Методика расчетной оценки массы заряда взорванного взрывного устройства по размерам зоны отложения копоти

Методика расчетной оценки массы заряда взорванного взрывного устройства по размерам зоны отложения копоти

Раскрытие и расследование тяжких преступлений, связанных с применением взрывчатых веществ (ВВ) и взрывных устройств (ВУ), относится к числу наиболее сложных в связи с отсутствием свидетельской базы и малой криминалистической значимостью следов, оставляемых взрывом ВУ на месте происшествия. Поэтому весьма актуальна задача повышения информативности исследования следов взрыва как непосредственно на месте происшествия, так и при производстве экспертиз по факту взрыва.

Существующие методы расчета и оценки массы взорванного заряда ВВ основаны на анализе бризантного и фугасного действия взрыва и, как правило, сильно зависят от большого числа случайных факторов. Наиболее просты и широко распространены в настоящее время методы оценки, основанные на зависимости параметров ударной волны на некотором расстоянии от центра взрыва от начальных параметров взрыва (детонации) ВВ например, расчет массы ВВ по разрушению остекления, образованию воронки выброса грунта и по другим критериям, подробно рассмотренным в литературе [1, 5-8].

Из специальной литературы [5, 9, 10] и экспертной практики известно, что расширяющиеся газообразные продукты взрыва оставляют на поверхности, контактирующей с ними, следы в виде потемнений, обугливаний, отложений копоти и т. д. Эти следы зависят от массы, природы ВВ, формы и плотности заряда и образуются в результате термического воздействия нагретых продуктов взрыва, а также торможения газообразных продуктов взрыва и оседания на поверхности углеродных частиц (копоти) и твердых продуктов взрыва. В качестве критерия для оценки параметров и массы взорванного заряда ВВ предлагается использовать размер (радиус) сплошной зоны отложения копоти (R_ок).

В используемой авторами модели предполагается, что заряд ВВ, расположенный на твердой поверхности или на небольшой высоте, имеет форму шара, не имеет динамически прочной оболочки и образующееся облако продуктов взрыва, независимо от массы ВВ, стремится принять сферическую форму, при этом свойства газообразных продуктов взрыва приближаются к свойствам идеального газа (совер-шенный газ). В этом случае радиус сплошной зоны отложения копоти (R_ок) будет равен расстоянию (радиусу) от центра взрыва до точки, в которой давление продуктов взрыва (ПВ) падает до атмосферного, т. е. задача сводится к расчету размеров зоны, занимаемой ПВ при расширении их до атмосферного давления (расширение газового пузыря). Очевидно, что при данной постановке задачи радиус зоны сплошного отложения копоти (R_ок) будет определяться как пересечение твердой поверхности со сферической поверхностью газового пузыря; эта задача легко решаема с достаточной для практических целей точностью.

Известно, что удельный объем продуктов взрыва (V_уд, м³/кг) для каждого взрывчатого вещества величина строго индивидуальная и достаточно слабо зависящая от начальной плотности ВВ. Тогда заряд ВВ, имеющий массу M (кг), образует продукты взрыва объемом V_пв (м³):

V_пв = V_уд M_вв, (1)

Так как в выражение объема продуктов взрыва около твердой поверхности входит радиус сплошного отложения копоти, то, рассчитав V_пв, можно определить массу заряда взорванного ВВ. Удельные объемы и кислородные балансы наиболее часто встречающихся в экспертной практике индивидуальных и смесевых взрывчатых веществ приведены ниже (см. таблицу).

Форма газообразных продуктов взрыва и соответственно радиус зоны отложения копоти зависят от расположения заряда ВВ относительно твердой поверхности и могут определяться на основании геометрических зависимостей. Рассмотрим четыре наиболее простых и часто встречающихся случая расположения заряда ВВ относительно твердой поверхности.

1. Взрыв заряда ВВ на поверхности. Продукты взрыва заряда принимают форму полусферы (рис.1, а), т. е.

V_пв = 0,5V_сф.

