К. К. Андреев

ВЗРЫВ

ВВЕДЕНИЕ

Когда говорят о взрывчатых веществах, то применение их обычно связывают прежде всего с войной. Это, однако, справедливо лишь отчасти. Действительно, современная война немыслима без взрывчатых веществ — главного средства разрушения, применяемого в военной технике. Громадные количества взрывчатых веществ идут в военное время на снаряжение артиллерийских снарядов, авиабомб, мин и других боеприпасов.

Однако, как указывал еще К. Маркс в письме к русскому критику прошлого века Анненкову, порох употребляется или для того, «…чтобы нанести рану человеку, или для того, чтобы вылечить раны того же самого человека»[1]). В странах господства монополистического капитала, особенно в США, промышленность взрывчатых веществ и после окончания второй мировой войны направлена на ведение войны против героического корейского народа и других народов, борющихся за своё освобождение, на подготовку войны против СССР и стран народной демократии, Это и неудивительно. Милитаризация народного хозяйства, организация новых грабительских войн является одной из главных черт и требований основного экономического закона современного капитализма, одним из основных путей извлечения максимальных прибылей для обогащения кучки эксплуататоров.

Совершенно иначе используются взрывчатые вещества в нашей стране, стране мира и созидания, в странах народной демократии, строящих социализм.

Во время Великой Отечественной войны наша промышленность взрывчатых веществ с честью выполнила задачу полного обеспечения героической Советской армии высококачественными боеприпасами. В послевоенный период промышленность взрывчатых веществ успешно помогает выполнению величественной программы развития народного хозяйства СССР по пути постепенного перехода к коммунизму, намеченной в исторических решениях XIX съезда Коммунистической партии Советского Союза и в гениальном труде товарища И. В. Сталина «Экономические проблемы социализма в СССР».

Взрывчатые вещества в нашей стране, как и различные машины, сберегают труд обществу и вместе с тем облегчают труд работников. Это и определяет их большую роль в нашем народном хозяйстве как одного из важных средств механизации трудоёмких и тяжёлых работ.

Больше всего взрывчатых веществ потребляет горная промышленность, где они используются для взрывных работ при разработке различных полезных ископаемых. На каждую тонну добытого каменного угля, например, расходуется более 100 граммов взрывчатых веществ. Если Учесть огромные масштабы добычи угля, то можно подсчитать, что одна только угольная промышленность во всём мире ежегодно потребляет свыше ста тысяч тонн взрывчатых веществ.

Кроме каменного угля, народному хозяйству требуются Руды разных металлов, строительный камень, различные минералы, служащие сырьём для химической и других отраслей промышленности. Всё это добывается также с помощью взрывчатых веществ.

Невиданно короткие сроки, в которые были сооружены за годы сталинских пятилеток мощные гидроэлектростанции, судоходные и оросительные каналы, небывалые в истории темпы возведения великих строек коммунизма связаны в значительной мере с использованием взрывчатых веществ.

Взрывчатые вещества применяются также в сельском хозяйстве: с их помощью корчуют пни, осушают болота, расширяя посевные площади.

Взрывной способ широко используется в промышленном и жилищном строительстве, при прокладке дорог, в нефтяной, металлургической и машиностроительной промышленности.

Роль взрывчатых веществ в горном деле и других отраслях промышленности и народного хозяйства в целом так велика, что трудно представить себе, как без них был бы достигнут современный уровень материальной культуры.

Что же такое взрывчатые вещества, на чём основано их действие при взрыве, из чего они изготовляются и как применяются — об этом и рассказывается в нашей книжке.

1. ВЗРЫВ И ГОРЕНИЕ

Каждый из нас, кто по кинокартинам, кто по событиям, пережитым в действительности, знаком со взрывом — этим мощным и грозным явлением. В дни Великой Отечественной войны от взрывов, организованных бесстрашными советскими партизанами, взлетали на воздух вражеские эшелоны и склады, рушились мосты под ногами оккупантов.

Сегодня, в мирные дни, взрыв раскрывает нам богатства земных недр, помогает прокладывать пути через горы, преграждает течение рек, является нашим помощником в героическом созидательном труде.

Что же такое взрыв и как он действует?

Взрыв представляет собой химическую реакцию, в результате которой взрывчатое вещество превращается в газы. Эта реакция протекает с выделением тепла и идёт крайне быстро. Например, взрыв килограммовой шашки[2] широко известного взрывчатого вещества — тротила — может произойти за одну стотысячную долю секунды. За это время образовавшиеся газы не успевают заметно расшириться и занимают объём, практически равный объёму, который занимало взрывчатое вещество. Этот объём в несколько тысяч раз меньше, чем тот, который занимали бы газы взрыва при атмосферном давлении. Известно, что давление газа тем больше, чем меньше его объём. Поэтому газы в момент взрыва имеют огромное давление; к тому же это давление возникает крайне быстро и благодаря этому действует на окружающие взрывчатое вещество предметы как резкий и мощный удар, которого не может выдержать самая прочная сталь, самая крепкая горная порода. Давление взрыва так велико, что его нельзя непосредственно измерить каким–либо известным сейчас прибором — любой прибор разрушился бы при попытке такого измерения. По теоретическим! расчётам это давление составляет сотни тысяч атмосфер — при взрыве тротила, например, 190 000 атмосфер. По мере удаления от взорвавшегося взрывчатого вещества действие взрыва быстро падает; однако при взрывах больших количеств взрывчатых веществ давление даже на расстоянии нескольких километров достаточно, чтобы выбить стёкла в окнах домов.

Возникает естественный вопрос: почему же взрыв протекает с такой огромной быстротой? Ведь с химической стороны реакции, идущие при взрыве, очень похожи, а иногда и те же самые, что и реакции, происходящие при горении топлива. В основном — это окисление углерода с образованием углекислого газа (СО_2) или окиси углерода (СО) и водорода с образованием воды (Н_2O).

Более того, и сами взрывчатые вещества в большинстве своём способны не только взрываться, но и гореть. Та же шашка тротила, если её поджечь, будет гореть, и притом довольно медленно, спокойнее и медленнее, чем, скажем, бензин. Наоборот, самое простое горение, например горение угля, можно поставить в такие условия, что оно будет протекать как сильнейший взрыв. Если взять тонко измельчённый уголь, например в виде сажи, и распылить его в воздухе так, чтобы образовалось пылевое облако, то при поджигании такого облака произойдёт взрыв. Более сильный взрыв можно получить, если сажу пропитать жидким воздухом или кислородом[3]).

Почему же горение в обычных условиях протекает медленно и за счёт чего может быть достигнуто его ускорение?

Горение угля является химической реакцией соединения углерода с кислородом воздуха. Скорость химических реакций зависит от температуры и от давления. С повышением температуры скорость реакции быстро возрастает; если температуру повысить на 10 градусов, то скорость реакции увеличится в два — четыре раза. Расчёт показывает, что если от комнатной температуры перейти к температуре в 1000 градусов, то скорость возрастёт во много миллиардов раз. При увеличении давления скорость химических реакций также возрастает — для некоторых реакций пропорционально давлению, а для других даже быстрее — пропорционально давлению в квадрате, то есть если повысить давление от 1 до 1000 атмосфер, скорость реакции увеличится в 1000^2, или в миллион раз.

При горении угля выделяется много тепла. Один килограмм угля даёт при сгорании около 8000 больших калорий. Этого количества тепла хватило бы для нагрева до кипения 8 вёдер воды. За счёт выделения большого количества тепла при горении достигается очень высокая температура, особенно, если уголь горит в чистом кислороде. При горении на воздухе, содержащем, как известно, только 21 процент кислорода, выделяющееся тепло расходуется не только на нагрев. образующегося углекислого газа, но и на нагрев азота. Температура получается поэтому ниже, но всё же весьма высокая — она может достигать 2700 градусов. Таким образом, реакция горения угля происходит при очень высокой температуре, и скорость её могла бы быть чрезвычайно большой. Несмотря на это, горение протекает медленно. Причина этого заключается в том, что реакция может идти только на поверхности куска угля, где он соприкасается с воздухом, а эта поверхность обычно невелика. Кроме того, образующиеся при горении газы отделяют поверхность угля от воздуха и мешают поступлению к ней новых порций кислорода.

Из сказанного ясно, что для ускорения горения надо, с одной стороны, увеличить поверхность угля и, с другой, облегчить доступ к ней кислорода воздуха. Это и достигается тонким измельчением угля и распылением его в воздухе так, чтобы каждая пылинка была окружена нужным для сгорания количеством кислорода.

Представим себе, что мы имеем уголь в виде кубиков с длиной ребра 10 сантиметров. Поверхность одного, такого кубика будет равна 600 квадратным сантиметрам. Измельчим теперь каждый кубик в частицы той же формы, но с длиной ребра в одну тысячную сантиметра. Тогда поверхность будет составлять уже не 600, а шесть миллионов квадратных сантиметров, то есть увеличится в 10 000 раз. Соответственно уменьшится и время сгорания угля. Однако тонкое смешение участников реакции, которое необходимо, чтобы она могла протекать быстро, само по себе ещё не всегда достаточно для получения взрыва. Это видно хотя бы из того, что даже такие взрывчатые вещества, как тротил, пироксилин и другие, в которых и горючие элементы (углерод и водород) и кислород входят в состав одной и той же молекулы, при поджигании способны к медленному горению.

Почему это так и что нужно для того, чтобы получить взрыв?

Поднесём на короткое время к шашке тротила, вставленной в жестяной стакан[4]), небольшое пламя. При этом поверхностный слой тротила нагреется, скажем, до 200 градусов. В нагретом слое будет идти химическая реакция с выделением тепла. Одновременно тепло будет отдаваться следующему слою тротила и в окружающий воздух. При 200 градусах скорость реакции и количество выделяющегося при ней тепла невелики. В каждую единицу времени тепловые потери будут больше прихода тепла. Поэтому температура в слое будет падать, и реакция прекратится.

Повторим опыт, но будем держать пламя дольше, чтобы тротил нагрелся на поверхности до 400 градусов. Если мы теперь отнимем пламя, то температура в слое тротила не только не понизится, но будет возрастать. При 400 градусах химическая реакция в тротиле идёт так быстро, что тепла выделяется больше, чем его теряется вследствие теплоотдачи, и дальнейший разогрев слоя идёт сам по себе.

Однако, хотя реакция и быстрая, но идёт она только в тонком, нагретом пламенем слое, так как остальной тротил ещё холодный. В результате реакции образуются газы с высокой температурой. Они нагревают следующий слой тротила, вызывая в нём быструю реакцию. Этот процесс повторяется от слоя к слою, пока не сгорит весь тротил.

Нагрев слоя, вступающего в реакцию, происходит путём теплопроводности. Передача тепла теплопроводностью — довольно медленный процесс. В этом легко убедиться, погрузив, например, конец чайной ложки в горячий чай. Ощущение тепла дойдёт до руки только через несколько секунд.

Поскольку передача тепла при горении происходит медленно, то и скорость распространения горения мала. При горении с торца шашка тротила высотой 10 сантиметров сгорает за 15 минут.

