RU2847320C2 - Взрывчатый состав - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано для ручного или механизированного заряжания шпуров и скважин на открытой поверхности и в забоях подземных выработок при отбойке горных пород. Взрывчатый состав содержит в качестве окислителя гранулированную плотную аммиачную селитру и/или гранулированную пористую аммиачную селитру, нитрованное углеводородное горючее в качестве сенсибилизатора, жидкое топливо, ингибитор, энергетическую добавку. В качестве нитрованного углеводородного горючего используют тротил, растворенный в жидком топливе. В качестве жидкого топлива используют смесь моноалкильных эфиров жирных кислот и/или триацетин. В качестве ингибитора используют карбамид или уротропин при следующем соотношении компонентов, мас. %:

гранулированная плотная аммиачная селитра 60,0-67,0 гранулированная пористая аммиачная селитра 22,0-27,0 или гранулированная плотная аммиачная селитра 82,0-94,0 или гранулированная пористая аммиачная селитра 82,0-94,0 смесь моноалкильных эфиров жирных кислот 0,1-7,9 триацетин 0,1-7,9 или смесь моноалкильных эфиров жирных кислот 3,0-8,0 или триацетин 3,0-8,0 тротил 0,0-1,0 энергетическая добавка 0,0-10,0 ингибитор-карбамид или уротропин 0,0-3,0

Обеспечивается повышение детонационной способности и безопасности при изготовлении и эксплуатации. 2 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к взрывчатым веществам, в частности к аммиачно-селитренным гранулированным промышленным взрывчатым веществам (ПВВ), и может быть использовано для ручного или механизированного заряжания шпуров и скважин на открытой поверхности и в забоях подземных выработок при отбойке горных пород, в том числе содержащих сульфидные руды.

Из уровня техники известен ряд взрывчатых составов с использованием гранулированной аммиачной селитры и нитросоединений ароматических углеводородов как сенсибилизатора, включаемых в рецептуру в виде кусочков (гранул) или в виде высокотемпературного плава с гранулированной аммиачной селитрой. Полная или частичная замена тротила в твердом виде на менее опасные нитросоединения ароматических углеводородов снижает чувствительность состава к внешним воздействиям.

Известен взрывчатый состав, содержащий в качестве окислителя пористую аммиачную селитру или ее смесь с гранулированной плотной аммиачной селитрой в соотношении 50/50, в качестве твердого горючего - нитросоединение и жидкого горючего - нефтепродукт, выбранный из ряда, включающего минеральное масло, дизельное топливо, а в качестве стабилизатора - дифениламин или карбамид, причем в качестве твердого горючего содержит динитросоединение: динитротолуол или динитронафталин, или смесь динитросоединения с тротилом, при этом динитросоединение и тротил содержит в виде элементов размером до 10 мм и до 20 мм соответственно, и динитросоединение введено при температуре не выше 35°С при следующем содержании компонентов, мас.%: аммиачная селитра 76,4-97,9; динитросоединение или его смесь с тротилом 0,8-17,6; нефтепродукт 1-4; стабилизатор химической стойкости 0,3-2 (см. патент РФ № 2701934 по МПК C06B 31/32, опубл. 02.10.2019.).

Известный взрывчатый состав при наличии достоинства в части возможности его использования при разработке горных пород, содержащих сульфидные руды, имеет следующие недостатки:

- содержание ингибитора в заявленных пределах в сочетании с другими компонентами и при отсутствии энергетической добавки снижает кислородный баланс ниже минус 1,3%, что приводит к невозможности применения состава на практике для разрушения крепких пород, а также обеспечивает пригодность состава исключительно для разрушения слабосульфидных руд;

- низкая детонационная способность - значительный критический диаметр детонации, который в картонной оболочке составляет 70-105 мм для состава с приемлемым кислородным балансом от минус 1,3 до минус 3,7, остальные образцы, приведенные в данном аналоге имеют среднее значение кислородного баланса более минус 5% и не пригодны для практического использования;

- использование крупнодисперсного динитротолуола, или динитронафталина, или смеси одного из этих динитросоединений с тротилом при небольшом содержании нефтепродукта характеризуется сильным пылением, что снижает безопасность изготовления состава;

- повышенное содержание (до 17,6 мас. %) крупнодисперсного сенсибилизатора с размером частиц до 10-20 мм увеличивает стоимость изготовления состава, при этом малоэффективно в части снижения критического диаметра детонации по сравнению с использованием жидкого сенсибилизатора (Промышленные взрывчатые вещества/ Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И - 3-е изд., переработ и доп. - М.: Недра, 1988 - С. 254, 288);

- узкая сырьевая база аммиачной селитры - не используется гранулированная плотная аммиачная селитра как моноселитра, в виду того, что используемое в качестве жидкого топлива дизельное топливо, являющееся нефтепродуктом, стекает с гранул, не впитываясь в них;

- использование дизельного топлива, являющегося нефтепродуктом, характеризуется выделением резкого запаха при несанкционированном проливе в замкнутом объеме, токсичных веществ в виде диоксида серы, окиси углерода при горении, что снижает безопасность процессов изготовления и применения состава.

