Взрывчатый состав

Изобретение относится к нитроэфирсодержащим взрывчатым веществам 2-го класса, которые могут быть использованы в патронированном виде для взрывания крепких пород в обводненных проходческих и очистных забоях на подземных горных работах, не опасных по газу и пыли, при взрывании шпуровыми зарядами. Взрывчатый состав содержит 7,0-9,0 мас.% нитроэфирного сенсибилизатора, 12,6-14,6 мас.% металлического горючего, 0,7-0,9 стеарата кальция, 0,1-0,14 мас.% загустителя нитроэфирного сенсибилизатора, 0,34-0,38 мас.% масла индустриального, 0,1-0,14 мас.% соды кальцинированной, кристаллическую и гранулированную аммиачную селитру - остальное. В качестве нитроэфирного сенсибилизатора используют нитроглицерин или смесь из 80-90 мас.% нитроглицерина и 10-20 мас.% нитродигликоля, в качестве загустителя сенсибилизатора используют коллоксилин. Экономически привлекательный состав обладает повышенной эффективностью (работоспособностью), повышенной безопасностью в процессе его изготовления и использования при одновременном сохранении нулевого кислородного баланса, как в составе по прототипу. 1 табл.

 

Изобретение относится к нитроэфирсодержащим взрывчатым веществам 2-го класса, которые могут быть использованы в патронированном виде для взрывания крепких пород в обводненных проходческих и очистных забоях на подземных горных работах, не опасных по газу и пыли, при взрывании шпуровыми зарядами.

Из уровня техники известен взрывчатый состав (ГОСТ Р 52035-2003 Вещества взрывчатые промышленные. ДЕТОНИТ МАРКИ М. Технические условия), содержащий нитроэфирный сенсибилизатор, кристаллическую аммиачную селитру, металлическое горючее, стеарат кальция, загуститель нитроэфирного сенсибилизатора, масло индустриальное, соду кальцинированную.

Известный состав обладает недостаточно высокой эффективностью взрывного действия (сумма фугасного и бризантного действия, характеризующая общую полезность при использовании взрывчатого вещества) и недостаточно высокой скоростью детонации. Кроме того, состав имеет низкую технологичность в связи с необходимостью энергоемкого измельчения основного компонента (аммиачной селитры) и высокую слеживаемость из-за мелкодисперсности последнего. Все эти недостатки отрицательно отражаются на эффективности использования взрывчатого состава, снижают его эксплуатационные свойства.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является взрывчатый состав по патенту РФ №2259343 (опубл. 27.08.2005 г.), содержащий нитроэфирный сенсибилизатор, кристаллическую и гранулированную аммиачную селитру, металлическое горючее, стеарат кальция, загуститель нитроэфирного сенсибилизатора, масло индустриальное, соду кальцинированную.

Состав по прототипу хотя и обладает уменьшенной слеживаемостью и позволяет уменьшить энергозатраты на изготовление взрывчатого вещества в сравнении с аналогом, но, тем не менее, имеет высокую себестоимость изготовления, в связи большим количеством дорогостоящих нитроэфиров, а также неудовлетворительные показатели эффективности (работоспособности) взрывчатого вещества при проведении взрывных работ и чувствительности к трению при изготовлении (операции смешения компонентов и патронирования), что снижает безопасность.

Состав по прототипу не позволяет реализовать на практике достаточно большое расстояние передачи детонации между патронами, при котором устойчиво протекает процесс взрывчатого превращения в "пассивном" патроне, инициированного ударной воздушной волной, генерируемой "активным" патроном, что увеличивает вероятность отказа детонации части шпурового заряда, а значит, приводит к неполному его взрыву. Недостаточно большое расстояние передачи детонации также способствует образованию "стакана", запрессованного в донной части шпуров невзорвавшегося взрывчатого вещества. Образование "стаканов" очень опасно, возможен взрыв при ведении бурения шпуров для подготовки проведения следующего цикла работ.

Задачей настоящего изобретения является разработка экономически привлекательного взрывчатого состава, обладающего повышенной эффективностью (работоспособностью), обеспечиваемой повышением величины теплоты взрыва, повышенной безопасностью за счет увеличения нижнего предела чувствительности к трению при изготовлении (операции смешения и патронирования) и увеличения расстояния передачи детонации между патронами, которое уменьшает вероятность отказа детонации части шпурового заряда, а значит, обеспечивает более полный его взрыв и предотвращает образование «стакана», запрессованного в донной части шпуров невзорвавшегося взрывчатого вещества, и исключает, в связи с этим, опасность взрыва при ведении бурения шпуров, при одновременном сохранении нулевого кислородного баланса как в составе по прототипу.

