«Взрывные работы в горных породах: Практическое руководство»

Каждая машина поддерживается в двух точках. Сзади точка опоры обеспечивается чугунным кронштейном t, имеющим выступающее ушко, которое входит между двумя щеками, образованными в задней части машины продолжениями двух продольных балок каркаса. Штифтовой болт, установленный на машине, позволяет закрепить последнюю на кронштейне, оставляя при этом достаточную свободу движения, чтобы ее можно было направить под требуемым углом. Этот кронштейн, показанный на плане на рис. 33, поддерживается своего рода гайкой (рис. 32), имеющей две рукоятки, с помощью которых ее можно легко поворачивать. Поднимая или опуская ее, заднюю опору бура можно установить на требуемую высоту. Чтобы предотвратить ее вращение на винте, через отверстие o пропускается штифт, который служит упором для вышеупомянутых рукояток. Вращение самого кронштейна становится невозможным из-за формы вертикального винта, на котором он установлен, как показано на рис. 33. Спереди опорой служит вилка, хвостовик которой скользит вдоль детали U (рис. 30 и 31). Эта опора, которая не имеет внутренней резьбы, опирается на гайку той же формы, что и описанная ранее, и для предотвращения вращения применяются те же средства, что и в случае с задними опорами.

Раздел III. — Приспособления для взрывания зарядов.

В предыдущих разделах были рассмотрены машины и инструменты, используемые при бурении горных пород. Теперь осталось описать те, которые применяются при взрывании зарядов после их помещения в шпуры. В этом направлении в последнее время также был достигнут большой прогресс. С появлением новых взрывчатых веществ возникла необходимость в улучшенных средствах их взрывания. Внимание, таким образом, было обращено на этот предмет, его требования были исследованы, а условия соблюдены, результатом чего стали некоторые важные модификации старых приспособлений и внедрение совершенно новых. Некоторые из осуществленных улучшений едва ли менее примечательны, чем замена ручного бурения машинным.

Рис. 28.

Рис. 29.

Средства, с помощью которых взрывается заряд взрывчатого вещества, помещенный в шпур, составляют очень важную часть комплекта приспособлений, используемых при взрывных работах. Условия, которым должны удовлетворять любые такие средства: (1) они должны взрывать заряд с уверенностью; (2) они должны позволять лицу, в чьи обязанности входит взрывание заряда, находиться на безопасном расстоянии, когда происходит взрыв; (3) они должны быть практически пригодными и применимыми во всех ситуациях; и (4) они должны быть доступны по низкой цене. Чтобы выполнить второе и самое важное из этих условий, средства должны быть либо медленными в действии, либо способными приводиться в действие на расстоянии. Единственным известным средством, обладающим последним качеством, является электричество. Применение электричества для этой цели относится к недавнему времени, и вследствие больших преимуществ, которые оно предлагает, его использование быстро расширяется. Другие средства, находящиеся в обычном употреблении, — это те, которые медленны в действии и которые позволяют тем самым пройти достаточному времени между их воспламенением и взрывом заряда, чтобы человек мог отойти на безопасное расстояние. Эти средства обычно состоят из порохового шнура, расположенного таким образом, что воспламенение частиц должно быть неизбежно постепенным и медленным. Старый, и в некоторых местах все еще применяемый, способ создания этого шнура был следующим: железный стержень малого диаметра, заканчивающийся острием, называемый «забойником», вставлялся в заряд и оставлялся в шпуре, пока забойка утрамбовывалась. Когда эта операция была завершена, забойник извлекался, оставляя отверстие через забойку до самого заряда. В это отверстие вставлялась соломинка, тростник, гусиное перо или какое-либо другое подобное полое вещество, наполненное порохом. Затем к верхнему концу этого шнура прикреплялся кусок огнепроводного шнура, который поджигался.

Сгорание пороха, заключенного в соломинке, поджигало заряд, причем время, обеспечиваемое медленным горением шнура, было достаточным, чтобы позволить человеку, который его поджег, отойти в безопасное место. Однако этот метод формирования шнура не удовлетворяет всем вышеупомянутым условиям. Он не легко применим во всех ситуациях. Более того, использование железного забойника может быть источником опасности; трение этого инструмента о кремнистые вещества в стенках шпура или в забойке в некоторых случаях приводило к случайным взрывам. Эта опасность, однако, очень сильно уменьшается при использовании меди или фосфористой бронзы вместо железа для забойников. Но метод является дефектным в некоторых других отношениях. При многих видах забойки существует трудность в поддержании отверстия открытым после извлечения забойника, пока не будет вставлена соломинка. Когда шпуры направлены вверх, помимо этой трудности, другая возникает из-за склонности пороха, составляющего шнур, высыпаться при воспламенении. А во влажных условиях приходится принимать специальные меры для защиты шнуров. Более того, изготовление этих шнуров рабочими всегда является источником опасности. Многие из этих дефектов в системе, однако, могут быть устранены путем использования правильно сконструированных шнуров. Один из таких шнуров или «петард» показан в натуральную величину на рис. 28.

Огнепроводный шнур.

— Многие дефекты, присущие этой системе, были устранены с введением шнура, изобретенного У. Бикфордом и известного как «огнепроводный шнур». Достоинства этого шнура, который показан в натуральную величину на рис. 29, таковы, что делают его одним из самых совершенных средств медленного действия, которые были разработаны до сих пор. Пороховой шнур сохранен в этом изделии, но детали его устройства изменены так, чтобы достаточно полно удовлетворять условиям, ранее установленным как необходимые. Он состоит из гибкого шнура, состоящего из центральной сердцевины из мелкого пороха, окруженной пеньковыми нитями, скрученными в трубку, называемую оплеткой. Внешняя оболочка изготавливается из различных материалов, в зависимости от обстоятельств, при которых он предназначен для использования. Центральная запальная нить, или в некоторых случаях две нити, проходит через сердцевину из пороха. Этот шнур, который по внешнему виду напоминает кусок обычного шнура, довольно надежен в своем действии; он может использоваться с одинаковой легкостью в шпурах, пробуренных в любом направлении; он способен выдерживать значительное давление без повреждений; он может использоваться без специальных средств защиты во влажном грунте; и его можно перевозить с места на место без риска повреждения.