Допустим теперь, что вместо того, чтобы поджигать тротиловую шашку, мы произведём по ней очень сильный удар, подобный тому, какой испытала бы шашка при попадании: в неё пули, но ещё более резкий. При таком ударе верхний слой тротила сожмётся и от сжатия сильно разогреется, подобно тому как разогревается поверхность наковальни от удара по ней молота. Вследствие высокой температуры в слое пройдёт химическая реакция. Скорость её будет при этом гораздо выше, чем при горении, так как здесь возникнет не только высокая температура, но и большое давление, созданное ударом, а давление, как мы видели, также сильно ускоряет реакцию. Образовавшимся газам некуда расширяться: с одной стороны ударяющая поверхность, с другой — тротил. Поэтому газы будут иметь очень большое давление, которое сожмёт соседний слой тротила. Сжатие вызовет в этом слое разогрев и быструю химическую реакцию. Таким образом, как и при горении, реакция, начавшись на поверхности шашки, распространится по ней последовательно, пока не прореагирует всё взрывчатое вещество.

Основное, качественное отличие взрыва от горения заключается в том, что при взрыве разогрев, вызывающий реакцию, передаётся не теплопроводностью, а сжатием. Передача энергии сжатием, или, как называют этот процесс, ударной волной, происходит несравненно быстрее, чем теплопроводностью, — со скоростью, достигающей нескольких километров в секунду.

Если взять длинный металлический стержень, на один конец его положить руку, а по другому ударить молотком, то будет казаться, что рука ощущает толчок в момент удара. Это ощущение ошибочно; действие удара распространяется по стержню с определённой скоростью и доходит до руки через некоторый промежуток времени. Однако этот промежуток времени слишком мал, и для нашего осязания момент удара и восприятия его рукой неразличимы, подобно тому как не различимы для глаза отдельные кадры кинокартины.

В тротиловой шашке взрыв распространяется от одного конца до другого за одну стотысячную долю секунды, в миллион раз быстрее, чем при горении. Это время так мало, что если мы будем смотреть на взрывающуюся шашку, нам покажется, что взрыв произошёл мгновенно и одновременно во всех её частях. На самом деле это не так: взрыв распространяется по взрывчатому веществу с определённой, очень большой скоростью, которая может быть измерена точными физическими методами. Скорость распространения взрыва в различных взрывчатых веществах заключается между 1 и 8,5 километра в секунду.

Для тротила она равна 6,7 километра в секунду. Взрыв в тротиле распространяется в 20 раз быстрее, чем звук в воздухе, и в 9 раз быстрее, чем летит винтовочная пуля; при такой скорости путь от Москвы до Ленинграда был бы пройден за полторы минуты.

Чем больше скорость распространения взрыва, тем сильнее и резче удар, производимый газами взрыва, тём больше дробящее действие взрыва.

Это действие можно ещё более усилить, направляя его на определённый, небольшой участок разрушаемого объекта, например брони, которую нужно пробить. Такое сосредоточение действия взрыва основано на явлении так называемой кумуляции (от латинского слова «кумуляцио» — увеличение), известном давно, но широко использованном впервые во второй мировой войне.

Явление кумуляции можно пояснить таким опытом (рис. 1). На стальную плиту поставлены два цилиндрических заряда взрывчатого вещества одинаковых размеров, но один сплошной, а другой с конической выемкой в нижней части. Если эти заряды взорвать, то сплошной заряд даст на плите вмятину на большой площади, но малой глубины, а заряд с выемкой, меньший по весу, пробьёт плиту насквозь, хотя и на малой площади. Такое сосредоточение действия взрыва объясняется тем, что газы взрыва, движущиеся от поверхности конуса, встречаются на оси его и образуют мощную тонкую струю, пробивающую стальную плиту.

Рис. 1. Схема действия кумулятивного заряда.

Пробивное действие получается ещё сильнее, если коническая выемка имеет металлическую облицовку небольшой толщины. Тогда кумулятивная струя включает в себя тяжёлый металл, движущийся с огромной скоростью, и врезается в сталь, как нож в масло.

В дни Великой Отечественной войны снаряды, гранаты и мины с кумулятивным зарядом были с успехом применены для борьбы с вражескими танками, бронетранспортёрами и дотами.

2. ТРИ КЛАССА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

История открытия взрывчатых веществ — героические страницы в летописи химии. Часто химик, получая новое соединение, не подозревал о том, что оно способно взрываться, и дорого — потерей пальцев, зрения, а иногда и жизни — оплачивал своё открытие.

Некоторые взрывчатые вещества, открытые химиками, настолько чувствительны, что взрываются от малейшего прикосновения.

Примером такого вещества может служить иодистый азот — порошок чёрного цвета, образующийся при взаимодействии иода с раствором аммиака. Во влажном виде этот порошок не взрывается, но если дать ему высохнуть, то он становится таким чувствительным, что взрывается от самого слабого воздействия, например от прикосновения бородки птичьего пера. Иодистый азот взрывается даже от сильного света, например от вспышки магниевого состава, применяемого при фотографировании.

Понятно, что такие сверхчувствительные взрывчатые вещества не могут иметь практического значения, так как опасность взрыва при обращении с ними чрезмерно велика. И если бы химия знала только взрывчатые соединения типа иодистого азота, то взрывчатые вещества не получили бы того применения, какое они имеют в наше время.

Следует указать, что нет прямой связи между количеством энергии, которую нужно затратить для возбуждения взрыва взрывчатого вещества, и количеством энергии, которую оно даёт при взрыве. Это относится не только к взрывчатым веществам. Зажечь дрова, например, легче, чем каменный уголь, хотя при горении угля тепла выделяется вдвое больше.

Представим себе камень, лежащий на возвышении. Если столкнуть его с этого возвышения, то он будет падать, приобретая всё большую и большую скорость. Усилие, которое нужно, чтобы вызвать падение камня, не зависит от того, на какой высоте он находится. Скорость же и кинетическая энергия, которые приобретает падающий камень, тем больше, чем больше высота падения.

Учёными были открыты взрывчатые вещества, превосходящие иодистый азот по силе действия и в то же время обладающие несравненно меньшей чувствительностью. Возбудить взрыв таких взрывчатых веществ теплом и Ударом настолько трудно, что некоторые из них долгое время после их открытия даже не считались взрывчатыми. Так, пикриновая кислота, которая была открыта в 1788 году, в течение почти ста лет использовалась только как желтая краска. И лишь в 1873 году было установлено, что эта краска является сильнейшим взрывчатым веществом.

Тротиловая шашка не взрывается от удара при падении на землю с любой высоты. Тротил не взрывается даже при простреле обычной винтовочной пулей. Чтобы вызвать его взрыв, требуется удар ещё большей резкости. Добавим, что и зажигаются такие взрывчатые вещества, как тротил или пикриновая кислота, с трудом; например, зажечь тротил гораздо труднее, чем бумагу или керосин, А некоторые взрывчатые вещества от спички вообще не загораются.

Чувствительность некоторых взрывчатых веществ к внешним воздействиям настолько мала, что это иногда и в наше время приводило к недооценке возможности взрыва, имевшей катастрофические последствия. На немецком химическом заводе в Оппау в числе других продуктов производилась удобрительная смесь, состоящая из аммиачной селитры и сернокислого аммония. Завод работал круглый год, ко смесь вывозилась в сельские районы только осенью. Готовый продукт ссыпали в заводские склады. При длительном хранении рыхлый порошок слёживался в сплошную камнеобразную массу. Дробление этой массы обычными механическими способами при разгрузке складов было затруднительным, и па заводе применили для этой цели взрывной способ. Предварительно обычными испытаниями установили, что смесь не взрывается. Было произведено около двух тысяч подрывов слежавшейся смеси, и вдруг при очередном подрыве, утром 21 сентября 1921 года, склад, а вместе с ним и весь завод взлетели на воздух. На месте взорвавшегося склада образовалось озеро длиной 165, шириной около 100 и глубиной около 20 метров (рис. 2).

Большие разрушения были вызваны взрывом в Оппау, где было разрушено большинство домов. Число убитых при взрыве превысило 500 человек.

Рис. 2. После взрыва на химическом заводе в г. Оппау.

Последующие широкие исследования, проведённые в разных странах, показали, что в известных условиях, которые, очевидно, и имели место при взрыве в Оппау, данная смесь способна взрываться. После этого случая взрывное рыхление подобных смесей было запрещено, и теперь допускается только механическое дробление, которое не может вызвать их взрыва.

Число взрывчатых веществ, подобных тротилу или пикриновой кислоте, не взрывающихся от зажигания или слабого удара, велико.

Все они составляют основной класс взрывчатых веществ и называются дробящими, или вторичными. Первое название — дробящие — обусловлено тем, что эти взрывчатые вещества используются для целей дробления; смысл второго названия будет пояснён ниже.

То, что вторичные взрывчатые вещества не взрываются от пламени, а также от ударов умеренной силы, очень важно для безопасности их производства и применения. В процессе производства взрывчатое вещество приходится иногда нагревать, и при недосмотре возможно самовоспламенение. В ряде случаев взрывчатые вещества подвергаются механической обработке. При применении их тоже нельзя полностью избежать толчков и ударов. Наконец, возможны пожары при производстве и хранении взрывчатых веществ, и бывает, что они загораются.

Если бы взрывчатое вещество во всех этих случаях не просто сгорало, а давало взрыв, то каждое его воспламенение приводило бы к разрушительной катастрофе. Это сделало бы производство и широкое применение взрывчатых веществ практически невозможными.

Но посмотрим на этот вопрос с другой стороны. Если взрывчатое вещество взрывается только от очень сильного удара, то спрашивается: как же вызвать его взрыв в реальных условиях применения? Представим себе заряд взрывчатого вещества, помещённый в узком и длинном углублении, выбуренном в–горной породе. Чтобы произвести по этому заряду сильный механический удар, достаточный для возбуждения взрыва, потребовалось бы сложное устройство, приводимое в действие на расстоянии и уничтожающееся при каждом взрыве. Это было бы слишком дорого и поэтому практически нецелесообразно. Значит, нужен какой–то другой, более простой, способ производить удар по заряду взрывчатого вещества.

Именно такая задача и стояла перед взрывной техникой около ста лет назад, когда надо было внедрить в горное дело взамен слабого по действию чёрного пороха[5]) открытые к тому времени современные вторичные взрывчатые вещества.

Пионерами в решении этого вопроса были русские исследователи, знаменитый химик проф. Н. Н. Зинин и военный инженер В. Ф. Петрушевский. В 1854 году они предложили применять нитроглицерин для снаряжения снарядов и мин и разрабатывали практические способы возбуждения его взрыва.

В царской России работы Зинина и Петрушевского не получили развития; однако они стали известны шведскому предпринимателю и инженеру А. Нобелю. Последний присвоил себе идеи русских учёных и разработал на их основе способ применения нитроглицерина для взрывных работ.

Рис. 3. Действие инициирующих взрывчатых веществ: слева — азид свинца, поджигаемый на стеклянной пластинке; справа — отверстие, пробитое в стеклянной пластинке взрывом азида свинца.

Задача надёжного возбуждения взрыва вторичных взрывчатых веществ была окончательно разрешена применением для этой цели взрывчатых веществ другого класса — инициирующих взрывчатых веществ: гремучей ртути, азида свинца и др. Основной особенностью этих взрывчатых веществ является то, что горение их, вызванное поджиганием, очень быстро, иногда практически мгновенно, переходит во взрыв.

Если крупинку инициирующего взрывчатого вещества — азида свинца — Положить на лист жести или на стеклянную пластинку и поджечь, то происходит взрыв, пробивающий в жести или в стекле отверстие. Действие взрыва настолько местное, резкое, что сама стеклянная пластинка остаётся целой, и трещин обычно не образуется (рис. 3).

