Водосодержащий взрывчатый состав
Владельцы патента RU 2537485:
Морозов Андрей Михайлович (RU)
Савин Юрий Павлович (RU)
Артемьев Александр Анатольевич (RU)
Архипов Михаил Сергеевич (RU)
Изобретение относится к области производства водосодержащих промышленных взрывчатых веществ на основе загущенного водного раствора горючего и окислителей, сенсибилизированного взрывчатыми материалами. Водосодержащий взрывчатый состав содержит сбалансированный водный раствор горючего и окислителей из аммиачной селитры, натриевой селитры и карбамида, загущенный полиакриламидом с применением в качестве структурирующей добавки сульфата алюминия. В качестве сенсибилизатора взрывчатый состав содержит многоканальные пироксилиновые пороха с толщиной горящего свода 0,7- 1,5 мм или смесь указанных порохов с чешуированным тротилом при содержании пороха в составе 20-45 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%: сенсибилизатор 25,0-65,0, натриевая селитра 5,0-8,0, карбамид 4,0-6,0, вода 9,0-12,0, полиакриламид 0,5-1,5, сульфат алюминия 0,02-0,3, аммиачная селитра - остальное. Предложенный состав обеспечивает достаточную чувствительность к детонационному импульсу при инициировании его с устойчивой детонацией от КД, ЭД и НСИ в тонкой полимерной оболочке с толщиной слоя от 20 мм и выше. Данный состав обладает повышенной работоспособностью (в 2,5-3 раза по сравнению с применяемым аммонитом №6ЖВ), водоустойчив, отвечает требованиям санитарной и экологической безопасности при проведении взрывных работ. 1 табл.
Изобретение относится к области водосодержащих промышленных взрывчатых веществ на основе загущенного водного раствора горючего и окислителей, сенсибилизированного взрывчатыми материалами.
Известен водосодержащий взрывчатый состав (патент РФ №2026272), включающий (масс.%): измельченный баллиститный порох 15-20, аммиачную селитру 45-60, воду 9-13, загуститель 0,5-2, сшивающий агент 0,05-0,1, остальное - пироксилиновый порох.
В качестве загустителя в этом составе используется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид, а в качестве сшивающего агента - бихромат калия или квасцы хромовокалиевые или сернокислое трехвалентное железо.
Недостатком этого состава является санитарная и экологическая опасность продуктов взрыва, измельчение сенсибилизатора и недостаточная стабильность детонационных характеристик в процессе хранения.
Наиболее близким к предложенному является водосодержащий взрывчатый состав (заявка на изобретение РФ №2008146037, опуб. 27.05.2010), включающий взрывчатые вещества, измельченные до размеров частиц 0,05-3,0 мм: баллиститное твердое ракетное топливо или пироксилиновые, или баллиститные артиллерийские пороха, или флегматизированный гексоген, или смеси флегматизированного гексогена с алюминием, или гексогена с тротилом, или гексогена с тротилом и алюминием, или тротил, или их смесь в любом соотношении 2,0-60,0%, растворимые в воде азотнокислые соли металлов или их смесь 6,0-2,0% (азотнокислый натрий или азотнокислый калий, или азотнокислый кальций, или их смесь), органическое горючее 15-5,0% (минеральное масло или твердые парафины, или их семь), загуститель 0,3-1,0% (полиакриламид, соли карбоксиметилцеллюлозы или гуаровую муку), сшивающий агент 0,05-0,01% (сернокислый алюминий или трехвалентное сернокислое железо), стабилизатор физической стойкости 0,05-0,1% (производные алкилполиэтиленовых эфиров изотридецилового спирта, или моно- и диалкилфенил оксиполиэтиленгликолевых эфиров, или полиоксиэтилированных эфиров жирных спиртов), вода 12,0-9,0%, аммиачная селитра остальное.
Недостатком этого состава является применение в качестве сенсибилизатора измельченных взрывчатых материалов. Технологическая операция измельчения взрывчатых материалов является опасной, низко производительной, требующей больших материальных затрат. Проведенные исследования выявили пониженную чувствительность состава к детонационному импульсу, затухание детонации в заряде (детонационное горение не переходящее в детонацию).
Задачей настоящего изобретения является повышение чувствительности водосодержащего взрывчатого состава к детонационному импульсу при инициировании его от любых промышленных средств инициирования: КД (капсюли-детонаторы), ЭД (электродетонаторы), НСИ (неэлектрические системы инициирования), ДШ (детонирующие шнуры), исключающие применение дополнительного детонатора, стабилизация детонационных и физико-механических характеристик состава, при обеспечении безопасности его производства и применения.
