Динамиты были первыми смесевыми промышленными ВВ.

В 1867 году А.Нобель запатентовал в Великобритании первый капсюль-детонатор (запал Нобеля), представляющий собой медную гильзу с начинкой из гремучей ртути, которая была открыта еще в 1799 году английским химиком Э. Говардом.

В 1867 году шведские инженеры И. Норбин и И. Ольсен запатентовали аммониты, составы состоящие из аммиачной селитры и древесного угля или горючих органических соединений, которые были гораздо более безопасные, чем динамиты. Уже в 1869 году в небольших количествах ВВ этого типа под названиями аммиачный порох и аммонкрут изготавливались в Германии. Это были первые аммиачно-селитренные ВВ.

После открытия явления детонации был синтезирован ряд новых взрывчатых веществ. В 1887 году К. Мартенсом был получен тетрил, в 1890 году Т. Курциусом – азид свинца, в 1894 году Толленом и Виганом – тэн, в 1897 году Ленце – гексоген. Эти ВВ с начала ХХ века сами по себе или в составе взрывчатых смесей получили широкое применение в боеприпасах, в средствах инициирования, при производстве взрывных работ.

Детонирующий шнур, предназначенный для инициирования зарядов ВВ, был изобретен в 1879 году. В то время его сердцевина состояла из гранулированного пироксилина.

С конца 80-х годов XIX столетия начинают широко применять, особенно в угольных шахтах, аммониты – механическую смесь аммиачной селитры с различными взрывчатыми и горючими добавками. Использование аммонитов позволило постепенно заменить динамиты, повысив тем самым безопасность работ в горной промышленности.

С 1891 года быстро растет производство полученного еще в 1863 году И. Вильдбрандтом тротила, основанное на успехах коксохимии, поскольку тротил образуется при нитрации толуола, являющегося продуктом перегонки каменного угля смесью азотной и серной кислот. Высокая безопасность и стойкость тротила обеспечили ему ведущее положение среди других ВВ.

В России до 30-х годов ХХ века преимущественно применялись нитроглицериновые ВВ: 93 % гремучий студень, 88 % и 83 % взрывчатые желатины, 62 % динамит, а также 29 % и 12 % гризутины на аммиачной селитре.

В 1932-1936 гг. в связи с возрастанием объема взрывных работ были разработаны и внедрены в производство первые недорогие двухкомпонентные аммониты. Тогда же была начата разработка мелкодисперсных аммиачно-селитренных смесей взрывчатых смесей без нитросоединений, названных динамонами.

С 50-60-х годов ХХ века в зарубежных странах и в СССР широкое развитие получили гранулированные ВВ, в т. ч.: простейшие смесевые ВВ типа АС-ДТ (аммиачная селитра + дизельное топливо) – игданиты, гранулиты; гранулированные смеси тротила и аммиачной селитры: граммониты; а также водосодержащие ВВ, получаемые на местах производства взрывных работ из горячих растворов селитр путем смешивания их с твердыми компонентами (тротилом, алюминием, кристаллической селитрой и др.): акватолы, ифзаниты и др.

Последние десятилетия широкое применение в мировой практике получили эмульсионные ВВ как разновидность простейших аммиачно-селитренных смесей, отличие которых от смесей типа АС-ДТ состоит в том, что в них жидкое горючее покрывает тонкой пленкой капли насыщенного раствора аммиачной селитры, образуя так называемую обратную эмульсию.

Основной мировой тенденцией в развитии ассортимента промышленных ВВ является применение взрывчатых составов, не имеющих в своем составе взрывчатых компонентов и изготавливаемых вблизи мест производства взрывных работ (гранулиты, эмульсионные ВВ и др.). В развитых зарубежных странах объем применения таких ВВ составляет 80-90 % от общего количества взрывчатых веществ, используемых в стране, а в России в настоящее время около 50 %.