Если немного азида свинца поместить на заряд вторичного взрывчатого вещества и поджечь, то взрыв его производит такой сильный удар по вторичному взрывчатому веществу, что взрывается и оно.

На практике возбуждение взрыва на основе этого принципа осуществляется при помощи капсюля–детонатора. В простейшем своём виде он представляет собой гильзочку (рис. 4), металлическую или бумажную, диаметром 6–7 миллиметров, в которую запрессовано небольшое количество (1–2 грамма) инициирующего взрывчатого вещества. Капсюль–детонатор помещается в заряде вторичного взрывчатого вещества (рис. 5); при поджигании (тем или иным способом) инициирующее взрывчатое вещество в капсюле–детонаторе взрывается и вызывает взрыв вторичного взрывчатого вещества.

Рис. 4. Устройство капсюля–детонатора.

Рис. 5. Заряд взрывчатого вещества с введённым в него капсюлем–детонатором.

Поэтому взрывчатые вещества этого класса и называются инициирующими, то есть «начинающими», взрывчатыми веществами (от латинского слова «инициаре» — начинать).

В отличие от них взрывчатые вещества типа тротила, взрыв которых в условиях практического применения возникает вторично — от взрыва инициирующего взрывчатого вещества в капсюле–детонаторе, называются вторичными.

Так как инициирующие взрывчатые вещества взрываются от пламени, искры и т. п., производство их более опасно. Опасность усугубляется тем, что взрывчатые вещества этого класса обладают и большой чувствительностью к удару и трению. При этом удар всегда приводит не к горению, а к взрыву.

Однако инициирующих взрывчатых веществ требуется по сравнению с вторичными очень мало, и при соблюдении жёстких мер предосторожности опасность случайного взрыва при их изготовлении может быть практически предотвращена. К тому же некоторые из инициирующих взрывчатых веществ, как, например, старейшее из них и — широко применяемое до сих пор — гремучая ртуть, большую часть производственного процесса проходят во влажном состоянии, в котором они утрачивают как свою чувствительность к механическим воздействиям, так и способность взрываться от пламени.

При возбуждении взрыва капсюлем–детонатором поджигание капсюля должно производиться на расстоянии, так, чтобы от взрыва не пострадал взрывник. Это достигается применением электрического способа поджигания с помощью электродетонатора. В капсюль–детонатор (рис. 6) введены проводники. Концы этих проводников соединены короткой тонкой проволочкой, окружённой легко воспламеняющимся составом. При пропускании тока проволочка накаливается, состав воспламеняется и зажигает инициирующее взрывчатое вещество в капсюле–детонаторе.

Рис. 6. Схема устройства электродетонатора.

Другой способ безопасного поджигания капсюля–детонатора основан на применении огнепроводного (бикфордова) шнура. Этот шнур представляет собой прочную нитяную оболочку, внутри которой находится чёрный порох. Оболочка пропитывается влагоизоляционным материалом. При зажигании шнура его пороховая сердцевина горит со скоростью 1 сантиметра в секунду.

Взрывник прочно вставляет отрезок шнура нужной длины в капсюль–детонатор и после того, как подготовка взрыва полностью закончена, поджигает другой его конец. Шнур горит столько секунд, сколько сантиметров было в отрезке. За это время человек удаляется на безопасное расстояние. Когда шнур догорает до конца, вставленного в капсюль–детонатор, он поджигает инициирующее взрывчатое вещество, оно взрывается и вызывает взрыв вторичного взрывчатого вещества.

Итак, вторичные взрывчатые вещества применяются для получения разрушительного действия взрыва; инициирующие взрывчатые вещества служат для возбуждения взрыва вторичных взрывчатых веществ. Кроме того, взрывчатые вещества применяются ещё и в качестве метательного средства. Для этих целей используются взрывчатые вещества третьего класса — метательные взрывчатые вещества, или пороха.

Многие из нас увлекаются охотой. Вот охотник, затаив дыхание, высматривает поющего свою весеннюю песню токующего глухаря, смутно заметного сквозь ветви сосны на бледном фоне предрассветного неба. Наведя едва еще видимую мушку на тёмное пятно, охотник нажимает спуск, раздаётся выстрел, и огромная птица, ломая сучья, с шумом падает на землю.

Как происходит выстрел? В гильзе находится пороховой заряд, закрытый войлочным пыжом, выше — снаряд (дробь или пуля). В головку гильзы вставлен капсюль–воспламенитель. При спуске курка по капсюлю ударяет острый боёк; состав, находящийся в капсюле–воспламенителе, загорается и поджигает порох. Так как образующимся пороховым! газам уходить некуда, то давление их быстро растёт, С ростом давления увеличивается и скорость горения — (величина скорости горения бездымного пороха приблизительно пропорциональна давлению). Когда давление достигает определённой величины, снаряд начинает двигаться по стволу со всё возрастающей скоростью, вылетает из него и летит по направлению к цели. Чем больше скорость, с которой вылетает из ствола снаряд, тем больше дальность его полёта.

Горение пороха при выстреле должно быть безусловно устойчивым, то есть никогда не должно переходить во взрыв. Если произойдёт взрыв, то давление настолько увеличится, что ствол будет разорван.

Отсюда ясно, что инициирующие взрывчатые вещества не могут быть использованы как метательные: их горение неизбежно перешло бы во взрыв.

Однако и вторичные взрывчатые вещества в обычном их виде также нельзя применять как пороха. Горение этих взрывчатых веществ устойчиво не при всех условиях; в частности, если горение идёт при быстро возрастающем давлении, как это происходит при выстреле, то оно может перейти во взрыв. Большую роль при этом играют физическая структура и свойства взрывчатого вещества. Так, если применить вместо пороха пироксилин, имеющий структуру тонко измельчённой ваты, то горение его тотчас переходит во взрыв. Но если тот же пироксилин растворить в соответствующем растворителе, то после испарения последнего мы получим пироксилиновый порох — массу, напоминающую целлулоид; этот порох устойчиво горит при любых условиях.

Нитроглицерин — взрывчатое вещество, имеющее вид вязкой маслообразной жидкости, — также легко даёт взрыв при горении в условиях выстрела, то есть при возрастающем давлении. В сочетании же с пироксилином он образует нитроглицериновый порох, напоминающий по своим физическим свойствам рог, горение которого во взрыв уже не переходит.

От порохов требуется, чтобы они в условиях выстрела не только горели без перехода во взрыв, но и давали возможность надёжно и точно регулировать быстроту сгорания порохового заряда во время выстрела.

Зачем это нужно?

А вот зачем. Скорость, с которой снаряд вылетает из ствола, зависит от величины энергии, сообщаемой пороховыми газами снаряду. Эта энергия приблизительно равна силе давления на дно снаряда, умноженной на длину ствола. Наибольшую энергию снаряд получает тогда, когда давление на протяжении всего его пути в стволе остаётся постоянным и соответствующим прочности ствола.

Рис. 7. Одноканальный и многоканальный трубчатый порох.

Во время выстрела снаряд в стволе движется всё быстрее и быстрее, и объём, который занимают пороховые газы, становится всё больше. Понятно, что если бы количество газов, образующихся при горении порохового заряда, было постоянным, то давление стало бы быстро падать. Для того чтобы давление не падало или, по крайней мере, падало возможно медленнее, нужно, чтобы газов при горении порохового заряда образовывалось в каждый последующий момент больше, чем в предыдущий.

Как это достигается?

Горение современных порохов происходит только на поверхности их частиц, быстро охватываемой пламенем при воспламенении. Но частицам пороха можно придать такую, форму, чтобы поверхность их при горении возрастала, например форму многоканальных трубок. Каждая такая трубка горит и по своей наружной поверхности и по внутренней поверхности каналов. Из рисунка 7, а видно, что при этом общая величина горящей поверхности будет возрастать и количество газов соответственно будет все время увеличиваться.

Иногда целесообразно придавать пороху такую форму, чтобы величина поверхности горения оставалась постоянной. Для этого порох изготовляют в виде длинных одно–канальных трубок или тонких лент. Если проследить за последовательным состоянием такой трубки или ленты при горении со всех сторон, то можно убедиться (рис. 7, б), что в ходе горения величина поверхности будет оставаться почти постоянной.

Наименее благоприятной формой пороховых частиц является кубик или шарик, так как в этом случае поверхность при горении будет быстро уменьшаться.

Помимо формы частиц пороха, важное значение имеет их толщина, например толщина ленты, пластинки, стенки трубки и т. п. Эта толщина имеет определённую величину для пороха, предназначенного для того или иного вида оружия, и подбирается на основе следующих соображений. Положим, что имеются винтовка и пистолет с одинаковой толщиной ствола, рассчитанной на определённое давление, и что ствол пистолета в 7 раз короче, чем ствол винтовки. Соответственно меньше и время движения пули в стволе пистолета. Поэтому толщина пороховых частиц для пистолета должна быть гораздо меньше, чем для винтовки, иначе порох в нём при выстреле не успеет сгореть.

Порох в виде особенно тонких частиц применяется для тех видов огнестрельного оружия, в которых ствол не только короткий, но и тонкостенный и горение идёт при низких давлениях, например в охотничьих ружьях и в миномётах. Пластинки пороха для охотничьих ружей имеют толщину 0,1 миллиметра, для пушек же, имеющих длинный и толстостенный ствол, толщина лент доходит до 5 миллиметров.

Чтобы горение протекало закономерно и было устойчивым, порох должен удовлетворять ещё одному требованию: он должен быть прочным. При выстреле давление за тысячные доли секунды может возрастать до 2000–3000 атмосфер. Частицы пороха должны выдерживать такой резкий подъём давления, не разрушаясь.

Необходимая прочность пороха достигается применением для его изготовления нитроклетчатки (пироксилина). Нитроклетчатка соответствующей обработкой может быть переведена в пластическую массу, из которой можно легко получать частицы любой формы и любых размеров, обладающие большой прочностью. По своему внешнему виду и физическим свойствам такой порох напоминает, уже указывалось, целлулоид (который, кстати сказать, сам содержит значительное количество нитроклетчатки).

Важнейшую роль в изучении нитроклетчатки и её использовании для порохов сыграли исследования гениального русского химика, творца периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Он не только раскрыл тщательно оберегавшийся французами секрет изготовления нового для того времени пироксилинового пороха, но и разработал оригинальный и более совершенный его вид — так называемый пироколлодийный порох.

В царской России открытие Менделеева не получило признания и применения; оно было использовано на пороховых заводах США, производивших в значительных количествах пироколлодийный порох и даже поставлявших его России в годы первой мировой войны. Вклад Д. И. Менделеева в пороходелие этим не ограничился. Он предложил и ввёл в производство новый способ обезвоживания нитроклетчатки, упростивший и обезопасивший этот процесс. Последующие исследования А. В. Сухинского, В. Н. Никольского, И. Н. Захарова, А. В. Сапожникова и др. ещё более способствовали дальнейшему усовершенствованию производства пороха и выдвинули русское пороходелие на первое место в мире.

3. УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Мы видели, что основным отличием трёх классов взрывчатых веществ друг от друга, отличием, на котором основано их техническое использование, является различная степень устойчивости их горения: наименьшая у инициирующих взрывчатых веществ, наибольшая у порохов; вторичные взрывчатые вещества занимают в этом отношении промежуточное положение.

Что же определяет устойчивость горения взрывчатых веществ и почему различаются в этом отношении взрывчатые вещества разных классов?