В огнепроводном шнуре условия медленного горения полностью соблюдены, а надежность в некоторой мере обеспечивается запальной нитью, проходящей через центр сердцевины. Поскольку сгорание сердцевины оставляет в малом пространстве, занимаемом ею, углеродистый остаток, через забойку почти не остается прохода, по которому могли бы выйти газы взрывающегося заряда, как в случае с петардами. Отсюда проистекает экономия силы. Еще одно преимущество, предлагаемое огнепроводным шнуром, заключается в том, что его можно заставить нести огонь в центр разрывного заряда, если желательно получить быстрое воспламенение. Этот шнур также можно очень удобно использовать для взрывания зарядов соединений, отличных от пороха, путем прикрепления детонирующего заряда к его концу и опускания последнего в заряд соединения. Это средство обычно применяется при взрывании нитроглицериновых соединений, причем детонирующий заряд в таких случаях обычно содержится внутри металлического колпачка. При использовании этого шнура отрезается достаточная длина, чтобы достичь от заряда до расстояния около дюйма, или дальше, если необходимо, за пределами устья шпура. Один конец затем раскручивается на высоту около четверти дюйма и помещается на эту глубину в заряд. Шнур помещается против стенки шпура, а другой конец выступает за его пределы, забойка закладывается, а выступающий конец шнура слегка раскручивается. Затем к этой части можно приложить огонь. Скорость горения составляет около двух с половиной футов в минуту.

Огнепроводный шнур продается в бухтах длиной 24 фута. Цена варьируется в зависимости от качества и степени защиты, предоставляемой шнуру.

Электрические детонаторы.

— Использование электричества для взрывания заряда при взрывных работах предлагает многочисленные и большие преимущества. Самым важным, пожалуй, является значительно увеличенный эффект взрывов, когда заряды взрываются одновременно. Но другое преимущество, немаловажное, заключается в безопасности от несчастных случаев, которую дает это средство взрывания. Когда используется электричество, заряд можно не только взорвать в желаемый момент, после того как рабочие отошли в безопасное место, но и полностью избежать опасности, связанной с осечкой. Более того, удобство, предоставляемое электричеством для взрывания зарядов под водой, является особенностью этого агента, имеющей очень большое практическое значение. Поэтому кажется, что если принять во внимание все эти преимущества, электричество суждено стать общеприменимым для взрывных работ в этой стране, как это уже имеет место в Германии и Америке.

Электрический детонатор состоит из заряда взрывчатого соединения, соответствующим образом помещенного в цепь электрического тока, причем это соединение имеет такой характер, что на него воздействует ток таким образом и в такой степени, чтобы вызвать взрыв. Способ, которым ток заставляют воздействовать, зависит от природы источника электричества. Тот, который генерируется машиной, имеет высокое напряжение, но малую силу; в то время как тот, который генерируется батареей, наоборот, имеет низкое напряжение, но большую силу. Электричество высокого напряжения способно перескакивать через узкий разрыв в цепи, и этим свойством пользуются, чтобы поместить в разрыв взрывчатое соединение, достаточно чувствительное, чтобы разложиться при прохождении тока. Электричество, генерируемое в батарее, хотя и неспособно перескочить через разрыв в цепи, имеет достаточную силу, чтобы развить высокую степень тепла. Этим свойством пользуются для воспламенения взрывчатого соединения путем уменьшения площади поперечного сечения проволоки, составляющей часть цепи в определенной точке, и окружения этой проволоки соединением. Очевидно, что любое взрывчатое соединение может быть взорвано таким образом; но для цели повышения эффективности батареи предпочтение отдается тем соединениям, которые воспламеняются при низкой температуре. Отсюда можно заметить, что существуют два вида электрических детонаторов, а именно: те, которые могут быть взорваны с помощью машины, и которые называются «детонаторами высокого напряжения», и те, которые требуют батареи, и которые известны как «детонаторы низкого напряжения».

В детонаторах высокого напряжения, или машинных, цепь прерывается внутри корпуса детонатора, а запал, как отмечалось ранее, вставляется в разрыв; ток, перескакивая через промежуток, проходит через запал. В детонаторах низкого напряжения, или батарейных, уменьшение площади поперечного сечения осуществляется путем разрыва проводящего провода внутри корпуса детонатора и повторного соединения разорванных концов провода путем припаивания к ним короткого куска очень тонкой проволоки. Платиновая проволока, из-за ее высокого сопротивления и низкой удельной теплоемкости, обычно используется для этой цели. Запальный состав помещается вокруг этой тонкой проволоки, которая нагревается докрасна током, как только цепь замыкается.

Преимущества высокого напряжения заключаются главным образом в удобной форме и быстром действии машин, используемых для возбуждения электричества. Будучи небольшими по размерам и весу, простыми в конструкции и не склонными быстро выходить из строя, эти источники электричества особенно подходят для использования в горных работах, особенно когда эти операции поручаются, как это обычно бывает, людям, не имеющим научных знаний.

Другим преимуществом высокого напряжения является малое влияние сопротивления линии на ток, следствием чего является то, что взрывы могут производиться на больших расстояниях от машины и через железную проволоку очень малого сечения. Недостатком высокого напряжения является необходимость идеальной изоляции проводов.

Когда используется электричество низкого напряжения, изоляция проводов не должна быть идеальной, так что утечки, возникающие из-за повреждения покрытия провода, не имеют большого значения. Во многих случаях можно использовать оголенные провода. Другими преимуществами низкого напряжения являются возможность проверки детонатора в любой момент с помощью слабого тока и почти абсолютная надежность действия. По этой причине его обычно предпочитают для торпед и важных подводных работ. С другой стороны, используемые медные провода должны быть сравнительно большого сечения, а влияние сопротивления линии настолько значительно, что только небольшое количество зарядов может быть взорвано одновременно, когда расстояние велико.

Рис. 30.

Рис. 31.

Рис. 32.

На рис. 30 показан внешний вид электрического детонатора высокого напряжения. Он состоит из металлического колпачка, содержащего детонирующий состав, поверх которого помещен запал, воспламеняемый электрической искрой. Концы двух изолированных проводов выступают в этот запал, который воспламеняется при прохождении искры от одного из этих проводов к другому. Изолированные провода достаточно длинны, чтобы выступать на несколько дюймов за пределы шпура.

Иногда детонатор прикрепляется к концу палки, а провода прикрепляются к последней способом, показанным на рис. 31. Жесткость палки позволяет легко протолкнуть детонатор в шпур. Когда грунт не очень влажный, для дешевизны используются оголенные провода, и палка в этом случае покрывается промасленной бумагой или каким-либо другим веществом, способным противостоять влаге. Эти «взрывные палки», как их называют, широко используются в Германии. Когда применяется тяжелая забойка, палка не подходит из-за пространства, которое она занимает в шпуре.

Способ изоляции проводов, менее дорогой, чем гуттаперча, показанный на рис. 30, проиллюстрирован на рис. 32. В этом случае провода склеиваются между полосками бумаги, и все это окунается в какое-либо смолистое вещество для защиты от воды. Эти «ленточные» провода могут использоваться в грунте, который не очень влажный. Они занимают мало или вообще не занимают места в шпуре и поэтому подходят для использования с забойкой.