В настоящее время в горной и строительной промышленности применяется более 100 наименований ВВ. Широкий ассортимент типов ВВ обусловлен многообразием задач и условий применения энергии взрыва: дробление горных пород, взрывы на выброс, борьба с лесными пожарами, взрывные работы в нефтяных и газовых скважинах, резка и обработка металлов, синтез новых материалов и многое другое.

Помимо взрывных способов известны механические, электрические, магнитные, лазерные и др. способа разрушения горных пород не могут составить конкуренции энергии взрыва ВВ. При этом необходимо заметить избирательность практически всех вышеперечисленных способов разрушения.

В табл. 1 приведены энергозатраты при различных способах разрушения.

Таблица 1

Способ разрушения	Энергозатраты Дж/т
Механический	109
Гидроструйный	5·108
Лазерный	1012
СВЧ	5·108
Электротермический	5·108
Взрывной	5·105

 

Оценим потенциальную мощность развиваемую при взрыве патрона аммонита 6ЖВ массой 250 г.

Количество энергии, выделяемой при взрыве 1-го кг аммонита, составляет 4300 кДж/кг (1030 ккал/кг). Для патрона массой 250 г выделяющаяся энергия составляет 1075 кДж (200 ккал.). Принимая, что время детонации патрона длиной = 250 мм (0,25 м) составляет

с,

где – скорость детонации ВВ, для аммонита 6ЖВ =5000 м/с.

Тогда развиваемая мощность при взрыве составит

кВт.

При реализации механических, электрических, магнитных и других способов разрушения пород реализуемая мощность не превышает нескольких сотен кВт.

Из всего разнообразия известных способов разрушения (отбойки) скальных пород от массива при добыче минерального сырья, при проведении подземных выработок и в строительстве на перспективу 25-30 лет и более применение ВВ, взрывных способов разрушения, не будет иметь альтернативы по следующим причинам:

1. Неограниченная сырьевая база в виде аммиачной, получаемой из воз­духа, кальциевой и натриевой селитр.

2. Переход на изготовление ВВ на горных предприятиях, что более чем в два раза снижает стоимость ВВ и упрощает процедуры доставки и хранения ВВ.

3. Возможность и простота размещения заряда ВВ, как источника разрушения, в любой требуемой для наиболее эффективного разрушения массива точке.

4. Выделение при взрыве мгновенной мощности до 28 млн. кВт и более каждым килограммом взрывающегося заряда ВВ, что на 4-5 порядков больше, чем при других способах разрушения.

5. Возможность воздействия на массив с любой мощностью и последовательностью наложения на него полей напряжений за счет выбора требуемой величины заряда в каждом шпуре или скважине и интервалов замедления между соседними одиночными или группами зарядов.

6. Возможность регулировать в широком диапазоне энергетических параметров воздействия взрыва зарядов на массив за счет подбора соответствующего типа по взрывчатым характеристикам ВВ, диаметра, конструкции заряда, схемы его инициирования, интервалов замедления и т.д.

7. Комбинированного воздействия на разрушаемый массив путем волн напряжений, распространяющихся от заряда, и газов взрыва; при этом величина давления в источнике разрушения (заряде ВВ) достигает 6-10 МПа, что на 3-5 порядков выше, чем при других способах, а количество газов взрыва составляет 1000 л/кг, чего нет в других методах разрушения.

8. Универсальность разрушения любых по прочности, трещиноватости, химическому составу, обводненности массивов горных пород.

9. Относительная дешевизна с энергетических позиций разрушения взрывным способом.

