Вибухові речовини

Вибухо́ві речови́ни (ВР) — (рос. взрывчатые вещества (ВВ), англ. explosives, blasting agents; нім. Sprengstoffe m pl ) хімічні сполуки або механічні суміші речовин, здатні під впливом зовнішньої дії (початкового імпульсу) до швидкого самопоширюваного перетворення (вибуху) з виділенням великої кількості теплоти та утворенням газів, здатних спричиняти руйнування і переміщення оточуючого середовища.

Вибуховими можуть бути речовини або суміші будь-якого агрегатного стану. Широке застосування в гірничій справі отримали так звані конденсовані ВР, які характеризуються високою об'ємною концентрацією теплової енергії.

Класифікація вибухових речовин

ВР розрізняють:
за основними формами перетворення,
за призначенням,
за хімічним складом,
за фізичним станом.

За хімічним складом ВР поділяють на індивідуальні сполуки і вибухові суміші.

До індивідуальних вибухових речовин, що є хімічними сполуками, належать нітросполуки, зокрема ароматичного ряду (напр., тринітротолуол, тринітрофенол), ефіри та солі азотної кислоти (нітрогліцерин, піроксилін, нітрат амонію) тощо.
Найбільш поширені вторинні індивідуальні ВР — азотовмісні ароматичні, аліфатичні і гетероциклічні органічні сполуки, в т. ч. нітросполуки (тротил, тетрил, нітрометан), нітроаміни (гексоген, октоген), нітроефіри (нітрогліцерин, нітрогліколі, нітроклітковина, тен).
З неорганічних сполук до ВР належить аміачна селітра.

Найбільш поширеним видом бризантних вибухових сумішей є ВР, що містять як окиснювач нітрат амонію (амоніти, амотоли, амонали) та суміші індивідуальних ВР, напр. динаміт. Суміші тротилу з гексогеном або теном (пентоліт), найбільш придатні для виготовлення шашок-детонаторів. Крім вказаних компонентів, в залежності від призначення ВР в них можуть вводитися і інші речовини для надання ВР певних експлуатаційних властивостей, напр. сенсибілізатори, що підвищують сприйнятливість до ініціювання, або, навпаки, флегматизатори, що знижують чутливість до зовнішніх впливів; гідрофобні добавки — для надання ВР водостійкості; пластифікатори, солі-гасителі полум'я — в запобіжних ВР.
Фізичний стан

За фізичним станом ВР класифікують на порошкоподібні, гранульовані, пресовані, литі, пластичні, текучі.
Умови застосування

За умовами застосування ВР поділяють на:

незапобіжні для висадження тільки на земній поверхні (клас І),

незапобіжні для висадження на земній поверхні і у вибоях шахт, в яких відсутнє виділення горючих газів і пилу або застосовується інертизація привибійного простору (клас ІІ),

запобіжні — допущені в шахти і підземні рудники з пилогазовим режимом (класи III-VII).

Вибухові речовини у гірництві
Подрібнююча властивість ВР

ПОДРІБНЮЮЧА ВЛАСТИВІСТЬ ВИБУХОВОЇ РЕЧОВИНИ (ВР) – властивість ВР руйнувати під час вибуху певний об’єм навколишньої гірської породи, здійснюючи при цьому необхідне роздроблення.

ПИТОМА ЕНЕРГІЯ ЗАРЯДУ ВИБУХОВОЇ РЕЧОВИНИ – розрахункова енергія заряду вибухової речовини, що припадає на 1 м3 гірського масиву, який підлягає руйнуванню. Виражається у Дж/м3.

