Способ взрывания

 

Использование: в области взрывных работ при взрывании веществ бризантного типа. Сущность изобретения: способ взрывания осуществляется путем всестороннего ударного сжатия рабочего вещества взрывом дополнительного заряда. В качестве рабочего вещества используют цеолит, при этом величину сжатия и массу дополнительного заряда выбирают из указанных соотношений. При указанной в соотношении величине сжатия цеолит становится взрывчатым веществом со скоростью детонации 10 14 км/с, что увеличивает мощность взрыва в 2 раза. Увеличивается также и эффективность взрыва за счет роста детонации и изменения характера воздействия ударной волны на окружающую среду.

Изобретение относится к взрывным работам, в частности к способам взрывания веществ бризантного типа.

Известен способ взрывания путем импульсного воздействия на химическое соединение, находящееся в метастабильном состоянии, например пороха, способное разлагаться с выделением тепла и газообразных продуктов [1] Недостатком известного способа взрывания является малая удельная мощность взрыва, обусловленная малой теплотворной способностью широко распространенных взрывчатых веществ (ВВ), например, тротила (Q₃ 1000 1500 ккал/кг) [2] Известен способ взрывания путем ударного сжатия химического вещества, находящегося в метастабильном состоянии, например тротила, и способного разлагаться с выделением тепла и газообразных продуктов [2] Недостатком известного способа является относительно малая эффективность взрыва из-за ограниченной скорости детонации V₃ , обусловленной относительно малой теплотворной способностью ВВ (1000-1500 ккал/кг) по отношению, например, к теплотворной способности смесей (Al, Si)-O₂ ( 4000 ккал/кг).

Целью изобретения является повышение эффективности взрыва за счет увеличения скорости детонации.

Это достигается тем, что в способе взрывания путем ударного сжатия рабочего вещества взрывом дополнительного заряда, в качестве рабочего вещества используют цеолит, при этом величину ударного сжатия Р_сж и массу дополнительного заряда m₃ выбирают из соотношений P_сж>225 Q_цK₁, кг/cм²; m₃=mK₂, Q_ц теплота образования цеолита, ккал/кг; Q₃ теплотворная способность дополнительного заряда, ккал/кг; m_ц масса цеолита, кг; К₁ коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально; К₂ коэффициент эффективности преобразования энергии взрыва дополнительного заряда в энергосжатие цеолита.

Выбор в качестве рабочего вещества цеолита позволяет увеличить эффективность взрыва за счет того, что энергия дополнительного заряда обычного ВВ аккумулируется в виде упругой энергии каркаса цеолита, который при Р_сж > Q_ц 225К₁ становится ВВ с Q_ц 3500-4000 ккал/кг и соответственно имеет скорость детонации больше, чем у тротила b = 2 раза. При сохранении той же тепловой энергии мощность взрыва повышается в 2 раза. Так как у обычных ВВ скорость детонации 5-7 км/с, то ее удвоение (до 10-14 км/с) изменяет и характер воздействия взрыва на окружающую среду.

Всестороннее ударное сжатие Р_сж необходимо потому, что это то давление, которое совершает работу сжатия каркаса цеолита так, что эта работа становится равной энергии связи каркаса цеолита, а затем ее превышает и при Р_сж Q_ц 225 К₁ цеолит будет разрушен, причем выделится запасенная в нем упругая энергия (>Q_ц) в виде тепла и ударной волны. Цеолит из монокристаллического состояния с плотностью 1,5 г/см³перейдет в аморфную смесь окислов кремния и алюминия с плотностью 3 г/см³.

Действительно, каркас такого алюмосиликата как цеолит, например, NaX или NaA, представляет собой пористую систему, содержащую в 1 см³кристалла 0,5 см³ пустот. Эти пустоты или поры отделены друг от друга стенками толщиной, примерно равной размеру одного силикатного тетраэдра Si-Q₄, часть кремния в которых заменена на Al.