Для соединения детонаторов с машиной или батареей требуются два комплекта проводов, когда взрывается один заряд, и три комплекта могут потребоваться, когда два или более зарядов взрываются одновременно. Из этих нескольких комплектов проводов первый состоит из тех, которые прикреплены к детонаторам и которые, по причине их помещения в шпур, называются «шпуровыми проводами». Два шпуровых провода должны быть прикреплены к каждому детонатору, и они должны быть такой длины, чтобы, когда детонатор помещен в свое надлежащее положение в заряде, концы могли выступать на несколько дюймов из шпура. Эти провода также должны быть «изолированы», то есть покрыты веществом, способным предотвратить утечку электричества.

Второй комплект проводов состоит из тех, которые используются для соединения зарядов друг с другом и которые по этой причине называются «соединительными проводами». При соединении зарядов в одну цепь конец одного из шпуровых проводов первого заряда оставляется свободным, а другой провод соединяется с помощью куска этого соединительного провода с одним из шпуровых проводов во втором шпуре; другой провод во втором шпуре затем соединяется таким же образом с одним из проводов в третьем шпуре; и так далее, пока не будет достигнут последний шпур, один шпуровой провод которого оставляется свободным, как и в первом. Всякий раз, когда соединительные провода можно уберечь от касания породы, а также от соприкосновения друг с другом — а в большинстве случаев это можно сделать — можно использовать оголенный провод, стоимость которого очень мала. Но когда это условие не может быть соблюдено, и, конечно, при взрывных работах в воде, соединительные провода, подобно шпуровым проводам, должны быть изолированы. Когда используются гуттаперчевые шпуровые провода, лучше всего иметь их достаточно длинными, чтобы концы, выступающие из одного шпура, могли достичь тех, что выступают из следующего шпура. Это делает соединительный провод ненужным и, более того, экономит одно соединение для каждого заряда.

Рис. 33.

Рис. 34.

Кабели.

— Третий комплект требуемых проводов состоит из тех, которые используются для соединения зарядов с машиной или батареей. Эти провода, которые называются «кабелями», состоят каждый из трех или более жил медной проволоки, хорошо изолированных гуттаперчей или, что лучше, индийской резиной, причем покрытие из этих материалов защищено от повреждений оплеткой из тесьмы или оцинкованной железной проволоки, подложенной пенькой. Для завершения цепи требуются два кабеля; тот, который прикреплен к положительному полюсу машины, то есть полюсу, через который электрический ток выходит наружу, называется «ведущим кабелем», а другой, который прикреплен к отрицательному полюсу, то есть полюсу, через который ток возвращается к машине, описывается как обратный кабель. Иногда как ведущий, так и обратный кабели содержатся внутри одной оболочки. Когда используется кабель, имеющий металлическую оплетку, оплетка может быть сделана служащей в качестве обратного кабеля, при условии соблюдения хорошего металлического контакта с проводами, которые соединяют оплетку с детонаторами и с клеммой машины. Лучший вид незащищенного кабеля состоит из трехжильной луженой медной проволоки, каждая диаметром 0,035 дюйма, изолированной тремя слоями индийской резины до диаметра 0,22 дюйма и обмотанной пропитанным индийской резиной хлопком до диаметра 0,24 дюйма, как показано на рис. 33. Лучший защищенный кабель состоит из аналогичной жилы медной проволоки, покрытой гуттаперчей и просмоленным джутом, и защищенной пятнадцатью оцинкованными железными проволоками диаметром 0,08 дюйма каждая, до общего диаметра 0,48 дюйма, как показано на рис. 34.

Детонаторы.

— Новые взрывчатые вещества класса нитрохлопка и нитроглицерина не могут быть эффективно взорваны только с помощью огнепроводного или другого шнура. Чтобы вызвать их мгновенное разложение, необходимо произвести в их среде взрыв какого-либо другого вещества. Сила этого начального взрыва заставляет заряд пироксилина или динамита, в зависимости от случая, детонировать. Было обнаружено, что взрыв гремучей ртути вызывает этот результат наиболее эффективно и с наибольшей уверенностью; и это вещество поэтому обычно используется для этой цели. Заряд гремучей ртути содержится в медной капсуле диаметром около четверти дюйма и длиной от 1 до 1 1/4 дюйма. Эти капсули с их зарядом гремучей ртути, которые сейчас хорошо известны пользователям нитросоединений, называются «детонаторами». Высшей важности является то, чтобы эти детонаторы содержали достаточно сильный заряд для производства детонации, ибо если он слишком слаб, то не только не развивается вся сила взрывчатого вещества, но и образуется большое количество вредного газа. Пироксилин требует гораздо более сильного заряда гремучей ртути, чем динамит.

Рис. 35.

В проиллюстрированных электрических детонаторах показанный металлический корпус является детонатором, причем запал помещен внутри над гремучей ртутью. Когда используется огнепроводный шнур, конец отрезается ровно и вставляется в капсулу, которая затем плотно прижимается к шнуру с помощью пары щипцов, как показано на рис. 35. Когда используется водяная забойка и когда при обычной забойке шпур очень влажный, вокруг края капсулы необходимо нанести немного белил или смазки в качестве защиты. Электрические детонаторы всегда делаются водонепроницаемыми; следовательно, они готовы к использованию при любых обстоятельствах. Когда огнепроводный шнур догорает до капсулы или когда в другом случае воспламеняется запал электрического детонатора, гремучая ртуть взрывается и вызывает детонацию заряда, в котором она помещена.

Взрывные машины и батареи.

— Электрические машины, используемые для взрывания детонаторов высокого напряжения, бывают двух видов. В одном виде электричество возбуждается трением и накапливается в конденсаторе, чтобы впоследствии быть разряженным с помощью подходящих средств, предусмотренных для этой цели. В другом виде электричество возбуждается движением якоря перед полюсами магнита. Первые называются «фрикционными электрическими» взрывными машинами; вторые известны как «магнитоэлектрические» взрывные машины. Когда магнитоэлектрическая машина содержит электромагнит вместо постоянного магнита, она описывается как «динамоэлектрическая взрывная машина».

Фрикционные машины действуют очень хорошо в качестве взрывных машин, пока они содержатся в надлежащем состоянии. Но поскольку они подвергаются вредному воздействию влажной атмосферы и быстро ослабевают при использовании из-за износа подушечек, необходимо следить за тем, чтобы они были в хорошем электрическом состоянии перед использованием их для взрывания. Если не проявлять такой заботы, количество электричества, возбуждаемого заданным числом оборотов пластины, будет очень изменчивым, и последуют досадные отказы. Если, однако, соблюдаются надлежащие меры предосторожности, могут быть получены очень верные и удовлетворительные результаты. В Германии и в Америке обычно используются фрикционные взрывные машины.