Вернёмся к тротиловой шашке и представим себе, что мы зажгли её с поверхности. При горении образуются газы; давление у горящей поверхности от этого возрастает подобно тому, как повышается давление в чайнике, когда в нём кипит вода и образуется пар, подбрасывающий крышку. За счёт повышения давления над горящим взрывчатым веществом газы и расширяются, оттекают от поверхности тротила.

Повышение давления определяет и скорость оттока образующихся газов, и скорость горения, то есть, иначе говоря, скорость образования газов.

Скорость оттока газов практически не зависит от того, какое взрывчатое вещество горит. Скорость же горения различных взрывчатых веществ, напротив, по–разному зависит от давления: у одних сильнее, у других слабее.

Если скорость горения растёт с давлением сильнее, чем скорость оттока газов, то давление будет возрастать, и горение, ускоряясь, перейдёт во взрыв.

Если, наоборот, скорость горения увеличивается при повышении давления медленнее, чем скорость оттока газов, то образующиеся газы будут успевать расширяться, давление перестанет повышаться, и горение пойдёт устойчиво при постоянном давлении, лишь немного превышающем атмосферное.

Так это и происходит при горении тротила, а также всех других вторичных взрывчатых веществ. Скорость их горения мала и слабо зависит от давления; поэтому горение их является устойчивым.

Инициирующие же взрывчатые вещества имеют большую скорость горения, и она так быстро растёт с давлением, что горение ускоряется и переходит во взрыв.

Однако и вторичные взрывчатые вещества, как мы видели на примере пироксилина и нитроглицерина, могут давать переход горения во взрыв. Это возможно в тех случаях, если взрывчатое вещество рыхлое, пористое или жидкое. В процессе горения пористого взрывчатого вещества нагрев его от слоя к слою может происходить не только медленным путём теплопроводности, но и иначе: под влиянием некоторого повышения давления, возникающего у горящей поверхности, газы горения проникают по порам в глубь взрывчатого вещества и поджигают его там (рис. 8). В результате этого скорость горения возрастает и может стать такой большой, что газы горения не будут успевать оттекать; давление будет расти, и горение перейдёт во взрыв. Сходным, но более сложным путём происходит ускорение горения и переход во взрыв и жидких взрывчатых веществ.

Вот почему, когда надо получить большую устойчивость горения, необходимую при применении взрывчатого вещества для метательных целей, то у твёрдого взрывчатого вещества устраняют его пористость. В этом и заключается, например, сущность процесса изготовления пироксилинового пороха из пироксилина.

Рис. 8. Горение сплошного к пористого взрывчатого вещества.

Если же взрывчатое вещество жидкое, как, например, нитроглицерин, то его надо лишить подвижности, текучести, свойственной жидкости. Этого достигают, растворяя в нитроглицерине нитроклетчатку. Такой раствор при правильно выбранном составе имеет рогообразную структуру. В нём отсутствуют и поры, и текучесть, характерная для жидкости; его горение не переходит поэтому во взрыв.

Таким образом, отличие порохов от вторичных взрывчатых веществ состоит в том, что в порохах отсутствуют поры и они не являются жидкими; это обеспечивает максимальную устойчивость их горения, Напротив, если нужно облегчить, ускорить переход горения во взрыв, то взрывчатому веществу придают пористое строение. Так, если гремучую ртуть спрессовать до полного отсутствия пор, то она даёт переход горения во взрыв с трудом — лишь при больших — трехграммовых — зарядах. Если же гремучую ртуть спрессовать слабо, как это и делается при производстве капсюлей–детонаторов, то она даёт взрыв легко — уже при горении заряда в полграмма.

4. МОЩНОСТЬ ВЗРЫВА

При постройке железной дороги Кангауз — Сучан на Дальнем Востоке необходимо было проложить выемку в Бархатном перевале в скальном грунте. Специалисты подсчитали, что по старому способу, без применения взрывчатых веществ, прокладка выемки потребует не менее двух лет. Тогда решили применить взрывной способ.

Рис. 9. Взрыв на Бархатном перевале.

Было заложено десять зарядов взрывчатого вещества общим весом 250 тонн. Их одновременный взрыв (рис.9) в течение полуминуты выбросил около 60 тысяч кубических метров породы и образовал выемку протяжением 220 метров, глубиной 22 метра и шириной до 60 метров (рис. 10). Все подготовительные работы к этому взрыву заняли всего около двух месяцев.

Рис. 10. Бархатный перевал после взрыва.

Чем же обусловлена способность взрывчатых веществ производить чрезвычайно большую работу за такое короткое время?

Первым приходит в голову довольно естественное объяснение причины сокрушительного действия взрыва: во взрывчатом веществе содержится громадный запас энергии, который и выделяется при взрыве.

Такое мнение широко распространено. Не так давно один изобретатель рекомендовал заменить все виды применяемого ныне топлива… взрывчатыми веществами. Он даже разработал проект двигателя, в котором огромная, по его предположению, энергия взрывчатых веществ должна была превращаться в работу.

Из таких же соображений исходят предложения о замене (частично или полностью) бензина в автомобильных и авиационных двигателях жидкими взрывчатыми веществами.

Однако простой расчёт показывает, что такие предложения в корне ошибочны. В килограмме взрывчатых веществ содержится и выделяется при взрыве значительно меньше энергии, чем выделяется при сгорании, например, одного килограмма угля или бензина.

Ниже, в таблице 1, приведены величины энергии, выделяющейся при сгорании различных видов топлива и при взрыве различных взрывчатых веществ.

Сравнивая числа, приведённые в этой таблице, мы видим, что при взрыве килограмма нитроглицерина выделяется энергии в пять раз, а при взрыве килограмма тротила даже в восемь раз меньше, чем при сгорании килограмма угля.

Однако при таком сравнении мы несколько несправедливы по отношению к взрывчатым веществам. Мы берём теплоту горения для одного килограмма топлива, не учитывая того количества кислорода, которое необходимо для горения. Взрывчатое же вещество не требует для своего взрыва дополнительного количества кислорода, так как он содержится в самом взрывчатом веществе.

Более правильно поэтому и теплоту горения топлива рассчитывать не на один килограмм его, а ка один килограмм смеси топлива с нужным для горения количеством кислорода. Такое сопоставление дано в таблице 2.

Хотя разница в величинах теплоты горения топлив и теплоты взрыва взрывчатых веществ стала в этом случае меньше, однако и здесь количество выделяющейся энергии у топлива больше, чем у взрывчатых веществ.

Следовательно, огромное разрушительное действие взрыва нельзя отнести за счёт большой энергии взрыва.

В чём же тогда его причина?

Действительная причина заключается в том, что энергия при взрыве выделяется крайне быстро. Если килограмм бензина сгорает в моторе автомашины за 5–6 минут, то для взрыва килограмма взрывчатого вещества требуется только одна–две стотысячные доли секунды. Энергия при взрыве выделяется в десятки миллионов раз быстрее, чем при горении. А это имеет огромное значение.

Как известно, работа, выполняемая в секунду, называется мощностью. Чем большую работу способен произвести в секунду двигатель, тем выше его мощность. Единица мощности — лошадиная сила. Такой мощностью обладает двигатель, способный в одну секунду проделать работу по подъёму груза в 75 килограммов на высоту одного метра. Паровоз серии «ИС», предназначенный для вождения тяжёлых составов весом до 1000 тонн со скоростью до 130 километров в час, обладает, например, мощностью в 2800 лошадиных сил.

Какую же мощность даёт взрыв обычного двухсотграммового патрона аммонита, какие ежедневно десятками тысяч применяются в шахтах для взрывных работ?

Диаметр такого патрона 30 миллиметров, длина 0,25 метра. Если возбудить взрыв с торца патрона, то он будет распространяться со скоростью 5000 метров в секунду и длительность взрыва составит всего 0,25/5000 = 0,00005 секунды.

Допустим, что коэффициент полезного действия взрыва, то есть доля энергии взрыва, переходящая в механическую работу, составляет 20 процентов и что время совершения работы соответствует времени, в течение которого происходит взрыв. Энергия взрыва одного килограмма аммонита равна 950 большим калориям. Чтобы перевести эту величину в единицы механической работы — килограммометры, — надо её помножить на 427. Учитывая, что коэффициент полезного действия равен 20%, получаем величину совершенной работы 950×0,2×427×20/100 = 16 200 килограммометров. Деля величину работы на время её совершения и ещё на 75 (чтобы перейти от килограммометров в секунду к лошадиным силам), мы получаем мощность взрыва патрона аммонита, равную 4,3 миллиона лошадиных сил.

Таким образом, взрывник, несущий в сумке патрон аммонита, имеет в своём распоряжении огромную мощность. Эта мощность в три раза превосходит мощность крупнейшей американской гидроэлектростанции Боулдер–Дэм, составляющую 1 400 000 лошадиных сил.

Если физическую мощность среднего человека принять равной одной пятой лошадиной силы, то человек, располагающий 200 граммами взрывчатого вещества, как бы увеличивает свою физическую силу в 20 миллионов раз! О такой мощности, которую вложила в руки человека наука, могли только мечтать слагатели народных сказаний, наделявшие своих героев сверхъестественной силой.

Понятно, что использование энергии взрыва не может заменить работу электростанций и других силовых установок. Громадная мощность взрыва обусловлена, как мы видели, в первую очередь чрезвычайно большой скоростью выделения энергии; сама же энергия отнюдь не является чрезмерно большой.

Отсюда следует, что взрывчатые вещества целесообразно применять только в тех случаях, когда необходимы воздействия чрезвычайно большой мощности, хотя бы и очень кратковременные. Для получения таких воздействий в течение длительного времени потребовались бы громадные количества взрывчатых веществ. Так, чтобы получить в течение одних только суток мощность взрыва патрона аммонита в 4 миллиона лошадиных сил, потребовалось бы взорвать около 350 000 тонн взрывчатых веществ, — больше, чем всё годовое потребление взрывчатых веществ в горном деле во всех капиталистических странах Западной Европы.

Таким образом, взрывчатые вещества не заменяют других источников энергии, они позволяют лишь концентрировать энергию во времени и в пространстве в такой степени, в какой это недостижимо никакими иными путями.

Ни одна машина не может при равном весе и размерах дать такую колоссальную мощность, какую дают взрывчатые вещества, и там, где эта мощность необходима, взрывчатые вещества — единственное и незаменимое средство её получения[6]).

Большая мощность характерна не только для взрывчатых веществ, используемых при дроблении, но и для взрывчатых веществ, применяемых как средство метания.

В обычных средствах передвижения — паровозе, автомобиле, самолёте — двигатель сообщает им энергию во всё время движения. Этим компенсируется потеря скорости из–за трения, сопротивления воздуха и т. д. Огнестрельное оружие тоже является своего рода двигателем. Однако двигатель этот неподвижен; снаряд с момента вылета из ствола уже не получает больше энергии. Чтобы дальность полёта была значительной, снаряд в момент вылета должен иметь большую скорость, иначе говоря, большой запас энергии. Эту энергию он получает за время движения в стволе. Так как длина ствола невелика, то и время движения снаряда в нём мало. За это малое время снаряд должен получить большую энергию. Это значит, что мощность работы, совершаемой пороховыми газами и переходящей в энергию движения снаряда, велика.

