CC BY
35
УДК 622.217
© С. А. Горинов, И.Ю. Маслов, 2011
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ И СТРУКТУРЫ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ И ГРАНУЛ ПЕНОПЛАСТА НА ВЗРЫВЧАТЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРАНЭМИТОВ
Выполнены численные эксперименты по определению взрывчатых параметров (скорость детонации, давление в т. Чепмена-Жуге, коэффициент политропы, коэффициент работоспособности ВВ по Шведову К. К.) гранэмитов в зависимости от размеров, пористости и содержания АС, размеров гранул пенопласта, размеров частиц эмульсии, воздушной пористости при смешения. Полученные результаты представлены в виде графических зависимостей, из которых следует, что данное ВВ является аналогом ЛМЕО.
Ключевые слова: гранэмиты, гранулы пенопласта, скорость детонации, коэффициент политропы, детонационное давление, размеры и пористость АС.
В работе [1] представлена теоретическая оценка детонационных параметров гранэмитов, сенсибилизированных газовыми пузырьками. В работе [2] представлена теоретическая часть, которая позволяет определить детонационные характеристики гранэмитов, сенсибилизированных пластиковыми полимикросферами во всей совокупности параметров, описывающих данные системы: учет химического состава ВВ, плотностей ЭВВ и А№0, структуры ЭВВ (размеры частиц эмульсии), размеров гранул А№0, размеров и структуры пластиковых полимикросфер. Показано хорошее согласие между экспериментальными и расчетными данными [2]. Это позволяет использовать развитые подходы для модельных расчетов.
В настоящей работе представлены результаты численных экспериментов, основанных на схеме, изложенной в [1, 2].
Зависимости скорости детонации, детонационного давления, коэффициента политропы и предельного диаметра от радиуса гранул пенопласта представлены на рис. 1—4.
Радиус гранулы пенопласта, мм
- Коткр=0,8
Коткр=0,4
Рис. 1. Зависимость давления в т.Чепмена-Жуге от радиуса гранулы пенопласта (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %, плотность пенопласта 50 кг/м3, воздушная пористость смешения 0,05) при различных Коткр гранул АС
Радиус гранулы пенопласта, мм
Коткр=0,8 ■ Коткр=0,4
Рис. 2. Зависимость скорости детонации от радиуса гранулы пенопласта (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %, плотность пенопласта 50 кг/м3, воздушная пористость смешения 0,05) при различных Коткр гранул АС
Радиус гранулы пенопласта, мм
>— Коткр=0,8 ■ Коткр=0,4
Рис. 3. Зависимость коэффициента политропы от радиуса гранулы пенопласта (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %, плотность пенопласта 50 кг/м3, воздушная пористость смешения 0,05) при различных Коткр гранул АС
Радиус гранулы пенопласта, мм
______________________ —Коткр=0,8 ■ Коткр=0,4 |____________________
Рис. 4. Зависимость предельного диаметра от радиуса гранулы пенопласта (размер эмульсии 4мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %, плотность пенопласта 50 кг/м3, воздушная пористость смешения 0,05) при различных Коткр гранул АС
Зависимости скорости детонации, детонационного давления, коэффициента политропы от массовой доли А№0 представлены на рис. 5—7.
Зависимости скорости детонации, детонационного давления, коэффициента политропы от отношения насыпного объема пенопласта к объему матричной эмульсии от массовой доли А№0 представлены на рис. 8—10.
Зависимости скорости детонации, детонационного давления, коэффициента политропы и предельного диаметра от воздушной пористости при смешении представлены на рис. 11—14.
Зависимости скорости детонации, детонационного давления, коэффициента политропы и предельного диаметра от размера гранулы АС (аммиачной селитры) при смешении представлены на рис. 15—18.
Зависимости скорости детонации, детонационного давления, коэффициента политропы и Кэфф по Шведову К.К. (коэффициент работоспособности ВВ относительно аммонита 6 ЖВ плотностью 1,0 г/см3) [3] от размера части эмульсии представлены на рис. 19—22.
Зависимости скорости детонации, детонационного давления, коэффициента политропы и Кэфф по Шведову К.К. от размера пор гранул пенопласта представлены на рис. 23—26.
При выполнении расчетов принималось следующее:
• внешнее давление — 1 атм,
• размер пор в гранулах пенопласта — 60 мкм,
• массовая доля сенсибилизирующих гранул пенопласта —
0,025 от массы матричной эмульсии.
Под Коткр понимаем отношение доступного для заполнения жидким топливом объема пор гранулы АС к их общему объему.