Магнитоэлектрические машины обладают очень ценным качеством постоянства. Они не подвержены в какой-либо заметной степени атмосферным изменениям, и они не подвержены износу. Эти качества имеют неоценимую ценность во взрывной машине, используемой для обычных взрывных работ. Более того, поскольку они дают электричество более низкого напряжения, чем фрикционные машины, дефекты изоляции менее важны. Из этих машин только динамо-разновидность подходит для промышленных взрывных работ. Первостепенное значение имеет то, чтобы взрывная машина обладала большой мощностью. Ошибка использования слабых машин сделала больше, чем что-либо другое, чтобы воспрепятствовать принятию электрического взрывания в этой стране.

Рис. 36.

Машина, наиболее используемая в Германии, — это фрикционная взрывная машина Борнхардта, показанная на рис. 36. Эта машина содержится в деревянном ящике длиной 20 дюймов, шириной 7 дюймов и глубиной 14 дюймов, по внешним измерениям. Вес составляет около 20 фунтов.

Чтобы взорвать заряды с помощью этой взрывной машины, ведущий провод прикрепляется к верхней клемме B, а обратный — к нижней клемме C, причем другие концы этих проводов соединяются с детонаторами. Затем рукоятка энергично поворачивается от пятнадцати до тридцати раз, в зависимости от количества детонаторов и состояния машины, чтобы возбудить электричество. Затем внезапно нажимается кнопка A, и происходит разряд. Чтобы установить состояние машины, на внешней стороне предусмотрена шкала из пятнадцати латунных гвоздей, которая может быть приведена в связь с полюсами B и C с помощью латунных цепей, как показано на чертеже. Если после двенадцати или четырнадцати оборотов искра перескакивает через шкалу при нажатии кнопки, машина находится в достаточно хорошем рабочем состоянии. Для обеспечения безопасности занятых людей рукоятка сконструирована так, чтобы ее можно было снимать, когда машина не находится в фактическом использовании; а конец машины, в который вводятся провода кабеля, сделан закрывающимся крышкой и замком, ключ от которого должен всегда находиться у человека, ответственного за взрывные работы.

Рис. 37.

Рис. 38.

В Америке в обычном употреблении находятся две фрикционные взрывные машины. Одна, показанная на рис. 37, является изобретением Г. Джулиана Смита. Аппарат заключен в деревянный ящик размером около 1 фута в квадрате и 6 дюймов в глубину. Рукоятка находится на верхней части ящика и поворачивается горизонтально. Эта рукоятка является съемной, как в машине Борнхардта. После того как провода кабеля прикреплены к клеммам, рукоятка поворачивается вперед определенное количество раз, чтобы возбудить электричество, а затем поворачивается на четверть оборота назад, чтобы разрядить конденсатор и произвести взрыв. Благодаря этому устройству избегается необходимость во втором отверстии для связи с внутренней частью, что является важным моментом во фрикционных машинах, которые так легко подвергаются воздействию влаги. Отверстие, через которое проходит ось пластины, на которой закреплена рукоятка, плотно закрыто сальниковой коробкой. Кожаный ремень на одном конце ящика позволяет легко переносить машину. Вес этой взрывной машины составляет менее 10 фунтов.

Другая используемая взрывная машина — это та, что разработана Дж. Моубреем. Эта машина, которая показана на рис. 38, содержится в деревянном ящике бочкообразной формы и известна как взрывная машина «пороховой бочонок», причем форма и размеры ящика соответствуют таковым порохового бочонка. Действие аналогично действию машины, описанной последней. После того как провода кабеля прикреплены к клеммам на одном конце бочонка, рукоятка на другом конце поворачивается вперед, чтобы возбудить электричество, а конденсатор разряжается путем совершения четверти оборота назад, как в машине Смита. Рукоятка в этом случае также является съемной. Вес взрывной машины «пороховой бочонок» составляет около 26 фунтов.

Обе эти машины очень широко используются, и от них получаются хорошие результаты. Они хорошо стоят во влажной атмосфере и не быстро выходят из строя от износа подушечек. Они также, особенно первая, очень легко переносимы.

Рис. 39.

Машина, обычно используемая в Англии, — это динамоэлектрическая взрывная машина фирмы Сименс. Эта машина, которая является лучшей в своем роде из представленных для взрывных работ, не более чем вдвое меньше фрикционной взрывной машины Борнхардта; но она значительно превосходит последнюю по весу, вес машины Сименса составляет около 55 фунтов. Аппарат, который содержится внутри корпуса, показанного на рис. 39, состоит из обычного якоря Сименса, который заставляют, путем вращения рукоятки, вращаться между полюсами электромагнита. Обмотки электромагнита находятся в цепи с проводом якоря; остаточный магнетизм сердечников электромагнита возбуждает сначала слабые токи; они проходят в обмотки, тем самым увеличивая магнетизм сердечников и индуцируя еще более сильные токи в проводе якоря, до предела магнитного насыщения железных сердечников электромагнитов. Благодаря автоматическому действию машины этот мощный ток при каждом втором обороте рукоятки посылается в кабели, ведущие к детонаторам.

Чтобы взорвать с помощью этой машины, рукоятку вращают осторожно, пока не послышится щелчок изнутри, указывающий на то, что рукоятка находится в правильном положении для начала. Затем провода кабеля прикрепляются к клеммам, и рукоятку вращают быстро, но равномерно. По завершении второго оборота ток посылается в линию, как это называется, то есть ток проходит через кабели и детонаторы. Как и в случае с фрикционными машинами, рукоятка для безопасности сделана съемной. Эта взрывная машина практически не подвержена воздействию влаги, и она не склонна выходить из строя от износа.

Индукционные катушки использовались для взрывания детонаторов высокого напряжения; но удивительно, что они не были более широко применены для этой цели. Катушка, разработанная для требуемой от нее работы, является очень эффективным инструментом. Если она сконструирована так, чтобы давать искру длиной не более трех дюймов, со сравнительно толстой проволокой для силы тока, она делает очень мощную взрывную машину. Возражением против ее использования является необходимость в батарее. Но несколько элементов бихромата калия, снабженных спиральными пружинами для удержания цинков вне жидкости и разработанных так, чтобы приводиться в действие простым нажатием на цинки, доставляют мало хлопот, так что возражение не является серьезным. Автор использовал индукционную взрывную машину в обычных горных работах, не испытывая никаких трудностей или неудобств. Она дешева, легко переносима и постоянна в своем действии.

