Пороховой взрывчатый состав

 

Изобретение относится к разработке пороховых взрывчатых составов, используемых в качестве скважинных зарядов в горном деле и строительстве. Изобретение направлено на повышение эффективности порохового взрывчатого состава за счет снижения критического диаметра детонации, повышения чувствительности к детонационному импульсу (снижение расхода инициатора детонации), улучшения условия применения, обеспечения сыпучести в интервале температур ±50^oC, снижения стоимости, обеспечения постоянства компонентного состава и детонационных параметров детонации, расширения сферы применения, ассортимента и объема выпуска ВВ. Пороховой взрывчатый состав включает (в мас.%): сенсибилизатор в виде 45-65 %-ного водного или водно гликолевого раствора неорганического окислителя или его смеси с тротилом в соотношении 1:3 - 1:10 - 2-3 и бездымный порох 70 - 98. 10 з.п.ф - лы, 1 табл, 2 ил.

Изобретение относится к водоустойчивым взрывчатым составам (ВС) на основе бездымных порохов для использования в качестве промышленных взрывчатых веществ (ПВВ).

Известны ВС на основе бездымных порохов (пр. России N 2086524, 2104260, 2026274 и др. ), которые обладают достаточно высокой степенью водоустойчивости, по скорости детонации не уступают традиционным тротилсодержащим ВВ (гранулотолу).

Известно, что бездымные пороха по сравнению с тротилом имеют пониженную чувствительность к детонационному импульсу, повышенную чувствительность к механическим воздействиям. Ввод флегматизаторов в порохосодержащее ВС приводит к дальнейшему снижению чувствительности к детонационному импульсу, поэтому они используются при взрывных работах в скважинах диаметром более 150 мм.

Известен ВС (патент России N 2021239), включающий бездымный порох и 15-42 мас.% флегматизирующей жидкости в виде воды или водного ненасыщенного (1-42мас. %) раствора селитры, принятый нами в качестве прототипа к заявленному ВС. Указанный ВС относится к числу льющихся ВВ.

Недостатками состава-прототипа является: - высокое значение критического диаметра детонации открытого заряда, т. е. он может использоваться только в скважинах диаметром более 150 мм; - низкая чувствительность к детонационному импульсу, что требует для возбуждения детонации использовать промежуточные детонаторы большой массы; - низкая работоспособность из-за высокого содержания флегматизирующей жидкости; - неоднородность состава по высоте колонки заряда из-за различной плотности пороха и раствора селитры; - высокая трудоемкость при заряжении скважин, неудобство и сложность транспортировки и хранения льющегося ВС.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности порохового взрывчатого состава за счет снижения критического диаметра детонации, повышения чувствительности к детонационному импульсу (снижение расхода инициатора детонации), улучшения условий применения, обеспечивая сыпучести в интервале температур ± 50^oC, снижения стоимости, обеспечения постоянства компонентного состава и детонационных параметров, расширения сферы применения, ассортимента и объема выпуска ВВ.

Поставленная цель достигается разработкой сыпучего ВС, включающего бездымный порох и сенсибилизатор в виде 45 - 65%-ного водного или водно-гликолевого раствора неорганического окислителя или смеси его с тротилом в соотношении 1:3-1:10, при следующем соотношении компонентов, мас.% Бездымный порох - 70 - 98 Сенсибилизатор - 30 - 2 причем тротил берется в виде гранул с размером частиц 0,1-20 мм; соотношение между водой и гликолем в водном растворе неорганического окислителя берется от 3:2-2:3, в качестве неорганического окислителя выбирается нитрат аммония, или нитрат натрия, или нитрат кальция, или нитрат магния, или их смесь, а для ведения взрывных работ по породам и рудам, содержащим сульфиды, вводится св. 100% 0,05-2,0 мас.% карбамида; а в качестве бездымного пороха берется пироксилиновый порох или балластный порох, или их смесь в любом соотношении: - зерненый пироксилиновый порох одной или нескольких марок с толщиной горящего свода 1,0-2,2 мм, или измельченный баллистиный порох одной или нескольких марок с давлением возбуждения детонации 1,5-6,0 ГПа, или их смесь в любом соотношении;
- зерненый пироксилиновый порох одной или нескольких марок с толщиной горящего свода 1,0 - 2,2 мм и зерненый пироксилиновый порох одной или нескольких марок с толщиной горящего свода 0,4 - 1,0 мм в соотношении от 2:1 до 4:1;
- зерненый пироксилиновый порох одной или нескольких марок с толщиной горячего свода 1,0-2,2 и измельченный пироксилиновый порох (например, измельченная трубка) в соотношении от 1:1 до 4:1;
- зерненый пироксилиновый порох одной или нескольких марок с толщиной горящего свода 1,0 - 2,2 мм и измельченный баллиститный порох одной или нескольких марок с давлением возбуждения детонации 6,0 - 10,0 ГПа в соотношении от 2:1 до 4:1.

