Взрывчатый состав

 

Изобретение относится к разработке взрывчатых составов, используемых для ведения взрывных работ методом шпуровых и скважинных зарядов в горнорудной промышленности. Согласно изобретению взрывчатый состав включает гранулированную пористую аммиачную селитру 93,8-90,8 мас.%, жидкий нефтепродукт 4,8-1,8 мас.%, торф 1,4-7,4 мас.%, при этом содержание жидкого нефтепродукта и торфа, соответствующее стехиометрическому соотношению окислитель - горючее, определяется зависимостью Y = К-аХ, где Х - содержание жидкого нефтепродукта в мас. %, Y - содержание торфа в мас.%, К=11,49-10,53, а=1,93-2,10. В качеств жидкого нефтепродукта могут использоваться дизельное топливо, или минеральные масла, или их смесь. Изобретение направлено на создание взрывчатого состава повышенной эффективности для взрывных работ в шпурах и скважинах для отбойки горных пород различной крепости. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к промышленным взрывчатым составам на основе невзрывчатых компонентов для ведения взрывных работ методом шпуровых и скважинных зарядов в горнорудной промышленности.

Аммиачная селитра, сенсибилизированная добавкой жидкого или твердого горючего, является самым дешевым источником энергии взрыва [1-3]. Наиболее распространенным взрывчатым составом является бинарная смесь аммиачная селитра - дизельное топливо, основным недостатком которой является то, что она легко теряет детонационную способность под воздействием воды и в результате миграции жидкого горючего из-за недостаточной удерживающей способности гранул селитры. Известно, что физическую стабильность смеси аммиачная селитра - дизельное топливо можно повысить за счет применения пористой аммиачной селитры, изготавливаемой по специальной технологии, а также путем обработки селитры тонкодисперсными твердыми горючими, например алюминиевыми порошками, древесной мукой, угольными порошками и другими добавками [3-9].

Известен взрывчатый состав, содержащий (мас.%): Аммиачная селитра - 84,5-89,95 Жидкий нефтепродукт - 2,5-5,0 Вода или водный раствор гликоля - 1,0-4,0 Перлитовый песок - 0,05-5,0 Порошкообразное органическое горючее с размером частиц 0,05-3,25 мм - 1,0-6,0 принятый авторами за прототип [10].

В качестве порошкообразного органического горючего в составе-прототипе используются торф, или лигнин, или древесная мука, или их смесь.

Недостатком состава-прототипа является многокомпонентность состава, а следовательно, высокая трудоемкость изготовления, большой критический диаметр заряда и низкая скорость детонации, что не позволяет использовать его в качестве промышленных ВВ для эффективной отбойки горных пород, в том числе крепких, а также применять для заряжания шпуров и скважин пневматическим способом из-за интенсивного пыления порошкообразного горючего и перлитового песка.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности взрывчатого состава за счет повышения детонационных параметров, снижения трудоемкости изготовления, расширения области использования и объема выпуска ВС.

Задача была решена созданием взрывчатого состава, включающего окислитель - гранулированную аммиачную селитру пористую, и горючее - жидкий нефтепродукт и порошкообразный торф, при этом содержание жидкого нефтепродукта и порошкообразного торфа, соответствующее стехиометрическому соотношению окислитель - горючее, определяется зависимостью Y=K-аХ, где Х - содержание торфа, мас. %; Y - содержание жидкого нефтепродукта, мас.%; К=11,49-10,53; а= 1,93-2,10 при следующем соотношении компонентов ( мас.%): Гранулированная аммиачная селитра пористая - 93,8-90,8 Жидкий нефтепродукт - 4,8-1,8 Порошкообразный торф - 1,4-7,4
Коэффициенты "К" и "а" определяются кислородными балансами жидкого нефтепродукта и торфа, зависящими от их элементного состава.

Предлагаемый ВС содержит до 2 мас.% сверх 100% воды (влаги), которая вводится с аммиачной селитрой и торфом, так как сушка их до абсолютно сухого состояния при их производстве экономически нецелесообразна.

Известно, что теплота и состав продуктов взрыва ВС являются оптимальными при стехиометрическом соотношении окислителя и горючего, отвечающих нулевому или близкого к нулевому кислородному балансу. Но работоспособность ВС определяется также детонационными показателями, физической стабильностью при хранении, постоянством и однородностью состава по высоте колонки заряда, которые в значительной степени определяются свойствами аммиачной селитры.