Батареи используются для взрывания того, что известно как «детонаторы количества» или «низкого напряжения». Любые элементы могут быть применены для этой цели; но они не все одинаково подходят. Взрывная батарея должна требовать мало внимания и должна оставаться в рабочем состоянии в течение длительного времени. Эти условия удовлетворительно выполняются только двумя элементами, а именно: Лекланше и бихромат калия. Последний является более мощным и, как правило, более подходящим. Элемент Лекланше широко используется в этой стране для целей взрывания в форме, известной как «взрывная батарея Сильвертаун». Эта батарея состоит из прямоугольного тикового ящика, содержащего десять элементов. Два или более из них могут быть соединены вместе, когда требуется большая мощность. Во Франции батарея, используемая обычно для взрывания, — это бихроматная. Эта батарея гораздо мощнее, чем Лекланше, и, поскольку никакое действие не происходит, когда цинки вынуты из жидкости, она столь же долговечна. Она, более того, гораздо дешевле. По предложению автора г-н Аппс из Стрэнда, Лондон, сконструировал бихроматную взрывную батарею очень большой мощности. Она содержится в ящике меньшего размера, чем 10-элементный Сильвертаун. Взрывание осуществляется простым опусканием цинков, которые снова автоматически поднимаются из жидкости, так что нет опасности, что батарея истощит себя непрерывным действием в случае небрежности. Внешне эта батарея, как и Сильвертаун, выглядит как простой прямоугольный ящик, так что иллюстрация не требуется. С любой из них обычные возражения, выдвигаемые против использования батарей на основании хлопот, связанных с поддержанием их в порядке, и их склонности быть поврежденными невежественным или небрежным обращением, не применяются или, по крайней мере, применяются лишь в очень незначительной степени.

Для предотвращения осечек используемый аппарат или батарея должны быть сконструированы так, чтобы обеспечивать очень мощный ток. Если соблюдать эту предосторожность и ограничить количество детонаторов в цепи половиной того числа, которое аппарат способен воспламенить с достаточной степенью уверенности, можно получить вполне удовлетворительные результаты. Использование слабых аппаратов и батарей неизбежно ведет к неудачам. В сознании тех, кто до сих пор пробовал применять электрическое взрывание в этой стране, по-видимому, отсутствует какое-либо представление о связи между объемом выполняемой работы и силой, затрачиваемой на ее выполнение. Электрический взрыватель рассматривается как своего рода волшебная коробка, которую нужно только привести в действие, чтобы получить любой требуемый результат. Всякий раз, когда происходит неудача, причина без колебаний приписывается детонаторам.

ГЛАВА II. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ.

Раздел I. — Явления, сопровождающие взрыв.

Природа взрыва.

— Соединение кислорода с другими веществами, к которым он имеет сродство, в общем называется «окислением». Результатом этого соединения является новое вещество, а процесс изменения сопровождается выделением тепла. Количество тепла, выделяющегося при химическом соединении двух веществ, постоянно, то есть оно одинаково при любых условиях. Если изменение происходит за короткий промежуток времени, тепло становится ощутимым; но если изменение протекает очень медленно, тепло не ощущается. Однако в обоих случаях выделяется одно и то же количество. Таким образом, хотя количество тепла, выделяемого при химическом соединении, при любых условиях одинаково, степень или интенсивность тепла определяется быстротой, с которой происходит изменение.

Когда окисление происходит достаточно быстро, чтобы вызвать ощутимую степень нагрева, процесс описывается как «горение». Окисление куска кокса в печи, например, происходит за короткий промежуток времени, и, поскольку количество тепла, выделяемого при окислении такого веса углерода, велико, возникает высокая температура. И хорошо известно и очевидно, что по мере ускорения горения, или, другими словами, по мере сокращения времени изменения, интенсивность тепла пропорционально возрастает. Так, в случае с обычным светильным газом окисление водорода происходит быстро, и, следовательно, возникает высокая степень нагрева.

Когда окисление происходит за промежуток времени, настолько короткий, что он не воспринимается чувствами, процесс описывается как «взрыв». Горение заряда пороха, например, происходит с такой быстротой, что невозможно заметить какой-либо интервал между началом и окончанием процесса. Поэтому окисление в данном случае правильно описывается как взрыв; но горение порохового шнура или куска огнепроводного шнура, хотя и чрезвычайно быстрое, все же, поскольку оно растянуто на ощутимый промежуток времени, так не описывается. По аналогии, внезапное изменение состояния, которое происходит, когда вода «мгновенно» превращается в пар, называется взрывом. Здесь можно заметить, что применение этого выражения к разрыву парового котла является злоупотреблением языком; с таким же успехом мы можем говорить о «взрыве» горной породы.

Из рассмотрения фактов, изложенных в предыдущих абзацах, можно заметить, что окисление путем взрыва дает максимальную интенсивность тепла.

Измерение тепла и удельная теплоемкость.

— Известно, что если определенное количество тепла повышает температуру тела на один градус, то удвоенное количество повысит ее на два градуса, утроенное — на три градуса и так далее. Таким образом, мы можем получить меру тепла, с помощью которой можно определить либо температуру, до которой данное количество тепла способно нагреть данное тело, либо количество тепла, содержащееся в данном теле при данной температуре. Количество тепла, необходимое для изменения температуры на один градус, различно для разных тел, но практически постоянно для одного и того же тела, и это количество называется «удельной теплоемкостью» тела. Стандартом, принятым для измерения удельной теплоемкости тел, является вода, где единицей измерения служит количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1° по Фаренгейту, скажем, от 32° до 33°. Количество тепла, необходимое для производства такого изменения температуры в 1 фунте воды, называется «единицей тепла» или «тепловой единицей». Определив удельную теплоемкость воды, можно аналогичным образом установить удельную теплоемкость воздуха и выразить ее через первую. Экспериментами доказано, что если воздух нагревается при постоянном давлении на 1° по Фаренгейту, количество поглощенного тепла составляет 0,2375 тепловых единиц, независимо от давления или температуры воздуха. Аналогично было показано, что удельная теплоемкость воздуха при постоянном объеме составляет, в тепловых единицах, 0,1687; то есть, если воздух ограничен так, что расширение невозможно, для повышения его температуры на один градус потребуется 0,1687 тепловой единицы.

Тепло, выделяемое при взрыве.

— При окислении углерода один атом кислорода может вступить в соединение с одним атомом этого вещества; образующееся тело представляет собой газ, известный как «окись углерода». Поскольку вес углерода относится к весу кислорода как 12 к 16, 1 фунту первого вещества для окисления потребуется 1 1/3 фунта последнего; и поскольку они вступают в соединение, продукт, окись углерода, будет весить 1 + 1 1/3 = 2 1/3 фунта. Соединение одного атома кислорода с одним атомом углерода во всем этом количестве, то есть 1 1/3 фунта кислорода с 1 фунтом углерода, генерирует 10 100 единиц тепла. Из этого количества 5700 единиц поглощается при переходе углерода из твердого состояния в газообразное, а 4400 единиц высвобождается. Количество высвобожденного тепла, а именно 4400 единиц, будет затрачено на повышение температуры газа с 32° по Фаренгейту, которую мы примем за температуру углерода и кислорода до горения, до гораздо более высокой степени, значение которой легко определить. 4400 единиц нагрели бы 1 фунт воды с 32° до 32 + 4400 = 4432°; и поскольку удельная теплоемкость окиси углерода составляет 0,17 при отсутствии увеличения объема, то же количество тепла нагреет 1 фунт этого газа с 32° до 32 + 4400/0,17 = 25 914°. Но в рассматриваемом случае мы имеем 2 1/3 фунта газа, результирующая температура которого составит 25 914 / 2 1/3 = 9718°.