Химический состав эмульсии: ЫИ4ЫО3- 75 %, Н2О-
20 %, топливная фаза- 5 %, а химический состав А№0: ЫИАЫО3-94,2 %, ДТ — 5,8 %).
Рис. 5. Зависимость скорости детонации от массовой доли ЛЫЕО (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %, плотность пенопласта 50 кг/м3, Коткр=0,4, воздушная пористость смешения 0,05)
Рис. 6. Зависимость давления в т.Чепмена-Жуге от массовой доли ЛЫЕО (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %, плотность пенопласта 50 кг/м3, Коткр=0,4, воздушная пористость смешения 0,05)
Рис. 7. Зависимость коэффициента политропы от массовой доли ЛNFO (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %, плотность пенопласта 50 кг/м3, Коткр=0,4, воздушная пористость смешения 0,05)
Рис. 8. Зависимость скорости детонации от отношения насыпн. объема пенопласта к объему матричной эмульсии (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %о, плотность пенопласта 50 кг/м3, Коткр=0,4, воздушная пористость смешения 0,05)
Отношение насыпн. объема пенопласта к объему матричной эмульсии
Рис. 9. Зависимость давления в т. Чепмена-Жуге от отношения насыпн. объема пенопласта к объему матричной эмульсии (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %о, плотность пенопласта 50 кг/м3, Коткр=0,4, возд. пористость смешения 0,05)
Отношение насыпн. объема пенопласта к объему матричной эмульсии
Рис. 10. Зависимость коэффициента политропы от отношения насыпн. объема пенопласта к объему матричной эмульсии (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %о, плотность пенопласта 50 кг/м3, Коткр=0,4, возд. пористость смешения 0,05)
Рис. 11. Зависимость скорости детонации от воздушной пористости при смешении (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %, плотность пенопласта 50 кг/м3, размер гранул АС 1,5 мм) при различных Коткр гранул АС
Рис. 12. Зависимость давления в т.Чепмена-Жуге от воздушной пористости при смешении (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %, плотность пенопласта 50 кг/м3, размер гранул АС 1,5 мм) при различных Коткр гранул АС
Рис. 13. Зависимость коэффициента политропы от воздушной пористости при смешении (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС - 17 %, плотность пенопласта 50 кг/м3, размер гранул АС 1,5 мм) при различных Коткр гранул АС
Рис. 14. Зависимость предельного диаметра от воздушной пористости при смешении (размер эмульсии 4 мкм, гранулы АС = 2 мм, пористость гранулы АС — 17 %, плотность пенопласта 50 кг/м3, размер гранул АС 1,5 мм) при различных Коткр гранул АС
Размер гранулы АС, мм
—Пористость АС- 10%Ф Пористость АС-17%
Рис. 15. Зависимость скорости детонации от размера гранулы АС (размер эмульсии 4 мкм, гранулы пенопласта 3 мм, плотность пенопласта 50 кг/м3, Коткр=0,4, возд. пористость смешения 0,05)
Рис. 16. Зависимость давления в т.Чепмена-Жуге от размера гранулы АС (размер эмульсии 4 мкм, гранулы пенопласта 3 мм, плотность пенопласта 50 кг/м3, Коткр =0,4, возд. пористость смешения 0,05)
Рис. 17. Зависимость коэффициента политропы от размера гранулы АС (размер эмульсии 4 мкм, гранулы пенопласта 3 мм, плотность пенопласта 50 кг/м3, Коткр=0,4, возд. пористость смешения 0,05)
Рис. 18. Зависимость Кэф по Шведову К.К. от размера гранулы АС (размер эмульсии 4 мкм, гранулы пенопласта 3 мм, плотность пенопласта 50 кг/м3, Коткр=0,4, возд. пористость смешения 0,05)
Размер частиц эмульсии, мкм
• Коткр=0,8 ■ Коткр=0,4 I
Рис. 19. Зависимость скорости детонации от размера частиц эмульсии (диаметр гранулы пенопласта 3 мм, диаметр гранулы АС 2 мм, пористость гранулы АС 17 %о, массовая доля ЛNFO 30 %о, = 60 мкм, плот-
ность пенопласта 50 кг/м3, возд. пористость смешения 0,05)
Размер частиц эмульсии, мкм
ф Коткр=0,8 и Коткр=0,4 I