В зависимости от способа изготовления аммиачная селитра обладает различной удерживающей способностью по отношению к жидкому горючему, которая изменяется от 2,5% масс. для так называемой "плотной" аммиачной селитры до 6,5 мас.% для пористой аммиачной селитры.

Стехиометрическое соотношение для системы аммиачная селитра - жидкий нефтепродукт составляет 94,54:5,46. Аммиачная селитра, даже обработанная жидким нефтепродуктом (омасленная), остается весьма чувствительной к действию влаги (воды). Аммиачно-селитренные составы теряют сыпучесть, слеживаются в процессе хранения. Для предотвращения слеживаемости используют порошкообразные опудривающие добавки. Опудривающие твердые добавки должны быть пористыми, способными поглощать часть жидкого горючего и защищать поверхность гранул от воздействия влаги, предотвращать слеживаемость ВС и обеспечивать сыпучесть его при заряжании скважин. В качестве такой добавки в составе-прототипе выбраны торф и перлитовый песок. При наличии в составе непористой аммиачной селитры и пористых добавок в виде торфа и перлитового песка жидкое горючее в основном сорбируется не селитрой, а инертными добавками, что приводит к низкой чувствительности таких ВС к детонационному импульсу, большому критическому диаметру детонации, неравномерности распределения компонентов. Перлитовый песок, являясь инертной негорючей добавкой, флегматизирует взрывчатый состав с точки зрения энергетических характеристик. В заявляемом ВС в качестве пористых компонентов используется торф и пористая аммиачная селитра.

Торф порошкообразный - полидисперсная система, состоящая из частиц разных размеров от крупных, видимых невооруженным глазом, до коллоидных размеров [11]. Высушенный торф теряет способность насыщаться водой до первоначального объема. Брутто-формула торфа - C_45,8-50H_57-60О_20-25N_1,1-2,1; кислородный баланс минус (170-154);стехиометрическое соотношение смеси аммиачная селитра - торф=(89,5-88,5):(10,5-11,5), но эта двойная система физически нестабильна, такое количество торфа не удерживается гранулами аммиачной селитры. В процессе хранения и заряжания скважин происходит частичное ссыпание частиц торфа с гранул аммиачной селитры - расслоение взрывчатого состава.

Наличие пористой структуры у аммиачной селитры позволяет жидкому нефтепродукту легко проникать внутрь гранул, в результате чего обеспечивается достаточно равномерное распределение горючей добавки в массе аммиачной селитры, а порошкообразный торф, опудривая поверхность омасленных гранул, снижает их слеживаемость, устраняет миграцию жидкой горючей фазы из ВС. Кроме того, пористая аммиачная селитра снижает критический диаметр детонации заряда и повышает скорость детонации заявляемого ВС.

Жидкий нефтепродукт и торф относятся к органическим горючим и в предлагаемом ВС рассматриваются в виде взаимозаменяемых компонентов в стехиометрическом соотношении с аммиачной селитрой. Торф порошкообразный частично сорбирует жидкий нефтепродукт и в то же время как горючее участвует в реакции взывчатого превращения.

Зависимость нулевого или близкого к нулю кислородного баланса смесей, включающих аммиачную селитру - жидкий нефтепродукт - торф, от их соотношения приведена на чертеже, где:
ось абсцисс (X) - мас.% жидкого нефтепродукта; точка А соответствует стехиометрическому соотношению аммиачная селитра: жидкий нефтепродукт=94,54: 5,46;
ось ординат (Y) - мас.% торфа; точка Б соответствует стехиометрическому соотношению аммиачная селитра : торф=89,0:11,0 (кислородный баланс торфа принят равным минус 162);
1 - линия нулевого или близкого к нулю кислородного баланса трехкомпонентной системы аммиачная селитра - жидкий нефтепродукт - торф, описывается зависимостью Y= K-аХ, где Х - содержание жидкого нефтепродукта, мас.%; Y - содержание торфа, мас.%; К=10,53-11,49, а=1,93-2,10; коэффициенты "К" и "а" зависят от элементного состава торфа и жидкого горючего (кислородного баланса).

Рабочая область "В-Г" стехиометрического соотношения ВС установлена экспериментально и определяется физической стабильностью: точка "В" характеризует стабильность компонентного состава по отсутствию слеживаемости и сохранению сыпучести ВВ, а точка "Г" соответствует началу расслоения ВС с образованием слоя торфа за счет ссыпания его с гранул аммиачной селитры.