Указанные недостатки повышают стоимость производства известного взрывчатого состава, увеличивают опасность процесса его изготовления и применения, а также снижают эксплуатационные характеристики (плотность, относительную работоспособность, детонационную способность).

Наиболее близким по технической сущности является взрывчатый состав, содержащий аммиачную селитру в качестве окислителя, нитрованное углеводородное горючее в качестве сенсибилизатора, жидкое топливо, ингибитор, причем дополнительно содержит энергетическую добавку, в качестве аммиачной селитры содержит гранулированную плотную аммиачную селитру и/или гранулированную пористую аммиачную селитру, в качестве нитрованного углеводородного горючего содержит эвтектическую смесь, по меньшей мере, двух нитрованных ароматических углеводородов, в качестве жидкого топлива используют биотопливо в виде смеси моноалкильных эфиров жирных кислот (см. патент РФ № 2778016, МПК C06B 31/28, опуб. 12.08.2022).

Известный взрывчатый состав имеет следующие недостатки:

- дефицитная сырьевая база, предполагающая использование не менее двух видов нитрованных ароматических углеводородов,

- высокая токсичность динитрованных ароматических углеводородов (в частности динитротолуола и динитроксилола) по сравнению с тротилом (Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. Л., «Химия», 1973. 688 стр, с. 40);

- снижение технологичности изготовления взрывчатого состава и качества смачивания гранул гранулированной аммиачной селитры при температурах ниже 0°С, обусловленное высокой вязкостью жидкого топлива, состоящего из смеси моноалкильных эфиров жирных кислот,при отрицательных температурах;

- снижение взрывчатых характеристик состава, технологичности изготовления и качества смачивания гранул гранулированной аммиачной селитры, обусловленное невозможностью регулирования, путем изменения кислородного баланса жидкого топлива, его оптимального количества, при включении в рецептуру состава дополнительных горючих компонентов (энергетическая добавка, ингибитор и др.);

- избыточная мощность и стоимость взрывчатого состава при необходимости разрушения пород средней крепости, даже при минимальном содержании энергетической добавки в 3%.

Указанные недостатки повышают стоимость производства известного взрывчатого состава, увеличивают опасность процесса его изготовления и применения, а также снижают и эксплуатационные характеристики (плотность, относительную работоспособность, детонационную способность).

Техническим результатом является повышение детонационной способности и безопасности при изготовлении и эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в взрывчатом составе, содержащем в качестве окислителя гранулированную аммиачную селитру, в качестве которой используют гранулированную плотную аммиачную селитру и/ил и гранулированную пористую аммиачную селитру, нитрованное углеводородное горючее в качестве сенсибилизатора, жидкое топливо, ингибитор, энергетическую добавку, согласно изобретению в качестве нитрованного углеводородного горючего используют тротил, растворенный в жидком топливе, а в качестве жидкого топлива используют смесь моноалкильных эфиров жирных кислот и/или триацетин при следующем соотношении компонентов, мас. %:

В качестве энергетической добавки содержит алюминий или ферросилиций, или ферросиликоалюминиевый, или алюминиевокремневый сплав, или отходы производства алюминиевой фольги. Дополнительно, сверх 100 мас %, содержит воду или водный раствор окислителя, или водный раствор ингибитора в количестве, составляющем 0,1-0,8 от содержания энергетической добавки.

В качестве ингибитора содержит мел или карбамид, или уротропин.

Изготовление взрывчатого состава посредством поясняется на примерах выполнения.

Заявляемый взрывчатый состав приготавливается известным в технике способом путем смешения входящих компонентов в смесителях любого типа, используемых при производстве гранулированных аммиачно-селитренных взрывчатых веществ, например, в смесительно-зарядных машинах (модулях) гравитационного принципа действия, а также оснащенных шнековой системой подачи компонентов.

