Взрыв: причины, особенности, последствия

Что такое взрыв

Взрыв определяют как внезапную реакцию окисления или разложения с повышением температуры, давления или обоих этих параметров одновременно. Это относится к химической реакции, которая при одновременном контакте и в определённом соотношении кислорода (воздуха), горючего материала и источника воспламенения вызывает резкое повышение температуры и давления. Если возникающее тепло не может быть отведено достаточно быстро, происходит внезапное объёмное расширение сопутствующих газов и выделение большого количества тепловой энергии, сопровождаемое волной давления — взрывом.

Угроза взрыва

Чтобы произошел взрыв, одновременно должны присутствовать следующие факторы:

• наличие легковоспламеняющегося материала в производственном процессе или в окружающей среде;
• кислород (воздух);
• источник возгорания;
• определённое соотношение кислорода и горючего материала.

К легковоспламеняющимся материалам относятся пары, взвеси, газы, пыль. Они могут появиться в результате утечки в процессе производства, а также при транспортировке или хранении. Пыль от материалов, которые измельчаются для дальнейшей обработки, особенно распространена в промышленных зонах. Взрывы пыли могут иметь такие же разрушительные последствия, как и взрывы газа.

Горючие материалы, контактируя с кислородом, воспламеняются только в определенном соотношении и при наличии источника возгорания. Решающую роль здесь играют температура вспышки материала и предел его взрыва.

Температура вспышки — низший температурный предел для горючих жидкостей, при котором образуется паровоздушная смесь. Для такой гибридной смеси соотношение концентраций определяет, может ли образоваться взрывоопасная атмосфера. Это описывает пределы взрываемости отдельных материалов: каждый горючий материал имеет определенный диапазон в виде смеси с кислородом, в которой может произойти взрыв. Как при слишком высоких, так и при чрезмерно низких концентрациях происходит не взрыв, а стационарная реакция, или горение вообще отсутствует. Смесь взрывоопасна только при воспламенении в диапазоне между верхним и нижним пределами взрываемости.

Пределы взрываемости зависят от давления, температуры и концентрации кислорода. Кроме того, существуют химически нестабильные, или пирофорные вещества (цезий, рубидий, белый фосфор), которые воспламеняются только при контакте с кислородом или воздухом. В обращении с ними требуется особая осторожность.

Это касается и пылевых скоплений, опасность самовозгорания которых возрастает с увеличением толщины их слоя. Изолирующий эффект пыли может вызвать аккумуляцию тепла, что приведет к самовозгоранию.

Причины взрывов

Взрывоопасные ситуации могут возникать повсюду, где имеются необходимые и достаточные для этого условия: на производственных предприятиях, объектах инфраструктуры, в жилых помещениях.

К самым распространённым причинам взрывов относятся:

• нарушение технологических процессов на производствах;
• несоблюдение правил хранения, перевозки горючих материалов и техники безопасности при работе с ними;
• неправильная эксплуатация или поломка газового, парового оборудования.

Отдельно следует назвать причиной взрывов преднамеренное использование поражающих боеприпасов и оружия в военных, террористических и противоправных действиях.

Виды и типы взрывов

Выделяют три основных типа взрывов. Каждый из них может быть одинаково разрушительным и причинять колоссальный ущерб населению, инфраструктуре, окружающей среде.

Химические взрывы происходят в результате реакций разложения или соединения, сопровождающихся выделением теплоты. Следствием этого становится быстрое расширение выделяемого газа и образование ударной волны.

При механическом (физическом) взрыве внутри ограниченного пространства происходит расширение газа под высоким давлением. Выброс за пределы пространства избыточного давления создает ударную волну.

Ядерный взрыв происходит в результате реакции синтеза или деления, при которой очень быстро выделяется большое количество тепла и газа. Высвободившаяся энергия нагревает окружающий воздух и создает взрывную волну.

Вид взрыва зависит от свойств горючих материалов и их взаимодействия с атмосферным кислородом, который горит только с определённым количеством горючей субстанции (процесс окисления). В зависимости от силы взрыва и связанной с ним скорости распространения волны давления различают:

• низкоскоростную детонацию;
• дефлаграцию, или распространение процесса горения с дозвуковой скоростью;
• детонацию, или распространение взрыва со сверхзвуковой скоростью.

Следствием всех типов взрывов являются ударное, тепловое и вибрационное воздействия на объекты, нередко приводящие к их разрушению или уничтожению.

Радиус и зона действия

Радиус взрыва — область, в которой будут подвергнуты воздействию все находящиеся там после взрыва объекты. Последствия взрыва распределяются в трёх зонах:

• Зона детонационной волны, в радиусе которой происходит разделение взрывчатых веществ на отдельные компоненты, с высокой скоростью разлетающиеся от места взрыва.
• Зона действия продуктов взрыва, в которой полностью уничтожаются все находящиеся там объекты. На её границе образуется автономно движущаяся ударная волна.
• Зона действия воздушной ударной волны, в зависимости от силы которой образуются подзоны сильных, средних и слабых повреждений. На границе последней подзоны ударный воздушный поток трансформируется в звуковую волну.

Поражающие факторы

Действия продуктов взрыва и образовавшаяся ударная волна в зоне своего действия имеют свои характеристики. Главными из них являются поражающие факторы.

Первичные

Основной поражающий фактор взрыва — ударная волна, распространяющаяся от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. К первичным факторам относятся массивы летящих осколков разрушенных конструкций, зданий, оборудования, а также взрывных устройств и боеприпасов — мин, снарядов, бомб.