С учетом соотношения (1) и формулы объема сферы, масса взорванного заряда ВВ равна:

. (2)

2. Взрыв заряда ВВ у двух взаимно перпендикулярных поверхностей. Продукты взрыва заряда принимают форму шарового сегмента, в виде четверти сферы (рис.1, б), т. е. V_пв = 0,25V_сф. С учетом соотношения (1) и формулы объема сферы, масса взорванного заряда ВВ равна:

. (3)

Кислородный баланс (КБ) и удельный объем (V_уд) газообразных продуктов взрыва различных взрывчатых веществ [2 - 4]

Таблица 1.

3. Взрыв заряда ВВ у трех взаимно перпендикулярных поверхностей (в углу). Продукты взрыва заряда принимают форму шарового сегмента, в виде одной восьмой сферы (рис.1, в), т. е.

V_пв = 0,125V_сф.

С учетом соотношения (1) и формулы объема сферы, масса взорванного заряда ВВ равна:

. (4)

4. Неконтактный взрыв заряда ВВ на некотором расстоянии от твердой поверхности. Продукты взрыва заряда ВВ в данном случае принимают форму шара за вычетом шарового сегмента (рис.1, г), т. е. V_пв = V_сф V_{сегмента}.

С учетом соотношения (1), формул объема сферы и шарового сегмента, используя элементарные геометрические зависимости, находим массу взорванного заряда ВВ:

, (5)

;

где X расстояние от центра взрыва до поверхности, м.

Для проверки правильности принятых допущений, а также с целью определения возможности использования полученных формул (2) (5) в реальных условиях производилось математическое моделирование процесса расширения продуктов взрыва, а также проверка предлагаемой методики расчетной оценки серией экспериментальных взрывов зарядов тротила в условиях полигона.

Математическое моделирование процесса расширения продуктов взрыва и образования зоны отложения копоти производилось на ЭВМ, путем описания неизвестной кривой расширения продуктов взрыва двумя зависимостями: уравнением состояния Ландау-Станюковича [11- 13] и известным уравнением состояния идеального газа. Результаты расчетов представлялись в виде зависимости радиуса отложения копоти (расстояния, на котором давление падает до атмосферного) от массы заряда ВВ. Для решения системы полученных уравнений была разработана программа расчета радиусов зон сплошного отложения копоти в зависимости от параметров зарядов ВВ и построена теоретическая зависимость радиуса сплошной зоны отложения копоти (R_ок) от массы заряда ВВ (M_вв) для тротила (тринитротолуола) со следующими характеристиками:

плотность ВВ: RО_вв = 1630 кг/м³;

скорость детонации ВВ: D_вв = 7019 м/с;

теплота взрыва ВВ: Q_вв = 4200 кДж/кг;

показатель политропы продуктов взрыва ВВ: N_вв = 3,298.

Данные характеристики ВВ соответствуют тротиловому эквиваленту.

С целью проверки полученных расчетных зависимостей и результатов моделирования и изучения влияния массы заряда ВВ на размер и форму реальной зоны окопчения была проведена серия экспериментальных взрывов сосредоточенных зарядов тротила различной формы и массы (производилось по десять взрывов зарядов тротила одинаковой массы в аналогичных условиях). Заряды с различной массой ВВ собирались из стандартных тротиловых шашек массой 200 и 400 г. Плотность тротила составляла 1580 кг/м³. В качестве поверхности, на которой регистрировались следы окопчения, для зарядов массой 100 и 200 г использовался мокрый асфальт; заряды массой 400 и 1000 г подрывались на поверхности мокрого железобетона.

Для приближения условий экспериментов к реальным условиям подрыв осуществлялся стандартными электродетонаторами ЭД-8А с боковой поверхности зарядов при углублении их внутрь зарядов на одинаковую глубину. При подрыве зарядов массой 100, 200, 400 и 1000 г тринитротолуола на поверхностях асфальта и железобетона образовывались откольные воронки и отчетливые зоны окопчения; при этом образование воронок откола не мешало регистрации и измерению размеров зоны окопчения.

