Природа взрывов и их материальное проявление

Современный этап развития криминалистической взрывотехники на основе теоретических разработок и практических рекомендаций, осуществленных в последние годы, уже не ограничивается лишь обеспечением взрывотехнических экспертиз. Весь комплекс следственных и оперативно-розыскных мероприятий, связанных с раскрытием и расследованием криминальных взрывов, требует всестороннего технико-криминалистического обеспечения. Как показал анализ практики, для многих следователей, оперативных работников, экспертов-криминалистов и других специалистов расследование преступлений, связанных с применением или угрозой применения взрывных устройств, вызывает серьезные проблемы. В 50% случаев осмотра места взрыва не изымается никаких следов и вещественных доказательств, в 30 % не определяется природа взрыва и его причины.

В связи с этим следует отметить, что взрыв - явление по своей природе достаточно редкое в повседневной деятельности человека. Проведенный нами опрос следственно-оперативных сотрудников и экспертов-криминалистов показал, что 84% опрошенных никогда не наблюдали явление взрыва, 89% - не были на месте взрыва и не наблюдали его последствий. Большинство опрошенных представление о взрыве и характере воздействия на окружающую обстановку имеют из фильмов, видеосюжетов и иллюстраций.

Говоря о природе взрыва, было бы несправедливо обойти статистику происшествий, связанных со взрывом: 92% - химический взрыв конденсированных взрывчатых веществ; 7% - взрыв топливо-воздушных смесей (газ, пары бензина и т.п.), менее 1% - механические взрывы (баллоны высокого давления, котлы-подогреватели и др.).

Оценка восприятия последствий взрыва определяется, кроме его природы, большим многообразием условий, в которых возможно его протекание (взрыв на открытой местности и в помещении, заглубление заряда взрывчатого вещества в грунт или крепление его на преграде, взрыв в транспортном средстве). Дополнительные сложности могут возникнуть при осмотре места взрыва, сопровождавшегося пожаром.

Взрыв как явление представляется внезапным выходом газов из ограниченного пространства, сопровождающимся высокой температурой, резким увеличением давления в окружающей среде и мощной звуковой волной. Образование газов и резкий их выход из ограниченного объема является главным признаком, характеризующим все три типа взрывов: механические, химические и ядерные взрывы.

Механический взрыв в большинстве случаев возникает в результате разрыва корпуса резервуара при увеличении давления внутри его. Так при нагревании воды в котле образуется пар. Если котел не снабжен клапаном для сброса избыточного давления, то в какой-то момент давление пара в котле превысит сопротивление материала и конструкции котла, и произойдет взрыв. В результате такого взрыва происходит разрыв оболочки котла, прорыв пара (газа) и образование мощной звуковой волны. Другим примером механического взрыва может быть разрыв баллона, наполняемого сжатым газом с использованием компрессора. При неисправности предохранительного клапана, регулирующего давление в баллоне, может произойти взрыв.

Ядерный взрыв происходит в результате расщепления или соединения ядер атомов. В результате расщепления или ядерного синтеза образуется значительная энергия, выход которой сопровождается огромным увеличением температуры и давления газов, что в сотни и тысячи раз превышает аналогичные показатели химического взрыва.

Химический взрыв происходит при быстром сгорании взрывчатых составов и почти мгновенным образованием газов, объем которых во много раз превышает объем самих взрывчатых составов. В результате взрыва его продукты (газы) имеют большую температуру (несколько тысяч градусов) и огромное давление (от единиц до сотен тысяч атмосфер).

Химические взрывы сопровождаются процессом горения, в ходе которого происходит выделение газов. Горение древесины и детонация взрывчатого вещества представляют собой два одинаковых процесса с той лишь разницей, что скорости процесса горения отличаются в сотни и тысячи раз. Детонация представляет "мгновенное сгорание", для большинства взрывчатых веществ скорость детонации составляет от 400 до 8 000 м/с. Полная детонация происходит с заданной скоростью (максимальной), неполная детонация, при которой передача действия горения от одной частицы взрывчатого вещества к следующей происходит со скоростью ниже максимальной. Неполная детонация может произойти при некачественном составе и состоянии взрывчатого соединения.

