации по этому методу составляет 3 - 4,5 %.
Результаты измерений скоростей детонации испытуемых ГПВМ приведены в табл. 2.
2. Определение бризантности ГПВМ Бризантность гелеобразных ВВ определялась по методу Гесса [2, 3]. Испытания выполнялись на свинцовых цилиндрах высотой 60 мм и диаметром 40 мм, на которые помещались стальная пластинка диаметром 41 мм, толщи-
ной 10 мм и заряд массой 50 г в бумажном патроне диаметром 40мм. Свинцовый цилиндр с пластиной и зарядом, в свою очередь, располагались на массивной стальной плите. Бризантность оценивалась по разности высот цилиндра до и после взрыва в миллиметрах.
Результаты испытаний ГПВМ и показатели бризантности некоторых промышленных ВВ [2, 3] приведены в табл. 3.
Таким образом, бризантность исследуемых ГПВМ до двух раз выше бризантности наиболее распространенных промышленных ВВ.
3. Испытания на безопасность
а) Испытания на внутреннее воспламенение (зажигание) в замкнутом объёме проводились для определения возможности воспламенения, горения и перехода горения в детонацию внутри технологических аппаратов при их производстве, в закрытой таре при хранении и перевозке, или выгорания при несанкционированном взрыве зарядов гельпоров в скважинах и шпурах при производстве взрывных работ. Испытания проводились по рекомендациям экспертов ООН, серия 5, испытание 5(Ь)(і і).
Гельпор размещался в стальной трубе длиной 460 мм с внутренним диаметром ~74 мм, толщиной стенки 7,6 мм, закрытой с одной стороны завинчивающейся пробкой, а с другой стороны контрольной пластиной из стали 3 толщиной 8 мм, размером 130x130 мм, которая приваривается к трубе. В центре сосуда помещался воспламенитель из 5 г черного пороха марки ДРП.
Результат испытаний оценивался по полноте пробития пластины-свидетеля и разрушению стальной трубы на осколки (не меньше двух). Проводили по 3 опыта для каждого состава. Случаев воспламенения и горения гельпора не наблюдалось.
б) Испытания пожарной опасности гельпора проводилось по следующим методикам:
- по рекомендациям экспертов ООН, серия 3, испытание 3 (сІ)(і ).
Гельпор массой 125 г в пластмассовом стакане помещался на слой опилок размером 300x300 мм и толщиной 25 мм, пропитанных керосином. Опилки поджигались в двух диагонально противоположных точках. Проводили по три испы-
тания на каждый состав гельпора. Результат испытаний оценивали по загоранию или взрыву гельпора. Случаев загорания или взрыва гельпора не наблюдалось.
- по ГОСТ 19433-88, приложение 5 (методы испытаний, испытание №1).
Полоску гельпора длиной 250 мм укладывали на металлическую полосу и в течении 120с поджигали газовой горелкой. Опыт повторяли три раза. Результат испытаний оценивали по загоранию или отсутствию загорания гельпора. Случаев загорания гельпора не наблюдалось.
- испытание костровой пробой.
На слой пироксилинового зерненного пороха укладывались заряды гельпора в полимерной оболочке. После чего, порох поджигался с помощью пороховой трубки. В результате испытания установлено, что при воздействии высокотемпературного пламени (Т>2500 °С ) гельпоры не способны к воспламенению и устойчивому горению, сгорает полимерная оболочка и отдельные зёрна пороха с поверхности заряда. Продетые сквозь заряд пороховые трубки сгорают, не воспламенив сам заряд.
Для сравнения пожароопасности ПВВ из утилизированных материалов производилось зажигание гранипоров ФМ, БП-1 и сухого зернённого артиллерийского пороха марки 18/7. Зажигание во всех случаях производилось от пороховой трубки. В отличие от гельпора воспламенение гранипоров и сухого пироксилинового зернённого пороха происходит через доли секунды после начала воздействия пламени, сгорание происходит быстро с выделением большого количества тепла. Разницы между воспламенением и горением пироксилинового пороха и гранипорами не обнаружено.
