книги / Физико-химические свойства взрывчатых веществ, порохов и твердых ракетных топлив

5.3. Фугасное действие взрыва

Действие взрыва в грунте в прошлом получило название фугасного действия. Это название сохранилось и сейчас, но содержание его расширилось. Очень часто под фугасным действием взрыва понимается действие взрыва в форме раскалывания и отбрасывания среды, в которой происходит взрыв.

Фугасное действие обусловлено расширением продуктов детонации до сравнительно невысоких давлений и прохождением ударной волны в окружающей среде. За пределами зоны фугасного действия лежит еще значительно более глубокая область распространения сравнительно слабых ударных волн. Наконец за пределами области ударных волн лежит область звуковых волн.

Фугасное действие взрыва определяется работоспособностью ВВ, т.е. работой, которую может совершить данный заряд ВВ, при неограниченном расширении продуктов взрыва в среде. Мерой максимальной работы заряда ВВ является потенциальная энергия, т.е. теплота взрыва QV. Кроме того, величина максимальной работы зависит от удельного объема и теплоемкости продуктов взрыва.

Для оценки работоспособности (фугасности) ВВ наибольшее распространение имеет метод, при котором измеряется расширение, образуемое взрывом в свинцовой бомбе.

Для этой цели применяют свинцовую бомбу (рис. 27, а) с цилиндрическим гнездом. В бумажную гильзу помещают 10 г взрывчатого вещества и прессуют в специальной матрице в виде патрона с гнездом для капсюля-детонатора или электродетонатора. Патрон с капсюлем вводят в гнездо бомбы (рис. 27, б). Свободный объем гнезда засыпают кварцевым песком. При взрыве гнездо бомбы расширяется и приобретает грушевидную форму (рис. 27, в). Разность между объемом гнезда до и после взрыва является практической мерой работоспособности испытуемого ВВ (ГОСТ 4546–48).

251

Эта величина характеризует только относительную работоспособность взрывчатых веществ, а не абсолютное ее значение.

200

25

Рис. 27 . Свинцовая бомба для определения работоспособности ВВ

В табл. 34 приведены некоторые значения работоспособности ВВ, измеренные по описанному методу.

Действие взрыва в грунте. При взрыве в грунте разлет газообразных продуктов ограничен по всем направлениям стенками шпура (скважины) и забойкой.

Если забойки нет, продукты взрыва, произведя удар по стенкам, вырываются в атмосферу через открытую часть шпура и не участвуют дальше в работе взрыва. При наличии же забойки продукты не могут быстро вырваться в атмосферу, а, раздвигая материал стенок шпура, спрессовывают его и сами многократно отражаются от этих стенок. Образуется быстро увеличивающаяся полость. В результате многократных отражений дав-

252

ление распределяется равномерно по различным направлениям, и первоначальные особенности движения продуктов взрыва, зависящие от формы заряда и положения детонатора, теряют свое значение.

Вокруг образовавшейся полости в грунте распространяется ударная волна (волна сжатия). Когда эта волна достигает поверхности грунта, то последняя начинает подниматься. Скорость движения грунта получается наибольшей по линии наименьшего сопротивления, т.е. там, где расстояние от заряда до поверхности грунта наименьшее. По мере подъема грунта он становится неплотным, и через него прорываются струи продуктов взрыва. Эти струи, увлекая за собой твердые частицы, образуют фонтан грунта, поднимающегося вверх и частично разлетающегося в стороны.

Продолжительность всего этого процесса во много раз больше, чем самого взрыва. Поэтому не имеет значения, насколько быстро происходит детонация заряда. Следовательно, для взрыва грунта могут быть применены ВВ с различными скоростями детонации, т. е. имеющие различную бризантность.

Возможен случай, когда энергии, переданной грунту, будет недостаточно для его выброса (образование воронки). Такой взрыв без выброса грунта называют камуфлетом.

Описанное здесь действие взрыва, заключающееся в разрушении и выбросе плотной среды или в расширении объема, занимаемого ВВ при взрыве в замкнутом пространстве, представляет собой наиболее важный случай фугасного действия.

При взрыве заряда ВВ в грунте в общем случае наблюдаются четыре зоны (рис. 28):

–зона вытеснения (сжатия);

–зона раздавливания;

–зона разрывов (разрушения);

–зона сотрясения.

Зона вытеснения – это область, из которой продуктами взрыва полностью вытеснен грунт с образованием полости (котла). Объем зоны вытеснения составляет 103 объемов заряда ВВ.

253

Зона раздавливания – это пронизанная поверхностями скольжения зона, в которой грунт интенсивно раздроблен и раздавлен в результате воздействия волны сжатия.

ние, на котором сейсмические волны еще способны вызвать разрушение наземных объектов.