Характерные формы зон окопчения для зарядов ВВ различной массы приведены на рис. 2. Размер зоны сплошного окопчения измерялся с помощью рулетки с точностью до 1 см.

В результате экспериментов, а также анализа полученной расчетной зависимости и моделирования установлены следующие особенности:

форма пятна копоти на твердой поверхности зависит от начальных параметров заряда (формы, отклонения площади поверхности заряда от площади наружной поверхности сферического заряда); при увеличении массы заряда форма пятна копоти стремится к форме правильного круга;

в начальный момент времени разлет расширяющихся продуктов взрыва происходит по нормали к образующим поверхностям заряда: четырехлучевая форма пятна копоти свидетельствует о наличии у взорванного заряда ВВ пересекающихся под прямым углом образующих поверхностей (заряд ВВ в форме параллелепипеда, куба и т. д. (рис. 3);

в качестве определяющего размера радиуса зоны сплошного отложения копоти измеряется размер пятна (или его фрагмента), имею-щего наибольшую плотность отложения копоти и форму, стремящуюся к эллипсу или кругу; измерение производится в нескольких направлениях, с последующим усреднением, без учета лучей.

В результате проведенных экспериментов для второго случая получена зависимость радиуса эквивалентного сферического заряда (R_зар, м) от радиуса сплошной круговой зоны отложения копоти (R_ок, м) для тротила с параметрами, соответствующими тротиловому эквиваленту:

R_ок (11,5-13,2) R_зар. (6)

Для упрощения расчетов построена номограмма для наиболее часто встречающегося случая расположения зарядов ВВ на плоскости [ (первый случай, формула (2)] по экспериментальному уравнению (6) с учетом поправки на встречающуюся в практике форму (рис. 4). Номограмма позволяет производить безрасчетную экспресс-оценку массы взорванного заряда тротила после измерения радиуса сплошного окопчения. Использовать номограмму можно при производстве экспертиз по факту взрыва зарядов не только тротила, но и других взрывчатых веществ. Для этого полученное по номограмме значение массы заряда тротила необходимо умножить на коэффициент, равный отношению удельного объема продуктов взрыва тротила к удельному объему продуктов взрыва другого ВВ (см. таблицу). Номограмму также можно использовать для расчетной оценки массы зарядов взорванного ВВ при другом расположении зарядов относительно твердой поверхности на основании простейших геометрических преобразований.

Экспериментально выражение (6) может быть получено из выражения (2), если подставить в него значения удельного объема продуктов взрыва V_уд для тротила (см. таблицу) и преобразовать полученное выражение. Расхождение расчетной оценки с экспериментом составляло не более 15 30% истинной массы заряда, что свидетельствует о правильности уравнений (2) (5) и возможности использования их при оценочном расчете массы заряда взорванного ВВ.

Из экспертной практики и данных таблицы можно заключить, что большинство индивидуальных, а также смесевых взрывчатых веществ обладает отрицательным кислородным балансом, т. е. образует при взрывчатом превращении несгоревшие углеродсодержащие продукты взрыва (копоть). Кроме того, наличие в составе многих промышленных взрывчатых веществ различных технологических добавок (флегматизаторов, солей-пламегасителей и т.п.), а также использование в качестве оболочек зарядов ВВ (как самодельного, так и промышленного производства) материалов с очень большим отрицательным КБ (парафинированная бумага, картон, пластмассы и т. п.) также будет приводить к образованию копоти. Поэтому не представляется сложным обнаружение следов отложения копоти и измерение радиуса R_ок для взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом и большинства промышленных зарядов ВВ.

