Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2015, № 9 (спецвып.35)

ГОРНЫЙ
ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКИЙ
БЮЛЛЕТЕНЬ № 9
СПЕЦИАЛЬНЫЙ
ВЫПУСК 35

П.А. Брагин
С.А. Горинов
И.Ю. Маслов

ОПЕРАТИВНЫЕ
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ
ПОЛНОТЫ
ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ
ПРИ ВЗРЫВЕ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ВВ
МЕСТНОГО
ПРОИЗВОДСТВА

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Б 87 

662.2:622.81 
Б 87 
 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной 
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.14 
 
 
 
 
Брагин П.А., Горинов С.А., Маслов И.Ю.  

Оперативные методы оценки полноты тепловыделения при

взрыве промышленных ВВ местного производства. Отдельные
статьи: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 9 (специальный выпуск
35). — 32 с. — М.: Издательство «Горная книга» 
ISSN 0236-1493 

Приведены методики полевого экспериментально-аналитического 

определения полноты тепловыделения при взрыве зарядов промышленных ВВ местного производства. Экспериментально показано, что при детонации промышленных ВВ местного производства теплота фактического тепловыделения ниже теоретической на 20—40 %. Экспресс-оценка 
полноты тепловыделения при взрыве ВВ позволит более точно осуществлять проектирование буровзрывных работ, что важно для организаций,
выполняющих данные работ, и более объективно оценивать качество изготавливаемых на горном предприятии ВВ, что важно для организаций,
осуществляющих экспертный контроль за качеством ВВ. 

Ключевые слова: взрывчатые вещества, добыча, горное предпри
ятие, подводный взрыв-тест, буровзрывные работы. 

УДК 662.2:622.81

©  П.А. Брагин, С.А. Горинов,  
И.Ю. Маслов, 2015 
©  Издательство «Горная книга», 2015 

ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2015 

 
 

УДК 662.2:622.81 
© П.А. Брагин, С.А. Горинов, И.Ю. Маслов, 2015 
 

ОПЕРАТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ  
ПОЛНОТЫ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ  
ПРИ ВЗРЫВЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВВ  
МЕСТНОГО ПРОИЗВОДСТВА 

Приведены методики полевого экспериментально-аналитического определения полноты тепловыделения при взрыве зарядов промышленных ВВ местного производства. Экспериментально показано, что при детонации 
промышленных ВВ местного производства теплота фактического тепловыделения ниже теоретической на 20—40 %. Экспресс-оценка полноты 
тепловыделения при взрыве ВВ позволит более точно осуществлять проектирование буровзрывных работ, что важно для организаций, выполняющих данные работ, и более объективно оценивать качество изготавливаемых на горном предприятии ВВ, что важно для организаций, осуществляющих экспертный контроль за качеством ВВ. 
Ключевые слова: взрывчатые вещества, добыча, горное предприятие, подводный взрыв-тест, буровзрывные работы. 
 
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ В настоящее время при 
взрывной отбойке горной массы широкое распространение получили взрывчатые вещества, изготовляемые непосредственно на 
местах применения. Это позволяет снизить затраты на взрывные 
работы, повысить их безопасность и уменьшить риски, связанные 
с перевозкой и хранением штатных ВВ. 
Однако при изготовлении промышленных ВВ для взрывной 
отбойки на горнодобывающих предприятиях в силу ряда технологических, квалификационных и других особенностей сложно 
обеспечить постоянство качества изготавливаемых ВВ. Особенно 
это касается горнодобывающих предприятий в труднодоступных 
и малообжитых районах Полярного Урала, Восточной Сибири и 
Дальнего Востока. Значительная удаленность этих предприятий 
от обжитых районов страны и отсутствие хорошей транспортной 
инфраструктуры неизбежно приводит к сложностям поставок сырья (полуфабрикатов) надлежащего качества для производства 
ВВ. Это безусловно отражается на конечном качестве ВВ, в том 
числе на полноте тепловыделения при взрыве данных ВВ. 