При окислении окиси углерода один атом кислорода соединяется с одним атомом газообразного углерода; образующееся тело представляет собой газ, известный как «углекислый газ». Поскольку 2 1/3 фунта окиси углерода содержат 1 фунт углерода, этому количеству окиси потребуется 1 1/3 фунта кислорода для превращения ее в кислоту, то есть для полного окисления исходного фунта твердого углерода. При этом соединении, как уже было сказано, генерируется 10 100 единиц тепла, и, поскольку углерод теперь находится в газообразном состоянии, все это количество будет высвобождено. Следовательно, температура образующихся 3 2/3 фунта углекислого газа будет

32 + 4400 + 10,100 0·17 × 3·667 = 23,516°.

Из вышеизложенных соображений видно, что если 1 фунт чистого углерода сжечь в 2 2/3 фунта чистого кислорода, образуется 3 2/3 фунта углекислого газа и высвобождается 14 500 единиц тепла; и далее, что если газ ограничен пространством, занимаемым углеродом и кислородом до их соединения, температура продукта может достичь 23 516° по Фаренгейту.

При окислении водорода один атом кислорода соединяется с двумя атомами первого вещества; образующееся тело — вода. Поскольку вес водорода относится к весу кислорода как 1 к 16, 1 фунту первого газа для окисления потребуется 8 фунтов последнего; и поскольку два вещества вступают в соединение, продукт, вода, будет весить 1 + 8 = 9 фунтов. При этом соединении генерируется 62 032 единицы тепла. Из этого количества 8694 единицы поглощаются при превращении воды в пар, а 53 338 единиц высвобождаются. Удельная теплоемкость пара при постоянном объеме составляет 0,37, поэтому температура продукта горения, рассчитанная как прежде, будет

32 + 53,338 0·37 × 9 = 16,049°.

Отсюда можно заметить, что если 1 фунт водорода сжечь в 8 фунтах кислорода, образуется 9 фунтов пара и высвободится 53 338 единиц тепла; и далее, что температура продукта может достичь 16 049°.

Газы, образующиеся при взрыве.

— В предыдущем абзаце было показано, что при горении углерода один атом кислорода может соединиться с одним атомом углерода с образованием окиси углерода, или два атома кислорода могут соединиться с одним атомом углерода с образованием углекислого газа. Когда соединение происходит в соответствии с первыми пропорциями, реакция описывается как «неполное горение», потому что углерод окислен не полностью; но когда соединение осуществляется в последних пропорциях, горение называется «полным», потому что больше кислорода поглощено быть не может. Продукты горения в обоих случаях являются газообразными. Окись углерода, продукт неполного горения, является чрезвычайно ядовитым газом; именно этот газ так вреден в тупиковых выработках и во всех плохо проветриваемых местах после произведенного взрыва. Кубический фут окиси углерода, удельный вес которой составляет 0,975, весит при среднем атмосферном давлении 0,075 фунта, так что 1 фунт будет занимать объем 13,5 кубических футов. Таким образом, 1 фунт неполно окисленного углерода даст 2 1/3 фунта окиси углерода, которая при среднем атмосферном давлении 30 дюймов и средней температуре 62° по Фаренгейту займет объем 13,5 × 2 1/3 = 31,5 кубических футов. Продукт полного горения, углекислый газ, является гораздо менее вредным газом, чем окись, и его гораздо легче удалить из замкнутых пространств, поскольку вода обладает свойством поглощать его в больших количествах. В плохо проветриваемой, но влажной выработке газ от взрыва быстро поглощается. Углекислый газ — сравнительно тяжелый газ, его удельный вес по отношению к обычному воздуху составляет 1,524. Следовательно, кубический фут при обычном давлении и температуре будет весить 0,116 фунта, а 1 фунт газа при тех же условиях займет объем 8,6 кубических футов. Таким образом, если 1 фунт углерода полностью окислить, получится 3 2/3 фунта углекислого газа, который заполнит объем 8,6 × 3 2/3 = 31,5 кубических футов. Можно заметить, что, хотя во время этой реакции был поглощен дополнительный фунт кислорода, продукт занимает тот же объем, что и окись. Следовательно, при полном горении происходит сжатие.

При окислении водорода, как уже отмечалось, один атом кислорода соединяется с двумя атомами первого вещества с образованием воды. В этом случае продукт является жидким. Но тепло, генерируемое при горении, превращает воду в пар, так что во всех соображениях, касающихся последствий взрыва, нам приходится иметь дело и с этим продуктом в газообразном состоянии. Кубический фут пара при атмосферном давлении и температуре 212° по Фаренгейту весит 0,047 фунта; следовательно, 1 фунт пара при этих условиях займет объем 21,14 кубических футов. Таким образом, горение 1 фунта водорода даст 9 фунтов пара, который при упомянутых условиях заполнит объем 21,14 × 9 = 190,26 кубических футов.

Обычно при взрыве высвобождается большое количество газообразного азота. Этот газ, который сам по себе не является вредным, имеет удельный вес 0,971, так что практически кубический фут будет весить 0,075 фунта, а 1 фунт займет объем 13,5 кубических футов, что соответствует весу и объему окиси углерода. Часто в качестве продуктов горения образуются и другие газы; но вышеперечисленные являются основными, если рассматривать их как результаты взрыва, поскольку именно от них почти полностью зависит развиваемая сила.

Сила, развиваемая взрывом.

— Рассмотрение фактов, изложенных в предыдущих абзацах, покажет, чем обусловлена колоссальная энергия, развиваемая взрывом. Было отмечено, что горение 1 фунта углерода приводит к образованию 31,5 кубических футов газа. Если этот объем газа сжать в пространстве 1 кубического фута, он, очевидно, будет иметь напряжение 31,5 атмосферы; то есть он будет оказывать на стенки вмещающего сосуда давление 472 фунта на квадратный дюйм. Если тот же объем сжать в пространство размером в одну восьмую кубического фута, скажем, в сосуд кубической формы с ребром 6 дюймов, напряжение составит 31,5 × 8 = 252 атмосферы, а давление — 472 × 8 = 3776 фунтов на квадратный дюйм. Предполагая теперь, что кислород существует в твердом состоянии, а оба тела, углерод и кислород, занимают вместе пространство в одну восьмую кубического фута, горение углерода разовьет на стенках негнущегося вмещающего сосуда такой емкости давление в 252 атмосферы. Также горение 1 фунта водорода приводит, как уже отмечалось, к образованию 190,26 кубических футов пара; и если горение происходит при сходных условиях в отношении пространства, давление, оказываемое на вмещающий сосуд, составит 22 830 фунтов, или почти 10,5 тонн на квадратный дюйм, при напряжении 190,26 × 8 = 1522 атмосферы.

