Предохранительное взрывчатое вещество

Изобретение относится к предохранительным взрывчатым веществам 5 класса, которые могут быть использованы в патронированном виде для проведения взрывных работ в угольной промышленности в особо опасных условиях по газу и пыли. Согласно изобретению предохранительное взрывчатое вещество содержит нитроэфиры, кристаллический с удельной поверхностью частиц 800-1400 см²/г и гранулированный нитрат аммония, древесную муку, коллодионный хлопок или коллоксилин, углекислый кальций и поливинилхлорид. Данный предохранительный взрывчатый состав обладает высокими эксплуатационными характеристиками: высокой работоспособностью, высокой передачей детонации между патронами и высокой предохранительностью. 1 табл.

 

Изобретение относится к предохранительным взрывчатым веществам 5 класса, которые могут быть использованы в патронированном виде для проведения взрывных работ в угольной промышленности в особо опасных условиях по газу и пыли.

Такие ВВ должны обладать при условии обеспечения безопасности работ при изготовлении и применении также возможно максимальной работоспособностью.

Поиск, проведенный по отечественным и зарубежным источникам информации, показал, что в технике известен ряд предохранительных взрывчатых веществ 5 класса. Среди них наибольшего интереса заслуживает состав предохранительного ВВ по заявке №2001119036/02 от 09.07.2001 г.(опубл. 10.05.2003 г., БИПМ №13), содержащий нитроэфиры, хлорид аммония, нитрат аммония, карбамид, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид, древесную муку, коллодионный хлопок или коллоксилин и нитрат натрия или калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нитроэфиры 8,0-14,0

Хлорид аммония 10,0-20,0

Нитрат аммония 2,0-22,0

Карбамид 10,0-20,0

Натриевая соль карбокоиметилцеллюлозы

или полиакриламид 0,5-2,5

Древесная мука 1,0-3,0

Коллодионный хлюпок

или коллоксилин 0,2-0,4

Нитрат натрия или калия 38,3-48,1

Данное предохранительное взрывчатое вещество обладает высокими эксплуатационными характеристиками: низкой чувствительностью к удару и трению, высокой передачей детонации между патронами, достаточно высокой предохранительностью и работоспособностью (200-240 см³), но все-таки она не превышает 240 см³.

Задачей настоящего изобретения является разработка состава предохранительного взрывчатого вещества 5 класса с работоспособностью 245-260 см³ при сохранении всех остальных эксплуатационных характеристик на уровне прототипа.

Поставленная задача решается рецептурой предохранительного взрывчатого вещества, которая содержит нитроэфиры, углекислый кальций, поливинилхлорид, древесную муку, коллоидный хлопок или коллоксилин, нитрат аммония кристаллический с удельной поверхностью частиц 800-1400 см²/г и нитрат аммония гранулированный при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нитроэфиры 8,0-12,0

Нитрат аммония кристаллический

с удельной поверхностью

частиц 800-1400 см²/г 3,0-15,0

Углекислый кальций 5,7-6,7

Поливинилхлорид 7,3-8,3

Древесная мука 1,5-2,5

Коллодионный хлопок или коллоксилин 0,1-0,3

Нитрат аммония гранулированный 62,4-67,2

Так же, как и в прототипе, нитроэфиры являются сенсибилизаторами, нитрат аммония - окислителем, древесная мука - горючим и рыхлителем, коллодионный хлопок - загустителем нитроэфиров. Вместо коллодионного хлопка может быть использован коллоксилин. Углекислый кальций является охладителем. Поливинилхлорид содержит в себе 56,8% хлора, в процессе взрыва состава он взаимодействует с углекислым кальцием с образованием хлорида кальция в ультратонком состоянии, который является ингибитором воспламенения метана и угольной пыли в шахте:

2(С₂Н₃Сl)n+nСаСО₃→nСаСl₂+3H₂O+5nCO₂

Углерод доокисляется кислородом нитрата аммония. Оптимальное соотношение содержания поливинилхлорида и углекислого кальция 1,2-1,3.

В составах предохранительных взрывчатых веществ известно использование в качестве компонентов всех веществ заявляемого состава. Однако состава, в который бы входили эти вещества в таком сочетании, неизвестно.

Введение в состав углекислого кальция и поливинилхлорида и использование нитрата аммония в кристаллическом (3-15%) и в гранулированном виде (62,4-67,2%) позволило вывести из состава нитрат натрия (калия), увеличить общее содержание нитрата аммония и тем самым увеличить объем газообразных продуктов взрыва с 670-730 л/кг (прототип) до 850-870 л/кг и этим повысить работоспособность с 200-240 см³ (прототип) до 245-260 см³ при сохранении необходимых предохранительных свойств.

Рецептура с указанными пределами является оптимальной.

Снижение содержания нитроэфиров ниже 8% ведет к недопустимому снижению передачи детонации между патронами, а увеличение их количества выше 12% недопустимо, т.к. при содержании их в количестве 14% состав становится "мокрым" и наблюдается тенденция к нежелательной их эксудации.

Снижение содержания пары углекислый кальций + поливинилхлорид ниже 13% ведет к снижению предохранительных свойств состава, а увеличение выше 15% - к снижению работоспособности и нежелательному повышению отрицательного кислородного баланса.