Размер частиц измельченных пироксилиновых и баллиститных порохов - 0,1-20 мм.

Для обеспечения сенсибилизации содержание раствора неорганического окислителя должно быть таким, которое удерживается естественной пористостью бездымных порохов.

Экспериментально установлено, что зерненые пороха различных марок способны удерживать за счет пор до 5 мас.% раствора, а измельченные - до 10 мас. %, при этом экссудации жидкости или выкристаллизации органического окислителя в процессе длительного хранения предлагаемого ВС не наблюдалось.

При наличии раствора окислителя в межгранульном пространстве ВС последний выполняет роль флегматизатора, как это указано в составе-прототипе.

При малом содержании, но равномерном распределении раствора неорганического окислителя внутри пор порохов последний выполняет в предлагаемом ВС роль сенсибилизатора взрывчатого превращения бездымных порохов, при этом снижается критический диаметр детонации открытого заряда, повышается чувствительность к детонационному импульсу, снижается масса инициирующего заряда, возбуждающего детонацию. Ввод, например, 2-10 мас.% раствора неорганического окислителя или его смеси с гранулированным тротилом (2-30 мас.%) обеспечивает сыпучесть, постоянство компонентного состава в течение всего гарантийного срока хранения и при длительном нахождении ВС как в сухих, так и обводненных скважинах. Кроме того, предлагаемый ВС в виде россыпного ВВ, содержащий водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя, или его смесь с тротилом, имеет повышенную устойчивость к тепловым воздействиям, пониженную чувствительность к механическим воздействиям и накоплению зарядов статического электрического по сравнению с исходными порохами, т.е. предлагаемый ВС имеет эксплуатационные характеристики, которые обеспечивают высокую безопасность его применения при заряжении скважин, транспортировании и хранении.

Выбор размера частиц пороха, тротила осуществляется с точки зрения обеспечения насыпной плотности ВС не ниже 0,75 г/см³ минимальных затрат на измельчение. Известно, что размеры пороховых элементов зерненых пироксилиновых порохов различных марок не превышают 20 мм и зерненые пороха имеют насыпную плотность от 0,75 до 0,95 г/см³. Исходя из равномерности компонентного состава при использовании зерненых, измельченных порохов и тротила измельчение порохов (трубки, шашки) производили до размера 20 мм без рассева на фракции и отсева мелочи, при этом минимальный размер частиц измельченного пороха, зафиксированный экспериментально, составлял 0,1 мм.

Пироксилиновые пороха изготавливаются промышленностью в виде зерна с толщиной горящего свода 0,4 - 2,2 мм и трубки. Трубка для использования в предлагаемом россыпном ВС измельчается.

В силу технологических особенностей производства марки пироксилиновых порохов с толщиной горящего свода менее 1,0 мм имеют пониженную чувствительность к детонационному импульсу по сравнению с марками порохов с толщиной горящего свода более 1,0 мм, поэтому зерненые пироксилиновые пороха с толщинами горящего свода 0,4 - 1,0 мм и 1,0 - 2,2 мм берутся в виде смеси в соотношении 1:2 - 1:4.

Трубчатый пироксилиновый порох измельчается до размера частиц 0,1 - 20 мм и используется в виде смеси с зерненым пироксилиновым порохом с толщиной горящего свода 1,0-2,2 мм в соотношении 1:1-1:4.

Баллиститные пороха отличаются большим разнообразием компонентного состава и размерами изготавливаемых шашек. В зависимости от компонентного состава их чувствительность к детонационному импульсу, характеризующаяся давлением возбуждения детонации, изменяется от 1,5 до 10 ГПа. Экспериментально установлено, что баллиститные пороха с давлением возбуждения детонации 1,5-6,0 ГПа, измельченные до размера частиц 0,1-20 мм, могут использоваться в качестве компонента предлагаемого ВС как самостоятельно, так и в смеси с зерненым пироксилиновым порохом при толщине горящего свода 1,0 - 2,2 мм в любых соотношениях.