При испытаниях использовался смесительный модуль, аналогичный по конструкции смесительно-зарядному модулю ППГ-1,6 (производства НИПИГОРМАШ), отличающийся наличием подогрева и устройством перемешивания для бака жидкого топлива.

Пример 1

В рецептуру взрывчатого состава, предназначенного для разрушения горных пород средней крепости, целесообразно включать жидкое горючее в виде смеси моноалкильных эфиров жирных кислот, которые имеют более отрицательный кислородный баланс и позволяют использовать в составе оптимальное количество энергетической добавки и ингибитора при хорошей смачиваемости компонентов.

При изготовлении данного взрывчатого состава в бак смесительного модуля загружают заданное количество жидкого топлива в виде смеси моноалкильных эфиров жирных кислот и нитрованное углеводородное горючее в виде гранулированного и/или чешуированного тротила, нагревают смесь при перемешивании до температуры 90°С и перемешивают до полного растворения тротила в жидком топливе.

Затем смешивают полученную смесь с плотной гранулированной аммиачной селитрой, оптимальным количеством ингибитора и энергетической добавки и используют по назначению.

Пример 2

В рецептуру высокоэнергетического взрывчатого состава предназначенного для разрушения крепких, сульфидосодержащих горных пород целесообразно включать жидкое горючее на основе триацетина, так как последний имеет менее отрицательный кислородный баланс и позволяет использовать в составе значительное количество энергетической добавки и ингибитора при хорошей смачиваемости компонентов.

При изготовлении данного взрывчатого состава в бак смесительного модуля загружают заданное количество жидкого топлива в виде триацетина и нитрованное углеводородное горючее в виде гранулированного и/или чешуированного тротила, нагревают смесь при перемешивании до температуры 90°С и перемешивают до полного растворения тротила в жидком топливе.

Затем смешивают полученную смесь с плотной гранулированной аммиачной селитрой, ингибитором и энергетической добавкой и используют по назначению.

Пример 3

В рецептуру высокоэнергетического взрывчатого состава предназначенного для разрушения горных пород на подземных выработках целесообразно включать жидкое горючее в виде триацетина, так как последний имеет менее отрицательный кислородный баланс и позволяет при хорошей смачиваемости компонентов использовать в составе пористую гранулированную аммиачную селитру, энергетическую добавку, ингибитор и получить взрывчатый состав с небольшим критическим диаметром детонации.

При изготовлении данного взрывчатого состава в бак смесительного модуля загружают заданное количество жидкого топлива в виде триацетина и нитрованное углеводородное горючее в виде гранулированного и/или чешуированного тротила, нагревают смесь при перемешивании до температуры 90°С и перемешивают до полного растворения тротила в жидком топливе.

Затем смешивают полученную смесь с пористой гранулированной аммиачной селитрой, ингибитором и энергетической добавкой и используют по назначению.

Рецептуры взрывчатых составов, экспериментальные результаты определения взрывчатых и детонационных характеристик, расчетные величины теплоты взрыва исследуемых образцов предлагаемого состава и состава ближайшего аналога (прототип) приведены в таблице 1. При расчете использовалась смесь моноалкильных эфиров жирных кислот на основе рапсового масла.

Таблица 1

Компонент	Массовая доля компонента в составе образца, масс. %
	Выход за пределы	Заявленные пределы			Выход за пределы	Прототип, Вариант 3
	1	2	3	4	5	6
Аммиачная селитра	75	82	88	94	95	87
Нитрованное углеводородное горючее	1,5	1,0	0,5	0	0	2,25
Смесь МЭЖК	0	0.1	2,5	5.9	5	2,25
Триацетин	4	3,9	2,5	0.1	0	0
Энергетическая добавка, (наименование)	15 (Al)	10 (Al)	5 (Al)	0	0	7,2 (ФС 75)
Ингибитор	4.5	3.0	1.5	0	0	1,3
Характеристика	Значение характеристики
Плотность, г/см3	1,1-1,25	1,0-1,2	1,0-1,2	0,9-1,1	0,9-1,1	1,0-1,2
Кислородный баланс, %	минус 8,63	минус 1,4	плюс 0,85	плюс 1.3	плюс 4.5	минус 0,25
Критический диаметр детонации в бумажной оболочке, мм	70-100	60-80	50-70	60-80	60-80	40-50
Теплота взрыва кДж/кг	5300-5400	5200-5300	4600-4650	3750-3850	3700-3800	4680-4860

Как следует из результатов проведенных испытаний образцов заявляемого состава (таблица 1), изготовленных по пяти рецептурам, три из рецептур являются оптимальными (образцы 2-4).