Поставленная задача решается предлагаемой рецептурой взрывчатого состава, который содержит нитроэфирный сенсибилизатор, кристаллическую и гранулированную аммиачную селитру, металлическое горючее, стеарат кальция, загуститель нитроэфирного сенсибилизатора, масло индустриальное, соду кальцинированную. Особенность заключается в том, что в качестве нитроэфирного сенсибилизатора он содержит нитроглицерин или смесь из 80-90 мас.% нитроглицерина и 10-20 мас.% нитродигликоля, в качестве загустителя сенсибилизатора - коллоксилин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитроэфирный сенсибилизатор	7,0-9,0
металлическое горючее	12,6-14,6
стеарат кальция	0,7-0,9
коллоксилин	0,1-0,14
сода кальцинированная	0,1-0,14
масло индустриальное	0,34-0,38
кристаллическая и
гранулированная селитра аммиачная	остальное

Нитроэфирный сенсибилизатор является взрывчатым веществом. Остальные компоненты состава являются невзрывчатыми и их разложение, а затем окислительное взаимодействие между образовавшимися газообразными продуктами, происходит после взрывчатого превращения сенсибилизатора. При этом аммиачная селитра является окислителем, а остальные компоненты, за исключением соды кальцинированной, - горючими.

Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый взрывчатый состав отличается от прототипа уменьшенным количеством нитроэфирного сенсибилизатора при одновременном увеличении содержания нитроглицерина в нем; возможностью использования как индивидуального нитроэфира, так и смеси нитроэфиров (в прототипе - только смесь нитроэфиров); иным загустителем сенсибилизатора - коллоксилин (в прототипе - коллодионный хлопок); увеличенным содержанием металлического горючего и технологической добавки - индустриального масла; уменьшенным содержанием загустителя сенсибилизатора и кальцинированной соды.

Предлагаемый состав взрывчатого вещества позволяет использовать в качестве металлического горючего, как и прототип, не только алюминий, но и менее реакционноспособный ферросилиций, а также другие сплавы кремния: ферросиликоалюминиевый и алюминиевокремниевый.

Заявляемый состав позволяет увеличить расстояние передачи детонации между патронами, эффективность, теплоту взрыва, частость взрывов, нижний предел чувствительности к трению как при использовании индивидуального нитроэфира, так и при использовании смеси нитроэфиров. Нижний предел чувствительности к удару заявляемого состава и скорость детонации находятся на уровне прототипа.

Уменьшение содержания нитроэфирного сенсибилизатора в заявляемом составе взрывчатого вещества позволяет увеличить содержание металлического горючего и, тем самым, увеличить теплоту взрыва по сравнению с прототипом, а также позволяет уменьшить содержание загустителя сенсибилизатора и кальцинированной соды.

Увеличение содержания пылящего металлического горючего потребовало увеличения технологической добавки.

Введение в состав коллоксилина, имеющего по технологии изготовления спирто-водную влажность 25-35%, вместо сухого коллодионного хлопка повышает безопасность изготовления взрывчатого состава.

Соотношение компонентов в заявляемом составе взрывчатого вещества является оптимальным и выбрано из соображений обеспечения необходимого уровня всего комплекса рассматриваемых параметров. Выход за заявляемые пределы компонентов ведет к ухудшению тех или иных характеристик.

Увеличение содержания нитроэфирного сенсибилизатора в составе выше заявленного предела приводит к увеличению чувствительности к удару и трению, а также увеличению себестоимости изготовления взрывчатого вещества.

Снижение содержания нитроэфирного сенсибилизатора уменьшает расстояние передачи детонации между патронами, скорость детонации, эффективность и частость взрывов.

Увеличение и уменьшение содержания нитроглицерина в смеси нитроэфиров, а также увеличение или уменьшение содержания металлического горючего приводят к снижению эффективности.

Отличное от заявляемых пределов содержание стеарата кальция, коллоксилина, соды кальцинированной, масла индустриального не позволяют оптимизировать содержание основного (по количеству) вещества в составе - аммиачной селитры, от которой зависит общая реакционная способность взрывчатого вещества.

Из уровня техники неизвестен состав взрывчатого вещества, в котором бы имело место предложенное сочетание компонентов и их соотношение между собой. Именно заявляемый состав компонентов взрывчатого вещества и сбалансированность предлагаемого их содержания обеспечивают достижение высокого функционального результата.