Низкочувствительные баллиститные пороха (давление возбуждения детонации более 6 ГПа) используются в предлагаемом ВС в виде смеси с зерненым пироксилиновым порохом с толщиной горящего свода 1,0 - 2,2 мм в соотношении 1: 2-1:4.

Безотказность работы скважинного заряда из предлагаемого ВС, безопасность его транспортировки, хранения и применения обеспечивается выбором типа и количества сенсибилизатора, соотношением компонентов, маркой бездымного пороха. Предлагаемый ВС позволяет использовать все марки зерненых пироксилиновых порохов, трубчатые пироксилиновые пороха после их измельчения до размера частиц 0,1-20 мм без отсева мелочи, сферического пороха, имеющего размер частиц 0,1-20 мм, что значительно снижает стоимость ВВ, трудо-и энергозатраты на его изготовление.

Совместное использование в качестве сенсибилизатора 45...65%-ного водного или водно-гликолевого раствора окислителя и тротила объясняются областью применения ВС, диаметры скважин при взрывных работах изменяются от 90 до 256 мм, а крепость пород от 1 до 20 по шкале Протодьяконова. Для ведения взрывных работ по породам с крепостью от 12 до 20 в скважинах до 150 мм безотказно работает предлагаемый ВС, содержащий в качестве сенсибилизатора смесь из 45...65%-ного раствора неорганического окислителя и тротила, взятую в соотношении 1:3-1:10 вне зависимости от марки и типа бездымного пороха.

На фиг. 1, 2 приведена зависимость критического диаметра детонации открытого заряда (d кр., мм) от содержания сенсибилизатора (%) в виде 45... 65%-ного водного раствора неорганического окислителя (аммиачной селитры) - фиг. 1, и смеси водного раствора неорганического окислителя с тротилом (фиг. 2) при соотношении 1:5 (кривые 1, 2, 3, 4, 5):
1 - зерненый пироксилиновый порох с толщиной горящего свода 1,0 - 2,2 мм;
2 - смесь зерненых пироксилиновых порохов с толщиной горящего свода 1,0 - 2,2 и 0,4-1,0 мм в соотношении 1:3;
3 - смесь зерненого пироксилинового пороха с толщиной горящего свода 1,0 - 2,2 мм и измельченного до 0,1 - 20 мм пирокислинового пороха при соотношении 1:3;
4 - измельченный до 0,1 - 20 мм баллиститный порох с давлением возбуждения детонации 1,5 - 6,0 ГПа;
5 - зерненый пироксилиновый порох с толщиной горящего свода 1,0 - 2,2 мм и измельченный до 0,1 - 20 мм баллиститный порох с давлением возбуждения детонации 6,0 - 10,0 Г Па в соотношении 3:1.

Предлагаемый ВС используется для введения взрывных работ в скважинах любой степени обводненности, т.к. пироксилиновые, баллиститные пороха и тротил нерастворимы в воде, поры, заполненные 45-66%-ным раствором селитры, предотвращают "замокание" порохов при длительном нахождении ВС в обводненных скважинах. Он также может использоваться для ведения взрывных работ в породах и рудах, содержащих сульфиды, т.к. содержание селитры во ВС мало и, кроме того, в этом случае дополнительно в состав вводится 0,05...2 мас.% карбамида св. 100 мас.%, выполняющего роль стабилизатора химической стойкости ВС.

Предлагаемый взрывчатый состав изготавливается следующим образом: предварительно готовится 45. ..65%-ный водный или водно-гликолевый раствор нитрата аммония, или натрия, или кальция, или магния, или смеси нитратов при температуре (40±5)^oC. После растворения селитры раствор принимает температуру 15-20^oC. Для использования предлагаемого ВС в сульфидсодеращих породах и рудах в раствор добавляется карбамид.

Пироксилиновая трубка, баллиститный порох в виде трубки или зарядов различных массо-габаритных характеристик измельчаются до размера частиц 0,1-20 мм. Отсев мелочи не производится. Смешение различных марок зерненого пироксилинового пороха с измельченным пироксилиновым или баллиститным порохами осуществляется в смесителях, используемых при производстве аммиачно-селитренных или тротилсодержащих ВВ.

Полученная смесь порохов обрабатывается при перемешивании 45...65%-ным раствором неорганического окислителя до получения однородной смеси.

