Гранулированный взрывчатый состав (варианты)

 

Изобретение относится к промышленным взрывчатым составам типа <гранулит>, применяемым для ведения взрывных работ при заряжении скважин и шпуров в сухих забоях карьеров, рудников и шахт, не опасных по газу или пыли. Предложенные составы близки или превосходят по взрывчатым характеристикам штатные промышленные ВВ, но обладают более высокой пожаро-, взрывобезопасностью и физической стабильностью при изготовлении и применении. Состав включает гранулированную аммиачную селитру, масло индустриальное и ферросилиций. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к промышленным взрывчатым составам типа гранулит, применяемым для ведения взрывных работ при заряжании скважин и шпуров в сухих забоях карьеров, рудников и шахт, не опасных по газу или пыли.

Известны гранулированные взрывчатые вещества гранулиты АС-4, АС-8, (ГОСТ 21987-76, прототип), содержащие аммиачную селитру гранулированную неводоустойчивую, или водоустойчивую, или пористую, масло индустриальное и в качестве энергетической добавки - алюминиевую пудру в соотношении, указанном в таблице 1.

Основным недостатком этих промышленных ВВ является высокая пожаро-, взрывоопасность при изготовлении и применении, обусловленная наличием в рецептуре составов химически активной мелкодисперсной алюминиевой пудры.

Даже при незначительном увлажнении мелкодисперсный алюминий способен к окислительным экзотермическим процессам, сопровождающимся выделением водорода, и, как следствие, к возгоранию и взрыву.

Поэтому для обеспечения безопасности к производствам алюминийсодержащих промышленных ВВ предъявляются специальные требования, усложняющие аппаратурное оформление и контроль технологического процесса.

Алюминиевая пудра во взвешенном состоянии в атмосфере воздуха (аэрозоль) взрывоопасна, а в насыпном состоянии пожароопасна. Согласно ГОСТ 5592-71 нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) пыли алюминия - 40 г/м³ температура самовоспламенения аэрозоля - 540^oC, пыли - 320^oC, минимальная энергия зажигания - 1 мДж.

При изготовлении гранулитов вследствие высокой удельной поверхности частиц алюминиевой пудры (S_уд ≈ 4000 см²/г, d частиц ≅ 10 мкм), а также их пластинчатой формы не происходит полного закрепления частиц на поверхности омасленных гранул аммиачной селитры. Частицы алюминиевой пудры распределены на поверхности гранул селитры в несколько слоев и в результате этого при механизированном заряжании гранулитов наблюдается интенсивный унос частиц алюминия и сильное пыление, что приводит к запыленности забоя и ухудшению санитарно-гигиенических условий труда, а также к нарушению соотношения компонентов в составе и, как следствие, к ухудшению взрывчатых характеристик. Так, по данным [Сб. "Технология приготовления и применения простейших ВВ", М. , 1996, стр. 106-114] унос алюминиевой пудры при пневмозаряжании гранулитов АС-4, АС-8 составляет до 22% от ее содержания в составе.

Кроме того, гранулиты АС-4, АС-8 при пневмозаряжании способны сильно электризоваться, так как на внутренней поверхности трубопровода образуется диэлектрическая оболочка из алюминиевой пудры, покрытой окисной пленкой из Al₂O₃, препятствующей отводу зарядов статического электричества от продукта, что повышает вероятность воспламенения несмотря на применяемые меры защиты от статического электричества (заземление зарядного оборудования, использование электропроводных зарядных шлангов, увлажнение продукта водой, впрыскиваемой при заряжании в количестве до 5%) [Сб. "Технология приготовления и применения простейших ВВ", М., 1996, стр. 144-148].

К недостаткам алюминийсодержащих гранулитов можно отнести также высокую стоимость мелкодисперсного алюминия как сырьевой базы для промышленных ВВ.

Известна также композиция промышленного гранулированного взрывчатого вещества (заявка на изобретение N 95104709/02, C 06 B, 1995 г., РФ) на основе гранулированной аммиачной селитры и минерального масла, которая в качестве энергетической добавки содержит ферросилиций, а также дополнительно поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас%: аммиачная селитра гранулированная - 87,5 - 90,5, ферросилиций - 7,5 -9,5, минеральное масло - 2,0 - 3,0, поверхностно-активное вещество св. 100% - 0,10 - 0,16.

В этой композиции устранены недостатки, характерные для алюминийсодержащих промышленных ВВ, однако по своим энергетическим характеристикам он не соответствует гранулиту АС-8, выбранному в качестве прототипа (теплота взрыва заявленной композиции - 4814 кДж/кг, гранулита АС-8 - 5225 кДж/кг, тротиловый эквивалент - 1,15 и 1,25 соответственно), что сужает область применения данного состава по условиям взрывания и крепости пород.