Развиваемая таким образом сила полностью обусловлена объемом генерируемого газа и отнюдь не представляет собой общее количество, развиваемое взрывом. Объем газов, выделяемых при взрыве, оценивается для температуры 62°; но в предыдущем абзаце было показано, что температура продуктов горения в момент их образования гораздо выше. Теперь хорошо известным законом термодинамики является то, что при неизменном объеме давление газа изменяется прямо пропорционально температуре; то есть, когда температура удваивается, давление также удваивается. Под температурой понимается число градусов, измеренное по шкале Фаренгейта на термометре идеального газа, от нуля, находящегося на 461,2° ниже нуля по шкале Фаренгейта, то есть на 493,2° ниже точки замерзания воды. Таким образом, температура 62°, для которой был оценен объем, равна 461,2 + 62 = 523,2° абсолютных.

Было показано, что температура продукта горения при сжигании углерода до окиси углерода составляет 9718° по Фаренгейту, что эквивалентно 10 179,2° абсолютных. Следовательно, можно заметить, что температура увеличилась в 10 179,2 / 523,2 = 19,45 раза. Согласно вышеизложенному закону, следовательно, давление увеличится в таком же соотношении, то есть оно составит для уже заданных объема и пространства 3776 × 19,45 = 73 443 фунта = 32,8 тонны на квадратный дюйм.

Когда углерод сжигается до углекислого газа, температура продукта, как было показано, составляет 23 516° по Фаренгейту, что эквивалентно 23 977,2° абсолютных. В этом случае можно заметить, что температура увеличилась в 23 977,2 / 523,2 = 45,83 раза. Следовательно, результирующее давление составит 3776 × 45,83 = 173 154 фунта = 77,3 тонны на квадратный дюйм. Из этих давлений видно, что при полном сгорании развиваемая сила в 2,36 раза больше, чем при неполном; а также что увеличение силы обусловлено большим количеством высвобождаемого тепла, поскольку объем газов в обоих случаях одинаков. Если мы предположим, что углерод сжигается до окиси углерода в присутствии достаточного количества кислорода для получения углекислого газа, мы получим 31,5 кубических футов окиси + 15,7 кубических футов свободного кислорода, или общий объем газов 42,7 кубических футов. Если этот объем сжать в пространстве в одну восьмую кубического фута, он будет иметь напряжение 42,7 × 8 = 341,6 атмосферы и будет оказывать на стенки вмещающего сосуда давление 5124 фунта на квадратный дюйм. Температура газов составит 32 + 4400 / (0,190 × 3,667) = 6347° по Фаренгейту = 6808,2° абсолютных, при средней удельной теплоемкости газов 0,190; откуда видно, что температура увеличилась в 6808,2 / 523,2 = 13,01 раза. Согласно закону термодинамики, следовательно, давление при вышеуказанных условиях составит 5124 × 13,01 = 66 663 фунта = 29,8 тонны на квадратный дюйм. Таким образом, при условиях, принятых в данном случае, давления, развиваемые при неполном и полном сгорании, относятся как 29,8 к 77,3, или как 1 к 2,59.

Аналогично, когда водород сжигается до воды, температура продукта составит, как показано в предыдущем абзаце, 16 049° по Фаренгейту = 16 510,2° абсолютных; а давление составит 22 830 × 16 510,2 / 523,2 = 720 286 фунтов = 321,1 тонны на квадратный дюйм.

Из рассмотрения вышеизложенных фактов можно заметить, что очень большая доля силы, развиваемой взрывом, обусловлена теплом, высвобождаемым в результате происходящих химических реакций. И отсюда станет ясно, что при практическом применении взрывчатых веществ для взрывных работ в горных породах следует проявлять осторожность, чтобы избежать потери тепла, от которого, как очевидно, в значительной степени зависят последствия взрыва.

Раздел II. — Природа взрывчатых веществ.

Механические смеси.

— В предыдущем разделе было показано, что взрыв — это просто быстрое окисление углерода и водорода. Задача создания взрывчатого вещества состоит в том, как собрать в удобной форме горючее — углерод или водород — и кислород, необходимый для его окисления. Углерод можно получить в чистом или почти чистом виде в твердой форме. В виде древесного угля, например, это вещество можно легко приобрести в любом необходимом количестве; но чистый кислород не существует в таком состоянии, и вряд ли нужно указывать, что в составе взрывчатого вещества доступна только твердая форма. Однако в природе кислород существует в твердом состоянии в очень большом количестве в соединении с другими веществами. Кремнезем, например, который является основным компонентом горных пород, представляет собой соединение кремния и кислорода, а обычные железные руды состоят главным образом из этого металла и кислорода. Элементарными составляющими целлюлозы, или древесного волокна, являются углерод, водород и кислород; а тело, известное как селитра, или нитрат калия, состоит из калия, азота и кислорода. Но хотя кислород таким образом находится в соединении со многими различными веществами, он не имеет одинакового сродства ко всем. Когда он соединен с веществом, к которому имеет сильное сродство, как в кремнеземе и оксиде железа, его нельзя отделить от этого вещества без труда; но если сродство слабое, диссоциация может быть осуществлена легче. Первое соединение называется «стабильным», а второе, в противоположность ему, описывается как «нестабильное». При размышлении станет очевидно, что в качестве составной части взрывчатого вещества можно использовать только те соединения, в которых кислород находится в нестабильном соединении, поскольку необходимо, чтобы при необходимости кислород легко отдавался. Более того, также станет ясно, что когда одно из этих нестабильных кислородных соединений и углерод соединяются вместе, смесь будет представлять собой взрывчатое вещество, поскольку кислород, который высвобождается при диссоциации нестабильного соединения, будет поглощен углеродом, к которому он имеет более сильное сродство. Селитра является одним из таких соединений, и смесь этого тела с древесным углем составляет порох. Средством, используемым для диссоциации элементов селитры, является тепло. Очевидно, что другие соединения кислорода могли бы быть заменены селитрой, но это тело, будучи легкодоступным, используется всегда. Хлорат калия, например, менее стабилен, чем нитрат, и поэтому взрывчатая смесь, содержащая первое вещество, будет более сильной, чем другая, содержащая последнее. Ибо сила взрыва в значительной степени определяется готовностью, с которой кислород отдается горючему. Но хлорат гораздо дороже нитрата. Однако, поскольку развиваемая сила больше, дополнительные расходы, возможно, были бы компенсированы увеличенным эффектом взрыва. Но нестабильность хлората такова, что трение или умеренно легкий удар вызовут взрыв в смеси, содержащей это вещество, — обстоятельство, которое делает его непригодным в качестве окислителя во взрывчатом веществе общего пользования. Поэтому нитрат предпочтительнее по соображениям безопасности. Селитра, или нитрат калия, состоит, как уже отмечалось, из металла калия в соединении с веществами азотом и кислородом. Из них только последний непосредственно участвует во взрыве; но два первых, и особенно азот, действуют косвенно, усиливая его эффекты способом, который будет объяснен далее.

