Водосодержащее взрывчатое вещество
Владельцы патента RU 2789321:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) (RU)
Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам (ВВ) и может быть использовано в горной промышленности при разработке месторождений полезных ископаемых, для которых характерны свойства обводненных условий: набухание, пластичность, липкость, размокаемость и высокий коэффициент размягчения при испытаниях горных пород на прочность при сжатии, растяжении, вдавливании и сдвиге. Водосодержащее взрывчатое вещество включает аммиачную селитру, тротил, карбамид и воду в соотношении, обеспечивающем нулевой кислородный баланс. Дополнительно содержит калия бихромат, жидкое стекло и гель кремниевой кислоты при следующем соотношении компонентов по массе: аммиачная селитра – 74,50-74,98; тротил – 12; карбамид – 3,58-4,00; вода – 8; калия бихромат – 0,02; жидкое стекло – 0,05; гель кремниевой кислоты – 0,95. Обеспечивается повышение термохимической стабильности, физической стабильности и взрывчатых показателей взрывчатого вещества, пригодного для отбойки сульфидсодержащих и оксидных руд. 2 табл., 3 пр.
Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам (ВВ) и может быть использовано в горной промышленности при разработке месторождений полезных ископаемых, для которых характерны свойства обводненных условий (набухание, пластичность, липкость, размокаемость и высокий коэффициент размягчения при испытаниях горных пород на прочность при сжатии, растяжении, вдавливании и сдвиге).
Известно водосодержащее взрывчатое вещество, включающее тротил, воду, ингибитор (жидкое стекло), загуститель (гель кремниевой кислоты), окислитель и минеральное масло или дизельное топливо (см. патент РФ № 2118307, МПК C06B 31/42, 1998 г.).
Недостатком известного решения является отсутствие кислородного баланса.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) принято водосодержащее взрывчатое вещество, содержащее аммиачную селитру, тротил, карбамид и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
аммиачная селитра - 73
тротил - 15
карбамид - 4
вода – 8
(см. патент РФ № 2199513, МПК C06B 31/42, C06B 25/04, 2003 г.).
Существенным недостатком ближайшего аналога является недостаточная термохимическая стабильность и как следствие возможность возникновения раствора аммиачной селитры с буровым шламом.
Причиной этого является отсутствие в составе ВВ компонента, выполняющего функцию ингибитора, что не позволяет использовать его для отбойки сульфидсодержащих и оксидных руд, а также приводит к расслоению заряда. Это резко снижает взрывчатые показатели при детонации, эффективность взрыва и повышает себестоимость отбойки.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка состава водосодержащего взрывчатого вещества с повышенными термохимической стабильностью, физической стабильностью и взрывчатыми показателями, пригодного для отбойки сульфидсодержащих и оксидных руд.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в повышении термохимической стабильности, физической стабильности и взрывчатых показателей взрывчатого вещества, пригодного для отбойки сульфидсодержащих и оксидных руд.
Поставленная задача решается тем, что водосодержащее взрывчатое вещество, содержащее аммиачную селитру, тротил, карбамид и воду в соотношении, обеспечивающем нулевой кислородный баланс, отличается тем, что дополнительно содержит калия бихромат, жидкое стекло и гель кремниевой кислоты при следующем соотношении компонентов по массе:
аммиачная селитра - 74,50-74,98
тротил - 12
карбамид - 3,58-4,00
вода - 8
калия бихромат - 0,02
жидкое стекло - 0,05
гель кремниевой кислоты - 0,95.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
При этом признаки формулы изобретения обеспечивает решение следующих функциональных задач.
Признак «водосодержащее взрывчатое вещество… дополнительно содержит калия бихромат» способствует повышению водорастворимости окислителя - аммиачной селитры.
Признак «водосодержащее взрывчатое вещество… дополнительно содержит жидкое стекло» описывает тип используемого ингибитора, который позволяет повысить термохимическую стабильность ВВ при его контакте с сульфидсодержащими и/или оксидными рудами за счет того, что жидкое стекло эффективно нейтрализует кислоту, образующуюся в результате взаимодействия горячего раствора окислителя (аммиачной селитры) с сульфидными рудами, при этом компоненты, характерные для состава оксидных руд (железо, алюминий, хром, вольфрам, марганец), не уменьшают взрывчатые показатели ВВ в процессе его взаимодействия с рудами (Андреев К.К., Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ. - М.: Оборонгиз, 1960. - 596 с.).