Снижение содержания древесной муки ниже 1,5% увеличивает слеживаемость состава в процессе его хранения, а увеличение ее содержания выше 2,5% понижает плотность состава и повышает отрицательный кислородный баланс.

Уменьшение содержания коллодионного хлопка ниже 0,1% ведет к недостаточной желатинизации нитроэфиров и снижению физической стабильности состава, а повышение его содержания выше 0,3% - к появлению в составе окатышей из смеси нитроэфиры + коллодионный хлопок, так называемых "жучков", которые могут служить инициаторами воспламенения метана и сажи при взрыве в шахте.

Содержание нитрата аммония (верхний и нижний пределы) обусловлено необходимостью обеспечения кислородного баланса состава, близкого к нулевому. При этом, увеличение содержания кристаллического нитрата аммония более 15% (например, до 17% - с удельной поверхностью частиц - 1400 cм²/г) ведет к нежелательному повышению скорости детонации (до 2500 м/с) и снижению предохранительных свойств состава; уменьшение его содержания ниже 3% - к снижению передачи детонации между патронами.

Заявляемый состав характеризуется хорошими эксплуатационными показателями. Кроме более высокой работоспособности он обладает достаточно высокой передачей детонации между патронами и достаточно высокой предохранительностью. При взрывании в штреке в свободно подвешенном состоянии образцы массой 250-300 г метан не воспламеняют, что соответствует уровню требований (не менее 200 г), предъявляемых к предохранительным ВВ 5 класса

Образцы в виде патронов в бумажной оболочке диаметром 36 мм со штатным влагоизоляционным покрытием с содержанием в составе нитроэфиров 8,0-12,0% нитрата аммония кристаллического с удельной поверхностью 800-1400 см²/г 3,0-15,0%, углекислого кальция 5,7-6,7%, поливинилхлорида 7,3-8,3%, древесной муки 1,5-2,5%, коллодионного хлопка 0,1-0,3% и нитрата аммония гранулированного 62,4-67,2% при хранении в течение 6 месяцев в условиях температур от +20° С до -20° С и влажности окружающей среды от 40 до 95% по плотности состава в патронах, признаков слеживаемости и изменений детонационных характеристик не имели.

Заявляемое предохранительное взрывчатое вещество приготавливается известным в технике способом путем смешивания входящих в него компонентов в лопастном смесителе типа Вернер-Пфлейдерер. Может также смешиваться в смесителе непрерывного действия типа СНД. Сначала перемешиваются все сыпучие компоненты, а затем вводятся нитроэфиры.

Следует отметить, входящие в заявляемый состав сыпучие вещества за исключением 3,0-15,0% нитрата аммония кристаллического не требуют измельчения, что положительно отличает заявляемый состав от прототипа. Из входящих в состав прототипа веществ требуют измельчения и рассева нитрат натрия (калия) и натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (полиакриламид). Это 38,8-50,6% от входящих в состав компонентов по массе. Известно, что операции измельчения и рассева являются трудо- и энергоемкими.

Сравнение заявляемого состава с прототипом показало, что хотя они и имеют ряд одинаковых компонентов, но заявляемая рецептура отличается наличием в ней ионообменной пары углекислый кальций + поливинилхлорид (1,2-1,3), а также иным количественным составом, чем у прототипа.

Сравнение заявляемой рецептуры взрывчатого вещества не только с прототипом, но и с другими составами показало, что в технике не известно предохранительное взрывчатое вещество, в котором бы имело место предложенное сочетание компонентов. А именно такое сочетание позволило получить предохранительное взрывчатое вещество с работоспособностью 245-260 см³ при сохранении остальных характеристик на высоком уровне, т.е. решить поставленную задачу.

Входящие в рецептуру компоненты изготавливаются промышленностью. Изготовление массы производится известным в технике способом и на известном оборудовании. Наличие же взрывчатого вещества, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками и работоспособностью 245-260 см³, не вызывает сомнений.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены пять рецептур, три из которых показали оптимальные результаты.

Составы №1 и №5 хотя и обладают высокой работоспособностью (220-240 см³), но все же они по этому показателю не превосходят прототип (240 см³). Кроме того, составы.№1 и №5 имеют низкую передачу детонации между патронами.

Заявляемая рецептура предохранительного взрывчатого вещества прошла опытную проверку в условиях опытно-промышленного стенда и готовится к внедрению в производство.

Предохранительное взрывчатое вещество, содержащее нитроэфиры, нитрат аммония, древесную муку, коллодионный хлопок или коллоксилин, отличающееся тем, что оно содержит кристаллический с удельной поверхностью частиц 800-1400 см²/г и гранулированный нитрат аммония и дополнительно содержит углекислый кальций и поливинилхлорид при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нитроэфиры 8,0-12,0

Нитрат аммония кристаллический

с удельной поверхностью частиц

800-1400 см²/г 3,0-15,0

Углекислый кальций 5,7-6,7

Поливинилхлорид 7,3-8,3

Древесная мука 1,5-2,5

Коллодионный хлопок

или коллоксилин 0,1-0,3

Нитрат аммония

гранулированный 62,4-67,2