Принято различать два основных типа химических взрывов. К первому типу относят взрывы специально изготовленных составов и смесей - взрывчатых веществ. Ко второму типу относят взрывы смешанных с воздухом газов (например, метана, пропан-бутана, ацетелена и др.), а также легковоспламеняющейся, взвешенной в воздухе пыли некоторых твердых материалов (угольная, мучная, табачная, алюминиевая, древесная пыль и т.п.). При некотором внешнем сходстве взрывы этих двух типов имеют различия, которые необходимо учитывать в ходе расследования.

Горючие газы, пары горючих жидкостей и пыль взрываются при совокупности двух условий: 1 - при определенной концентрации взрывоопасных частиц в воздухе (например, метан взрывается при содержании его в воздухе от 4 до 15 %); 2 - при соприкосновении с открытым огнем. Чаще всего смеси пара, газа и пыли с воздухом взрываются в замкнутых пространствах (закрытое помещение, порожняя цистерна, шахта и т.п.). В отдельных случаях не исключена возможность взрыва таких смесей и на открытой местности (в 1990 году в Чувашии произошел взрыв на железнодорожной магистрали, идущей вдоль газопровода, где имела место утечка газа. В результате взрыва сошел с рельсов и был сильно разрушен пассажирский поезд, погибли сотни людей).

В отличие от взрывоопасных смесей для взрыва ВВ не требуется кислород или воздух. В состав ВВ входят два компонента: а) горючие вещества, содержащие водород, азот, углерод, серу и др.; б) окислители - вещества с высоким содержанием кислорода. Такие взрывчатые вещества принято называть конденсированные, т.е. компактные, их можно использовать в любой среде - в грунте, под водой, в герметичном корпусе.

Взрыв в широком смысле этого слова представляет собой процесс весьма быстрого физического или химического превращение системы, сопровождающегося переходом ее потенциальной энергии в механическую работу. Работа, совершаемая при взрыве, обусловлена быстрым расширением газов или паров независимо от того, существовали ли они до или образовались во время взрыва.

Самым существенным признаком взрыва является резкий скачок давления в среде, окружающей место взрыва. Это служит непосредственной причиной разрушительного действия взрыва.

С криминалистической точки зрения больший практический интерес представляют взрывы, вызываемые процессами химического превращения взрывчатых веществ.

Взрывчатые вещества представляют собой относительно неустойчивые в термодинамическом смысле системы, способные под влиянием внешних воздействий к весьма быстрым экзотермическим превращениям, сопровождающимся образованием сильно нагретых газов или паров. Газообразные продукты взрыва, благодаря исключительно большой скорости химической реакции, практически занимают в первый момент объем самого взрывчатого вещества и, как правило, находятся в сильно сжатом состоянии, вследствие чего в месте взрыва резко повышается давление.

Из изложенного следует, что способность химических систем к взрывчатым превращениям определяется следующими тремя факторами: экзотермичность процесса, большая скорость его распространения и наличие газообразных продуктов реакции. Эти свойства могут быть у различных взрывчатых веществ выражены в различной степени, однако их совокупность придает явлению характер взрыва.

Рассмотрим значение каждого из этих факторов:

Экзотермичность реакции. Выделение тепла является первым необходимым условием, без которого возникновение взрывного процесса вообще невозможно. Если бы реакция не сопровождалась выделением тепла, то самопроизвольное развитие ее, а следовательно, и самораспространение взрыва было бы исключено. Очевидно, что вещества, требующие для своего распада постоянного притока энергии извне, не могут обладать взрывчатыми свойствами. За счет тепловой энергии в реакции происходит разогрев газообразных продуктов до температуры в несколько тысяч градусов и последующее их расширение. Чем больше теплота реакции и скорость ее распространения, тем больше разрушительное действие взрыва.

Теплота реакции является критерием работоспособности взрывчатого вещества и важнейшей их характеристикой. Для современных взрывчатых веществ, нашедших наиболее широкое применение в технике, теплота взрывчатого превращения колеблется в пределах от 900 до 1800 ккал/кг.

Большая скорость процесса. Наиболее характерным признаком взрыва, резко отличающим его от обычных химических реакций, является большая скорость процесса. Переход к конечным продуктам взрыва происходит за стотысячные или даже миллионные доли секунды. Большая скорость выделения энергии определяет преимущества взрывчатых веществ по сравнению с обычными горючими. В то же время по общему запасу энергии, отнесенной к равным весовым количествам, даже наиболее богатые энергией взрывчатые вещества не превосходят обычные горючие системы, однако при взрыве достигается несравненно более высокая объемная концентрация или плотность энергии. Горение обычных горючих веществ протекает сравнительно медленно, что приводит к значительному расширению продуктов реакции в процессе и существенному рассеиванию выделяемой энергии путем теплопроводности и излучения. По этим причинам в данном случае достигается лишь относительно низкая объемная плотность энергии в продуктах горения.