Історичні відомості про розвиток вибухової справи
Сучасна вибухова техніка, як і техніка взагалі, увібрала в себе багатовіковий досвід, творчі пошуки, плоди напруженої праці і таланту народних умільців,винахідників, техніків, інженерів, учених, зусиллями яких постійно узагальнюється, удосконалюється і послідовно збагачується спадщина виробничого, технічного і наукового досвіду багатьох мільйонів людей.
Історія створення і застосування вибухових речовин
Першою вибуховою речовиною, яку винайшла людина, був чорний димний порох. Час відкриття й імена винахідників залишилися невідомими. У давні часи порох знали
в Китаї й Індії, звідки його запозичили араби. За твердженням Бертело, чорний димний порох
у Європі почали застосовувати в Х ст. під час проведення свят, так званих "вечорів вогню".
Як метальний засіб порох став відомий з XIII ст.
У XV ст. порох почали застосовувати в мінно-підривній справі для руйнування укріплень супротивника: при облозі Будапешта (Угорщина) в 1489 р. і Казані (Росія) в
1552 р.
Уперше в світі для господарських цілей порох було використано у 1548 р. Про розчищенні фарватеру р. Німан.
Історія застосування ВР у гірничий справі почалася в Словаччині на руднику
Банска-Штявниця під час проходження штольні в 1627 р., а до кінця XVII ст. підривні роботи в гірничий промисловості застосовувалися майже у всіх країнах Європи. Але оскільки ефективність підривних робіт була невелика, людина працювала над створенням більш потужних ВР.
У роки бурхливого розвитку хімії, наприкінці XVIII і на початку XIX ст., були
отримані перші нові більш ефективні ВР: нітробензол у 1834 р., нітронафталін у 1836 р., піроксилін у 1846 р.

Історія відкриття вибухових речовин – героїчні сторінки у літописі хімії. Часто хімік, який одержав нове з'єднання, не підозрював про те, що воно може вибухати, і дорого (втратою пальців, зору, а іноді і життя) оплачував своє відкриття.
Великою подією у галузі утворення ВР було одержання А.Собреро шляхом обробки гліцерину азотною кислотою при наявності сірчаної кислоти азотнокислого ефіру гліцерину (нітрогліцерину) у 1846 р. у м. Туріні в Італії. Це було, власне кажучи, кінцем епохи пороху і початком ери потужних ВР. У чистому виді нітрогліцерин – це безбарвна масляниста рідина, отруйний, дуже чутливий до механічних впливів (удару, тертя) і до вогню. Температура спалаху 180ºС, горіння його швидко переходить у вибух, чутливість до удару 4 см.
На той час нітрогліцерин робили невеликими партіями. Спроби виготовляти його у великих кількостях закінчувалися вибухами. Через велику чутливість до удару, тертя і внаслідок незручності роботи з рідкою ВР чистий нітрогліцерин мав обмежене застосування, а незабаром його перестали використовувати.
У 1853 р. академік М.М. Зінін і полковник артилерії В.Ф. Петрушевський розробили технологію виготовлення нітрогліцерину у великих кількостях. Для зручності застосування вони провели експерименти з просочення різних невибухових речовин нітрогліцерином і в цьому ж році запропонували кілька видів нових ВР, аналогічних за складом майбутнім динамітам (протягом 1860-1863 рр. дослідниками було виготовлено 160 пудів таких ВР).
У 1863 р. Альфред Нобель (Швеція) одержав, а у 1866 р. налагодив випуск пластичної ВР на основі нітрогліцерину з добавкою 25% мінералу – інфузорної землі (кізельгур), та назвав його динамітом, що в перекладі зі шведського “сильний”. Це був переворот у вибуховій справі.
У 1867 р. шведськими хіміками І. Ольсеном та І. Норбітом були отримані і
запатентовані ВР на основі аміачної селітри, що одержали надалі назву амонітів. Однак А. Нобель купив цей патент і більш ніж на 20 років затримав упровадження цих ВР у промисловість.
У 1877 р. Мюллер запропонував уводити кристалогідрати до складу динаміту, назвавши нову ВР ватеркізельгурдинамітом. Це була перша запобіжна ВР.
У 1886 р. професор Петербурзького гірничого інституту М.М. Чельцов винайшов аміачно-селітрену ВР “громобой”.
У 1885 р. як ВР почали використовувати пікринову кислоту, з 1887 р. – тетрил, з
1891 р. – тротил (отриманий професором Вільбрандтом у 1863 р.).
Гексоген і тен були синтезовані наприкінці XIX ст.