Рассмотрим в качестве примера выстрел из тяжёлого орудия, снаряд которого весит 917 килограммов и имеет начальную скорость 523 метра в секунду. Энергия снаряда при вылете из ствола составляет 12 772 000 килограммометров, что примерно в полтора раза больше энергии курьерского поезда весом в 300 тонн, движущегося со скоростью 90 километров в час. Эту энергию снаряд получает за время около одной сотой секунды. Отсюда мощность выстрела составит 12 772 000 : 0,01 = 1 277 200 000 килограммометров в секунду, или около 17 миллионов лошадиных сил!

Однако получение такой огромной мощности сопряжено с быстрым износом двигателя и обходится очень дорого. После сотни выстрелов орудие выходит из строя, Общее время работы двигателя составляет, таким образом, всего одну секунду. Полная величина этой работы будет равна той, которую паровая машина мощностью в 100 лошадиных сил даст приблизительно за двое суток. Для получения пара при этом потребуется израсходовать около 4,5 тонны угля; после совершения такой работы паровая машина будет вполне исправна и пригодна для дальнейшей работы. Подсчёт показывает, что стоимость работы, получаемой при помощи орудия, в 4000 раз выше, чем при её получении с помощью паровой машины.

Поэтому использование взрывчатых веществ для метания, так же как и для взрыва, целесообразно только в тех случаях, когда необходимо получить огромную мощность, хотя бы и ценой высокой стоимости энергии.

5. СОСТАВ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Мы уже говорили о том, что кусок обыкновенного угля можно превратить во взрывчатое вещество, если его тщательно измельчить и распылить в воздухе. Сделав то же самое с куском дерева, можно также получить способную ко взрыву пылевоздушную смесь. Взрыв будет ещё сильнее, если горючий порошок смешать с жидким воздухом или с жидким кислородом.

Таким образом, простейшим способом получения взрывчатого вещества является механическое смешение тонко измельчённых горючих веществ с кислородом.

Смеси жидкого кислорода с сажею, торфяной мукой и другими горючими веществами, способными хорошо впитывать жидкий кислород, начали применять в качестве взрывчатых веществ ещё в конце прошлого столетия. В ограниченной степени они используются для взрывных работ и сейчас.

Положительной стороной этих взрывчатых веществ — они называются оксиликвитами — является обилие и доступность сырья: залежи торфа широко распространены, а жидкий кислород получают из воздуха.

Изготовление оксиликвитов очень простое и производится на месте выполнения взрывных работ. Бумажная гильза, наполненная горючим порошком, погружается на некоторое время для пропитки в жидкий кислород. По–этому в районах, отдалённых от заводов взрывчатых веществ, применение оксиликвитов экономически выгодно: отпадают расходы на перевозку и хранение взрывчатых веществ.

Однако оксиликвиты имеют существенный недостаток. Жидкий кислород очень летуч, он кипит, быстро превращаясь в пар, уже при температуре 183 градуса ниже нуля. Поэтому срок «жизни» оксиликвитных патронов малого диаметра измеряется минутами. Если производство взрыва почему–либо задержалось, то кислород может настолько улетучиться, что патроны потеряют способность к взрыву. Это препятствует широкому применению оксиликвитов, а для некоторых целей, например для снаряжения большинства видов боеприпасов, делает их применение просто невозможным.

Этот недостаток устранён в тех взрывчатых веществах, в которых горючие вещества смешиваются не с самим кислородом, а со специальными нелетучими «поставщиками» кислорода. Известен целый ряд химических соединений, которые в своём составе содержат много кислорода. В смеси с горючими веществами такие богатые кислородом вещества обычно непрочны: при поджигании, а иногда и просто от удара они распадаются, выделяя кислород, который и окисляет горючие вещества. Это свойство даёт возможность использовать их в качестве «поставщиков» кислорода. Здесь уже нет опасности улетучивания кислорода,

В качестве примера таких взрывчатых веществ может служить старейшее из них — чёрный порох. Он состоит из горючего (уголь + сера) и окислителя — калиевой селитры. Формула калиевой селитры — KNO_3 — показывает, что в ней на три атома кислорода приходится один атом азота и один атом калия. При взрыве селитра разлагается, азот выделяется в виде газа, калий дает окись калия К_3О (образующую затем углекислую и сернокислую соли калия), а оставшийся кислород окисляет уголь и серу, образуя углекислоту и другие газы.

Однако применение в качестве окислителя калиевой селитры невыгодно; «свободного» кислорода в ней содержится только 40 процентов, и, кроме того, на разложение калиевой селитры требуется значительное количество энергии — 324 большие калории на килограмм, По этой причине теплота взрыва чёрного пороха сравнительно небольшая — около 700 больших калорий на килограмм, в то время как при взрыве смеси угля с жидким кислородом выделяется 2200 больших калорий.

Помимо этого, чёрный порох при взрыве только наполовину превращается в газы, остальные продукты взрыва являются твёрдыми веществами.

По этим причинам взрывное действие чёрного пороха мало, и в настоящее время он почти полностью вытеснен во взрывных работах взрывчатыми смесями, главной составной частью которых является аммиачная селитра (NH_4NO_3). Такие смеси имеют большую теплоту взрыва и при взрыве полностью превращаются в газы.

Если механические смеси состоят из твёрдых окислителя и горючего, то их необходимо сильно измельчать и тщательно смешивать. Химическая реакция вначале протекает только на поверхности частиц, и чем больше эта поверхность, тем быстрее идёт реакция, а только при большой скорости реакция, как мы видели, имеет характер взрыва.

Широко применяется при получении взрывчатых веществ другой способ сочетания горючих элементов й кислорода, обеспечивающий идеальную равномерность состава. Этот способ заключается в получении таких химических соединений, в молекулу которых входят и горючие элементы (углерод и водород) и кислород. Сгорание таких взрывчатых веществ происходит за счёт собственных внутренних запасов кислорода, входящего в молекулы соединения.

Например, клетчатка (C_6H_10O_5), являющаяся главной составной частью древесины, содержит много углерода и водорода, а азотная кислота (HNO_3) — много кислорода. При химическом взаимодействии клетчатки и азотной кислоты в определенных условиях и образуется нитроклетчатка, о которой мы говорили выше, Это химическое соединение содержит в своей молекуле как углерод и водород, так и кислород. При этом кислород в большей своей части связан с углеродом не непосредственно, а через атом азота[7]). Такое соединение относительно непрочно и при сильном воздействии, например при ударе, слабая связь между кислородом и азотом разрывается, и кислород соединяется с углеродом и водородом с образованием углекислоты и воды и большим выделением тепла. Происходит взрыв.

Химические соединения, содержащие в своих молекулах атомы горючих элементов и кислорода, разъединённые азотом, могут быть получены не только из клетчатки. Обрабатывая глицерин азотной кислотой, получают маслянистую, не растворимую в воде жидкость — нитроглицерин, главную составную часть динамитов.

Сильнейший динамит — гремучий студень — готовится из 93 частей нитроглицерина и 7 частей определённого вида нитроклетчатки, растворяющейся в нём с образованием полупрозрачной упругой и вязкой желатины, напоминающей, как показывает само название, студень.

Более распространены желатин–динамиты, которые содержат, кроме нитроглицерина и нитроклетчатки, также селитру и древесную муку.

Динамиты имеют большую энергию взрыва и принадлежат к числу самых сильных взрывчатых веществ. До Великой Октябрьской социалистической революции они были основным типом взрывчатых веществ в горной промышленности нашей страны. Теперь динамиты у нас совершенно не применяются из–за своей относительно высокой чувствительности к удару и нагреву, которая делает их опасными в применении.

Иначе обстоит дело в капиталистических странах. Стремление хозяев шахт и владельцев заводов взрывчатых веществ к получению максимальных прибылей, отсутствие заботы о безопасности рабочих тормозят прогресс и в области взрывного дела. До сих пор в горном деле там широко применяются динамиты. Из–за этого ежегодно гибнут и получают тяжёлые увечья тысячи горняков.

В Советском Союзе учёными разработаны новые типы взрывчатых веществ, которые не уступают по эффективности динамитам, но намного безопаснее их.

Из чего же получаются эти взрывчатые вещества?

При сухой перегонке каменного угля, а также при переработке нефти получаются разнообразные углеводороды — соединения, состоящие из углерода и водорода в различных соотношениях. Например, при сухой перегонке угля из одной его тонны получается около 5 килограммов бензола, 0,05 килограмма фенола и до 1,5 килограмма толуола. Путём взаимодействия с азотной кислотой могут быть получены нитросоединения, углеводородов, содержащие кислород, соединённый с углеродом через азот.

Наиболее широко применяется нитросоединение одного из углеводородов — толуола — тринитротолуол, или тротил. Он представляет собой светложёлтый порошок, плавящийся при 80 градусах в прозрачную густую жёлтую жидкость, которая при охлаждении превращается в твёрдую массу, напоминающую застывшую серу.

Тротил является основным взрывчатым веществом для военных целей. Часто его применяют не в чистом виде, а в виде смесей с аммиачной селитрой. Такие смеси являются основным типом взрывчатых веществ для горной промышленности.

Аммиачная селитра — белый кристаллический порошок, легко поглощающий влагу из воздуха, — получается при соединении азотной кислоты и аммиака и широко применяется в качестве основного азотистого удобрения. Аммиак готовится из азота и водорода[8]) и является промежуточным продуктом при производстве азотной кислоты, получаемой окислением аммиака кислородом воздуха.

Таким образом, исходными продуктами для получения азотной кислоты являются вода и воздух, имеющиеся в неограниченных количествах, и размеры её производства ограничиваются только мощностью заводов. Давно уже стало известно, что аммиачная селитра даже сама по себе способна к взрыву. Это и неудивительно. Ведь в аммиачной селитре содержится и водород аммиака и кислород азотной кислоты; при их соединении выделяется достаточно тепла и газов, чтобы реакция могла идти со взрывом. Однако сила этого взрыва невелика, так как в аммиачной селитре кислорода содержится значительно больше, чем его нужно для окисления водорода, и часть кислорода при взрыве остаётся неиспользованной. Если к аммиачной селитре добавить в тонко измельчённом виде какое–либо вещество, содержащее много горючих элементов, например торфяную муку, муку сосновой коры, муку хлопкового жмыха и т. п., то углерод и водород добавленного вещества будут окисляться избыточным кислородом аммиачной селитры — произойдёт дополнительное выделение тепла и увеличится сила взрыва. Такие взрывчатые вещества — динаммоны — имеют значительное применение в народном хозяйстве, особенно тогда, когда нужно экономить тротил.

За разработку взрывчатых веществ этого типа группа инженеров — В. Н. Красельщик, Н. Е. Яременко и др. — была удостоена Сталинской премии.

Недостатком смесей аммиачной селитры с невзрывчатыми горючими вроде торфа является их малая чувствительность к возбуждению взрыва. По этой причине более целесообразно применять в качестве добавки к селитре такие вещества, которые не только содержат много горючих элементов, но и сами являются взрывчатыми–Таков, например, тот же тротил, в котором кислорода меньше, чем нужно для окисления углерода и водорода.

Смешивая аммиачную селитру с тротилом в соотношении 80:20, получают порошкообразное взрывчатое вещество — амматол 80/20 или аммонит № 6; в нём содержание кислорода как раз такое, какое необходимо для полного окисления углерода и водорода. Благодаря наличию в ней взрывчатого тротила такая смесь легко и надёжно взрывается в обычных условиях применения и в то же время достаточно безопасна в обращении.