Вторичные

Вторичными последствиями взрыва становятся пожары как на открытой местности, так и внутри зданий, утечка токсичных и других опасных веществ при разрушении производственных цехов и оборудования. К этому же ряду относятся ранения и заваливание людей обломками стеклянных конструкций, обрушившихся зданий. Вторичными последствиями взрыва могут стать природные катастрофы — затопления из-за разрушенных плотин, а также заражение атмосферы, воды, почвы.

Последствия взрывов

Основные последствия взрывов в зонах жилой и промышленной застроек — человеческие жертвы и обрушение зданий.

Степени тяжести травм и их характеристики

Взрывы способны одновременно причинять травмы множеству людей, вызывая различные поражения — от локальных и незначительных до мультиорганных, опасных для жизни.

Различают три вида взрывных травм:

• первичные — возникающие при непосредственном воздействии ударной волны (баротравмы);
• вторичные — полученные в результате ранений осколками предметов, находящихся в зоне взрыва;
• третичные — как результат ударов тела пострадавшего об землю или преграды на траектории отбрасывания.
• четвертичные — вызванные воздействием огня, дыма, радиации, биологических агентов, вдыханием продуктов сгорания, пыли, токсинов, воздействием окружающей среды и психологической реакцией на события.

Кроме того, инфразвуковые колебания и мощный импульсный шум, сопровождающие взрыв, нередко вызывают у человека акустическую травму.

Тип и сила удара зависят от многих факторов, хотя основным механизмом, определяющим степень повреждения, является количество кинетической энергии, высвобождаемой за короткий период времени.

К другим вовлечённым факторам относятся:

• вид взрыва;
• расстояние от эпицентра, на котором находилась жертва;
• метеоусловия в зоне взрыва;
• местонахождение — в помещении или на открытой местности;
• положение, поза человека — стоя, сидя или лёжа;
• наличие защитных средств у пострадавших в момент взрыва.

В зависимости от силы воздействия ударной волны полученные травмы классифицируются как лёгкие, средние, тяжёлые и крайне тяжёлые. Основная информация об этом представлена в таблице ниже.

Если пострадавшие в момент взрыва находились в постройках, тяжесть полученных ими травм будет зависеть от степени разрушения сооружения. Для людей, находившихся внутри конструкций, подвергшихся воздействию взрыва, проникновение осколков стекла и удары других обломков, вызванных взрывом, были постоянными причинами смерти и серьезных травм. Тотальная гибель людей происходит при полном разрушении зданий. Средняя степень повреждений влечет за собой около 50% летальных исходов. Незначительные обрушения сооружений не вызывают большого количества жертв.

Действия взрыва на здания и сооружения

При взрыве часть энергии выделяется в виде тепла, часть — в виде ударных волн, проходящих через воздух и землю. Ударная волна распространяется со сверхзвуковой скоростью во всех направлениях от источника взрывчатого вещества, уменьшаясь по интенсивности по мере удаления от источника. Ударные волны, отражаясь от рельефа почвы, зданий и других поверхностей, усиливают силу воздействия взрыва. Наиболее выражены эти отражения в черте плотных городских застроек.

Здания испытывают воздействие взрывов в несколько этапов.

• Первоначальная взрывная волна разбивает окна и вызывает другие разрушения фасада здания. Также оказывается давление на кровлю и стены с последующим их повреждением.
• На втором этапе взрывная волна проникает в здание и оказывает воздействие на конструкцию. Давление, направленное вверх, может быть чрезвычайно разрушительным для плит и колонн, поскольку действует вопреки конструкции, используемой для противодействия гравитационным нагрузкам. Давление воздушной ударной волны внутри здания может фактически увеличиваться, поскольку волны отражаются от поверхностей и конструктивных элементов.
• На третьем этапе каркас здания загружается глобально и реагирует на воздействие ударной волны как на кратковременное землетрясение большой силы.

Информация о различиях и характере разрушения зданий и сооружений представлена в таблице ниже.

Давление взрыва, испытываемое конструкцией, связано с количеством используемого взрывчатого вещества и расстоянием от здания до места взрыва. Пиковое падающее давление, вес заряда и расстояние математически связаны выражением, которое изменяется как функция веса взрывчатого вещества и куба расстояния. Эта взаимосвязь имеет решающее значение для понимания воздействия взрывов на конструкции. Если большое взрывное устройство взорвется рядом со зданием, глобальный ущерб и размер образовавшегося в результате кратера в грунте могут быть увеличены до такой степени, что произойдет катастрофическое обрушение строения.

Что делать при ядерном взрыве

Защитой от всех поражающих факторов ядерного оружия является укрытие населения в защитных сооружениях. Люди, укрытые в таких убежищах, не подвержены воздействию поражающих факторов ядерного взрыва — светового излучения, ударной волны. Конструкции защитных сооружений значительно ослабляют действия проникающей радиации и радиоактивного излучения при заражении местности радиоактивными веществами.

При нахождении людей во время ядерного взрыва вне убежищ, в целях защиты необходимо использовать ближайшие естественные укрытия. Если их нет рядом, нужно повернуться к взрыву спиной, лицом вниз лечь на землю, спрятав руки под себя. Когда пройдёт ударная волна, — через 15 –20 секунд после взрыва — следует встать и немедленно надеть средство защиты органов дыхания (противогаз, респиратор). При неимении их плотно закрыть нос и рот подручным материалом — плотной тканью, шарфом, платком.
Затем необходимо отряхнуть одежду и обувь от осевшей на них пыли, при возможности воспользоваться средствами защиты кожи и покинуть зону поражения или укрыться в ближайшем защитном сооружении.