Жидкое стекло также молекулярно закрепляется на поверхности бурового шлама с образованием коллоидных частиц, формирующих защитную пленку, которая затрудняет контакт окислителя (аммиачной селитры) с сульфидами (Андреев К.К., Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ. - М.: Оборонгиз, 1960. - 596 с.).
Признак «водосодержащее взрывчатое вещество… дополнительно содержит гель кремниевой кислоты» описывает тип используемого загустителя.
Признаки «при следующем соотношении компонентов по массе:
аммиачная селитра - 74,50-74,98
тротил - 12
карбамид - 3,58-4,00
вода - 8
калия бихромат - 0,02
жидкое стекло - 0,05
гель кремниевой кислоты - 0,95»
описывают оптимальное соотношение компонентов между собой.
В водосодержащем взрывчатом веществе с массовым соотношением жидкого стекла относительно других компонентов более 0,1 водородный показатель раствора окислителя (аммиачной селитры) смещается в щелочную область, где происходит образование металлических производных тротила, имеющих повышенную чувствительность к удару и трению, близкую к чувствительности инициирующих взрывчатых веществ, что снижает безопасность обращения и применения.
При массовом соотношении жидкого стекла относительно других компонентов менее 0,01 данного количества недостаточно для нейтрализации кислоты и предотвращения реакции взаимодействия раствора окислителя (аммиачной селитры) и сульфидов.
Заявляемое водосодержащее взрывчатое вещество изготавливают на местах применения в 2 этапа.
На первом этапе готовят сухую смесь, для чего перемешивают аммиачную селитру, тротил, карбамид и калия бихромат в роторном смесителе при скорости 120-180 об/мин в течение 6-8 минут при температуре окружающей среды 10-30°С.
На втором этапе в сухую смесь вводят жидкое стекло, гель кремниевой кислоты и воду и перемешивают в роторном смесителе при скорости 100-150 об/мин в течение 5-6 минут при температуре окружающей среды 10-30°С.
Составы водосодержащих взрывчатых веществ приведены в таблице 1.
Таблица 1 Составы водосодержащих взрывчатых веществ |
||||
Название компонента | Прототип | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 |
аммиачная селитра | 73 | 74,50 | 74,74 | 74,98 |
тротил | 15 | 12 | 12 | 12 |
карбамид | 4 | 3,58 | 3,79 | 4 |
вода | 8 | 8 | 8 | 8 |
калия бихромат | - | 0,02 | 0,02 | 0,02 |
жидкое стекло | - | 0,05 | 0,05 | 0,05 |
гель кремниевой кислоты | - | 0,95 | 0,95 | 0,95 |
Провели испытания полученных образцов водосодержащих взрывчатых веществ в соответствии с ГОСТ 14839.3-69, ГОСТ 7140-81, полученные характеристики приведены в таблице 2.
Таблица 2 Характеристики водосодержащих взрывчатых веществ |
||||
Показатели | Прототип | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 |
Начальная плотность, кг/м3 | 1480 | 1497 | 1506 | 1510 |
Скорость детонации, м/с | 6278 | 6370 | 6370 | 6370 |
Удельная теплота взрыва, МДж/кг | 3670 | 4154 | 4391,5 | 4629 |
Объемная теплота взрыва, МДж/кг | 5430 | 5480 | 5500 | 5520 |
Кислородный баланс, % | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
На основе данных таблицы 2 можно сделать вывод, что заявляемый состав при уменьшении содержания взрывчатого компонента (тротила) имеет более высокие параметры детонации, так как повышение концентрации двухатомных газов (входящих в состав карбамида) ведет к увеличению объема продуктов взрыва и как следствие к увеличению работы взрыва.
Водосодержащее взрывчатое вещество, содержащее аммиачную селитру, тротил, карбамид и воду в соотношении, обеспечивающем нулевой кислородный баланс, отличающееся тем, что дополнительно содержит калия бихромат, жидкое стекло и гель кремниевой кислоты при следующем соотношении компонентов по массе:
аммиачная селитра – 74,50-74,98
тротил – 12
карбамид – 3,58-4,00
вода – 8
калия бихромат – 0,02
жидкое стекло – 0,05
гель кремниевой кислоты – 0,95.