В случае больших зарядов расстояние, на котором колебания грунта, вызванные взрывом, становятся безопасными для наземных объектов, могут быть оценены по формуле

Rceйcм = кс ·m1/3,

где m – масса заряда ВВ; кс =1,5...2,0 – коэффициент, зависящий от плотности грунта.

Если заряд располагается на поверхности, то сейсмическое действие взрыва слабое и его можно не учитывать.

Рис. 29. Форма воронки, образующейся при взрыве заряда ВВ в грунте

254

Фугасное действие взрыва заряда ВВ в грунте оценивается объемом воронки. В каждом конкретном случае объем воронки зависит от свойств ВВ, углубления заряда в грунте и от свойств грунта. Существует наивыгоднейшая величина углубления заряда, при которой происходит наибольшее фугасное действие, т.е. получение воронки максимального объема (рис. 29).

Разрушительное действие взрыва заряда ВВ, заложенного в грунт, характеризуется показателем действия взрыва n = r/h, т.е. отношением радиуса r (половины ширины) воронки к линии наименьшего сопротивления h.

Для зарядов выброса n больше единицы, для зарядов рыхления n меньше единицы, к камуфлетным будут относиться заряды, масса которых меньше или равна массе заряда, соответствующего нулевому значениюпоказателядействиявзрыва(n = 0).

Масса заряда определяется по формуле m = АМh3,

где m – масса заряда ВВ; А = 0,26...1,18 – коэффициент, зависящий от свойств грунта и применяемого ВВ; M = 4,0...17,4 – коэффициент, зависящий от показателя действия взрыва (для n = 1,50.. .2,50); h – линия наименьшего сопротивления.

Для определения наивыгоднейшего углубления заряда, при котором может быть достигнут максимальный объем воронки, расчетные формулы практически отсутствуют, что объясняется разнообразием зарядов по конструкции и снаряжению, большим различием свойств грунтов.

Можно считать, что в среднем при взрыве заряда в грунте выбрасывается 1,0.. .1,5 м3 грунта на 1 кг разрывноro заряда.

5.4. Тротиловый эквивалент

Пороха и СТРТ могут взрываться и детонировать, поэтому необходимо знать разрушающий эффект при взрыве для расчета сооружений, защиты, оценки опасности для окружающих объектов и т.п.

255

Тротиловый эквивалент – относительная величина, выражающая работоспособность данного пороха или топлива через показатель работоспособности тротила (табл. 35). За эталон принимается тротил с плотностью 1,5 г/смЗ и с теплотой взрыва

4186 кДж/кг (1 000 ккал/кг)

α= Ап 100 % ,

Ат

гдеАп – работоспособностьпороха; Ат – работоспособностьтротила. Чаще тротиловый эквивалент определяют как отношение массы тротила к массе данного пороха, обладающих равной ра-

ботоспособностью α = тт 100 % .

тп

Тротиловый эквивалент является важнейшей характеристикой порохов и топлив, учитываемой при проектировании объектов и их территориальном размещении, при разработке средств защиты и организации производства. При передаче вновь разработанных порохов и топлив для освоения в валовом производстве или для использования в ОКР в паспорте топлива или пороха обязательно приводится его величина.

Определяется тротиловый эквивалент при положительных и отрицательных температурах. Одна из методик заключается в том, что заряд или ДУ, снаряженный топливом, устанавливается в яму, засыпается грунтом и затем с помощью активного заряда из ВВ инициируется взрыв изделия (инициирование с верхнего торца изделия). Замеряется размер воронки. По этим размерам вычисляется количество тротила, которое понадобилось бы для образования такой же воронки. По полученным данным вычисляется тротиловый эквивалент.

По другой методике тротиловый эквивалент определяется по избыточному давлению на фронте ударной волны. В ходе эксперимента находят величину избыточного давления на строго определенном расстоянии от заряда. Затем вычисляют массу тротила, взрыв которого на том же расстоянии дает ту же величину избыточного давления.

256

В обоих случаях тротиловый эквивалент определяют как отношение массы тротила к массе данного пороха α =

=тт 100 % .

тп

Тротиловый эквивалент зависит от состава топлива, его физического состояния, температуры, наличия или отсутствия оболочки.

5. Безопасные расстояния

Разрушительное действие взрыва на значительных расстояниях связано с распространением в воздухе ударной волны. В качестве критерия механического действия ударной волны на преграду можно принять величину импульса, сообщаемого волной преграде. М.А. Садовский предложил следующую зависимость удельного импульса ударной волны от массы заряда и расстояния от очага взрыва до преграды:

2

i = A qr3 ,

где i – величина удельного импульса; А – коэффициент, зависящий от свойств ВВ; q – масса заряда ВВ; r – расстояние от преграды до места взрыва.