Поставленная задача решается тем, что водосодержащий взрывчатый состав, включающий пироксилиновые пороха или их смесь с тротилом в качестве сенсибилизатора, аммиачную селитру, натриевую селитру, карбамид, полиакриламид, сульфат алюминия и воду, согласно изобретению в качестве сенсибилизатора включает многоканальные пироксилиновые пороха с толщиной горящего свода 0,7-1,5 мм или их смесь с чешуированным тротилом при содержании пороха в составе 20-45 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас%:
Сенсибилизатор | 25,0-65,0 |
Натриевая селитра | 5,0-8,0 |
Карбамид | 4,0-6,0 |
Вода | 9,0-12,0 |
Полиакриламид | 0,5-1,5 |
Сульфат алюминия | 0,02-0,3 |
Аммиачная селитра | Остальное |
Технический результат, достигаемый предложенным изобретением, заключается в повышении инициирующей способности пороховых элементов за счет капсулирования в них воздуха. Технический результат достигается применением в составе водосодержащего взрывчатого вещества определенного количества частиц твердого компонента (многоканальные пироксилиновые пороха) сенсибилизатора, выраженное в процентном соотношении количества сенсибилизатора в составе взрывчатого вещества и необходимого объема сбалансированного водного раствора горючего и окислителей, загущенного полиакриламидом, выраженное в процентном соотношении, в составе взрывчатого вещества. Кинематическая вязкость загущенного водного раствора, определенная по ГОСТ 33-2000, находится в пределах 80-190 см2/сек. За счет высокой вязкости загущенного раствора в каналах пороховых элементов многоканальных пироксилиновых порохов капсулируется воздух, который является инициатором детонации. При этом как в каналах пороховых элементов, так и между пороховыми элементами сенсибилизатора первоначально возникают интенсивные воздушные ударные волны, распространяющиеся между пороховыми элементами сенсибилизатора со скоростью, значительно превышающие (на 20-50%) скорость детонационной волны отдельного порохового элемента, эти волны, инициируют детонацию следующих пороховых элементов сенсибилизатора до прихода фронта детонационной волны, движущейся по предыдущему элементу, в результате усиливается инициирующая способность пороховых элементов. При этом детонационная волна распространяется не сплошным фронтом, а по отдельным пороховым элементам, т.е. в заряде устанавливается пульсирующий режим детонации со скоростью большей на 20-50% скорости детонации порохового элемента сенсибилизатора, способствующий в среде загущенного водного раствора горючего и окислителей более длительному поддержанию давления и полезному увеличению импульса взрыва.
Известны взрывчатые составы, содержащие многоканальные пироксилиновые пороха. Например, пороховой взрывчатый состав (RU 2122990 C1, опуб. 10.12.1998) содержит бездымный порох, например зерненный пироксилиновый или измельченный пироксилиновый порох, а также сенсибилизатор в виде 45-65% 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, масс %: бездымный порох - 70-98, сенсибилизатор - 30-2. Однако для обеспечения сенсибилизации данного состава используется естественная пористость пороховых элементов. Экспериментально была определена величина кинематической вязкости водного или водно-гликолевого раствора неорганического окислителя или его смеси с тротилом по ГОСТ 33-2000 (1,0-9,0 см2/сек), которая в 10-200 раз ниже, чем кинематическая вязкость загущенного раствора в предложенном составе. Такая низкая вязкость обеспечивает заполнение каналов пороховых элементов указанным раствором окислителя с вытеснением из них воздуха, что приводит к потере восприимчивости к детонационному импульсу при инициировании от ЭД, КД, НСИ, ДШ, данные составы инициируются только от промежуточного детонатора.
Другой известный пороховой взрывчатый состав (RU 2130446 C1, опуб. 20.05.1999) содержит пироксилиновый порох, например, в том числе в виде многоканальных зерен, в количестве 80,0-96,5, воду - 0,5-3,8, неорганический окислитель - 1,5-19,0 и масло минеральное, или каменноугольное, или их смесь - 0,5-2,5 мас.%. Но при его изготовлении сначала проводят увлажнение пироксилинового пороха до равновесного насыщения водой, а затем смешивают его с окислителем и маслом. В результате каналы многоканального пироксилинового пороха заполняются водой до вытеснения из них воздуха, что приводит к потере восприимчивости к детонационному импульсу при инициировании от ЭД, КД, НСИ, ДШ, данные составы инициируются только от промежуточного детонатора.
Предложенный водосодержащий взрывчатый состав изготавливают следующим образом. Загущенный водный раствор горючего и окислителя подготавливается отдельно. В отмеренное количество воды при постоянном нагреве и перемешивании загружают навески аммиачной селитры, натриевой селитры, карбамида, полиакриламида и выдерживают до полного растворения. Полученный загущенный водный раствор горючего и окислителей разливают в тару. Загрузку и смешение сенсибилизатора производят в отдельной технологической емкости, для этого в отмеренное количество загущенного водного раствора окислителей и горючего вводят навески необходимого количества сенсибилизатора, аммиачной селитры и перемешивают. Сшивающий агент вводится на последней стадии изготовления.
В таблице приведены примеры рецептур водосодержащего взрывчатого состава и их детонационные свойства.
Проведенные испытания по определению детонационных характеристик водосодержащего взрывчатого состава выявили зависимость параметров детонации от размера пороховых элементов, входящих в его состав. Экспериментальные данные, приведенные в таблице, подтверждают отсутствие восприимчивости к детонационному импульсу от КД, ЭД, НСИ состава с измельченным сенсибилизатором и составов с одноканальными пироксилиновыми порохами 4/1 и 6/1 с толщиной горящего свода менее 0,7 мм.