При использовании в качестве сенсибилизатора смеси раствора окислителя и тротила тротил вводится в смесь порохов, перемешивается до получения однородной смеси, которая затем обрабатывается раствором окислителя до получения однородного сыпучего взрывчатого состава.

Предлагаемый ВС упаковывается в многослойные бумажные мешки массой по 40 кг, как это принято для россыпных штатных промышленных ВВ.

Примеры предлагаемого ВС и его основные характеристики приведены в таблице в сравнении с составом-прототипом.

Как следует из таблицы и фиг. 1.2, предлагаемый взрывчатый состав значительно превосходит прототипом по уровню работоспособности, работает в скважинах диаметром 90 - 150 мм, в которых состав-прототип не работает. Минимальная масса инициирующего заряда в 6 - 10 раз ниже, чем для прототипа, что обеспечивает безотказную работу скважинного заряда при меньшей навеске промежуточного детонатора. Предлагаемый состав сохраняет сыпучесть в интервале температур от минус 50 до плюс 50^oC; температурный интервал применения от плюс 50 до минус 50^oC, для прототипа от 50 до минус 15^oC; для транспортировки его не требуется разработки специальной транспортной тары; он упаковывается в многослойные бумажные мешки по 40 кг, как это принято для штатных промышленных ВВ.

Предлагаемый ВС не пылит, не гигроскопичен, не слеживается и не увлажняется, стабилен в процессе хранения и применения.

Заражение скважин производится по существующей технологии ведения взрывных работ с использованием штатных инициаторов.

Предлагаемый ВС используется в горнодобывающей, строительной промышленности для отбойки горных пород с крепостью до 20 по шкале М.М.Протодьяконова в сухих и обводненных условиях, в т.ч. сульфидсодержащих руд в интервале температур от минус 50 до плюс 50^oC.

Формула изобретения

1. Пороховой взрывчатый состав, включающий бездымный порох, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сенсибилизатор в виде 45 - 65%-ного водного или водно-гликолевого раствора неорганического окислителя или его смеси с тротилом в соотношении 1 : 3 - 1 : 10, при этом входящие компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%
Бездымный порох - 70 - 98
Сенсибилизатор - 30 - 2
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сверх 100% 0,05 - 2,0 мас.% карбамида.

3. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве бездымного пороха содержит зерненый пироксилиновый, или измельченный пироксилиновый, или измельченный баллиститный порох, или их смесь в любом соотношении.

4. Состав по п.3, отличающийся тем, что бездымный порох содержит одну или несколько марок зерненых пироксилиновых порохов с толщиной горящего свода 1,0 - 2,2 мм, или одну или несколько марок измельченных баллистических порохов с давлением возбуждения детонации 1,5 - 6,0 ГПа, или их смесь в любом соотношении.

5. Состав по п.3, отличающийся тем, что бездымный порох содержит одну или несколько марок зерненых пироксилиновых порохов с толщиной горящего свода 1,0 - 2,2 мм и измельченный пироксилиновый порох в соотношении 1 : 1 - 4 : 1.

6. Состав по п.3, отличающийся тем, что бездымный порох содержит одну или несколько марок зерненых пироксилиновых порохов с толщиной горящего свода 1,0 - 2,2 мм и одну или несколько марок зерненых пироксилиновых порохов с толщиной горящего свода 0,4 - 1,0 мм в соотношении 2 : 1 - 4 : 1.

7. Состав по п.3, отличающийся тем, что бездымный порох содержит одну или несколько марок зерненых пироксилиновых порохов с толщиной горящего свода 1,0 - 2,2 мм и одну или несколько марок измельченных баллиститных порохов с давлением возбуждения детонации 6 - 10 ГПа в соотношении 2 : 1 - 4 : 1.

8. Состав по любому из пп.3, 4, 5 и 7, отличающийся тем, что измельченные пироксилиновые и баллиститные пороха содержатся в виде частиц размером 0,1 - 20,0 мм.

9. Состав по п.1, отличающийся тем, что тротил содержится в виде гранул с размером частиц 0,1 - 20,0 мм.

10. Состав по п. 1, отличающийся тем, что содержание воды и гликоля в водно-гликолевом растворе берется в соотношении 2 : 1 - 1 : 2.

11. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганического окислителя берется нитрат аммония, или нитрат натрия, или нитрат кальция, или нитрат магния, или их смесь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4