Значения теплоты взрыва применяемых ВВ используются в 
современных методиках расчета параметров БВР [1-8]. Поэтому 
знание фактической величины тепловой энергии, выделяющейся 
при взрыве заряда ВВ, является очень важным при проектировании буровзрывных работ. 
В виду значительных критических и предельных диаметров 
современных смесевых и водосодержащих ВВ, изготавливаемых 
на местах применения, прямое измерение теплоты взрыва в калориметрической бомбе невозможно, т.к. необходимо взрывать заряды весом 8–10 кг и более. 
Экспериментальная оценка разрушительных свойств таких 
ВВ вышла за рамки традиционных лабораторий и переместилась 
на полигоны и(или) непосредственно на производство (опытнопромышленные взрывы) [9, 10]. 
Применение экспериментального метода по измерению или 
оценке энергии Гарнея (метод «тест-цилиндра» [11, 12]) возможно только в условиях стационарного хорошо оборудованного полигона, обслуживаемого высококвалифицированными специалистами. При этом такой полигон должен быть оснащен: 
— или дорогостоящими приборами импульсной рентгеносъемки [11]; 
— или уникальной измерительной аппаратурой (измерительный блок, снабженный игольчатыми контактами [12]); 
— или сам по себе быть уникальным (специально подготовленная подземная изолированная выработка, оснащенная аппаратурой по измерению скорости детонации и количественному анализу газообразных продуктов взрыва [13]). 
Организация полигона, способного осуществлять оценку или 
определение энергии Гарнея целесообразно организовывать в научных центрах по совершенствованию промышленных ВВ, но 
никак не для регулярного экспресс-контроля за качеством выпускаемого на горном предприятии ВВ. 
Применение метода воронкообразования при тест-взрыве в 
горной породе [10] или в песчаной ванне [4–6] в случае с широко 
распространенными наливными ЭВВ имеют следующие сложности: 
— диаметр 76 мм для тест-заряда массой 3,63 кг или размеры 
сосредоточенного заряда 4,5 кг [10] могут быть недостаточными 
для реализации в них детонации с полным разложением ЭВВ; 

— наличие даже двух полностью идентичных участка горных пород является всегда проблемным вопросов даже в пределах одного полигона; 
— предлагаемое возбуждение в тест-зарядах ЭВВ пересжатой детонации [6] должно быть инструментально фиксируемым 
или по скорости детонационного процесса, или по замеру количества ядовитых газов; 
— размеры песчаных ванн для проведения тест-взрывов 
должны быть достаточно велики во избежание влияния плотных 
грунтов дна и бортов ванны на характер выброса песка при взрыве. 
Применение подводных взрыв-тестов [14]: 
— требует очень большого водоема и специальной измерительной аппаратуры; 
— не обеспечивает необходимую степень расширения взрывных газов [12] (при взрыве в горных породах наблюдается 10-20кратное увеличение объемов взрывных газов до окончания процесса их эффективного разрушения среды [11], а при взрыве в воде 
приборами фиксируется практически 1000-кратное увеличение). 
Определенный интерес для экспресс-тестов представляет методика «ВостНИИ» по обжатию стандартного свинцового крешера Гесса через массивную наковальню и воздушный промежуток, 
показавшая свою работоспособность в ряде экспериментов [15, 
16]. Однако ограничение массы ВВ при тест-взрыве величиной 1 
кг делает данную методику малопригодной при оценке работоспособности ВВ с критическим диаметром более 60мм. 
В настоящей работе рассматриваются методы оперативной 
оценки полноты тепловыделения при взрыве промышленных ВВ 
местного производства, которые осуществимы в условиях даже 
удаленных и труднодоступных горных предприятий. 
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Полагаем, что поведение взрывных газов при расширении описывается двухполитропным приближением [17]: 

P = 

*

*
*
*

при

при

k
н
н
н

k

н
н

V
P
V
V
V
V

V
V
P
V
V
V
V

⎧
⎛
⎞
≤
≤
⎪
⎜
⎟
⎝
⎠
⎪⎨
⎛
⎞ ⎛
⎞
⎪
>
⎜
⎟ ⎜
⎟
⎪
⎝
⎠ ⎝
⎠
⎩

γ
, 

где 
*
V  — удельный объем продуктов взрыва в точке сопряжения 

политропы и адиабаты; k  - показатель политропы взрывных газов; γ  — коэффициент адиабаты. Согласно [17], между фактической удельной теплотой взрыва 
V
Q  и скоростью детонации D  
имеется взаимосвязь: 

(
)

2

2
2
1
=
−
V
D
Q
n
,  
(1) 

где n  — показатель политропы взрывных газов при однополитропном описании их расширения. 
Согласно [18]: 

(
)

(
)
(
)(
)

2
2
1

2
*

2
1

2
(
2)
1
1
1
1
1
(
1)