При использовании пористой аммиачной селитры и пористого торфа жидкое горючее одновременно сорбируется гранулами аммиачной селитры и частицами торфа, и за счет адгезионных сил улучшается распределение и сцепление порошкообразного торфа с гранулами пористой аммиачной селитры, тем самым повышается физическая стабильность заявляемого ВС.

За счет омасливания частиц торфа и лучшей адгезии их к гранулам аммиачной селитры заявляемый состав не пылит, что позволяет использовать существующие пневмозарядчики для механизированного заряжания шпуров и скважин.

Заявляемый ВС является трехкомпонентным (состав-прототип - пятикомпонентный), что снижает трудоемкость его изготовления за счет сокращения времени на подготовку компонентов и их совмещение при перемешивании.

В таблице приведены составы и основные характеристики предлагаемого ВС и состава-прототипа.

Заявляемый ВС обеспечивает основной технический результат изобретения: повышение детонационных параметров, возможность механизированного заряжания шпуров и скважин любого диаметра в породах различной крепости, снижение трудоемкости изготовления.

Указанный технический результат достигается за счет предложенных компонентов и их соотношения, выбранных из условия сбалансированного соотношения окислитель - горючее, обеспечивающего оптимальные значения полноты химического превращения, стабильность компонентного состава, улучшенные детонационные параметры. Заявляемый ВС не пылит, сохраняет сыпучесть в течение гарантийного срока хранения.

Изготовление ВС осуществляется в существующих смесителях и смесительно-зарядных машинах для производства аммиачно-селитренных ВВ.

В качестве жидкого нефтепродукта используется дизельное топливо, или минеральные масла, или их смесь, так как они имеют практически одинаковые термо-динамические свойства и близкие эксплуатационные характеристики.

Для изготовления предлагаемого ВС использовалось сырье, выпускаемое отечественной промышленностью по существующей нормативно-технической документации.

Пример изготовления образца по предлагаемому изобретению: для изготовления образца использовался торф с влажностью 15,8 мас.% (принимаем кислородный баланс равным минус 162; зависимость Y=11,0-2,01X), аммиачная селитра с влажностью 0,4%.

Состав, мас.%:
Гранулированная аммиачная селитра пористая - 93,0
Дизельное топливо - 4,0
Торф - 3,0
Вода (влажность), сверх 100% - 0,8
Теплота взрыва, кДж/кг - 3675
Кислородный баланс, % минус - 0,1
Объем продуктов взрыва, л/кг - 965
Объем токсичных газов в пересчете на СО, л/кг - 7
Скорость детонации, км/с - 4,0
Критический диаметр детонации открытого заряда, мм - 40
Насыпная плотность, кг/м³ - 800
Чувствительность к удару, % взр. - 0
Чувствительность к трению, Р_о, МПа - 485
Предлагаемый взрывчатый состав изготовлен и испытан с положительными результатами при взрываний горных пород различной крепости шпуровыми и скважинными зарядами в интервале температур плюс - минус 50^oС.

Источники информации
1. Л. В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов. Промышленные взрывчатые вещества. - М.: Недра, 1988.

2. Патент США 3279965.

3. Патент России 2147018.

4. Патент СССР 1784620.

5. Патент России 2142446.

6. Патент России 2021240.

7. Патент Великобритании 2192627.

8. Патент СССР 1811520я.

9. Патент США 3103457.

10. Патент России 2121471.

11. Химический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983, с.586.

Формула изобретения

1. Взрывчатый состав, включающий окислитель - гранулированную аммиачную селитру, горючее - жидкий нефтепродукт и порошкообразный торф, отличающийся тем, что в качестве гранулированной аммиачной селитры он содержит пористую гранулированную аммиачную селитру, а содержание жидкого нефтепродукта и порошкообразного торфа, соответствующее стехиометрическому соотношению окислитель - горючее, определяется зависимостью
Y=К-аХ,
где Х - содержание жидкого нефтепродукта в мас.%;
Y - содержание торфа в мас.%;
К=11,49-10,53;
а=1,93-2,10,
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гранулированная аммиачная селитра пористая - 93,8-90,8
Жидкий нефтепродукт - 1,8-4,8
Порошкообразный торф - 7,8-1,4
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит до 2 мас.% воды сверх 100 мас.%.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого горючего он содержит дизельное топливо, или минеральные масла, или их смесь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2