Эмульсионный взрывчатый состав

Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам, а именно к матричным эмульсиям и эмульсионным взрывчатым составам на их основе. Эмульсионный взрывчатый состав содержит матричную эмульсию на основе аммиачной селитры и измельченное горючее при следующем соотношении, мас. %: матричная эмульсия - 86-93, измельченное горючее -7-14, а также 0,5 мас. % нитрита натрия сверх 100 мас. %. Измельченное горючее, содержащее в мас. %: полиэтилентерефталат 5-14 и окалину железа или окалину меди 86-95, соединенные олифой путем перемешивания с последующим загущением, вводят в жидком, пастообразном или гранулированном виде в зависимости от количества и типа добавленной олифы. Обеспечивается снижение уровня опасности эмульсионного взрывчатого состава за счет исключения использования металлического горючего в виде алюминия. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам, а именно к матричным эмульсиям и эмульсионным взрывчатым составам на их основе.

Известна взрывчатая композиция многофакторного действия повышенной мощности (патент РФ №2209806, опубл. 10.08.2003, бюл. №22). Согласно изобретению взрывчатая композиция содержит азотнокислый эфир одноатомного спирта с 1-4 атомами углерода, порошкообразный окислитель -нитрат или перхлорат аммония и/или гетероциклический нитроамин, горючее -алюминий, загуститель - бутадиеновый, или бутадиеннитрильный, или бутадиенметакриловый каучук. Дополнительно взрывчатая композиция может содержать в качестве горючего минеральное масло, в качестве структурообразователя ароматические нитрозосоединения или хиноловый эфир, в качестве поверхностно-активных веществ жирные кислоты или их соли.

Недостатком данного состава является недостаточно высокая относительная работоспособность взрывчатого состава и повышенные издержки на буровзрывные работы.

Известен водосодержащий взрывчатый состав (патент РФ №2537485, опубл. 10.01.2015, бюл. №1). 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.

Недостатком данного состава является недостаточно высокая относительная работоспособность взрывчатого состава и повышенные издержки на буровзрывные работы.

Известен эмульсионный взрывчатый состав (патент РФ №1840467, опубл. 10.03.2007, №7), состав содержит, %: нитрат натрия или нитрат кальция 10-20, воду 10-20, индустриальное масло или мазут 3-6, алюминий 4-10, нитрит натрия 0,05-0,15, нитраты алифатических аминов С17-С25 или их смесь с пентаэритритовыми эфирами талловых или синтетических жирных кислот в соотношении от 66/34 до 50/50, и нитрат аммония - до 100%.

Недостатком данного состава является недостаточно высокая относительная работоспособность взрывчатого состава и повышенные издержки на буровзрывные работы.

Известен взрывчатый состав (патент №1841264, опубл. 27.12.2016, бюл. №36), состоящий из тротила, алюминиевой пудры ПП-2, сополимера ВА-20 и введена армирующая добавка стекловолокно.

Недостатком данного состава является недостаточно высокая относительная работоспособность взрывчатого состава и повышенные издержки на буровзрывные работы, а также высокая опасность использования алюминиевой пудры.

Известно водонаполненное взрывчатое вещество, (а.с. СССР №1841270, опубл. 27.12.2016 г., бюл. №36). Водонаполненное взрывчатое вещество состоит из перхлората аммония, тротила, алюминиевого порошка, нитратов аммония и кальция, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и дополнительно содержит загуститель - сульфитно-спиртовая барда.

Недостатком данного состава является недостаточно высокая относительная работоспособность и повышенные издержки на буровзрывные работы.

Известен взрывчатый состав на основе аммиачной селитры (патент РФ №2444504, опубл. 10.03.2012, бюл. №7). Взрывчатый состав содержит пористую гранулированную аммиачную селитру, ингибитор и комбинированное горючее, представляющее собой смесь динитротолуола, жидкого горючего и измельченного металлического горючего на основе алюминия, железа, кальция, магния, марганца, титана, хрома, цинка и/или их окислов, при этом жидкое горючее представляет собой масло индустриальное или масло приборное, или дизельное топливо, или мазут, или жир животный технический, или их смесь.

Недостатком данного состава является недостаточно высокая относительная работоспособность взрывчатого состава, повышенные издержки на буровзрывные работы и опасность работ при добавлении измельченного металлического горючего.