Эта смесь значительно дешевле, чем тротил; кроме того, её можно применять также для взрывных работ под землёй, для которых тротил не может быть использован, так как он образует при взрыве много ядовитой окиси углерода (угарного газа), отравляющей воздух шахты.

Особые и наиболее строгие требования предъявляются к аммонитам, применяемым в угольных шахтах. В этих шахтах, если они сухие, всегда имеется угольная пыль; кроме того, из угля выделяется горючий газ — метан, образующий в определённых соотношениях с воздухом смеси, способные к взрыву. При хорошей вентиляции весь метан, выделяющийся из угля, разбавляется воздухом настолько, что смесь утрачивает способность к взрыву. Можно также предотвратить образование взрывоопасного пылевоздушного облака, увлажняя угольную пыль или покрывая поверхность выработки слоем негорючей пыли, а также другими способами.

Кроме этого, во взрывоопасных угольных шахтах запрещается применять обычные аммониты, при взрыве которых образуются газы с высокой температурой, могущие вызвать взрыв метановоздушной или пылевоздушной смеси. Для взрывных работ в таких шахтах допускается применение только специальных аммонитов, в состав которых входят значительные количества поваренной соли, служащей для понижения температуры газов взрыва и уменьшения их способности возбуждать взрыв метановоздушных и пылевых смесей.

Применяя все эти меры, наша угольная промышленность добилась резкого повышения уровня безопасности работ в ваших шахтах.

За рубежом, особенно в США, где государство не требует от шахтовладельцев принимать меры для предупреждения взрывов, техника безопасности стоит на очень низком уровне. Хозяева шахт часто не выполняют самых элементарных требований по обеспечению безопасности работы. Это приводит к тому, что на американских угольных шахтах несчастные случаи с большим числом жертв стали систематическим и массовым явлением. Так, за 13 лет, с 1930 по 1943 год, в угольной промышленности США погибло 24 тысячи горняков, а общее число убитых, раненых и искалеченных составило 250 000.

Особенно увеличились несчастные случаи в США за последнее время в связи с бешеной подготовкой к третьей мировой войне, проводимой американскими империалистами. В марте 1947 года на шахте «Сентралия 5» в штате Иллинойс при взрыве погибло 111 горняков, а на шахте «Ориент 2» в Уэст–Франкфорте 21 декабря 1951 года при подземном взрыве газа было погребено 119 рабочих. Бывший президент Трумэн вынужден был признать, что причиной взрыва было грубое нарушение шахтовладельцами правил техники безопасности.

Всего за первые 10 месяцев 1951 года в угольных шахтах Америки произошло свыше 25 тысяч несчастных случаев с рабочими.

Очень тяжёлые последствия имеют взрывы газа или пыли с воздухом. Такие взрывы нередко принимают катастрофический характер. На одной из шахт Франции взрыв угольной пыли, возникший от взрывных работ, производившихся без необходимых мер предосторожности, распространился на выработки общим протяжением более 100 километров; при этом погибли 1099 из 1664 горняков, работавших в шахте.

В шахте Гресфорд в Англии в 1934 году взрыв метана и угольной пыли привёл к гибели 263 человек из 269 работавших в шахте.

Бельгийские газеты в нюне 1952 года сообщали о ряде взрывов, происходивших на шахтах вследствие несоблюдения техники безопасности. Так, крупная катастрофа произошла на шахте № 25 «Монсо–Фонтен» в Куйэ; в результате взрыва было убито 10 шахтёров и двое ранено, В заявлении национального комитета профсоюза горняков говорилось: «район Шарлеруа снова в трауре в результате двух катастроф на шахтах, одна из которых на шахте № 25 „Монсо–Фонтен“ наиболее ужасна: 12 шахтёров поплатились своей жизнью за дьявольскую погоню шахтовладельцев за прибылью».

12 августа 1952 года взрыв газа произошёл на угольной шахте «Шнейдер» около г. Валансьенна во Франции. Погибло четыре шахтёра и 17 были тяжело ранены.

Мы рассмотрели два способа изготовления взрывчатых веществ: смешение горючих веществ с окислителями и получение химических соединений, в молекулу которых входят атомы горючих элементов и кислорода, или смесей таких соединений. В обоих случаях тепло при взрыве выделяется за счёт реакции окисления кислородом углерода и водорода.

Существуют также взрывчатые вещества, при взрыве которых тепло выделяется не за счёт реакции окисления кислородом, а за счёт других реакций.

Например, при определённых условиях можно получить соединение азота с водородом — азотистоводородную кислоту (NH_3). Образование этого соединения из азота и водорода сопряжено со значительной затратой энергии — около 1500 больших калорий на килограмм кислоты. Соответственно этому распад азотистоводородной кислоты на азот и водород сопровождается большим выделением тепла и может протекать в форме взрыва.

Сама азотистоводородная кислота — жидкость с низкой температурой кипения (37 градусов), очень чувствительная к малейшим воздействиям, крайне опасная в обращении и поэтому не может применяться в качестве взрывчатого вещества. Практическое значение имеют соединения её с некоторыми металлами, в первую очередь свинцовая соль азотистоводородной кислоты — азид свинца, который является очень эффективным инициирующим взрывчатым веществом.

Более 20 лет назад проф. Солонина и инженер Владимиров разработали и внедрили в производство безопасный способ изготовления азида свинца и снаряжения им капсюлей–детонаторов.

Реакция взрыва азида свинца представляет собой распад молекулы азида, состоящей из атома свинца и шести атомов азота, на свинец и азот и сопровождается так же, как и в случае распада азотистоводородной кислоты, значительным выделением тепла.

Таким образом, реакция взрыва может быть основана также на распаде химического соединения на элементы, если этот распад идёт со значительным выделением тепла. Наконец, возможны и комбинированные случаи, когда наряду с распадом на элементы происходят и реакции окисления кислородом, содержащимся в молекуле того же соединения или в молекулах других составных частей взрывчатого вещества.

Технические способы изготовления того или иного взрывчатого вещества определяются в соответствии с его типом и составом. При изготовлении взрывчатых смесей — это тонкое измельчение твёрдых составных частей и последующее их тщательное смешение. При изготовлении взрывчатых химических соединений — это различные химические процессы, основным из которых является обработка азотной кислотой (обычно в смеси с серной) различных органических соединений (углеводородов, спиртов, углеводов и др.).

6. ПРИМЕНЕНИЕ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Третий год американо–английские империалисты ведут агрессивную войну в Корее, Более семи лет французские колонизаторы продолжают разбойничью войну во Вьетнаме, которую французский народ справедливо назвал «грязной войной». На беззащитное население мирных го–родов и деревень современные людоеды обрушивают сотни тонн бомб и артиллерийских снарядов.

Страшная весть о новом злодеянии американских империалистов облетела весь мир летом 1950 года, когда стало известно, что оккупанты заложили систему зарядов взрывчатых веществ в долине реки Рейна вблизи скалы Лорелеи; взрыв этих зарядов должен закрыть путь воде и вызвать на огромных пространствах в верхней части Рейнского бассейна наводнение, грозящее жизни миллионов людей.

Английские пираты превратили немецкий остров Гельголанд в объект для варварской прицельной бомбардировки с воздуха.

Так империалистический лагерь во главе с США использует взрывчатые вещества не только для продолжения грязных грабительских войн и массового уничтожения мирного населения, но и для развязывания новой войны, направленной в первую очередь против СССР и стран народной демократии.

В противоположность такому использованию взрывчатых веществ, в нашей стране, а также в странах народной демократии взрывчатые вещества широко используются в огромном мирном строительстве; направленном на благо людей, на создание изобилия культурных и материальных ценностей.

Самый старый и основной потребитель взрывчатых веществ в нашем народном хозяйстве — это горная промышленность. При добыче полезных ископаемых их приходится отделять от массива в виде кусков таких размеров, которые удобны для погрузки и перевозки, а также для последующей обработки.

До XVII века Эта работа производилась без помощи взрывчатых веществ. Рисунок 11, взятый из руководства по металлургии XVI века, показывает, как велась добыча руды 400 лет назад. В шахте разводился костер, который разогревал породу. Нагрев и последующее охлаждение вызывали образование трещин, которые и облегчали отделение кусков руды. Это была крайне непроизводительная, тяжёлая работа.

Рис. 11. Горные работы в XVI веке. (Из книги Агрикопы «О получении металлов», 1556 г.).

В настоящее время только добыча очень мягких пород, например песка или глины, производится без применения взрывчатых веществ, с помощью экскаваторов, скреперов и других машин. Сравнительно слабые породы, например некоторые виды каменного угля, можно отделять от пласта при помощи отбойного молотка. Разработка более крепких пород требует уже более сильные воздействия, которые и получают при помощи взрывчатых веществ.

Применение взрывного метода резко снижает трудоёмкость горных работ. На выломке каменной глыбы для Александровской колонны, установленной в своё время в Петербурге, работа производилась полностью ручным способом; этим делом было занято в течение двух лет 600 человек. Объём колонны в необработанном виде составлял 700 кубических метров. Всего было затрачено 160 000 человеко–дней, или 228 человеко–дней на каждый кубический метр породы. При самых же несовершенных способах взрывания затрата труда составляет лишь 0,4 человеко–дня на кубический метр, а при современных способах она может быть снижена до 0,008 человеко–дня.

Рис. 12. Накладной заряд.

Способы ведения взрывных работ разнообразны. Простейший из них — способ накладных зарядов. Как показывает само название, при этом способе заряд взрывчатого вещества просто накладывают на объект, который должен быть разрушен, например на валун (рис. 12), или закрепляют на нём сбоку. Способ накладных зарядов хорош тем, что не требует много времени для проведения взрыва. Основной же его недостаток заключается в очень большом расходе взрывчатого вещества; на кубометр разрушаемой породы его идёт в 10–15 раз больше, чем при других способах, при которых заряд взрывчатого вещества помещается внутри разрушаемого объекта.

Малая эффективность этого способа обусловливается тем, что только в начальный момент газы взрыва производят сильное давление на объект, а затем вследствие расширения газов давление резко падает. Чтобы затруднить и замедлить это падение давления, на заряд обычно помещают так называемую забойку в виде куска сырой глины или другого материала (рис. 13); основное назначение её — задержать расширение газов взрыва и усилить таким образом их разрушительное действие.

Рис. 13. Накладкой заряд с забойкой.

При промышленных взрывных работах способ накладных зарядов применяют для дробления валунов при очистке от них полей и при дроблении слишком больших кусков породы, которые иногда могут получаться при её добыче другими взрывными способами.

Наиболее распространёнными являются способы, при которых в массиве делают углубление, заканчивающееся в том месте, где должен быть расположен заряд взрывчатого вещества. После помещения заряда свободную часть углубления — она должна быть не меньше одной трети его длины — заполняют песком, глиной и т. п., преграждая газам взрыва выход наружу. Таким образом, взрыв происходит в замкнутом пространстве, и действие его от этого сильно возрастает.

Форма и размеры углубления могут быть различными. Так, например, при шпуровом способе (рис. 14) углубление имеет цилиндрическую форму, диаметр его составляет 30–50 миллиметров, а длина доходит до 5 метров.

Шпуровой способ широко применяется при проведении подземных подготовительных работ и для откалывания добываемой породы, особенно в тех случаях, когда мощность пластов незначительна.

Однако этот способ, который до недавнего времени был единственным способом ведения промышленных взрывных работ, мало экономичен, так как требует большой затраты труда и. средств на бурение шпуров.