Для получения состава ВВ на основе ферросилиция, аналогичного гранулиту АС-8, необходимо более высокое содержание в нем ферросилиция. Однако в описании изобретения показано, что составы с содержанием ферросилиция более 9,5% физически нестабильны из-за ссыпания частиц ферросилиция.

При меньшем содержании ферросилиция (7%) частицы не полностью покрывают гранулы селитры.

Это обусловлено тем, что в заявленной композиции состава использовался ферросилиций по ТУ 14-5-239-91 с размером частиц до 500 мкм. Очевидно, что крупнодисперсные частицы трудно закрепить на поверхности гранул омасленной аммиачной селитры. Для удержания частиц на гранулах селитры введен в состав дополнительный компонент - поверхностно-активное вещество (ПАВ), что удорожает ВВ и усложняет технологию изготовления.

В процессе транспортирования, хранения и механизированного заряжания такой состав будет расслаиваться, потеряет физическую стабильность и, как следствие, ухудшатся взрывчатые характеристики.

Перечисленные в рассмотренных аналогах недостатки устранены в заявляемом составе.

Целью изобретения является создание вариантов гранулированного взрывчатого состава, аналогичных по взрывчатым характеристикам и области применения гранулитам АС-4, АС-8, но превосходящих их по пожаро-, взрывобезопасности при изготовлении и применении.

Сущность изобретения заключается в использовании в заявляемом составе в качестве энергетической добавки пожаро-, взрывобезопасного, химически инертного, недефицитного и недорогого по сравнению с алюминиевой пудрой мелкодисперсного ферросилиция - сплава железа и кремния с содержанием кремния 65 - 80% и размером частиц не более 50 мкм, в качестве окислителя - аммиачной селитры гранулированной неводоустойчивой, или водоустойчивой, или пористой, в качестве горючего - масла индустриального (предпочтительно марки И-40А по ГОСТ 20799-88) при следующем соотношении компонентов, мас.%: Мелкодисперсный ферросилиций по показателям пожаро- и взрывоопасности значительно безопаснее алюминиевой пудры. Так, чувствительность мелкодисперсного ферросилиция к тепловому импульсу меньше в 2-3 раза: температура самовоспламенения аэрозоля алюминиевой пудры - 540^oC, пыли - 320^oC, для мелкодисперсного ферросилиция эти характеристики составляют 1000 и 860^oC соответственно.

Нижний концентрационный предел, при котором аэрозоль может взорваться, у ферросилиция больше в четыре раза (150 и 40 г/м³ соответственно), чувствительность к электрическому импульсу, в том числе к электростатическому разряду, меньше на два порядка, чем у алюминиевой пудры (280 и 1 мДж соответственно).

Ферросилиций является химически инертным продуктом, не взаимодействует с водой. Поэтому при изготовлении и применении составов с ферросилицием исключаются аварийные ситуации, связанные с возможными экзотермическими окислительными процессами, характерными для алюминийсодержащих составов.

Заданные пределы массовой доли ферросилиция в вариантах заявляемого состава обусловлены необходимостью сохранения или превышения энергетических характеристик состава по сравнению с прототипом и обеспечения близкого к нулевому кислородному балансу стехиометрического соотношения компонентов для выполнения требований по количеству вредных газов в продуктах взрыва.

Использование в составе ферросилиция с дисперсностью менее 50 мкм обусловлено необходимостью обеспечения достаточно высокой удельной поверхности частиц для равномерного покрытия и закрепления их на омасленных гранулах селитры и снижения чувствительности состава к механическим воздействиям. Использование в аммиачно-селитряных смесях ферросилиция с дисперсностью более 50 мкм, по данным [Сб. "Деформирующие среды при импульсных нагрузках", Киев, 1992, стр. 127-130], приводит к существенному увеличению чувствительности этих смесей к удару и трению.

Авторами проведены исследования основных физико-химических и взрывчатых характеристик заявляемого гранулированного взрывчатого состава.

Для проведения исследований использованы опытные образцы вариантов заявляемого состава, основные характеристики которых представлены в таблице 2.

Изготовление образцов осуществлялось в две стадии: на первой стадии гранулированная аммиачная селитра перемешивалась с маслом индустриальным вручную в течение 5-7 мин, на второй стадии к омасленной селитре добавлялся ферросилиций, все компоненты перемешивались в течение 10 мин.