Рис. 20. Зависимость давления в т.Чепмена-Жуге от размера частиц эмульсии (диаметр гранулы пенопласта 3 мм, диаметр гранулы АС 2 мм, пористость гранулы АС 17 %о, массовая доля ANFO 30 %о, = 60
мкм, плотность пенопласта 50 кг/м3, возд. пористость смешения 0,05)
Размер частиц эмульсии, мкм
■ Коткр=0,8 ■ Коткр=0,4 I
Рис. 21. Зависимость коэффициента политропы от размера частиц эмульсии (диаметр гранулы пенопласта 3 мм, диаметр гранулы АС 2 мм, пористость гранулы АС 17 %о, массовая доля ANFO 30 %о, Я0 = 60 мкм, плотность пенопласта 50 кг/м3, возд. пористость смешения 0,05)
Размер частиц эмульсии, мкм
Коткр=0,8 ■ Коткр=0,4 I
Рис. 22. Зависимость Кэфф по Шведову К.К. от размера частиц эмульсии (диаметр гранулы пенопласта 3 мм, диаметр гранулы АС 2 мм, пористость гранулы АС 17 %, массовая доля ANFO 30 %, Я0 = 60 мкм, плотность пенопласта 50 кг/м3, возд. пористость смешения 0,05)
Размер пор гранулы пенопласта Ро, мкм
Коткр=0,8 я Коткр=0,4
Рис. 23. Зависимость скорости детонации от размера пор гранул пенопласта (диаметр гранулы пенопласта 3 мм, диаметр гранулы АС 2 мм, пористость гранулы АС 17 %, массовая доля ANFO 30 %, диаметр частиц эмульсии 4 мкм, плотность пенопласта 50 кг/м3, возд. пористость смешения 0,05)
Размер пор гранулы пенопласта Ро, мкм
Коткр=0,8 и Коткр=0,4
Рис. 24. Зависимость давления в т. Чепмена-Жуге от размера пор гранул пенопласта (диаметр гранулы пенопласта 3 мм, диаметр гранулы АС 2 мм, пористость гранулы АС 17 %о, массовая доля ЛNFO 30 %, диаметр частиц эмульсии 4 мкм, плотность пенопласта 50 кг/м3, возд. пористость смешения 0,05)
Рис. 25. Зависимость коэффициента политропы от размера пор гранул пенопласта (диаметр гранулы пенопласта 3 мм, диаметр гранулы АС 2 мм, пористость гранулы АС 17 %о, массовая доля ЛNFO 30 %, диаметр частиц эмульсии 4 мкм, плотность пенопласта 50 кг/м3, возд. пористость смешения 0,05)
Размер пор гранулы пенопласта (Ро, мкм
» Коткр=0,8 ■ Коткр=0,4
Рис. 26. Зависимость Кфф по Шведову К.К. от размера пор гранул пенопласта (диаметр гранулы пенопласта 3 мм, диаметр гранулы АС 2 мм, пористость гранулы АС 17 %, массовая доля ANFO 30 %, диаметр частиц эмульсии 4 мкм, плотность пенопласта 50 кг/м3, возд. пористость смешения 0,05)
Анализ зависимостей, представленных рис.1-26, показывает, что при изменении различных параметров системы скорость детонации меняется в диапазоне от 3480 до 4100 м/с, давление в т. Чепмена-Жуге от 3,6 до 6,1 ГПа, коэффициент политропы от 2 до 2,35, Кэфф по Шведову К.К. от 0,5 до 0,75. При этом, использование для сенсибилизации гранул пенопласта диаметром более 4 мм может приводить к отказам при взрывании зарядов диаметром менее 100—150 мм, обусловленное значительной величиной критического (предельного) диаметра. Сравнение взрывчатых характеристик рассматриваемого вида ВВ с данными по ЛОТО [4] и граммонита 79/21 [5] показывает, что данное ВВ в целом является аналогом ЛОТО (в отдельных случаях — граммонита 79/21). Поэтому область применения данного вида гранэмита ограничивается обводненными породами крепостью по М. М. Протодьяконову менее 10 или при проведении щадящего взрывания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горинов С.А. Теоретическая оценка детонационных параметров гранэмитов. // ГИАБ, 2010. — № 8. — С. 121—130.
2. Горинов С.А., Маслов И.Ю. Оценка детонационных параметров эмульсионных взрывчатых веществ сенсибилизированных пластиковыми полимикросферами. // ГИАБ № 7, 2011. — Препринт. — С. 53—63.
3. Шведов К.К. Об определении работоспособности взрывчатых веществ. // Физика горения и взрыва, 1984. — Т. 20. — № 3. — С. 60—64.
4. Кук М.А. Наука о промышленных ВВ. — М.: Недра, 1980. — 453 с.
5. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. — М.: Недра, 1988. — 358 с.