Известно, что нитроглицерин значительно более чувствителен к удару и трению, чем нитродигликоль. В связи с этим на практике используют смесевые нитроэфирные сенсибилизаторы, в которых нитроглицерин и нитродигликоль находятся в соотношении 60-70:40-30, для того чтобы приблизиться к балансу между безопасностью изготовления и транспортировки и достижением эффективности взрывного действия.

Предлагаемый состав взрывчатого вещества показал, что поставленную задачу можно решить (что не является очевидным) уменьшением количества нитроэфирного сенсибилизатора в составе взрывчатого вещества при одновременном увеличении в нем содержания нитроглицерина с возможностью использования нитроглицерина в качестве индивидуального нитроэфирного сенсибилизатора.

Рецептуры, экспериментальные результаты определения взрывчатых и детонационных характеристик, расчетные величины теплоты взрыва исследуемых образцов взрывчатых веществ предлагаемого состава и состава по прототипу приведены в таблице.

Таблица
Компоненты взрывчатого состава	Содержание компонентов в составе, мас.%
	Примеры выполнения	Прототип
1	2	3	4	5
Нитроэфирный
сенсибилизатор,	6	7	8	9	10	9,0-11,0
в т.ч. в % к общему
количеству:
нитроглицерин	100	100	100	100	100	-
или
смесь:
нитроглицерин и	75	80	85	90	95	60-70
нитродигликоль	25	20	15	10	5	40-30
Металлическое
горючее	14,8	14,6	13,6	12,6	12,0	9,7-11,7
Стеарат кальция	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6	0,7-1,3
Коллодионный
хлопок		-	-	-		0,25-0,35
Коллоксилин	0,09	0,1	0,12	0,14	0,16	-
Сода
кальцинированная	0,09	од	0,12	0,14	0,16	0,2-0,3
Масло
индустриальное	0,4	0,38	0,36	0,34	0,32	0,2-0,3
Селитра аммиачная	Остальное	Остальное

Характеристики	Значения характеристики: в числителе для индивидуального, в знаменателе для смесевого сенсибилизатора
Расстояние передачи детонации между патронами, см	$$\frac{\text{14}}{\text{12}}$$	$$\frac{\text{17}}{\text{16}}$$	$$\frac{\text{19}}{\text{18}}$$	$$\frac{\text{21}}{\text{20}}$$	$$\frac{\text{23}}{\text{22}}$$	$$\frac{\text{-}}{\text{15-16}}$$
Скорость детонации, м/с	$$\frac{\text{3970}}{\text{3990}}$$	$$\frac{\text{4270}}{\text{4280}}$$	$$\frac{\text{4370}}{\text{14340}}$$	$$\frac{\text{4330}}{\text{4310}}$$	$$\frac{\text{4300}}{\text{4290}}$$	$$\frac{\text{-}}{\text{4340-4360}}$$
Эффективность, мм	$$\frac{\text{17}\text{,2}}{\text{17}\text{,1}}$$	$$\frac{\text{19}\text{,5}}{\text{19}\text{,6}}$$	$$\frac{\mathrm{20,6}}{\mathrm{20,7}}$$	$$\frac{\text{19}\text{,8}}{\text{19}\text{,6}}$$	$$\frac{\text{19}\text{,6}}{\text{19}\text{,7}}$$	$$\frac{\text{-}}{\text{18}\text{,6-18}\text{,7}}$$
Нижний предел чувствительности к удару, мм	$$\frac{\text{400}}{\text{299}}$$	$$\frac{\text{100}}{\text{100}}$$	$$\frac{\text{70}}{\text{100}}$$	$$\frac{\text{70}}{\text{70}}$$	$$\frac{\text{70}}{\text{70}}$$	$$\frac{\text{-}}{\text{100}}$$
Частость взрывов, %	$$\frac{\text{12}}{\text{28}}$$	$$\frac{\text{44}}{\text{40}}$$	$$\frac{\text{48}}{\text{44}}$$	$$\frac{\text{56}}{\text{52}}$$	$$\frac{\text{64}}{\text{60}}$$	$$\frac{\text{-}}{\text{36-40}}$$
Нижний предел чувствительности к трению, кгс/см3	$$\frac{\text{5200}}{\text{5400}}$$	$$\frac{\text{5000}}{\text{5100}}$$	$$\frac{\text{4400}}{\text{4500}}$$	$$\frac{\text{4200}}{\text{4300}}$$	$$\frac{\text{3800}}{\text{3900}}$$	$$\frac{\text{-}}{\text{2900-3100}}$$
Теплота взрыва, ккал/кг	$$\frac{\text{1192}\text{,4}}{\text{1194}\text{,4}}$$	$$\frac{\text{1352}\text{,4}}{\text{1354}\text{,2}}$$	$$\frac{\text{1428}\text{,7}}{\text{1430}\text{,3}}$$	$$\frac{\text{1373}\text{,2}}{\text{1374}\text{,2}}$$	$$\frac{\text{1359}\text{,3}}{\text{1360}\text{,0}}$$	$$\frac{\text{-}}{\text{1317}\text{,8-1316}\text{,5}}$$