V

k
k

o

k
Q
D
k
k
k
k
n
k
k
k
n k

−
−
=
− γ
+
−
−
⎛
⎞
⎛
⎞
+
−
⎜
⎟ ⎜
⎟
γ −
+
αρ
+
⎝
⎠ ⎝
⎠

,  (2) 

где K+  = 4,4 (эмпирический коэффициент) [18]; α  – удельный 

коволюм продуктов детонации; 
ÂÂ
ρ
– плотность ВВ. 
На основании (1), (2) имеем следующее уравнение для определения n : 

(
)
(
)(
)(
)
(
)

2
2
1

2

1
1
2
2
1
1
1
1
1
1

−

+

−
− =
− γ
+
−
−
⎛
⎞
⎛
⎞
+
−
⎜
⎟
⎜
⎟
γ −
+
αρ
⎝
⎠
+
⎝
⎠

k
k

BB

k
n
k
k
k
k
n
k
k
K
k
n

. (3) 

Согласно [17] при оценочных расчетах можно принимать 
25
1,
≈
γ
. 
Разрешая (3), на основании (1) определяем 
V
Q . 
Полнота тепловыделения η при взрыве оценивается по формуле 

η =
V

ò

Q
Q , 
 (4) 

где 
ò
Q – расчетная (теоретическая) удельная теплота взрыва. 
ò
Q  
определяется из уравнения разложения вещества ВВ, которое по

лучают методом Г.А.Авакяна [19] или в соответствии с принципом Бринкли-Вильсона [17] (дают близкие значения 
ò
Q ). 
Таким образом, величина полноты тепловыделения может 
быть оценена, если известны плотность, скорость детонации и 
коэффициент политропы k . 
Измерение плотности ВВ не вызывает экспериментальных 
затруднений. Для измерения скорости детонации широко используются приборы, основанные на непрерывном измерении сопротивления специального кабеля, помещаемого в заряд ВВ (метод 
«НИСД») [20]. 
Для измерения k  предложены представленные ниже способы. 
1. Метод «водяной ванны». 
Опыты удобно проводить с размещением цилиндрического 
заряда ВВ в резервуаре с водой. Вода является средой с надежно 
определенной ударной адиабатой [17, 21], не вступает в экзотермическую реакцию с продуктами взрыва и легкодоступна. 
Одна из возможных схем измерений представлена на рис.1. 
Данная схема позволяет осуществлять непрерывную фиксацию 
скорости разрушения измерительного кабеля, как в ВВ, так и 
вблизи заряда. 
На участке кабеля, расположенного в заряде ВВ, измерения 
показывают скорость детонации взрывчатого вещества D, а на 
участке, расположенном в воде – скорость распространения 
ударной волны  Dx. 
Рассмотрим параметры ударной волны в воде при взрыве удлиненного безоболочечного заряда ВВ. Введем следующие обозначения: k, γ  — коэффициенты политропы и адиабаты продуктов взрыва; 

ВВ
ρ
, 
2
H
ρ
O  — плотности ВВ и воды; 
H
P , 
xP  — давления во фронте 

детонационной волны и фронте ударной волны в воде, соответственно; 
eu — массовая скорость воды за фронтом ударной волны. 
Давление в ударной волне в воде равно: 

2
х
Н О
x
e
Р
D u
= ρ
.  
(5) 

Ударную адиабату воды принимаем в виде [21] 

1483
25306lg 1
5190

e
x
u
D
⎛
⎞
=
+
+
⎜
⎟
⎝
⎠
 (м/с). 
 (6) 

Рис. 1. Принципиальная схема эксперимента: 1 – 
заряд ВВ, 2 – вода, 3 — промежуточный детонатор, 4 – измерительный кабель «Probecable-HT», 5 – 
реостатный прибор «Handitrap VOD recorder» для 
измерения скорости детонации 
 
Скорость движения частиц воды под 
действием продуктов взрыва при скользящем ударе может быть найдена из выражения [17, 21] 

1
2

2
2
1
1

−
⎛
⎞
⎛
⎞
⎜
⎟
=
− ⎜
⎟
⎜
⎟
−
⎝
⎠
⎜
⎟
⎝
⎠

k
k
x
e
H

P
kD
u
k
P
. 
 (7) 

Учитывая, что [17, 21] 

2

1
ρ
=
+

BB
H

D
P
k
, на основании (5)–(7) по
лучаем следующее уравнение для определения коэффициента политропы продуктов взрыва k: 

2

2
2
1
1483
25306lg 1
1
1
5190
1
1
2

−
⎛
⎞
+
+
⎜
⎟
ρ
⎛
⎞
−
⎝
⎠
⋅
−
=
⋅
⎜
⎟
+
ρ
⎝
⎠

k
k
H O

BB
BB

D
z
z
k
z
k
k
D
,  (8) 

где 

1483
25306
5190 10
1

−
⎛
⎞
=
=
−
⎜
⎟
⎝
⎠

x
D
eu
z
D
D
. 