Известна матричная эмульсия для приготовления эмульсионного взрывчатого состава, принятая за прототип (патент РФ №2742487, опубл. 08.02.2021, бюл. №4). Эмульсионный взрывчатый состав, содержащий матричную эмульсию на основе аммиачной селитры, содержащую минеральное масло, эмульгатор, воду, и измельченное металлическое горючее согласно изобретению содержит матричную эмульсию на основе аммиачной селитры и измельченное металлическое горючее при следующем соотношении, в мас. %:

Матричная эмульсия

86-93

Измельченное металлическое горючее

7-14,

при этом взрывчатый состав содержит 0,5 мас. % нитрита натрия сверх 100 мас. %, а измельченное металлическое горючее в жидком, пастообразном или гранулированном виде содержит в мас. %: алюминий 5-22 и окалину железа или окалину меди 78-95, соединенные олифой путем перемешивания с последующим загущением. В качестве алюминия эмульсия содержит алюминиевую пудру ПАП-1 или ПАП-2. В качестве олифы используют натуральную, комбинированную или оксоль олифу.

Недостатком данного состава является высокая стоимость алюминия, а также опасность работ при его добавлении в качестве измельченного металлического горючего.

Техническим результатом изобретения является снижение уровня опасности эмульсионного взрывчатого состава за счет исключения использования металлического горючего в виде алюминия.

Технический результат достигается тем, что в эмульсионном взрывчатом составе, содержащем матричную эмульсию на основе аммиачной селитры, содержащую минеральное масло, эмульгатор, воду, и измельченное горючее согласно изобретению он содержит матричную эмульсию на основе аммиачной селитры и измельченное горючее при следующем соотношении, в мас. %:

Матричная эмульсия

86-93

Измельченное горючее

7-14,

при этом взрывчатый состав содержит 0,5 мас. % нитрита натрия сверх 100 мас. %, а измельченное горючее содержащее в мас. %: полиэтилентерефталат 5-14 и окалину железа или окалину меди 86-95, соединенные олифой путем перемешивания с последующим загущением, вводят в жидком, пастообразном или гранулированном виде в зависимости от количества и типа добавленной олифы.

Технический результат достигается также тем, что в качестве олифы используют натуральную олифу.

Технический результат достигается также тем, что в качестве олифы используют комбинированную олифу.

Технический результат достигается также тем, что в качестве олифы используют олифу оксоль.

Эмульсионный взрывчатый состав приготавливают следующим способом. Берут компоненты: матричную эмульсию на основе аммиачной селитры, жидкого горючего, эмульгатора, воды, добавляют в нее измельченное горючее - полиэтилентерефталат и окалину, соединенные олифой путем перемешивания с последующим загущением перед добавлением в матричную эмульсию. Перед подачей в скважину в матричную эмульсию добавляют нитрит натрия (либо другую сенсибилизирующую добавку - перекись водорода, стеклянные или пенополистирольные микросферы и т.д.).

Пропорции смешивания матричной эмульсии и измельченного металлического горючего определяют из интервала, мас. %: матричная эмульсия для приготовления взрывчатого вещества 86-93%; измельченное горючее, включающее полиэтилентерефталат и окалину, соединенные олифой путем перемешивания с последующим загущением перед добавлением в матричную эмульсию 7-14% мас. %.

Окалина - это смесь оксидов, образующихся прямым действием кислорода при накаливании на воздухе металлов. Обычно термин применяется к окислам не всех металлов, а только железа и меди. Железная окалина представляет собой смесь оксидов Fe₃O₄, FeO и Fe₂O₃, и состоит из двух слоев, легко отделяемых друг от друга. Внутренний слой пористый, черно-серого цвета, наружный плотный и с красноватым оттенком, оба слоя хрупки и обладают ферромагнитными свойствами. Состав железной окалины непостоянен и зависит от условий получения: при продолжительном накаливании на воздухе она постепенно переходит в Fe₂O₃, а последняя в белокалильном жару теряет часть кислорода, переходя в FeO. Обычно железная окалина состоит из 64-73% FeO и 36-27% Fe₂O₃, наружный слой содержит больше Ре₂О₃ - от 32 до 37%, а самый внешний слой - даже до 53%. На поверхности легированных сталей образуются сложные оксиды (NiO Fe₂O₃, FeO÷Cr₂O₃ и др.). При толщине до 40 нм слой окалины прозрачный, при толщине от 40 до 500 нм - окрашен в тот или иной цвет побежалости, при толщине свыше 500 нм окалина имеет постоянную окраску, зависящую от химического состава. Медная окалина, представляющая собой хрупкую, черно-серого цвета массу, состоит из окислов меди Cu₂O (около 75%) CuO (около 25%). Так же, как у железной окалины, состав ее непостоянен и может колебаться в зависимости от температуры и избытка кислорода при получении. Во внутренних слоях преобладает Cu₂O, в наружных - CuO. При красном калении и при достаточном количестве кислорода Cu₂O окисляется до CuO, поэтому в этих условиях медная окалина будет состоять главным образом из CuO, а при температурах выше 1100°С, вследствие разложения CuO на Cu₂O и кислород, в медной окалине будет преобладать Cu₂O. Также возможно использование качестве окалины оксида железа для окрашивания, при доступности и невысокой стоимости.