Химическая формула нитрата калия — KNO3, что означает, что три атома кислорода существуют в этом теле в соединении с одним атомом азота и одним атомом калия. Поскольку атомные веса этих веществ равны соответственно 16, 14 и 39, вес молекулы равен 101, то есть в 101 фунте нитрата калия содержится 39 фунтов калия, 14 фунтов азота и (16 × 3) = 48 фунтов кислорода. Следовательно, доля кислорода в нитрате калия по весу составляет 47,5 процента. Из этой пропорции видно, что для получения 1 фунта кислорода необходимо разложить 2,1 фунта нитрата.

Углерод для пороха получают из древесного угля, причем для этой цели предпочтительны легкие породы дерева, такие как ольха. Состав угля несколько варьируется в зависимости от степени, до которой доведено горение, эффект которого заключается в вытеснении водорода и кислорода. Но, как правило, состав порохового угля составляет около 80 процентов углерода, 3,25 процента водорода, 15 процентов кислорода и 1,75 процента золы. Зная состав угля, легко рассчитать пропорцию селитры, необходимую во взрывчатой смеси.

До сих пор мы рассматривали порох как состоящий только из древесного угля и селитры. Но в этом соединении горение протекает слишком медленно, чтобы дать взрывные эффекты. Если бы вместо нитрата использовался хлорат калия, было бы достаточно бинарного соединения. Медленность горения в нитратной смеси обусловлена сравнительно стабильным характером этого тела. Чтобы ускорить распад нитрата, в соединение подмешивается некоторое количество серы. Это вещество обладает свойством гореть при низкой температуре. Пропорция добавляемой серы варьируется от 10 процентов в порохе, используемом в огнестрельном оружии, до 20 процентов в том, который применяется для взрывных работ. Чем больше доля серы, тем быстрее, в определенных пределах, происходит горение. Таким образом, обычный порох является тройным соединением, состоящим из древесного угля, селитры и серы.

Поскольку состав древесного угля варьируется, практически невозможно с абсолютной точностью определить пропорцию селитры, необходимую в каждом случае; поэтому принимается среднее значение, причем принятые пропорции составляют около —

Charcoal 15

Saltpetre 75

Sulphur 10

100

При таких пропорциях углерод должен сгорать до углекислого газа, а вся сера должна поглощаться калием. Порох такого состава используется для огнестрельного оружия. Для взрывных работ, как отмечалось ранее, доля серы увеличивается за счет селитры, чтобы ускорить горение и снизить стоимость, до 20 процентов максимум. При таких пропорциях часть углерода сгорает только до окиси углерода, а часть серы идет на образование сернистого газа — газов, которые особенно вредны для горняка.

Для равномерного горения смеси существенно, чтобы ингредиенты были мелко измельчены и тщательно перемешаны. Производство пороха состоит из операций, направленных на достижение этих результатов. Различные вещества измельчаются механическими средствами и превращаются в тончайший порошок. Затем их смешивают во вращающемся барабане, а после этого замешивают в пасту путем добавления небольшого количества воды. Эту пасту подвергают давлению, сушат, измельчают и гранулируют; таким образом, поскольку смешивание осуществляется механическими средствами, соединение называется механической смесью. Можно заметить, что в механической смеси различные ингредиенты находятся просто в контакте и не соединены химически. Поэтому их можно при необходимости разделить, или пропорции можно изменить в любой степени. Механические смеси, при условии, что контактирующие тела не оказывают химического воздействия друг на друга, стабильны, то есть они не склонны к самопроизвольному разложению, будучи составленными из простых тел.

Химические соединения.

— В механической смеси, как мы видели, элементы, которые должны реагировать друг с другом, собраны вместе в виде отдельных тел. В порохе, например, углерод содержится в древесном угле, а кислород — в селитре. Но в химическом соединении эти элементы собраны вместе в одном и том же теле. В механической смеси мы можем положить любую пропорцию кислорода, какую пожелаем. Но элементы соединяются химически только в определенных четких пропорциях, так что в химическое соединение мы можем ввести только определенную четкую пропорцию кислорода. Кислород в селитре находится в химическом соединении с калием и азотом, и, как мы уже видели, эти три вещества удерживают определенные четкие пропорции друг к другу. То есть на каждый атом калия приходится один атом азота и три атома кислорода. Или, что сводится к тому же, в 1 фунте селитры содержится 0,386 фунта калия, 0,139 фунта азота и 0,475 фунта кислорода. Более того, эти элементы занимают определенные относительные положения в молекуле селитры. Но в механической смеси молекулы, из которых она состоит, не имеют определенных относительных положений. Даже если бы три вещества — древесный уголь, селитра и сера, — из которых состоит порох, могли быть настолько мелко разделены, чтобы быть сведенными к своим составляющим молекулам, относительное положение этих молекул определялось бы смешиванием, и было бы невозможно распределить их так, чтобы каждая оказалась в непосредственной близости к тем, с которыми она должна соединиться. Но мы настолько далеки от возможности разделения веществ на их составляющие молекулы, что, когда мы измельчаем их в тончайший порошок, каждая частица этого порошка содержит большое количество молекул. Таким образом, в механической смеси мы имеем группы молекул одного вещества, беспорядочно смешанные с группами молекул другого вещества, так что атомы, которые должны соединиться, не находятся в тесной близости друг к другу, а, напротив, многие из них разделены широкими интервалами. В химическом соединении, однако, атомы регулярно распределены по всей массе вещества и находятся, по отношению друг к другу, в наиболее благоприятном положении для соединения. С этой точки зрения химическое соединение можно рассматривать как идеальную смесь, а механическую смесь — как очень несовершенную. Это различие оказывает важное влияние на эффект взрыва. Все атомы в химическом соединении сразу вступают в свои надлежащие соединения, и эти соединения происходят за невообразимо короткий промежуток времени, в то время как в механической смеси соединения менее прямые и осуществляются гораздо менее быстро. Это причина, по которой первое более сильно в своем действии, чем второе. Одно оказывает дробящее и разрушающее действие, другое — разрывающее и отбрасывающее. Соединение наносит внезапный удар; смесь оказывает постепенно возрастающее давление. Именно это внезапное действие соединения позволяет эффективно использовать его без забойки. Воздух, который покоится на заряде и который оказывает огромное сопротивление движению при таких невообразимо высоких скоростях, служит достаточной забойкой.