Газообразные продукты детонации

ГАЗООБРАЗНЫЕ ПРОДУКТЫ ДЕТОНАЦИИ (а. gaseous detonation products; н. gasformige Detonationsprodukte; ф. produits gazeux de la detonation; и. productos gaseosos de la detonacion) — образуются при детонациональном превращении взрывчатых веществ и являются рабочим телом, обеспечивающим переход тепловой энергии в механическию работу. Наиболее полному детонациональному превращению соответствует переход взрывчатых веществ в термодинамически равновесные продукты детонации, который происходит при детонации достаточно крупных зарядов с диаметром, значительно превышающим критический диаметр. Важные характеристики газообразных продуктов детонации — объём в нормальных условиях и показатель изоэнтропы К. Объём (м³) связан с числом киломолей (n) газообразных продуктов детонации соотношением V₀ = 22,4n. Показатель изоэнтропы К характеризует связь давления Р с объёмом V продуктов детонации в изоэнтропическом процессе:

где s — энтропия.

Величина К для продуктов детонации конденсированных взрывчатых веществ в окрестности точки Жуге слабо зависит от температуры и составляет 2-3. В процессе изоэнтропического расширения газообразных продуктов детонации от точки Жуге К уменьшается до 1,2-1,35 (разреженные газообразные продукты детонации) в интервале плотностей, составляющих 0,3-0,05 от плотности твёрдого (монокристаллического) или жидкого взрывчатого вещества. Вне этого интервала К меняется мало, и изоэнтропическая зависимость давления от плотности продуктов детонации приближённо выражается в виде Р=Br^k, где коэффициент В зависит от исходного состояния газообразных продуктов детонации. Используя эту зависимость, приблизительно оценивают механическию работу, совершаемую газообразными продуктами детонации. Для более точного определения давления, температуры, скорости звука и других характеристик газообразных продуктов детонации как функции начальной плотности заряда и объёма продуктов проводят экспериментальные исследования и расчёты равновесного состава и термодинамических функций газообразных продуктов.

В состав газообразных продуктов детонации входят стабильные, с прочными химическими связями молекулы CO₂, CO, N2, Н₂О, Н₂, а также небольшие количества окислов азота, сернистых соединений и др. При недостатке кислорода возрастает относительная доля CO (угарный газ) и появляется твёрдый углерод в виде сажи. В процессе расширения газообразных продуктов детонации их температура понижается и химическое равновесие сдвигается в сторону увеличения концентрации молекул с наиболее прочными связями и восстановления окислов азота до N₂. При быстром расширении и охлаждении газообразных продуктов детонации скорость химических реакций резко снижается, происходит т.н. закалка химического состава. В результате некоторое количество окислов азота сохраняется в газообразных продуктах детонации в течение длительного времени после взрыва. Входящие в состав газообразных продуктов детонации примеси угарного газа, окислов азота и сернистых соединений ядовиты и могут составлять 5-10% от общего объёма газообразных продуктов детонации.

Токсичность ядовитых газов не одинакова; подсчёт их объёмов производится путём приведения к т.н. условной окиси углерода. Окислы азота более токсичны, поэтому их приведённый объём больше фактического. Особую опасность для людей представляют газообразные продукты детонации при подземных взрывных работах. Для уменьшения вредного воздействия используют взрывчатые вещества с нулевым кислородным балансом, при котором токсичность газообразных продуктов детонации близка к минимальной.

Практически количество ядовитых газов зависит не только от состава взрывчатых веществ, но и в значительной мере от реагирования газообразных продуктов детонации с разрушаемой взрывом породой, колеблясь на железорудных шахтах, например, от 10 до 100 л/кг. Часть ядовитых газов сорбирует в отбитой взрывом горной массе и трещинах, выделяясь в рудничную атмосферу в процессе погрузки. Количество ядовитых газов, соответствующих составу взрывчатых веществ и разрушаемой горной породы, учитывается при проветривании подземных выработок с тем, чтобы подача чистого воздуха в выработку обеспечивала концентрацию ядовитых газов перед допуском рабочих в эту выработку не более 0,0008% по объёму при перерасчёте на окись углерода.