Пропорции между окалиной и горючим - полиэтилентерефталатом, соединенными друг с другом олифой принимают аналитическим, экспериментально-аналитическим или экспериментальным путями в соответствии с требуемой энергетикой эмульсионного взрывчатого состава.

Например, при использовании чистой окалины железа и чистого полиэтилентерефталата при измельчении их до размера 100 микрон необходимо брать 80% окалины железа и 20% полиэтилентерефталата. При наличии любых других примесей необходимо корректировать данную пропорцию для получения требуемого результата. Базовым критерием пропорций смешивания окалины железа и полиэтилентерефталата является газовая вредность получаемого эмульсионного или иного взрывчатого состава (таблица 1).

Как видно из таблицы 1, при превышении интервала пропорций смешивания окалины и полиэтилентерефталата с помощью олифы газовая вредность эмульсионного взрывчатого состава становится неприемлемой.

(полиэтиленгликольтерефталат, ПЭТФ, ПЭТ, ПЭТГ, лавсан, майлар) - термопластик, наиболее распространенный представитель класса полиэфиров, известен под разными фирменными названиями. Продукт поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой (или ее диметиловым эфиром); твердое, бесцветное, прозрачное вещество в аморфном состоянии и белое, непрозрачное в кристаллическом состоянии. Переходит в прозрачное состояние при нагреве до температуры стеклования и остается в нем при резком охлаждении и быстром проходе через т.н. «зону кристаллизации». Одним из важных параметров полиэтилентерефталата (ПЭТ) является характеристическая вязкость, определяемая длиной молекулы полимера. С увеличением присущей вязкости скорость кристаллизации снижается. Прочен, износостоек, хороший диэлектрик. Материал обладает высокой механической прочностью, низким коэффициентом трения и гигроскопичности, а также устойчив к многократным деформациям при растяжении или изгибе. Полиэтилентерефталат сохраняет свои высокие ударостойкие характеристики в рабочем диапазоне температур от -40°С до +60°С. Материал имеет высокую химическую устойчивость к воздействию кислот, щелочей, солей, спиртов, парафинов, минеральных масел, бензина, жиров и эфиров. ПЭТ обладает значительной пластичностью в холодном и нагретом состоянии. Электрические свойства полиэтилентерефталата при температурах до 180°С изменяются незначительно (даже при присутствии влаги). Листы из ПЭТ по светопропусканию (90%) аналогичны прозрачному оргстеклу (акрилу) и поликарбонату, но при этом в сравнении с ними обладает в 10 раз большей ударопрочностью. Использование полиэтилентерефталата позволит увеличить энергию эмульсионного взрывчатого вещества, тк дополнительная энергия будет выделяться при его сгорании в матричной эмульсии. Как описано выше полиэтилентерефталат является безопасным веществом, в сравнении с порошком алюминия.

Олифу используют для соединения окалины и полиэтилентерефталата, причем количество олифы принимают минимально необходимым для исключения смещения кислородного баланса, а также минимизации длительности последующего загущения измельченного горючего получаемого в жидком, пастообразном или гранулированном виде. Использование измельченного горючего в жидком, пастообразном или гранулированном виде позволит повысить безопасность работ по введению добавки в матричную эмульсию. Консистенция измельченного горючего зависит, в основном, от количества и типа добавленной олифы, а также технологии добавления измельченного горючего в матричную эмульсию (таблица 1). Промышленностью выпускается олифа несколько типов. Натуральная олифа - ее получают методом обработки высыхающих или смеси высыхающих и полувысыхающих масел. Натуральная олифа практически не содержит органических растворителей. Олифа натуральная изготавливается на основе конопляного или льняного масла, путем нагревания в присутствии сиккатива. Комбинированная олифа и олифа Оксоль - продукты, полученные путем окисления высыхающих и полувысыхающих масел; первые содержат 30%, вторые 45% растворителя. Комбинированные олифы главным образом применяются как полуфабрикат для изготовления масляных красок. Для получения олиф с определенным комплексом свойств в зависимости от их применения (для наружных или внутренних работ, для изготовления красок и т.д.) используют комбинации различных природных масел, например льняного и подсолнечного, или комбинации масел, прошедших различную предварительную обработку окисленного до определенной степени масла с прогретым. Олифа Оксоль на основе полувысыхающего подсолнечного масла, а также композиционные олифы, содержащие, подобно олифе «Оксоль», до 45 % растворителя. Для получения последних используют низкокачественные растительные масла. Тип олифы определяют, в основном, по экономическим соображениям.