В случае использования взрывчатых веществ с кислородным балансом, близким к нулевому или положительным, обнаружение следов копоти представляется более сложной задачей. Известно, что взрывчатое превращение ВВ даже со значительным по величине положительным кислородным балансом протекает с образованием твердых продуктов взрыва, только в значительно меньших количествах. Основная зона поглощения углеводородов, копоти и твердых продуктов взрыва находится в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, поэтому целесообразным и перспективным является использование для обнаружения следов отложений копоти широко известных в криминалистике методов исследования: в косопадающих лучах, в отраженном свете, УФ- и ИК-зонах спектра, а также фотографирование на цветную фотопленку с большой светочувствительностью (400 ед.). Кроме того, в случае взрыва заряда ВВ с отрицательным кислородным балансом при наличии определенного опыта можно оценить величину сплошного радиуса отложения копоти (объем газового пузыря) по косвенным признакам микротрассам и выбоинам, образующимся на твердой поверхности и имеющим в этой зоне форму, близкую к кругу, и наибольшую плотность на единицу поверхности.

Таким образом, предлагаемая методика оценки массы взорванного ВВ по размеру зоны окопчения, обеспечивающая достаточно высокую степень точности оценки, заключается в следующем:

1. Специалист при осмотре места взрыва обнаруживает следы отложения копоти и твердых продуктов взрыва на какой-либо плоской твердой поверхности и производит фотосъемку на цветную пленку с большой светочувствительностью и измерение радиуса зоны сплошного отложения копоти с помощью простейшего измерительного инструмента. При необходимости обнаружение следов копоти производится с использованием приборов, обеспечивающих исследование в УФ- и ИК-зонах спектра. В протоколе осмотра обязательно фиксируются размер, форма, цвет, расположение пятна относительно центра взрыва, наличие или отсутствие лучей.

2. При производстве взрывотехнической экспертизы после проведения химического исследования и определения наименования взорванного ВВ по приведенной таблице (или справочной литературе) находится соответствующее значение удельного объема продуктов взрыва. После изучения материалов дела устанавливается расположение взорванного заряда относительно твердой поверхности, центра взрыва и, как следствие, соответствие данного взрыва одному из четырех вышеназванных случаев формы газового пузыря. В случае более сложной формы образующегося газового пузыря его форма и объем определяются путем элементарных геометрических построений.

3. После определения по протоколу осмотра места происшествия радиуса сплошного отложения копоти (в метрах) и расчета его среднего значения по одной из формул (2) (5) или по номограмме (рис. 4) производится расчет массы заряда взорванного ВВ. При расположении заряда ВВ относительно твердой поверхности, более сложном чем в приведенных четырех случаях, массу заряда можно определить, рассматривая радиус сплошного отложения копоти как пересечение твердой поверхности со сферическим газовым пузырем, объем которого равен объему продуктов взрыва [ (см. уравнение (1)].

Методика оценки массы взорванного ВВ с использованием уравнений (2) (5) проста, универсальна (принципиально возможно определение массы взорванного заряда бризантных, инициирующих, смесевых взрывчатых систем, взрывчатое превращение которых протекает в форме детонации и для которых известен объем газообразных продуктов взрыва), имеет достаточно высокую точность оценки массы ВВ при наличии ясно выраженной зоны сплошного окопчения; при этом рассчитывается истинное значение массы заряда ВВ, а не в тротиловом эквиваленте. Методика должна дополнить уже существующие методы расчетной оценки массы взорванного ВВ [5] и в совокупности с расчетными оценками, полученными по другим критериям, помочь эксперту произвести более точное определение массы заряда ВВ взрывного устройства, взорванного на месте происшествия. С использованием методики уже получены положительные результаты при производстве ряда взрывотехнических экспертиз в ЭКУ ГУВД г. Москвы и при осмотрах мест происшествий по фактам взрыва.

В заключение следует отметить, что наиболее точные значения оценки массы взорванного заряда получаются в случае правильной формы пятна окопчения и формирования четкой границы, образующейся, в основном, за счет механизма пульсаций газового пузыря при обратном движении к центру газообразных и мелкодисперсных твердых продуктов взрыва. Этому способствует множество факторов; основными являются следующие:

детонация заряда ВВ за наиболее короткое время;

свободное (без помех) расширение продуктов взрыва в воздух;

отрыв ударной волны от продуктов взрыва и уход в окружающую среду (волна не проходит многократно по продуктам взрыва и не искажает границу зоны окопчения);