Величина полного импульса, действующего на преграду, очевидно, равна

257

I = i S,

где S – площадь преграды в сечении, перпендикулярном направлению распространения ударной волны.

Зная величину полного импульса, действующего на преграду, можно определить энергию, сообщаемую преграде при действии ударной волны. Обозначим через т массу преграды, приведенную в движение действием взрыва, и через V ее скорость. Очевидно, что

Ударная волна, распространяющаяся при взрыве в окружающем воздухе, может вызвать разрушение зданий или сооружений. В зависимости от природы ВВ и массы заряда, а также расстояния до места взрыва и рельефа местности интенсивность этих разрушений может быть различна.

При взрыве одного заряда возможен взрыв другого, расположенного на некотором расстоянии от первого. Это явление называют передачей детонации на расстоянии.

Разрушения, производимые взрывом, делят по интенсивности на три категории:

а) сильные – разрушения каменных сооружений; б) умеренные или средние – разрушения деревянных по-

строек и толстых оконных стекол; в) малые – разрушения обыкновенных оконных стекол, де-

формация деревянных филенок, подъем черепицы крыши. Наконец, возможно поражение людей воздушной ударной

волной на значительном расстоянии от места взрыва.

Район вокруг места взрыва, в пределах которого наблюдаются сильные и умеренные разрушения, называется опасной зоной, за пределами последней лежит безопасная зона. Следовательно, безопасная зона включает область малых разрушений.

Расстояния, на которых не имеют места те или иные разрушительные действия взрыва, называют безопасными. Безопасные расстояния для различных видов воздействия определяют по формуле

258

r = Ki αC,

где r – безопасное расстояние, м; С – масса заряда, кг; Ki – коэффициент, различный для разных видов воздействия, зависящий от рода ВВ, места нахождения заряда (на поверхности земли или под землей) и других факторов, α – тротиловый эквивалент. Значения коэффициентов Ki, а также коэффициентов для расчета безопасных расстояний по передаче детонации указаны в Единых правилах безопасности при ведении взрывных работ.

Для арсеналов и баз боеприпасов Главного ракетноартиллерийского управления Министерства обороны РФ устанавливаются два вида безопасных расстояний:

–расстояния, безопасные по передаче детонации от одного взорвавшегося объекта хранения боеприпасов к другому, Rдет;

–расстояния, безопасные по действию ударной волны, об-

разующейся при взрыве боеприпасов, Ry.в.

Детонация от одного объекта (активного заряда) к другому

(пассивному заряду) может передаваться летящими обломками, осколками, неразорвавшимися боеприпасами и воздушной ударной волной, образующейся при взрыве активного заряда.

Расстоянием, безопасным по передаче детонации, называется такое минимальное удаление пассивного заряда от активного, при котором возникновение детонации в пассивном заряде не может произойти ни при каких условиях. Вероятность возбуждения взрыва или пожара в пассивном заряде равна нулю.

Это расстояние Rдет зависит от природы и массы взрывчатого вещества активного и пассивного зарядов, их взаимного расположения, положений относительно поверхности земли (углублен, открыт), наличия обваловки, леса между объектами и т.п.

ОриентировочнорасстояниеRдет рассчитываетсяпоформуле

Rдет = Kq 3 qa 4 Дэ ,

где qa – масса ВВ активного заряда, кг; Kq – коэффициент, учитывающий положение активного и пассивного зарядов; Дэ – эффективный размер штабеля (хранилища) активного заряда, м.

259

В зависимости от расположения пассивного и активного зарядов коэффициент Kq имеет следующие значения:

Расчет массы активного заряда из смесевого ВВ проводится по формуле qa = ∑αiqi , где α – коэффициент пересчета ВВ

на тротиловый эквивалент.

Эффективный размер активного заряда принимают равным ширине активного заряда или удвоенной его высоте.

Расстояния, безопасные по действию ударной волны, устанавливаются для определения степени удаленности производственных и административно-хозяйственных зданий, людских и транспортных потоков от возможных объектов взрыва. Это расстояние зависит от массы активного заряда и ожидаемой степени поражения воздушной ударной волной:

для 1, 2, 3-й степени поражения Rу.в = К3qa ;

для 4, 5, 6-й степени поражения Rу.в = К qa ,

где qa > 10 тонн – масса ВВ активного заряда;

K – коэффициент, зависящий от степени поражения;

l-я степень поражения – отсутствие каких-либо поврежде-

ний, К = 400; 2-я степень поражения – случайные повреждения зданий,

К = 100; 3-я степень поражения – полное разрушение остекления,

частичное повреждение оконных рам, дверей, нарушение штукатурки, К = 30;

4-я степень поражения – разрушение внутренних перегородок, дверей, оконных рам, К = 2.

Радиус зоны безопасного удаления по действию воздушной ударной волны на человека определяется по формуле

260