Взрывные технологии применяются в различных отраслях народного хозяйства:

- добыча полезных ископаемых открытым и подземным способом (карьеры, угольные разрезы, подземные рудники и угольные шахты, карьеры строительных материалов)

- добыча ценного пьезокристаллического сырья, слюды, асбеста, блочного поделочного и декоративного камня;

- взрывные работы при перфорации пластов при скважинной технологии добычи нефти и газа;

- взрывные технологии при строительстве авто- и железных дорог, обрушение неустойчивых массивов и др.;

- проходка выработок различного назначения в т.ч. выработок большого сечения;

- строительство каналов, плотин, дамб и других гидротехнических сооружений;

- обработка материалов взрывом: резка, штамповка, сварка и упрочнение металлов в машиностроении и металлургии; синтез новых материалов, технических алмазов и др.;

- специальные взрывные работы: валка зданий и сооружений, разрушение фундаментов, железобетонных конструкций и т.п.;

- специальные взрывные работы: тушение лесных пожаров, дробление льда, ликвидация заторов, уплотнение грунтов, взрывание горячих массивов, подводное взрывание, корчевка пней и др.;

Масштабность развития взрывных работ можно проследить по применению взрывных работ в строительстве:

5 т. – при взрыве горы Огуз-Окурген при строительстве Турксиба;

36 т – взрыв в 1930 году камерных зарядов при заготовке известняка в Жигулях;

250 т. – взрыв на выброс в 1932 году на Бархатном перевале;

500 т – взрыв на выброс при вскрытии в 1936 году Коунрадского железорудного месторождения;

1800 т – взрыв на выброс при строительстве разрезной траншеи на Коркинском угольном разрезе;

1904 т – взрыв на выброс в 1962 году при строительстве камне-набросной плотины на р. Вахш (Байпазинский взрыв);

5300 т (основной заряд) и 3946 т (вспомогательный заряд) – при строительстве селезащитной плотины в 1964 году в урочище Медео (Алма-Атинский взрыв);

26310 т – при строительстве Аму-Бухарского канала (серийное взрывание).

Были разработаны, но не реализованы проекты:

- строительства Аргунского узла на р. Катунь на Алтае (суммарный заряд ВВ – 120000 т);

- строительства Камбаратинской плотины на реке Нарын (400000 т ВВ);

- взрыва на выброс вскрышных пород Нерюнгринского угольного месторождения (710000 т ВВ).

В последние годы значительно возросли масштабы массовых взрывов на крупных ГОКах при добыче полезных ископаемых - до 1000-1500 т ВВ.

Безопасность при изготовлении, хранении, транспортировании и использовании энергетических материалов, эффективность их применения во многом определяются знанием физических и химических свойств, их термодинамических (химических) и детонационных свойств.

 

В современном обществе существует контролируемое горение, специально организованное человеком для удовлетворения своих потребностей в тепловой (печи, топки и т.п.), световой (свечи, керосиновые лампы, газовое освещение др.) и механической энергии (двигатели внутреннего сгорания, дизеля и т.п.), и неконтролируемое горение – пожары.

Используя горение как источник энергии в своих целях, человек иногда становился и жертвой этого «джина, самим им выпущенного из бутылки» - пожаров. Поэтому изучение процессов горения, приобретение умений их регулирования и прекращения стало жизненно важной потребностью.

Ежегодно в России случается около 300000 пожаров. В огне гибнут около 20 тысяч человек и примерно столько же получают травмы. В мире на каждые 100 пожаров гибнет 1 человек, в России эта печальная статистика еще выше.

Пожар – это горение, способное самостоятельно распространяться вне специально предназначенного для этого места, приводящее к травмированию или гибели людей, уничтожению или повреждению имущества, ухудшению экологической обстановки.

Как следует из этого определения в основе всех явлений, протекающих на пожарах, лежит процесс горения, иногда сопровождающийся возникновением взрыва. Уяснить сущность процессов, происходящих на пожаре можно только на основе изучения теории горения и взрыва. Все сопутствующие явления – деформация и обрушение строительных конструкций, вскипание и выбросы и т.п. - являются следствием процесса горения.

Горение и взрыв, несмотря на различие во внешних проявлениях, по своей научной сущности – очень близкие процессы. Они различаются лишь ролью газодинамических факторов и временем протекания химических реакций, но имеют в своих проявлениях много общего (инициирование процесса, волновая локализация реакции или объёмное реагирование и др.). Да и в целом системы, в которых возможны горение и взрыв, обладают общим свойством – высокой энергоёмкостью (во многих случаях горение и взрыв можно инициировать в одних и тех же системах). Поэтому горение и взрыв как область знания развиваются в единых рамках.