Взрывные процессы, наоборот, протекают столь быстро, что можно считать, что вся энергия практически успевает выделиться в объеме, занятом самим взрывчатым веществом, что приводит к таким высоким концентрациям энергии, которые недостижимы в условиях обычного протекания химических реакций.

Газообразование. Высокие давления, возникающие при взрыве, и обусловленный ими разрушительный эффект не смогли бы быть возможны, если бы химическая реакция не сопровождалась образованием достаточно большого количества газообразных продуктов. Эти продукты, находящиеся в момент взрыва в чрезвычайно сжатом состоянии, являются теми физическими компонентами, в процессе расширения которых осуществляется крайне быстро переход потенциальной энергии взрывчатого вещества в механическую работу или кинетическую энергию движущихся газов.

При взрыве 1 литра обычных взрывчатых веществ образуется около 1 000 литров газообразных продуктов, которые находятся в момент взрыва под очень большим давлением. Максимальное давление при взрыве конденсированных взрывчатых веществ достигает сотен тысяч атмосфер. Подобные давления не могут быть реализованы в условиях протекания обычных химических реакций.

Отсюда следует, что только одновременное сочетание трех основных факторов - экзотермичность реакции, большая скорость процесса, наличие газообразования - в состоянии обеспечить явлению те совокупные свойства, которые придают ему характер взрыва.

В зависимости от условий возбуждения химической реакции, характера взрывчатых веществ и некоторых других факторов процессы взрывчатого превращения могут распространяться с различной скоростью и вместе с тем обладать существенными качественными различиями. По характеру и скорости своего распространения все известные нам взрывные процессы делятся на следующие основные виды: горение, взрыв, детонация.

Процесс горения протекает сравнительно медленно и с переменной скоростью - обычно от долей сантиметра до нескольких метров в секунду. Скорость горения существенно зависит от внешнего давления, заметно возрастая с повышением последнего. На открытом воздухе этот процесс протекает сравнительно "вяло" и не сопровождается сколько-нибудь значительным звуковым эффектом. В ограниченном же объеме процесс протекает значительно энергичнее, характеризуется более или менее быстрым нарастанием давления и способностью газообразных продуктов горения производить работу метания, подобную тому, как это имеет место при выстреле. Горение является характерным видом взрывчатого превращения порохов и ракетных топлив.

Собственно взрыв, по сравнению с горением, представляет собой качественно иную форму распространения процесса. Отличительными чертами взрыва являются: резкий скачок давления в месте взрыва, переменная скорость распространения процесса, измеряемая тысячами метров в секунду и сравнительно мало зависящая от внешних условий. Характер действия взрыва - резкий удар газов по окружающей среде, вызывающий дробление и сильные деформации предметов на относительно небольших расстояниях от места взрыва и так далее.

Детонация представляет собой взрыв, распространяющийся с максимально возможной для данного взрывчатого вещества и данных условий скоростью, превышающей скорость звука в данном веществе. Детонация не отличается по характеру и сущности явления от взрыва, но представляет собой его стационарную форму. Скорость детонации является при заданных условиях для каждого взрывчатого вещества вполне определенной константой и одной из важнейших его характеристик. В условиях детонации достигается максимальное разрушительное действие взрыва.

При химическом взрыве взрывчатое вещество мгновенно переходит из твердого состояния в газообразную смесь. Взрыв характеризуется четырьмя основными поражающими действиями, наносящими значительные изменения окружающей обстановке: бризантное, осколочное и термическое действие, а также ударная волна.

Бризантное действие

Бризантное действие проявляется на расстоянии до 3 - 4 радиусов зарядов взрывного устройства, при этом происходит "дробящее" воздействие на предметы окружающей обстановки, ткани биологических объектов. Повреждения такого рода происходят за счет динамических напряжений, превышающих пределы прочности разрушающихся материалов в результате совместного воздействия ударной волны и продуктов детонации. Такое действие характерно для взрывных устройств с взрывчатыми веществами, имеющими значительную скорость детонации и относительно большую плотность.