Рис. 14. Шпур с зарядом взрывчатого вещества.

Более совершенным в этом отношении является способ котловых зарядов (рис. 15), В донной части обычного шпура путём одного или нескольких последовательных взрывов небольших зарядов получают расширение, называемое котлом. Котёл и часть шпура заполняют взрывчатым веществом; в остальном выполнение работы такое же, как и при обычном шпуровом способе.

Рис. 15. Способ котловых зарядов.

При таком способе затрата труда на бурение во много раз сокращается, особенно при шпурах большой (до 9 метров) глубины. Потребность в рабочих–бурильщиках на одном из карьеров при переходе от шпурового способа к способу котловых зарядов сократилась в восемь — девять раз.

Примером успешного применения способа котловых зарядов может служить опыт бригады стахановцев–взрывников П. Орлова, работающих на карьере цементного завода «Гигант» под Москвой, Этот карьер даёт ежегодно свыше миллиона тонн взрыхленной взрыванием породы, идущей на производство цемента.

Стахановцы учли особенности формы котла, который получается в данной породе, и предложили новый способ его заряжания — с помощью сжатого воздуха; этот способ обеспечивает заполнение всего объёма котла взрывчатым веществом. Учёт особенностей каждого уступа и пород, слагающих карьер, точный замер шпуров и котла, тщательность выполнения всех операций обеспечили безаварийную высокопроизводительную работу. Бригада систематически перевыполняет плановое задание и добивается при этом экономии в расходе взрывчатых веществ.

При работе шпуровым способом обычно взрывают одновременно несколько шпуров. Это даёт наилучшее разрушение горного массива. При этом важное значение имеют правильное расположение шпуров относительно обнажённой поверхности породы, друг относительно друга, а также последовательность взрывания.

Для обрушения высоких уступов, имеющих отвесные стенки, применяют способ взрывания колонковыми зарядами (рис. 16), Вдоль края уступа пробуривают ряд вертикальных скважин глубиной, несколько превышаю–щей высоту уступа. Заряд помещают в скважине в виде сплошной или прерывистой колонки (отсюда и название способа). Диаметр скважины, выбуриваемой в породе, гораздо больше, чем при шпуровом способе, — до 250 миллиметров; соответственно больше и глубина канала — от 10 до 30 метров. Заряды, как правило, взрываются одновременно, обычно электрическим способом.

Рис. 16. Способ колонковых зарядов.

При прокладке канала в крепком грунте на Вахшстрое в Таджикистане способ колонковых зарядов дал увеличение производительности труда почти в шесть раз по сравнению с обычным способом неглубоких шпуров.

Во взрывном деле применяются также способы массовых взрывов, при которых используются очень большие заряды — весом в тонны, десятки и даже сотни тонн. В зависимости от характера производимой взрывом работы различают взрывы на обрушение, на выброс и на сброс.

В первом случае массив породы дробится действием взрыва, обрушивается за счёт собственного веса, подвергаясь при этом дополнительному дроблению, и размещается вблизи забоя.

При взрыве на выброс порода выбрасывается за счёт энергии взрыва, и в результате образуется выемка — траншея, канал, котлован.

Взрывом на сброс образуют площадки на косогорах и вскрывают пласты полезного ископаемого.

При взрыве на обрушение в нижней части массива проходятся горизонтальные штольни, заканчивающиеся одной или несколькими камерами, В этих камерах размещаются заряды взрывчатого вещества. После зарядки штольни заполняются забойкой. При взрыве порода в нижней части массива выбрасывается, а верхняя её часть под тяжестью своего веса обрушивается в образованное взрывом пространство. Этот способ даёт большую экономию в бурении — до 90 процентов — по сравнению со шпуровым способом.

При взрывах на выброс и на сброс применяют более сильные заряды, чем при взрывах на обрушение. Взрыв здесь должен не только разрушить и раздробить массив, но и выбросить раздроблённую породу с достаточной скоростью, так, чтобы она двигалась расходящимся снопом и была бы поэтому разбросана в стороны от места расположения заряда. Для помещения зарядов при взрыве на выброс проходятся вертикальные углубления — шурфы, от которых отводят горизонтальные штольни, заканчивающиеся камерами для расположения зарядов (рис. 17). При одиночном заряде взрыв образует воронку (рис. 18), а при одновременном подрыве ряда зарядов — траншею. Выброшенный грунт образует гребни по её бокам.

Рис. 17. Размещение заряда при взрыве на выброс.

Наибольшие в мире по масштабам и эффективности массовые взрывы были проведены в нашей стране в годы сталинских пятилеток.

Рис. 18. Образование воронки при взрыве на выброс.

При одном из крупнейших взрывов, произведённом на Урале близ Коркино 16 июля 1936 года по проекту и под руководством инженеров Папоротского и Селевдева, было взорвано одновременно 1808 тонн взрывчатых веществ, Взрыв должен был сбросить породу, закрывавшую залежи угля, чтобы дальнейшую разработку месторождения можно было вести открытым способом. В том месте, где было намечено произвести взрыв, мощный пласт бурого угля залегал на глубине около 20 метров. Было заложено 36 зарядов на глубину от 13 до 18 метров и на расстоянии до 30 метров друг от друга. Для закладки зарядов были вырыты колодцы, от которых на определённой глубине отводили короткую горизонтальную галерею, заканчивавшуюся зарядной камерой. Одновременный взрыв всех зарядов осуществлялся электрическим способом.

Точно в 12 часов по сигналу радиостанции г. Свердловска был включён рубильник взрывной сети. На фронте 900 метров мгновенно выросла стена земли (рис. 19), Вслед за тем с огромной силой вырвались взрывные газы, увлекая с собой размельчённый грунт. Через 3–4 секунды газовое и пыльное облако заняло площадь до 2 квадратных километров и двинулось по ветру. Высота его составляла около 400 метров. Высота выброса грунта доходила до 625 метров. Гигантское надвигавшееся облако, окрашенное образовавшимися при взрыве окислами азота в красно–бурый цвет, при ярком солнечном освещении представляло фантастическое и грозное зрелище.

Рис. 19. Взрыв близ Коркино (Урал).

Разрушительное действие воздушной взрывной волны, несмотря на большую величину заряда, было сравнительно незначительным. Так бывает всегда, если правильно рассчитан и заложен заряд; в этом случае основная часть энергии взрыва используется на совершение полезной работы. Кирпичные и деревянные строения, находившиеся на расстоянии 350–400 метров, не были повреждены. Разброс грунта не превышал 450 метров.

Чтобы точнее определить границы разрушительного действия воздушной волны на различных расстояниях, были установлены деревянные щиты. На расстоянии до 500 метров с одной стороны и до 700 метров с другой щиты были опрокинуты.

Сотрясение грунта было весьма значительное. Люди, стоявшие от места взрыва на расстоянии 1250 метров, рассказывали, что столбы электросети закачались, как деревья при сильном ветре.

Колебания почвы были зарегистрированы сейсмическими станциями Свердловска, Москвы и Пулкова.

Взрывом в Коркино была образована траншея длиной 900 метров, шириной 85 метров и глубиной до 20 метров. Было выброшено 800 000 кубических метров грунта.

При таких больших взрывах очень важно знать зоны разрушений, которые возникают в районе взрыва под действием ударных волн, распространяющихся и в воздухе и в земле. Методы расчёта этих зон были разработаны М. А. Садовским, М. Н. Косачёвым и С. В. Медведевым), удостоенными за эту работу Сталинской премии за 1948 год.

Большой массовый взрыв был проведён по проекту и под руководством инженеров Богородского и Татарникова в 1949 году на строительстве одной электростанции. Для её водоснабжения нужно было соорудить канал объёмом около 240 000 кубических метров. Выполнение работы при помощи двух имевшихся на строительстве экскаваторов потребовало бы полутора — двух лет. Взрывным способом канал был построен в течение пяти месяцев.

При массовых взрывах иногда бывает целесообразно получить направленный преимущественно в какую–либо одну сторону выброс подрываемой породы. В таких случаях применяют направленный взрыв. Закладываются два ряда зарядов; первый ряд состоит из более слабых зарядов; зри взрыве они дробят и подбрасывают вверх прилегающую массу грунта. Одной — тремя секундами позже взрывают второй ряд более сильных зарядов.

Действием этого взрыва грунт, поднятый в воздух взрывом первого ряда, отбрасывается в какую–нибудь одну сторону.

Самый большой направленный взрыв был произведён для вскрытия Ирша–Бородинского угольного месторождения в 160 километрах от г. Красноярска. Взрывом, произведённым в четыре приёма, была образована выемка глубиной около 20 метров, длиной 400 метров и шириной поверху от 85 до 125 метров. Было израсходовано 1860 токи взрывчатых веществ. Всего при взрывах было выброшено 391 000 кубических метров породы. При этом на один борт выемки было выброшено 60, а на другой — 40 процентов породы.

В последние годы массовые взрывы были применены для новой цели — для мгновенного преграждения рек. Для этого выбирают участок реки с одним или двумя обрывистыми берегами, что обычно бывает в местах поворота русла. В крутом берегу устраивают камеры для зарядов взрывчатого вещества. При взрыве породы берега 1 ложатся на дно реки, образуя достаточно плотную перемычку, способную выдержать напор воды.

Такие взрывы применяются главным образом для получения временных перемычек, необходимых, например, при сооружении плотин.

Вот как удалось обуздать разбушевавшуюся реву, используя массовый взрыв.

Весенний паводок на реке Ангрен в Узбекистане в 1948 году был очень бурным; количество воды было в несколько раз больше, чем обычно. Мощный поток воды хлынул в прилегающие арыки и овраги, переполняя их и вызывая обрушение берегов. В одном из ущелий глубиной до 25 метров обрушился правый берег арыка и перекрыл русло, преградив путь воде. Вода стала накапливаться у дамбы. Меры, принятые для наращивания дамбы, оказались недостаточными. Уровень воды стремительно повышался, и скоро объём её у дамбы достиг 12 миллионов кубических метров. Вода угрожала затопить много селений и обширные посевы ценных культур. Катастрофа была предотвращена при помощи взрыва. Выше по течению было выбрано место, наиболее благоприятное для создания перемычки: крутой берег в месте изгиба русла. В этом

Как это производится?

Заряд помещается на небольшой глубине в земле. Его взрыв вызывает в вей распространение волн наподобие тех, которые возникают при землетрясениях. Встречая на своём пути слои различных пород или жидкостей, волны отражаются от каждого из них по–разному, Отражённые волны, возвращающиеся на поверхность земли, записываются чувствительными приборами, По характеру этих записей и можно судить о том, есть ли в районе взрыва месторождения полезных ископаемых,

В металлургической промышленности к взрывчатым веществам прибегают в тех случаях, когда в доменных печах образуются «козлы» — глыбы застывшего металла, что бывает при нарушении нормальной работы печи. В ещё горячем металле бурят углубления; в них помещают и взрывают один за другим маленькие заряды взрывчатого вещества. Заряды берут такой величины, чтобы их взрывы были достаточно сильны для откола кусков металла, но не повреждали печи.

Разрушение каменных строений, которые требуется иногда сносить при реконструкции городов, быстро и безопасно производится также взрывным способом. Опыт таких работ показывает, что при правильном расчёте и размещении зарядов никаких повреждений соседних зданий и разлёта осколков не бывает. Звук взрыва, который производился обычно ночью (чтобы не мешать днём большому уличному движению), был глухим и нерезким; часто жители близлежащих домов, просыпаясь утром, с удивлением обнаруживали, что одного из зданий по соседству нет.