Как следует из результатов проведенных испытаний (таблица) образцов заявляемого состава, изготовленных по пяти рецептурам, три из рецептур являются оптимальными (примеры выполнения №№2-4).

Состав по примеру выполнения №1 обладает недостаточными расстоянием передачи детонации между патронами, скоростью детонации, эффективностью и теплотой взрыва, частостью взрывов.

Состав по примеру выполнения №5 характеризуется более высокими чувствительностью к удару и чувствительностью к трению.

Определение расстояния передачи детонации между патронами, скорости детонации и эффективности проводили с использованием патронов диаметром 36 мм в бумажной оболочке с массой взрывчатого вещества в патронах 200 г при плотности 1,25 г/см³.

Эффективность, характеризующая работоспособность взрывчатого вещества для образцов заявляемого состава и образца по прототипу определяли по величине обжатия свинцового крешера под воздействием массивной стальной наковальни, на поверхности которой подорван патрон взрывчатого вещества (Руднев А.Ю., Удовиченко В.П., Петров Е.А. и др. Отработка методик определения работоспособности промышленных ВВ. "Материалы и технологии XXI века", Москва: ИЭИ "Химмаш", 2000 г.).

Испытания по определению характеристик чувствительности к внешним механическим воздействиям проводились: к удару в соответствии с ГОСТ 4545-88, к трению при ударном сдвиге - ГОСТ Р 50835-95. При этом нижний предел чувствительности к удару определяли в приборе №2 при весе груза 10 кг, а частость взрывов определяли в приборе №1 при высоте 250 мм, с которой падает груз весом 10 кг.

Снижение себестоимости изготовления взрывчатого состава обусловлено уменьшением количества нитроэфиров в составе. Себестоимость изготовления 1 т состава по прототипу с использованием в нем смесевого сенсибилизатора в количестве 10 мас.% (среднее значение заявленных пределов) в настоящее время составляет 230901,54 рубля, а себестоимость изготовления 1 т заявляемого состава с использованием смесевого сенсибилизатора в количестве 8 мас.% (среднее значение заявленных пределов) составляет 198710,38 рубля. При использовании в заявляемом составе индивидуального нитроэфирного сенсибилизатора (нитроглицерин) себестоимость изготовления предлагаемого взрывчатого состава дополнительно уменьшается за счет более низкой себестоимости изготовления 1 т нитроглицерина, составляющей 1025523 рубля, по сравнению с себестоимостью изготовления 1 т смесевого нитроэфирного сенсибилизатора, составляющей 198710,38 рубля.

В технологии приготовления взрывчатого вещества используют широко применяемые на практике способы и оборудование.

Заявляемый состав взрывчатого вещества прошел опытную проверку. Полученный при проведении экспериментальных исследований комплекс характеристик свидетельствует о промышленной перспективе обогащенного потребительскими свойствами предлагаемого состава взрывчатого вещества.

Взрывчатый состав, содержащий нитроэфирный сенсибилизатор, кристаллическую и гранулированную аммиачную селитру, металлическое горючее, стеарат кальция, загуститель нитроэфирного сенсибилизатора, масло индустриальное, соду кальцинированную, отличающийся тем, что в качестве нитроэфирного сенсибилизатора он содержит нитроглицерин или смесь из 80-90 мас.% нитроглицерина и 10-20 мас.% нитродигликоля, в качестве загустителя сенсибилизатора - коллоксилин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитроэфирный сенсибилизатор	7,0-9,0
металлическое горючее	12,6-14,6
стеарат кальция	0,7-0,9
коллоксилин	0,1-0,14
сода кальцинированная	0,1-0,14
масло индустриальное	0,34-0,38
кристаллическая и
гранулированная селитра аммиачная	остальное