Автор:Б.Я.Светлов, Н.Е.Ярёменко
Источник: Теория и свойства промышленных взрывчатых веществ. М.,"Недра",1973.-208 с.(116-122)

ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПРИ ВЗРЫВЕ И ПОЛНАЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ВВ.

Общей энергией химического превращения ВВ (потенциальной энергией) считают теплоту, которая выделяется при взрыве ВВ в постоянном объеме без совершения внешней работы. В результате расширения газов в продуктах взрыва тепло превращается в механическую работу, при этом часть его теряется. Кроме того, химическое превращение вещества в условиях практического применения почти никогда не бывает полным.
В некоторых условиях химические потери могут быть большими. При взрыве небольших открытых зарядов потери вследствие бокового разброса могут составить десятки процентов общей энергии ВВ. Химические потери особенно велики при взрыве грубо-измельченных, переуплотненных и слежавшихся ВВ. Их можно - уменьшить улучшением качества обработки ВВ, применением зарядов увеличенного диаметра и оптимальной плотности, устранением зазоров между стенками шпура и заряда.
Вся энергия за вычетом химических и тепловых потерь превращается в работу взрыва. Однако далеко не вся работа совершается при взрыве в нужной форме (рис. 53). Работу взрыва можно рассматривать как работу адиабатического расширения продуктов взрыва, т. е. такого расширения, при котором не происходит теплообмена между продуктами взрыва и взрываемой средой.

Полное превращение тепла в механическую работу в процессе адиабатического расширения возможно лишь в том случае, если расширение происходит до бесконечно большого объема. Практически расширение продуктов взрыва при совершении ими работы ограничивается некоторыми пределами. В качестве условного предела можно принять величину атмосферного давления, хотя при взрыве в воздухе конечное давление на некоторый момент может стать несколько меньше атмосферного.
Работу расширения продуктов взрыва до атмосферного давления называют полной идеальной работой взрыва АП. Ее зависимость от состава продуктов взрыва и плотности ВВ выражается уравнением.

где р₂—давление к концу работы расширения газов, равное атмосферному;
р_х—давление продуктов взрыва до их расширения;

(здесь К — газовая постоянная, равная 1,986 кал/(°С) моль.
Это уравнение, выражающее зависимость работы расширения от величины потенциальной энергии (равной теплоте взрыва), степени расширения газов и величины показателя адиабаты, выведено по законам, действительным для идеальных газов.
При высоких давлениях, возникающих при взрыве очень плотных ВВ, уравнение состояния идеальных газов неприменимы. Однако работа газов при сверхвысоких давлениях совершается лишь в самом начале расширения и относительно невелика по сравнению с общей работой расширяющихся газов. Поэтому можно считать, что уравнение идеальной работы взрыва достаточно близко отражает закономерности, действующие в условиях практического применения ВВ.
Анализируя уравнение, можно заметить, что при идеальном адиабатическом расширении до бесконечно большого объема (р₂ = 0) работа равна потенциальной энергии, так как в этом случае (р₂/Р₁)^к-1/к=0. Уменьшение степени расширения газообразных продуктов взрывчатого превращения при совершении ими работы разрушения горного массива может быть отчасти следствием неправильного расчета числа и глубины шпуров, а также отсутствия хорошей забойки. Если р₀ велико, то работа взрыва будет малой, а при р₂=р₁.Чем больше р₁ ,тем больше коэффициент полезного действия (к.п.д.) взрыва.

Особенно сильно уменьшается к и к.п.д., если в продуктах взрыва содержатся в значительном количестве твердые или жидкие (при температуре взрыва) вещества (А1₂0₃, NaCl и др.).
К идеальным тепловым или термодинамическим потерям, обусловленным ограниченной степенью расширения продуктов взрыва в процессе совершения ими работы и повышенной их теплоемкостью, следует добавить потери, связанные с отклонением процесса расширения от адиабатического. Часть тепла при взрыве идет на нагревание окружающей среды путем теплообмена и внутреннего трения при пластических деформациях, среды. Особенно интенсивный теплообмен бывает в тех случаях, когда происходит очень мелкое дробление породы, прилегающей к очагу взрыва.
Уравнение можно использовать для расчета идеальной работоспособности ВВ по реакциям взрывчатого превращения.
В составе с алюминием более значительное повышение к.п.д., благодаря введению воды в состав ВВ, приводит к возрастанию работоспособности ВВ.
Таким образом, введение алюминия в состав водонаполненных ВВ с точки зрения использования энергии более целесообразно, чем в состав сухих ВВ. Вода повышает к. п. д. взрыва алюмосо-держащих ВВ, хотя он остается все же более низким по сравнению с к. п. д. ВВ, не содержащих алюминия. Проследим изменения термохимических и термодинамических параметров водонаполненного аммиачно-селитренного ВВ по мере увеличения в нем содержания алюминия и тротила.
Вместе с тем возрастает теплоемкость продуктов взрыва и падает к. п. д., особенно при превращении по реакции с максимальным тепловыделением. В связи с этим работоспособность растет в меньшей мере, чем теплота взрыва. Последнее можно заметить, сравнивая графики зависимости полной идеальной работы взрыва от содержания алюмо-тротиловой смеси, алюминия без тротила и тротила без алюминия в водонаполненных аммиачно-селитренных ВВ (рис.54) с зависимостью теплоты взрыва от состава тех же ВВ. По работоспособности оптимальный состав на алюминии без тротила не лучше оптимального состава на алюмо-тротиловой смеси, хоти по теплоте взрыва превосходство первого, очевидно.
О том как растут термодинамические потери по мере замены тротила алюминием можно судить по разности теплот и работы взрыва водонаполненных составов, содержащих 50% (в пересчете на сухое вещество) алюмотротиловых смесей с различным соотношением тротила и алюминия в составе (рис. 55).

Полная идеальная работа может использоваться как энергетический критерий при оценке эффективности ВВ.

Для ВВ с сильно отрицательным кислородным балансом расчетная теплота взрыва, как правило, не совпадает с экспериментальной, поэтому и значение полной идеальной работы для этих ВВ могут не отражать истинной работоспособности ВВ. Для получения более соответствующих экспериментальным условиям взрыва величин полной идеальной работы можно по реакциям взрывчатого превращения определить к.п.д. и использовать его для расчета полной идеальной работы взрыва, подставив в уравнение значение экспериментальной теплоты взрыва.

[Вверх]