Недавно взрывчатые вещества получили новое применение в промышленности — для клёпки взрывным способом. Особое значение этот способ имеет в авиационной промышленности. При постройке современного тяжёлого бомбардировщика приходится устанавливать около миллиона заклёпок. Легко себе представить, сколько труда затрачивается на это при обычном способе клёпки! При взрывном способе в цилиндрическом конце заклёпки устраивается небольшой канал, в котором помещается маленький заряд специального взрывчатого вещества.

После того, как заклепка вставлена на место в склёпываемых листах, к головке её прикладывают нагретый металлический стержень. Стержень разогревает заклёпку, и происходит взрыв заряда. Цилиндрический конец заклёпки расширяется, и заклёпка оказывается прочно закреплённой (рис. 21).

Рис. 21. Клёпка взрывным способом.

Взрывной способ применяется и в сельском хозяйстве.

Известно, какую тяжёлую и трудоёмкую работу представляет корчёвка пней, когда она производится вручную. При взрывной корчёвке в почве у пня бурят углубление так, чтобы конец его оказался под пнём (рис. 22). В это углубление вводят заряд взрывчатого вещества и свободную часть углубления плотно засыпают землёй. Взрыв не только вырывает пень из земли, но и в той или иной степени расщепляет его, облегчая последующее использование пня. Корчёвка пней обычно производится не только для расчистки площадей лесосек, но и для использования получаемой древесины как топлива или как сырья для лесохимической промышленности.

Рис. 22. Корчёвка пней взрывным способом.

При очистке дна Цимлянского моря нужно было выкорчевать громадное количество пней; некоторые из них были толщиной до 3 метров. Вырвать такие огромные пни из земли не могли самые мощные тракторы. Для корчёвки были применены взрывчатые вещества, и сто пятьдесят тысяч пней за короткое время было удалено со дна будущего моря.

В горных районах при помощи взрывчатых веществ производят подготовку почвы под сады и виноградинки. Взрывным способом быстро вырывают ямки для посадки деревьев; при этом рост деревьев, посаженных взрывным способом, идёт быстрее, так как взрыв разрыхляет почву и, кроме того, некоторые продукты взрыва могут оказывать полезное влияние на рост дерева, действуя как удобрение.

Взрывным способом быстро роют канавы для орошения полей и осушки болот. Осушку болот можно производить также путём пробивания взрывом водонепроницаемого слоя, задерживающего сток грунтовых вод.

Интересно применение взрывчатых веществ в борьбе с лесными пожарами. Быстрая прокладка широкой просеки лучше всего преграждает путь огню.

При сплаве леса ускоряют взрывным способом задержавшийся в верховьях реки ледоход. Теперь даже не верится, что раньше в таких случаях лёд пилили пилами.

С помощью взрывчатых веществ расчищают ледяные заторы и заторы леса при сплаве, а также очищают русла рек от камней, мешающих сплаву.

Взрывчатые вещества оказывают советским людям значительную помощь в освоении Арктики, Они используются там для преодоления ледяных полей, преграждающих путь судну, для дробления больших льдин при сжатии затёртого во льдах корабля; подушка из мелкого льда, образованная взрывами вокруг корпуса корабля, смягчает напор льдов, делая его более равномерным и поэтому менее опасным для судна.

Так широко могут быть использованы и используются в народном хозяйстве взрывчатые вещества.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В лагере поджигателей войны, возглавляемом империалистами США, развитие науки и техники подчинено усовершенствованию способов убийства человека, разработке новых средств массового уничтожения людей. Это полностью относится и к науке о взрывчатых веществах.

Продавшие честь и совесть, многие американские учёные лихорадочно работают над созданием новых, более мощных взрывчатых веществ военного назначения. Проходившая недавно конференция секции Американского химического общества целиком! была посвящена вопросам усовершенствования и повышения мощности порохов, предназначенных для реактивных снарядов, имеющих исключительно военное применение.

Другим целям служат взрывчатые вещества в нашей стране. Сила взрыва привлекается на помощь советским людям в их мирном созидательном труде.

Взрывчатые вещества сберегают тяжёлый физический труд рабочих, сокращают сроки проведения работ. Они являются одним из самых эффективных средств механизации трудоёмких и тяжёлых процессов.

В выполнении предусмотренных директивами XIX съезда КПСС по пятому пятилетнему плану развития СССР гигантских работ по строительству гидроэлектростанций, оросительных систем и каналов, промышленных предприятий, железных и автомобильных дорог, по добыче угля, нефти, торфа и руды, в облегчении труда рабочих и повышении его производительности умелое использование взрывчатых веществ — этих мощных аккумуляторов энергии — будет играть важную роль.

Перед советской взрывной техникой стоят большие, ещё не решённые задачи.

Одной из таких задач является удешевление взрывчатых веществ. Дело в том, что в ряде случаев, например для земляных работ, можно применять не только взрывчатые вещества, но и различные машины — экскаваторы, скреперы и др. Выбор того или иного способа определяется тем, какой способ будет более экономичен. Чтобы взрывчатые вещества могли широко заменить машины, они должны быть дёшевы. А для этого надо разработать и внедрить в применение такие взрывчатые вещества, которые состоят из широко доступных, дешёвых составных частей и просты в изготовлении.

Основой наших взрывчатых веществ является аммиачная селитра; наряду с ней в состав взрывчатых веществ входят горючие добавки — обычно тротил. Однако известны взрывчатые вещества, содержащие, вместо дорогого тротила, другие добавки — торф, древесную муку, жмыховую муку, парафин, которые гораздо дешевле тротила.

Усовершенствование и широкое внедрение таких взрывчатых веществ значительно повысило бы экономичность и расширило бы применение взрывного способа.

Вполне целесообразно также увеличить применение взрывчатых веществ — оксиликвитов, которые обладают большой мощностью. Жидкий кислород производится нашей промышленностью в больших количествах, а такие горючие добавки, как торф, мох и др., дешевы и доступны. Правда, оксиликвиты имеют недостатки, — они опаснее аммонитов в обращении, так как легче взрываются от огня и удара, они отличаются непостоянством состава и действия. Но эти недостатки могут быть устранены или смягчены.

В советской стране высоко ценится человек, и одной из главных задач, стоящих перед нашими учёными в любой области техники, а во взрывной технике в особенности, является дальнейшее повышение безопасности работы. Мы уже говорили, что в этом отношении наше взрывное дело стоит на первом месте в мире. В Советском Союзе уже давно не применяются опасные в обращении динамиты, которые заменены аммонитами.

В годы Великой Отечественной войны на основе работ Макеевского научно–исследовательского института по безопасности горных работ в угольную промышленность были внедрены новые виды взрывчатых веществ (из класса аммонитов), более безопасных при взрывных работах в ' шахтах, где могут образовываться взрывчатые смеси рудничного газа или пыли с воздухом. Однако и такие взрывчатые вещества полностью безопасны не при всех условиях применения. Кроме того, аммониты вообще сравнительно с динамитами обладают пониженным дробящим действием при взрыве. Поэтому задачей наших учёных является повышение взрывного действия аммонитов, а также дальнейшее увеличение безопасности взрывных работ в угольных шахтах.

Исследования советских учёных — академика Н. Н. Семёнова, профессоров Ю. Б. Харитона, Я. Б. Зельдовича, А. Ф. Беляева и других в области теории горения и взрыва открывают новые пути в решении перечисленных задач, и нет сомнения, что эти задачи будут успешно и быстро решены советской наукой и техникой.

Применение взрывного способа основано на действии огромного давления газов, образующихся при взрыве. Это действие направлено практически одинаково во все стороны. Однако в большинстве случаев нужным, полезным является только действие в некоторых направлениях. Например, при взрыве на выброс непосредственно полезными являются только подъём грунта на небольшую высоту и боковое его перемещение, что составляет очень небольшую часть всей работы взрыва. Поэтому мысль исследователей работает над проблемой направленного взрыва, над тем, чтобы заставить взрыв действовать преимущественно в определённом направлении и повысить тем самым его коэффициент полезного действия. Примером успешного решения этой задачи является использование кумулятивного эффекта в бронебойных боеприпасах. Однако кумулятивный эффект применён только в военной технике и для промышленных взрывных работ реального значения пока не имеет. Но этим эффектом не исчерпываются возможности направленного взрыва. Мы видели, что советские инженеры успешно осваивают способ массовых взрывов с направленным в нужную сторону выбросом. Несомненно, что это только первые шаги на пути к управлению взрывом, к повышению использования его действия.

Напряжённая творческая работа, которую ведут советские учёные и изобретатели в области производства и применения взрывчатых веществ, открывает новые, ещё более широкие перспективы использования энергии взрыва в народном хозяйстве нашей страны, уверенно идущей к построению коммунизма.

ЧТО ЧИТАТЬ О ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВАХ И ИХ ПРИМЕНЕНИИ ДЛЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ

1. Проф. А. Г. Горст. Пороха и взрывчатые вещества. Государственное издательство оборонной промышленности, Москва, 1949.

2. Акад. И. Н, Семёнов. Горение и взрыв. Государственное издательство детской литературы. Москва — Ленинград, 1945.

3. Н. А. Соколов. Курс теории взрывчатых веществ. Госгориздат, 1933.

4. Г. П. Демидюк. Взрывные работы. ОНТИ, 1937.

Notes

1

К. Маркс и Ф. Энгельс. Избранные письма. Госполитиздат, 1948, стр. 25.

2

Шашка — небольшой цилиндр или параллелепипед из спрессованного взрывчатого вещества.

3

О жидком воздухе и жидком кислороде подробно рассказывается в книжке «Научно–популярной библиотеки» Гостеизадата: А. С. Фёдоров «Огненный воздух».

4

Чтобы легко плавящийся тротил не растекался при нагревании.

5

Чёрный порох взрывается от пламени.

6

Мы не касаемся здесь вопроса о возможностях использования атомной энергии.

7

Зависимость способности к взрыву от строения химического соединения хорошо видна на следующем примере. Известны два соединения одинакового состава: изоциановая кислота и гремучая кислота. Молекулы каждой из этих кислот содержат по одному атому водорода, углерода, кислорода и азота. Соли этих кислот также одинаковы по составу; например, в соли серебра атом водорода заменен на атом серебра. В то же время свойства этих солей существенно различны. Соль гремучей кислоты — сильно взрывчатое вещество, а соль изоцнавовой кислоты не взрывается. Объясняется это тем, что а изоциановой кислоте углерод соединён с кислородом, то есть он частично уже «сгорел» при образовании молекулы кислоты. В гремучей же кислоте углерод соединён с азотом; при перегруппировке атомов под соответствующим воздействием он может соединяться с кислородом, что сопровождается выделением значительного количества тепла и даёт поэтому взрыв.

8

Водород получают из воды электролизом или другими способами.

Content

К. К. Андреев
ВЗРЫВ

ВВЕДЕНИЕ

1. ВЗРЫВ И ГОРЕНИЕ

2. ТРИ КЛАССА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

3. УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

4. МОЩНОСТЬ ВЗРЫВА

5. СОСТАВ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

6. ПРИМЕНЕНИЕ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЧТО ЧИТАТЬ О ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВАХ И ИХ ПРИМЕНЕНИИ ДЛЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ

Notes