Данные рецептуры обладают оптимальным количеством жидкого топлива для смачивания твердой фракции, значительными интервалами содержания нитрованного углеводородного горючего, энергетической добавки, антисульфидного ингибитора и кислородным балансом близким к нулевому, что позволяет полностью реализовать энергетический потенциал и использовать данные составы при разработке горных пород разной крепости, содержащих разное количество сульфидных руд, в том числе при подземных работах.

Состав образца 1 обладает сильно отрицательным кислородным балансом, не позволяющим использовать данный состав при подземных работах, излишним количеством энергетической добавки, чрезмерно высокое содержание которого значительно повышает критический диаметр детонации взрывчатого состава и не обеспечивает возможность полностью реализовать заявленный энергетический потенциал.

Состав образца 5 обладает малым содержанием жидкого горючего для смачивания твердой фракции, сильно положительным кислородным балансом, что не позволяет полностью реализовать энергетический потенциал и использовать данный состав при подземных работах.

Возможность эффективного использования энергетической добавки и гранулированной аммиачной селитры различного вида обеспечивается использованием жидкого топлива и растворенного в нем тротила, являющегося катализатором реакции взрывчатого превращения, имеющих способность впитываться в гранулы гранулированной аммиачной селитры и реализовывать высокие энергетические характеристики заявляемого взрывчатого состава, что позволяет расширить сырьевую базу и область применения состава.

В качестве жидкого топлива используется смесь моноалкильных эфиров жирных кислот и/или триацетин, обеспечивая возможность изменения кислородного баланса жидкого топлива от минус 220% до минус 290% и температурный диапазон изготовления и снаряжения взрывчатого состава до минус 50°С, за счет использования триацетина, обладающего температурой замерзания минус 78°С.

Предлагаемый взрывчатый состав позволяет использовать более реакционноспособный алюминий или менее реакционноспособные альтернативные вещества в виде энергетической добавки в соответствии с существующей потребностью.

Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый взрывчатый состав отличается от ближайшего аналога расширенной альтернативой приемлемых для использования видов жидкого топлива, иным количественным содержанием компонентов, использованием менее токсичного нитрованного ароматического компонента в меньшем количестве.

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

Предлагаемый взрывчатый состав обладает повышенной эффективностью (относительной работоспособностью, обеспечиваемой повышением величины теплоты взрыва), повышенной детонационной способностью (меньшим критическим диаметром детонации), повышенной экологичностью, повышенной технологичностью (расширенным температурным диапазоном изготовления и применения, оптимальным содержанием жидкого топлива) при одновременном достижении повышенной безопасности, обеспечиваемой предотвращением несанкционированных взрывов.

Испытания подтвердили достижение технического результата.

Claims (4)

1. Взрывчатый состав, содержащий в качестве окислителя гранулированную плотную аммиачную селитру и/или гранулированную пористую аммиачную селитру, нитрованное углеводородное горючее в качестве сенсибилизатора, жидкое топливо, ингибитор, энергетическую добавку, отличающийся тем, что в качестве нитрованного углеводородного горючего используют тротил, растворенный в жидком топливе, в качестве жидкого топлива используют смесь моноалкильных эфиров жирных кислот и/или триацетин, а в качестве ингибитора используют карбамид или уротропин при следующем соотношении компонентов, мас. %:

гранулированная плотная аммиачная селитра 60,0-67,0 гранулированная пористая аммиачная селитра 22,0-27,0 или гранулированная плотная аммиачная селитра 82,0-94,0 или гранулированная пористая аммиачная селитра 82,0-94,0 смесь моноалкильных эфиров жирных кислот 0,1-7,9 триацетин 0,1-7,9 или смесь моноалкильных эфиров жирных кислот 3,0-8,0 или триацетин 3,0-8,0 тротил 0,0-1,0 энергетическая добавка 0,0-10,0 ингибитор-карбамид или уротропин 0,0-3,0

2. Взрывчатый состав, по п. 1, отличающийся тем, что в качестве энергетической добавки содержит алюминий или ферросилиций, или ферросиликоалюминиевый, или алюминиевокремневый сплав, или отходы производства алюминиевой фольги.

3. Взрывчатый состав, по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно сверх 100 мас. % содержит воду, или водный раствор окислителя, или водный раствор ингибитора в количестве, составляющем 0,1-0,8 от содержания энергетической добавки.