При сжигании зарядов гельпоров на кострах из дров получен результат, аналогичный сжиганию в высокотемпературном пламени.
в) Определение электростатической безопасности производили по следующим методикам:
- по критерию «проводник-диэлектрик» методом измерения удельной электропроводности гельпора. Сосуд для испытаний, снабжённый пластинами-электродами из нержавеющей стали, заполняют гельпором в объёме 200 - 250 мл, подают
на электроды переменный электрический ток частотой 50 Гц, напряжением 12У и измеряют силу тока между электродами. Удельное электрическое сопротивление вычисляют по формуле р = КБ/1_
где р - удельное электрическое сопротивление, Омм; К -вычисленное по закону Ома электрическое сопротивление между электродами, Ом; Б - площадь электродов, м2; 1_ - расстояние между электродами, м.
О результатах испытания судят по величине удельного электрического сопротивления. Если вещество электропровод-но, его удельное электрическое сопротивление меньше 104 Ом м, т.е. образование электростатического потенциала в принципе невозможно. По результатам испытаний установлено, что величина удельного электрического сопротивления гельпо-ра ГП-2 составляет 150-250 Омм,
- моделированием воздействия мощной электростатической искры, которое осуществлялось зажиганием электрической дуги от сварочного аппарата с электродом 0 4 мм сквозь слой гельпора, находящегося на стальной пластине.
Результат опытов: при воздействии дуги загорались отдельные частицы пороха, непосредственно контактирующие с дугой и раскалённым добела местом контакта дуги с металлом.
По этим результатам сделан вывод о электростатической безопасности гелеобразных ПВВ.
г) Испытания на прострел пулей стрелкового оружия.
Испытания проводились на 20 зарядах массой по 1 кг в полимерной оболочке. Стрельба велась из автомата Калашникова АК-74 трассирующей пулей с расстояния 25 м. По каждому заряду было сделано не менее 5 выстрелов. Детонации и загорания зарядов не зафиксировано.
4. Выводы
По результатам испытаний определены основные (паспортные) взрывчатые характеристики гельпора ГП-2.
Главной особенностью гельпоров является повышенная до 2-х раз бризантность по отношению к стандартным ВВ.
При воздействии высокотемпературного пламени гель-поры не способны к воспламенению и устойчивому горению, сгорает полимерная оболочка и отдельные зёрна с поверхно-
сти заряда. Продетые сквозь заряд пороховые трубки сгорают, не воспламенив сам заряд. Необходимо отметить, что при всех испытаниях на воздействие высоких температур (пламя, электрическая дуга) пороховые частицы, контактирующие с пламенем, сгорают не полностью. Прилегающая к гелевой матрице часть порохового зерна остаётся целой, горение в этой зоне затухает. Пожаробезопасность обеспечивается экранированием пороховых зёрен вязким водным раствором.
Высокая электростатическая безопасность гельпоров обеспечивается высоковязкой гелеобразной электропроводной матрицей на основе водных растворов неорганических солей. Она - электролит, отсюда электропроводность и отсутствие электростатики; она - вязкая, отсюда водоустойчивость, отсутствие пыления и трудность перехода горения в детонацию (для этого нужен турбулентный режим горения).
---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Программа и методика предварительных испытаний. ПМИ ГП-2 ТУ 7276-003-02066492-00. РХТУ, 2001.
2. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. - М.: Недра, 1988.
3. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П., Челышев В.П., Шех-тер Б.И. Физика взрыва. Под ред. К.П. Станюковича, М.: Наука, 1975.
4. Кутузов Б.Н. Взрывные работы. - М.: Недра, 1988.
|— Коротко об авторах------------------------------------
Белин В.А. - Московский государственный горный университет, Смагин Н.П. - ЗАО «Взрывинвест»,
Дорошенко С.И. - ИС ВВС и ПВО.