Измельченное горючее может быть принято на основе полиэтилентерефталата или других термопластиков, позволяющих повысить энергетическую составляющую взрывчатого вещества относительно эталонного взрывчатого вещества - Аммонита 6ЖВ. Компоненты измельченного горючего - полиэтилентерефталат и окалину измельчают до размеров 100-200 микрон или меньше, либо берут готовые, например порошок оксида железа для окрашивания и порошок полиэтилентерефталат, тщательно перемешивают с друг другом, после чего полученную смесь тщательно перемешивают с олифой и выдерживают на воздухе в открытой емкости для загущения. После загустевания данной смеси производят ее добавление в матричную эмульсию взрывчатого вещества. Количество окалины железа или меди, олифы и полиэтилентерефталата принимают аналитическим, экспериментально-аналитическим или экспериментальным путями в соответствии с требуемой относительной работоспособностью эмульсионного взрывчатого состава (ЭВС), а также необходимым кислородным балансом ЭВС с учетом газовой вредности.

Состав матричной эмульсии взрывчатого вещества для приготовления в лабораторных или полевых условиях принимали следующим, мас. %:

Аммиачная селитра	75
Минеральное масло	6,5
Эмульгатор	2
Вода	остальное

Матричную эмульсию эмульсионного взрывчатого вещества изготавливали известным способом: приготовленный при температуре 80-90°С водный раствор окислителя из смеси аммиачной селитры и воды в течение 1 минуты приливали при интенсивном перемешивании к смеси из минерального масла (например, И-20) и эмульгатора, далее продолжали эмульгирование в пределах 3 минут. В полученную матричную эмульсию взрывчатого вещества добавляют измельченное горючее в пределах, указанных в таблице 2. После тщательного перемешивания в полученную матричную эмульсию добавили 0,5% водного раствора нитрита натрия сверх масся концентрацией 5+15% и перемешивают в течение 10+15 минут. Тип окалины принимают в зависимости от доступности и стоимости в конкретном регионе для снижения затрат на эмульсионный взрывчатый состав. Результаты лабораторных исследований эмульсионного взрывчатого состава приведены в таблице. Основные характеристики эмульсионного взрывчатого состава определяли по известным методикам.

Примеры 1, 2, 3, 4, 5 приготовления эмульсионных взрывчатых составов приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2 и примеров 1-5, при увеличении доли измельченного металлического горючего, из полиэтилентерефталата с окалиной, соединенных олифой возрастает относительная работоспособность ЭВС, но также возрастает динамическая вязкость. За пределами, указанными в формуле изобретения либо уменьшается относительная способность ЭВС, либо фактически теряется способность эмульсионного взрывчатого состава к перекачиванию.

Применение данного эмульсионного взрывчатого состава обеспечивает следующие преимущества:

- снижение уровня опасности эмульсионного взрывчатого состава за счет исключения использования металлического горючего в виде алюминия.

- повышение относительной работоспособности взрывчатого состава;

- снижение издержек на буровзрывные работы.

1. Эмульсионный взрывчатый состав, содержащий матричную эмульсию на основе аммиачной селитры, содержащую минеральное масло, эмульгатор, воду, и измельченное горючее, отличающийся тем, что он содержит матричную эмульсию на основе аммиачной селитры и измельченное горючее при следующем соотношении, мас. %:

Матричная эмульсия	86-93
Измельченное горючее	7-14,

при этом взрывчатый состав содержит 0,5 мас. % нитрита натрия сверх 100 мас. %, а измельченное горючее, содержащее в мас. %: полиэтилентерефталат 5-14 и окалину железа или окалину меди 86-95, соединенные олифой путем перемешивания с последующим загущением, вводят в жидком, пастообразном или гранулированном виде в зависимости от количества и типа добавленной олифы.

2. Эмульсионный взрывчатый состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве олифы используют натуральную олифу.

3. Эмульсионный взрывчатый состав п. 1, отличающийся тем, что в качестве олифы используют комбинированную олифу.

4. Эмульсионный взрывчатый состав п. 1, отличающийся тем, что в качестве олифы используют олифу оксоль.