Например, аммиачная селитра является окислителем (группа 5.1) и в тоже время взрывоопасным веществом. В настоящее время известны ее взрывчатые характеристики и условия ее безопасного использования (транспортирования, хранения, применения). Однако в XX веке произошло значительное количество катастроф, связанных с взрывами аммиачной селитры и ее смесей.

На заводе в г. Оппау (Германия) производилась лайна-селитра (удобрение, состоящее из смеси 50% сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ и 50 % нитрата аммония NH₄NO₃). Как продукт сезонного потребления она накапливалась за заводских складах в больших количествах и за время длительного хранения слеживалась в сплошную камнеобразную массу. Дробление этой массы механическими способами оказалось неэффективным, и было решено прибегнуть к взрывному методу. Для выяснения способности лайна-селитры к детонации предварительно были проведены опыты, давшие отрицательный результат. После этого рыхление взрывным способом применяли длительное время – было проведено более 20000 взрывов, пока, наконец, утром 21 сентября 1921 г. склад лайна-селитры, а вместе с ним и завод не взлетели на воздух. На месте склада образовалась воронка длиной 165 м, шириной 96 м и глубиной 18,5 м (рис.1). При взрыве погибло свыше 500 человек и было ранено около 2000.

 

 

Рис. 1. После взрыва на заводе в г. Оппау (Германия)

 

 

16 апреля 1947 года в Техас-Сити (США) произошел взрыв аммиачной селитры в грузовом отсеке корабля, масса груза 2300 т. Инициирующим событием послужил начавшийся в трюме пожар, для тушения которого капитан задраил все палубные люки и впускал пар в грузовой отсек. В результате взрыва погибло более 200 человек, в т. ч. 32 человека команды и люди, столпившиеся в порту и наблюдавшие за пожаром.

В США около г. Трасквуд в 1960 г. произошло крушение товарного поезда. Один из вагонов был загружен аммиачной селитрой в мешках, а другой – аммиачной селитрой навалом. При аварии возник сильный пожар, при котором взорвалась селитра, упакованная в мешки.

Также в США имели место случаи перехода горения во взрыв аммиачной селитры на производствах, осуществляющих технологические операции с ней (1973 г. – штат Оклахома, 1974 г. – фирма «Атлас Паудер»).

Аварийный взрыв аммиачной селитры в районе г. Сасово Рязанской области произошел 12 апреля 1989 года. Селитра массой 100 т, упакованная в бумажные мешки, складировалась навалом с автотранспорта на поле, покрытое черноземом. Прямая причина взрыва не установлена. Перед взрывом было отмечено появление сильного запаха аммиака, что могло свидетельствовать о реакции, происходящей в массиве селитры. Кроме того, по метеоусловиям не отрицается возможность активизации атмосферного электричества. При взрыве никто не пострадал. Образовалась воронка диаметром 28 м и глубиной 4 м.

Заводы-изготовители ВВ исторически находятся в отдаленных от потребителей районах. Почти 400 тыс. т ВВ, в т.ч. содержащие особо опасные в обращении тротил и гексоген, а также только гранулированный тротил, ежегодно доставляются потребителям по автомобильным и железным дорогам, средствами морского, речного и даже авиационого транспорта.

При этом перевалочные пункты обязательно примыкают к густонаселенным районам (крупные ж/д узлы). По данным ООН 50% всех мировых перевозок это ОПАСНЫЕ грузы из них 20% - опасные грузы 1-го класса, т.е. ВМ.

За последние 20 лет на территории бывшего СССР произошло более 25 аварий с ж/д вагонами, перевозившими ВМ. Две таких аварии закончились трагически:

- 1988 г. Арзамас - взрыв 140 т ВВ;

- 1989 г. Свердловск - взрыв 95 т ВВ.