У 1892 р. Д. І. Менделєєв отримав бездимний порох і розробив безпечну технологію його виготовлення. Цей порох був прийнятий адміралом С.О. Макаровим для озброєння військово-морського флоту Росії.
У середині 50-х років ХХ ст. розроблені групи аміачно-селітрених ВР: потужних скельних амонітів з добавками гексогену, гранулітів і грамонітів на основі аміачної селітри, грубодисперсних ВР, які містять сполуки води і ллються при високій температурі. Роботи виконувались на підставі дослідів академіка М.В. Мельникова, професора Г.П. Демидюка та ін.
Від використання динамітів, що містять дуже чутливі і небезпечні у виробництві нітроефіри, у більшості країн перейшли до застосування амонітів і амоналів, які містять як пальне порівняно безпечні тротил, гексоген і алюміній, а також використовують ВР, компоненти яких до змішування не вибухають.
У другій половині ХХ ст. почалася епоха розробки високозапобіжних ВР. Основи їх створення базуються на роботах радянських вчених К.К. Андрєєва, О.І. Гольбіндера, Б.Д.
Россі, О.П. Глазкової, Л.В. Дубнова, М.С. Бахаревич, В.Ф. Старокожева, М.О. Анаскіна, В.Є.
Александрова, Б.М. Кукіба. Великий внесок у розвиток запобіжних ВР внесли українські вчені О.І. Селезньов, Ф.М. Галаджий, М.Л. Росинський, В.І. Зенін, В.М. Расторгуєв, М.К.
Песоцький, Б.І. Вайнштейн, С.О. Калякін.
У 60-х роках ХХ ст. завдяки зусиллям цих вчених був розроблений вугленіт Е-6,
пізніше – високозапобіжні патрони ПВП-1У, СП-1, наприкінці 70-х – вугленіт 12ЦБ, на початку 90-х – вугленіти 13П, 13П/1 та 10П.
Запобіжні властивості вугленіту Е-6 та інших вибухових речовин V класу
знаходяться на рівні класів: Р5 (Англія), II (Бельгія), V (Польща), I (Чехія), EgS-I (Японія) і мають проміжні значення між WI и WII (Німеччина), II и III (Франція). Аналоги вугленіту
Е-6: в Англії – дайноджекс і пенобел; Бельгії – кемпоксит; Франції – GDC-20 і GDC-16; у
Німеччині – веттер енергіт А, веттер робуріт А; Чехії – сентиміт-46, славіт-V та динаміт № 2; Польщі – метаніт DGG/DCY, барбаріти L, FYH2; у Японії – EgS-1

Історія розвитку техніки підривання і засобів ініціювання ВР
Для підривання порохових зарядів спочатку застосовувалися порохові доріжки.
Перші у світі лабораторні вибухи пороху електричним способом здійснив визначний російський вчений-фізик В.В. Петров у 1803 р.
У 1812 р. професор П.І. Шиллінг (Росія) створив і вперше застосував електричний запальник з вугільним запалом, що у 1839 р. замінив запальником з електричним містком розжарювання. Б.С. Якобі (Росія) довів електричний спосіб запалювання порохових зарядів до практичного використання. Він же в 1842 р. створив першу електричну підривну машинку.
У 1831 р. інженер Бікфорд запропонував вогнепровідний шнур, що поклав початок так званому вогневому способу ініціювання зарядів ВР.
М.М. Зінін і В.Ф. Петрушевський (Росія) встановили, що деякі сорти динамітів не вибухають від полум'я. Тому для підсилення впливу на ВР вони вперше застосували як ініціатор невеликий заряд чорного пороху, від якого вибухали всі сорти. Заряд-детонатор удосконалив капітан Андрієвський (Росія). У 1865 р. для повноти підривання ВР він застосував спеціальний запал, що являв собою паперову гільзу у вигляді зрізаного конуса з закріпленим у ній електрозапальником, споряджену порохом. На торці гільзи зроблена заглибина, заповнена залізними ошурками. Це був не тільки перший у світовій практиці електродетонатор, це був перший, хоча і неусвідомлений, випадок використання ефекту кумуляції.
У 1868 р. А. Нобель сконструював свій капсуль-детонатор у вигляді мідної гільзи
з начинкою з гримучої ртуті (замість пороху), відкритої в 1799 р. хіміком Е. Говардом (у
1815 р. її застосували в збройових капсулях). У тому ж році А. Нобель одержав патент на
“Запал Нобеля”. Це був справжній переворот у гірській справі.
У 1879 р. французький учений Мессен запропонував як засіб ініціювання ВР детонувальний шнур.
Що стосується засобів електричного підривання, то треба відзначити, що були
розроблені електродетонатори звичайної і підвищеної ініціюючої здатності, незапобіжні і запобіжні, за часом спрацьовування миттєвої, короткоуповільненої й уповільненої дії (К.О. Берлін, Г.І. Покровський, М.Л. Росинський та ін.).
У галузі руйнування гірських порід вибухом поряд з розширенням асортименту
вибухових речовин і засобів ініціювання зарядів, поліпшення їх якості велися дослідження у напрямі удосконалення технології виробництва підривних робіт, що забезпечують повну безпеку і високі техніко-економічні показники (М.В. Мельников, М.О. Лаврентьєв та ін.).
В розробку типових схем механізації підривних робіт великий внесок зробив чл-кор. Академії наук УРСР Є.І. Єфремов.