Сбалансированный водный раствор горючего и окислителя, загущенный полиакриламидом с применением в качестве сенсибилизатора многоканальных пироксилиновых порохов обеспечивает стабильную чувствительность к детонационному импульсу, устойчиво детонирует от КД, электродетонаторов и неэлектрических систем инициирования с получением стабильных максимальных значений детонационных характеристик состава.
Проведенные испытания показали устойчивую работу водосодержащего взрывчатого состава при содержании в нем многоканальных пироксилиновых порохов марок 9/7-14/7 от 25 до 65 мас.% от электродетонаторов типа ЭД-8 и неэлектрических систем инициирования со скоростью детонации V=6,2-6,8 км/с.
Предложенный состав обеспечивает достаточную чувствительность к детонационному импульсу при инициировании его с устойчивой детонацией от КД, ЭД и НСИ в тонкой полимерной оболочке с толщиной слоя от 20 мм и выше. Данный состав обладает повышенной работоспособностью (в 2,5-3 раза по сравнению с применяемым аммонитом №6ЖВ), водоустойчив, отвечает требованиям санитарной и экологической безопасности при проведении взрывных работ.
При введении в состав в качестве сенсибилизатора смеси многоканальных пироксилиновых порохов с тротилом чешуированным при содержании пороха в составе от 20 до 45 мас.% детонационные параметры сохранились устойчивыми.
Применение в составе натриевой селитры повышает его морозостойкость и снижает количество вредных газов в продуктах взрыва.
Использование в качестве загустителя полиакриламида, а в качестве сшивающего агента сульфата алюминия обеспечивает регулировку реологических характеристик загущенного водного раствора и обеспечивает поддержание стабильно высокой детонационной способности состава при длительном хранении, значительно упрощается технологический процесс его изготовления.
Таблица | |||||||||||||||
КОМПОНЕНТЫ | СОДЕРЖАНИЕ КОМПОНЕНТОВ СЕНСИБИЛИЗАТОРА, MAC.% | ||||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
Порох 4/1 с t=0,4 мм пироксилиновый | 35% | 45% | 60% | 25% | 45% | ||||||||||
Порох 6/1 с t=0,6 мм пироксилиновый | 35% | 60% | |||||||||||||
Порох 9/7 с t=0,7 мм пироксилиновый | 25% | 60% | 20% | 45% | |||||||||||
Порох 14/7 с t=1,4 мм пироксилиновый измельченный | 35% | 50% | 25% | 45% | |||||||||||
Тротил чешуированный | 30% | 15% | 30% | 15% | 30% | 15% | |||||||||
ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ, МАС.% | |||||||||||||||
Сенсибилизатор | 35 | 45 | 60 | 35 | 60 | 25 | 60 | 35 | 50 | 50 | 60 | 55 | 60 | 55 | 60 |
Натриевая селитра | 5 | 6 | 7 | 8 | 6 | 8 | 5 | 5 | 8 | 4 | 6 | 5 | 8 | 8 | 7 |
Карбамид | 4 | 6 | 5 | 6 | 4 | 6 | 4 | 5 | 6 | 5 | 4 | 6 | 4 | 5 | 6 |
Вода | 10 | 9 | 12 | 11 | 9 | 12 | 9 | 11 | 9 | 10 | 12 | 12 | 9 | 9 | 12 |
Полиакриламид | 1,5 | 0,8 | 0,6 | 0,9 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 0,9 | 1,5 | 1,4 | 0,5 | 1,2 | 0,6 | 1,5 | 0,8 |
Сульфат алюминия | 0,04 | 0,09 | 0,2 | 0,1 | 0,06 | 0,2 | 0,07 | 0,2 | 0,05 | 0,1 | 0,08 | 0,3 | 0,08 | 0,06 | 0,2 |
Аммиачная селитра | 44,46 | 33,11 | 15,2 | 39 | 19,94 | 47,8 | 21,43 | 42,9 | 25,45 | 29,5 | 17,42 | 20,5 | 18,32 | 21,44 | 14 |
Детонация от ЭД-8 в полимерной оболочке с t кр=20 мм (критическая толщина детонационного слоя) | отказ | отказ | отказ | отказ | отказ | детонация | детонация | отказ | отказ | детонация | детонация | отказ | отказ | отказ | отказ |
Водосодержащий взрывчатый состав, включающий пироксилиновые пороха или их смесь с тротилом в качестве сенсибилизатора, аммиачную селитру, натриевую селитру, карбамид, полиакриламид, сульфат алюминия и воду, отличающийся тем, что в качестве сенсибилизатора включает многоканальные пироксилиновые пороха с толщиной горящего свода 0,7-1,5 мм или их смесь с чешуированным тротилом при содержании пороха в составе 20-45 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас%:
Сенсибилизатор | 25,0-65,0 |
Натриевая селитра | 5,0-8,0 |
Карбамид | 4,0-6,0 |
Вода | 9,0-12,0 |
Полиакриламид | 0,5-1,5 |
Сульфат алюминия | 0,02-0,3 |
Аммиачная селитра | остальное |