Массовые доли (весовые части) вводимых компонентов для каждого образца соответствовали указанным в таблице 2.

Достаточная удельная поверхность (S_удFeSi ≈ 1300 см²/г), зерненая форма частиц, а также лучшая из-за отсутствия жировой и окисной пленки на поверхности частиц адгезионная способность обеспечивают полное и равномерное распределение и закрепление частиц ферросилиция (d ≅ 50 мкм) на поверхности омасленных гранул аммиачной селитры.

При изготовлении образцов состава не наблюдается пыление, в составе отсутствуют сростки ("окатыши") из масла и ферросилиция или "свободный" ферросилиций.

Основные физико-химические и взрывчатые характеристики образцов заявляемого состава и прототипа приведены в таблице 3.

В соответствии с представленными данными варианты заявляемого взрывчатого состава по своим взрывчатым характеристикам не уступают гранулитам АС-4, АС-8 (прототипу), а по показателям, характеризующим безопасность ВВ при изготовлении и применении, их превосходят. Так, оба варианта заявляемого взрывчатого состава менее чувствительны, чем гранулиты АС-4, АС-8, а также взрывчатая композиция на основе крупнодисперсного ферросилиция (заявка N 95104709/02), к ударному трению (550, 300 и 360 МПа соответственно) и имеют более высокую температуру вспышки (288 и 265^oC соответственно).

По величине удельного объемного электрического сопротивления (3,0 - 3,8)·10⁵ Ом·м заявляемый взрывчатый состав относится к электропроводным взрывчатым материалам, что обеспечит электростатическую безопасность при пневмозаряжании.

В процессе проведения исследований установлено, что заявляемый взрывчатый состав обладает хорошей сыпучестью, при перемешивании не пылит, не слеживается и не расслаивается в процессе хранения (образцы хранились в течение 6 месяцев).

Промышленная технология изготовления заявляемого гранулированного состава на основе мелкодисперсного ферросилиция аналогична технологии изготовления гранулитов АС-4, АС-8 и заключается в просеивании, дозировании компонентов, их двухстадийном перемешивании в лопастном смесителе или в системе шнеков, расфасовывании и упаковывании готового продукта.

Вместе с тем замена алюминиевой пудры на мелкодисперсный ферросилиций упрощает технологический процесс и его аппаратурное оформление, так как исключаются операции автоматизированного контроля температуры в каждой банке и каждом технологическом аппарате с ферросилицием на наличие окислительных процессов, исключена необходимость использования аппаратов с аварийной выгрузкой продукта в случае обнаружения окислительных процессов, как это предусмотрено в аппаратах, содержащих алюминиевую пудру.

В заявляемом составе в качестве энергетической добавки используется пылевидный ферросилиций, являющийся отходом производства при измельчении товарного ферросилиция по ГОСТ 1415-93 в электрометаллургической промышленности.

Марки промышленного ферросилиция, выпускаемые в наибольшем объеме, определили в заявляемом составе пределы содержания кремния в ферросилицие - 65 - 80%. Использование ферросилиция с указанными пределами содержания кремния оптимально обеспечивает получение заданных энергетических характеристик заявляемого состава.

Пылевидный ферросилиций являлся неутилизируемым отходом производства. Использование его во взрывчатом составе позволяет провести его утилизацию, расширив тем самым сырьевую базу для промышленных взрывчатых веществ, и исключить загрязнение им окружающей среды.

Применение заявляемого состава ВВ у потребителя позволит исключить требования по пылеподавлению при заряжании шпуров и скважин в забоях и обеспечить гигиенические нормативы условий труда, а также снизить требования по электростатической безопасности.

Формула изобретения

1. Гранулированный взрывчатый состав, содержащий гранулированную аммиачную селитру, масло индустриальное и энергетическую добавку, отличающийся тем, что в качестве энергетической добавки содержит ферросилиций с содержанием кремния в пределах 65 - 80% и размером частиц не более 50 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ферросилиций - 6,5 - 7,4 Масло индустриальное - 3,0 - 4,0 Селитра аммиачная - Остальное 2. Гранулированный взрывчатый состав, содержащий гранулированную аммиачную селитру, масло индустриальное и энергетическую добавку, отличающийся тем, что в качестве энергетической добавки содержит ферросилиций с содержанием кремния в пределах 65 - 80% и размером частиц не более 50 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ферросилиций - 10,0 - 13,0 Масло индустриальное - 2,5 - 3,5
Селитра аммиачная - Остальное
3. Гранулированный взрывчатый состав по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он содержит утилизируемый в электрометаллургическом производстве ферросилиций.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4