Історія розвитку теорії вибуху
Для формування правильного уявлення про сутність явища, званого вибухом,
потрібні були значні успіхи у природничих науках. Наукова розробка теорії вибухової справи почалася у XVI-XVIII ст. Найдавнішим європейським твором, у якому описаний порох, є “Книга про знищення супротивника вогнем”, написана не пізніше 1250 р. Марком Греком.
Основи фізики вибуху вперше заклав Михайло Васильович Ломоносов у своїй праці “Дисертація про народження і природу селітри”, написаній в 1749 р. У цій роботі великий російський вчений показав, що вибухова сила пороху залежить від кількості теплоти, що виділяється, і, найголовніше, від швидкості реакції. Таким чином, він впершее установив поняття і значення основних параметрів, що характеризують вибухове перетворення. У 1751 р. М. В. Ломоносов зробив відкриття фундаментального характеру (дією азотної кислоти на “жирні матеріали” можуть бути отримані потужні ВР), що мало дуже важливі наукові і практичні наслідки. Перша праця з технології виготовлення ВР опублікована у 1799 р. О.О. Мусіним-Пушкіним. У 1920 р. випускається посібник з мирного застосування вибуху (авт. М. Сухаревський). У наступному 1922 р. виходить перший збірник “Взрывное дело”.
Багато нового в теорію вибухової справи вніс визначний теоретик і практик міннопідривної справи військовий інженер генерал-лейтенант Михайло Матвійович Боресков. Його знаменита формула із розрахунку заряду викиду (1871 р.) не втратила свого значення до нашого часу.
Останні розробки в області дії вибуху на середовище, що руйнується, і керування цим процесом належать академіку М.О. Садовському і доктору фіз. мат. наук В.М. Родіонову.
Гідродинамічна теорія детонації стосовно до газів розроблена у Росії в 1890 р.
В.А. Міхельсоном. За кордоном її розробили наприкінці 90-х років минулого століття англійський фізик Д. Чепмен і французький фізик Жуге. Фундаментальний розвиток теорія отримала у працях Я. Б. Зельдовича, Ю. Б. Харитона, Л. Д. Ландау, К. П. Станюковича та ін.
У 1911 р. професор М.М. Протодьяконов опублікував першу науково обґрунтовану класифікацію гірських порід по міцності, що дотепер широко застосовується у гірничій промисловості. Великий внесок в аналіз фізичних явищ, пов'язаних з дією вибуху на гірську породу, а також у створення методів розрахунку зарядів для різних умов зроблений О. Ф. Бєляєвим, Б. М. Шехтером, К. К. Андрєєвим, Г.П.Демидюком, М. М. Докучаєвим та іншими вченими.
Більше 100 років тому була виявлена кумулятивна дія зарядів. Перші дослідження проведені у 1923-1926 р. М. Сухаревським, що встановив залежність бронебійної дії кумулятивних зарядів від форми виїмки та ряду інших факторів. Строга теорія кумуляції була розроблена в 1945 р. М.О. Лаврентьєвим і незалежно від нього американським вченими Тейлором, Райхельбергом та ін.
Значні успіхи, досягнуті у керуванні дією вибуху, забезпечили можливість проведення величезних за масштабами земляних робіт зі створення захисної протиселевої греблі у жовтні 1966 р. під Алма-Атою (в ущелині Медео) у важкодоступній місцевості у
винятково стислі строки. Загальна маса зарядів першої серії вибухів склала 5290 т, а другої – 3946 т. Спрямований вибух використовується для створення штучних островів, при будівництві гідротехнічних споруд, каналів, водойм, при розкритті пластів корисних копали для розробки їх відкритим способом.
Групою вчених під керівництвом М.О. Лаврентьєва, запропонований спосіб масових вибухів на викид за допомогою системи подовжених зарядів, розташованих у підземних виробках із заповненням порожнеч водою.
Руйнування гірських порід за допомогою буропідривних робіт при відкритому і підземному видобутку корисних копалин є основним процесом. Ефективність руйнування порід при підриванні значною мірою визначає продуктивність наступних технологічних процесів – навантаження, транспортування та ін. У зв'язку з розширенням обсягів виробництва у вугільній промисловості удосконалюються техніка і технологія буропідривних робіт.
Широко впроваджуються більш ефективні бурові верстати і машини, засоби механізації заряджання ВВ, безпечні ВР, способи керування дією вибуху.