В отличие от сплошных сред типа SiO₂ или Al₂O₃, сжатие которых до давлений 10⁶ атм является обратимым, сжатие каркасного вещества типа цеолитов приводит в конце концов при Р_сж > Q_ц 225 К₁ к его разрушению и уменьшению объема в 2 раза. При этом упругая энергия, закачанная взрывом дополнительного заряда в напряженные межатомные связи, в момент разрушения превратится в химическую энергию оборванных связей и тут же выделится в виде тепла обратной реакции окисления Al и Si. Так как цеолит это соединение Al и Si с кислородом, то энергия этой реакции Q_ц 4000 ккал/кг. Зная, что плотность цеолита _ц 1,5 гр/см³, объем пустот 0,5 см³ на 1 см³ кристалла и полагая, что упругость каркаса цеолита примерно постоянна, можно оценить работу сжатия цеолита под действием давления до Р_сж до момента разрушения каркаса. Полагая, что при разрушении каркаса рвутся все связи цеолита, можно получить для 1 см³ цеолита соотношение:
P_сж(кг/см²)0,5(см) Q_ц(ккал/кг)_ц(кг/см³)4,2710¹⁴
из которого следует, что давление Р_сж будет
Р_сж 225 Q_ц К₁ (кг/см²)
Для цеолита NaX или NaA Р_сж10⁶ кг/см². В зависимости от конкретного вида заряда (его формы и размеров) величина Р_сж может отличаться от приведенной в ту или иную сторону в К₁ раз (К₁ 1).

Соотношение масс цеолита mц и дополнительного заряда m₃определяется из условия, чтобы энергии, выделившейся из m₃ граммов дополнительного заряда, хватило разрушить (разложить) m₃ граммов цеолита, т. е.

m₃= K₂ m_ц, где К₂ коэффициент эффективности преобразования энергии взрыва дополнительного заряда в энергию сжатия цеолита.

Способ взрывания осуществляют следующим образом.

Рассмотрим это на примере испытаний ВВ на работоспособность в стандартных свинцовых бомбах Трауцля.

В качестве рабочего вещества будет 2 г цеолита NaX с размерами кристаллов 1-5 мкм и располагают в канале бомбы (по известной методике [1]), так, чтобы при взрыве дополнительного заряда, вес которого m₃ 2 8г, давление газов этого заряда оказало всестороннее давление на кристаллы цеолита. В качестве дополнительного заряда был выбран тетрил. Вес суммарного заряда 10 г.

Результаты экспериментов. Калибровочные опыты с навесками 8 г и 10 г тетрила (без цеолита) дали расширения бомбы соответственно 220; 230; 235 см³ и 295; 300 см³ (всего пять опытов). Эти данные хорошо соответствуют стандартной калибровочной кривой таких бомб [2] Затем были выполнены пять опытов с использованием цеолита, т. е. по данному способу. Вес суммарного заряда был 10 г. В четырех опытах из пяти наблюдалось разрушение бомб (отрыв донной части). Для измерения объемов части складывались и щели закрывались пластилином. Объемы были такими: 390, 392, 440, 510, 580 см³. Помимо увеличения работоспособности в 1,5-2 раза наблюдается и качественный положительный эффект раскол бомбы.

Способ взрывания обеспечивает увеличение работоспособности в 1,5-2 раза, чем у тетрила эквивалентного веса 10 г и увеличение бризантности действия (использование бомб Трауцля при испытаниях на работоспособность сопровождается их разрушением).

Формула изобретения

СПОСОБ ВЗРЫВАНИЯ путем всестороннего ударного сжатия рабочего вещества взрывом дополнительного заряда, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности взрыва за счет увеличения скорости детонации, в качестве рабочего вещества используют цеолит, при этом величину ударного сжатия Р_сж и массу дополнительного заряда m₃ выбирают из соотношений
Р_сж > 2250Q_ц K₁, кг/см²;

где Q_ц теплота образования цеолита, ккал/кг;
Q₃ теплотворная способность дополнительного заряда, ккал/кг;
m_ц масса цеолита, кг;
K₁ коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально;
K₂ коэффициент эффективности преобразования энергии взрыва дополнительного заряда в энергосжатие цеолита.