образуется наибольшее количество твердых продуктов взрыва, которые имеют минимальные размеры;

следообразующая твердая поверхность обладает значительной динамической жесткостью и достаточно большой толщиной. Поэтому во избежание экспертных ошибок не следует использовать данную методику расчета в случаях, нарушающих и сильно искажающих процесс расширения продуктов взрыва и механизм следообразования:

взрыв в узких трубах, туннелях, между близко расположенными поверхностями (при этом многократно проходящие ударные волны искажают границу пятна и форму газового пузыря);

для производства взрыва использовались кумулятивные заряды, взрывные устройства с направленным осколочным действием (например, мины типа МОН и т. п.), когда форма образующегося газового пузыря заведомо искажена и сильно отличается от сферической;

заряд ВВ имел прочную, очень толстую и массивную оболочку, которая при взрыве дробится на очень крупные фрагменты (происходит слишком быстрое торможение твердых продуктов взрыва, не успевающих за расширяющимися газообразными продуктами);

использование в качестве взрывчатого вещества ВУ взрывчатых смесей с большим избытком металла (догорание и увеличение кажущейся массы заряда за счет кислорода воздуха), а также метательных взрывчатых веществ (пиротехнические составы, пороха и т. п.), обладающих низкой, по сравнению с бризантными и инициирующими взрывчатыми веществами, скоростью взрывчатого превращения; при этом наблюдается догорание разбрасываемых продуктов взрыва и отдельных частиц ВВ (размеры зоны отложения твердых продуктов взрыва дают многократно завышенное значение массы заряда).

Литература

1. Методические рекомендации по выявлению и исследованию признаков пожара и взрыва при осмотрах места авиапроисшествия. - М.: ВНИИПО, 1999.

2. Андреев К.К., Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ. -М.: Оборонгиз, 1960.

3. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. -М., 1988.

4. Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. -Л., 1973.

5. Предварительная расчетная оценка параметров взорванного заряда взрывчатого вещества по данным осмотра места происшествия/ Ю. М Дильдин, А.И Колмаков, А.Ю. Семенов, А.А. Шмырев. -М.: ВНИИ МВД СССР, 1986.

6. Дильдин Ю.М., Мартынов В.В., Семенов А.Ю., Шмырев А.А. Место взрыва как объект криминалистического исследования. -М.: ВНИИ МВД СССР,1986.

7. Взрывные явления. Оценка и последствия /У. Бейкер, П. Кокс, П. Уэстайн и др. -М., 1986.

8. Агинский В.Н., Сорокина Г.И., Тетерев С.Н. Высокочувствительный метод обнаружения непродетонировавших остатков ВВ// Экспертная практика. -1981. -№ 18. -С.97-101.

9. Лаврентюк Г.П. Экспертные оценки взрывного устройства по повреждениям одежды//Современные проблемы судебной экспертизы и пути повышения эффективности судебно-экспертных учреждений в борьбе с преступностью/Тезисы докладов Республиканской научной конференции. -Киев, 1983.

10. Туманов А.К. Повреждения ткани военного обмундирования при взрыве запалов гранат// Вопросы судебно-медицинской экспертизы/Труды ВмедА им. С.Н. Кирова. -1952. -Т. 53.

11. Ландау Л.Д., Станюкович К.П. Об изучении детонации конденсированных ВВ// ДАН СССР. -1945. -Т. 46.- № 9.

12. Ландау Л.Д., Станюкович К.П. Определение скорости истечения продуктов детонации конденсированных ВВ// ДАН СССР. -1945. -Т. 47. - № 4.

13. Покровский Г.И., Станюкович К.П. Определение показателя степени в законе состояния продуктов детонации// ДАН СССР. -1946. -Т.53. -№ 53.

14. Бачурин Л.В., Карабельский А.А., Черенков А.М. Методика оценки массы взорванного заряда ВВ по размеру зоны окопчения//Тезисы докладов XXII и XXIII научно-технической конференции по спецтематике /МГТУ им. Н.Э. Баумана. -М., 1995.