Осколочное воздействие

При взрыве заряда взрывчатого вещества, помещенного в оболочку, под действием быстро расширяющихся газов происходит ее разрыв на осколки и их метание. Осколки, образованные за счет разрушения оболочки (корпуса) заряда взрывчатого вещества, называются первичные. В качестве примера могут служить боеприпасы в виде осколочных гранат, снарядов, мин или самодельных трубчатых взрывных устройств. Осколки, образованные при разрушении предметов, находящихся в непосредственной близости к заряду взрывчатого вещества (до 20 диаметров объема взрывчатого вещества) за счет бризантного действия взрыва, называются вторичными. Например, разлет фрагментов корпуса и деталей автомобиля при взрыве заряда взрывчатого вещества в салоне. В зависимости от состава взрывчатого вещества и его массы скорость разлета осколков может достигать 2000 м/с. В ходе полета осколки разрушают (пробивают) окружающие предметы, рикошетируют, в определенных условиях вызывают воспламенение горючих материалов. Нагрев осколков происходит в момент детонации, а также из-за трения в момент соударения с преградой, например, при пробитии топливного бака автомобиля. При взрыве бризантных взрывчатых веществ осколки представляют собой мелкие фракции оболочек, при взрыве взрывчатых веществ пониженной мощности, а также порохов, как правило, образуются крупные осколки без заметного изменения структуры материала оболочки.

Термическое действие

Термическое действие, вызванное взрывом, в зависимости от используемого взрывчатого вещества различается по интенсивности длительности воздействия на окружающие предметы и материалы. Как правило, взрыв пороха вызывает более длительное зажигательное действие, чем взрыв бризантных взрывчатых веществ. Термическое действие сопровождается долями секунды. Бризантные взрывчатые вещества при взрыве создают более высокую температуру. Термическое воздействие носит локальный характер и по дальности не превышает 10…30 диаметров объема заряда взрывчатого вещества. На объектах, предметах и материалах, находящихся в непосредственной близости к месту взрыва, если не возникло открытое горение, наблюдаются следы, окопчения и оплавления.

Ударная волна

При взрыве заряда ВВ практически мгновенно (за тысячные доли секунды) образуются газы высокой температуры (до 50000 С). Образовавшиеся газы создают в атмосфере вокруг заряда взрывчатого вещества давление порядка 200 тыс. атм., в результате чего происходит их быстрое расширение, от нескольких сот до тысячи м/с, вызывая сжатие окружающей атмосферы. В результате чего образуется сферическая волна расширяющихся газов, оказывающая разрушительное и метательное действие на предметы и объекты, встречающиеся на пути ее распространения. По мере удаления от точки взрыва ударная волна постепенно теряет скорость распространения и давление в ее фронте, в результате чего переходит в звуковую волну. Ударная волна характеризуется двумя фазами - положительного и отрицательного давления.

В момент взрыва возникает давление продуктов взрыва (газовой смеси), что вызывает сжатие окружающего воздуха. Слой продуктов взрыва и сжатого воздуха в некоторых случаях наблюдается в виде быстро распространяющегося красного или белого круга. Условно этот круг называют фронтом ударной волны, который и формирует фазу положительного давления. При своем движении фронт ударной волны, а вслед за ним волна избыточного (положительного) давления оказывает разрушительное и метательное воздействие на объекты, оказавшиеся на его пути. Фаза избыточного давления продолжается доли секунды, в ходе распространения ударной волны от точки взрыва давление в ее фронте постепенно уменьшается до величины давления окружающей среды.

В ходе распространения ударной волны происходит сжатие и вытеснение воздуха, находящегося до взрыва вокруг заряда взрывчатого вещества. В результате вытеснения воздуха вокруг места взрыва образуется разряженное пространство, именуемое "частичный вакуум". После полного затухания ударной волны вытесненный сжатый воздух начнет движение в обратную сторону, стремясь заполнить образовавшийся вакуум. Этот процесс называется фазой отрицательного давления или давлением всасывания. Двигающийся в сторону взрыва воздух хотя и имеет скорость ниже ударной волны, но способен к дополнительному разрушению объектов и перемещению отдельных предметов.

Двигающийся в сторону взрыва воздух хотя и имеет скорость ниже ударной волны, но способен к дополнительному разрушению объектов и перемещению отдельных предметов.

Таким образом, реальное представление процесса взрыва, характера его протекания и сопровождающих его факторов воздействия на окружающие объекты является основанием (базой) для последующих теоретических суждений, обоснования закономерностей и рекомендаций в отношении криминалистической деятельности, связанной с ВУ и следами их применения.