Порушення правил поводження з вибуховими речовинами карається законом:

Стаття 267. Порушення правил поводження з вибуховими, легкозаймистими та їдкими речовинами або радіоактивними матеріалами

.

Стаття 267. Порушення правил поводження з вибуховими, легкозаймистими та їдкими речовинами або радіоактивними матеріалами

1. Порушення правил зберігання, використання, обліку, перевезення вибухових речовин чи радіоактивних матеріалів або інших правил поводження з ними, а також незаконне пересилання цих речовин чи матеріалів поштою або вантажем, якщо це порушення створило небезпеку загибелі людей або настання інших тяжких наслідків,-

караються штрафом до п'ятдесяти неоподатковуваних мінімумів доходів громадян або виправними роботами на строк до двох років, або обмеженням волі на строк до трьох років, або позбавленням волі на строк до трьох років.

2. Ті самі діяння, а також незаконне пересилання поштою або багажем легкозаймистих або їдких речовин, якщо вони спричинили загибель людей або інші тяжкі наслідки,-

караються позбавленням волі на строк від трьох до дванадцяти років.

1. Об'єкт злочину - громадська безпека в частині убезпечення від порушення правил поводження з вибуховими, легкозаймистими та їдкими речовинами або радіоактивними матеріалами.

2. Предметом злочину є: 1) вибухові речовини; 2) радіоактивні матеріали (ч, 1 ст. 267); 3) легкозаймисті речовини; 4) їдкі речовини (ч. 2 ст. 267).

Легкозаймисті речовини - це тверді, рідкі, газоподібні та пилоподібні речовини, які здатні спалахувати внаслідок дії незначних факторів. До них належать: самозаймисті речовини, які загоряються внаслідок контакту з атмосферним киснем, водою, іншими окислювачами (білий фосфор, металевий натрій, сірка і т.ін.); речовини, які загоряються від дією удару, стиснення (як правило, гази). Легкозаймистими є деякі вибухові речовини: рідини, з температурою спалаху парів до 28 °С включно; інші речовини (переважно, рідини) з температурою спалаху не більше 61 °С.

Таким чином, легкозаймистими вважаються речовини, які здатні почати горіти внаслідок підвищення їх температури, Іскри, інших чинників, тобто без ініціювання зовнішнім полум'ям. Тим більше вони загоряються внаслідок дії термічних факторів. Для таких речовин характерним є швидкий процес горіння і висока його температура. Це й зумовлює особливу небезпеку відповідних предметів та необхідність дотримання щодо них спеціальних правил перестороги.

До їдких речовин належать ті, які швидко вступають в хімічну реакцію з іншими матеріалами, роз'їдаючи їх,- подразнюють чи знищують живі тканини, розчиняють чи змінюють структуру більшості неорганічних речовин. Це всі види кислот та лугів (сірчана кислота, ідкий натр, негашене вапно тощо). Предметом аналізованого злочину відповідна кислота чи луг можуть бути визнані лише тоді, коли з урахуванням її концентрації та кількості, фізичного стану, використовуваної тари речовина здатна заподіяти шкоду громадській безпеці. Наприклад, не можуть бути віднесені до їдких речовин, за незаконні дії з якими настає кримінальна відповідальність, харчові розчини оцтової кислоти, луги, які входять до складу косметичних засобів.
Про поняття вибухових речовин та радіоактивних матеріалів див. коментар до ст. 262.