Уравнение (8) решается любым численным методом. 
2. Метод «пластины-свидетеля» 
В основе данного метода лежит фиксация разрушений в толстой металлической пластине при торцевом воздействии на нее 
вплотную примыкающего цилиндрического заряда испытуемого 
ВВ. Длина заряда составляет 6–10 диаметров заряда. 
Инициирование заряда осуществляется от удаленного от 
пластины конца заряда. 
Квадратная пластина (размером ×
l
h , где l — длина стороны; h – толщина) располагается на горизонтальной податливой подушке (сухой просеяный крупный песок) глубиной H (см. рис. 2). 
Глубина H подбирается экспериментально, чтобы избежать 
дополнительной деформации пластины при излишней податливости материала подушки. Полагаем, что l в 30–40 раз больше h и 
l>>Ro (определение Ro см.ниже). 

Рис. 2. Принципиальная схема эксперимента при реализации метода «пробитие пластины» 

 
Пластина представлена материалом, который разрушается 
при пластическом деформировании (металл: мягкие сорта стали, 
бронза, медь и т.п.) и характеризуется следующими параметрами: 
ρm  — начальная плотность материала; 
∗
σ – временное сопротивление; A, B, n – параметры ударной адиабаты материала пластины 

(
⎛
⎞
ρ
=
+
−
⎜
⎟
ρ
⎝
⎠

n

o
m
P
P
A
B , где P, Po – текущее и начальное давление в 

материале; ρ – плотность среды при давлении P). Считаем данные параметры заданными. 
На пластине вертикально расположен цилиндрический «безоболочечный» заряд ВВ (оболочка имеет малую массу и прочность, например: картон), характеризующийся следующими параметрами: L, Ro – длина и радиус заряда, соответственно; ρ  – 
начальная плотность ВВ; k , D – коэффициент политропы продуктов взрыва и скорость детонации, соответственно; β – массовая доля твердого материала в продуктах взрыва; W – массовая 
скорость продуктов взрыва за фронтом детонационной волны 
(
=
+
W
D/(k
1) ). 

Определим коэффициент политропы продуктов взрыва, если 
кроме упомянутых выше параметров будет известен эффективный радиус пробитого отверстия 
⊕
R . 
Под эффективным радиусом пробитого отверстия будем понимать величину 

⊕
−
=
π

o
k
V
V
R
h
, 
 (9) 

где 
o
V , 
k
V  – начальный и конечный (после взрыва) объемы «пла
стины-свидетеля». Величина 
⊕
π
2
hR  равна объему разрушенного 
материала. 
Будем рассматривать только случаи, когда пробитое отверстие возникает (это всегда достигается соответствующим изменением величины 
/
o
R
h ). 
Учитывая пластический характер разрушения материала, в 
качестве критерия принимаем условие [22] (энергетический 
принцип): 

2
∗
≥
σ ρm
s
h
, 
 (10) 

где s  — величина удельного импульса на поверхности плиты, 
при которой происходит ее полное разрушение. 
Введем дополнительные обозначения: τ  — текущее время; 
ux – начальная скорость смещения границы «продукты взрывапластина», обусловленная сжимаемостью материала пластины; 
Dx – скорость распространения по продуктам детонации отраженной волны сжатия. Примем момент выхода детонационной 
волны на границу «ВВ-пластина» –
0
τ =
î
. 
Согласно [17, 21] при набегании плоской детонационной 
волны на металлическую преграду начальное давление в отраженных газообразных продуктах взрыва 
xP  превышает давление 

во взрывных газах 
∗P  на фронте падающей волны. Величина ux 
находится из условия, что скорости движения продуктов взрыва 
и материала плиты на границе их раздела равны между собой: 

1
1
2
1
(
1)
(
1)

⎛
⎞
ϑ −
=
−
=
⎜
⎟
⎜
⎟
+
+
ϑ +
−
⎝
⎠

x
D
u
k
k
k
k