способ приготовления водосодержащих гелеобразных промышленных взрывчатых веществ

Формула изобретения

1. Способ приготовления водосодержащих гелеобразных промышленных взрывчатых веществ (ВВ) на основе нитрата аммония, динитрата гексаметилентетрамина, воды, жидкого горючего, загустителя и структурирующей добавки, включающий смешивание компонентов для получения ВВ, отличающийся тем, что первоначально путем смешивания воды, загустителя и гексаметилентетрамина и нитролиза гексаметилентетрамина в процессе смешивания до получения динитрата гексаметилентетрамина производят жидкий маточный раствор ВВ, который транспортируют в по меньшей мере одну накопительную емкость, нитрат аммония омасливают жидким горючим, а затем смешивают маточный раствор и омасленный нитрат аммония в отдельном смесителе или в емкости смесительно-зарядной машины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе производства жидкого маточного раствора ВВ в смесь дополнительно вводят нитрат аммония.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что процесс производства жидкого маточного раствора ВВ осуществляют в отдельном помещении.

4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что из накопительной емкости или емкостей жидкий маточный раствор ВВ транспортируют непосредственно на предприятие или группу предприятий, производящих взрывные работы.

5. Способ по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что в качестве загустителя используют полиакриламид или натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, а в качестве структурирующей добавки - квасцы или соли металлов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к взрывным работам, и может быть реализовано при приготовлении водосодержащих гелеобразных промышленных взрывчатых веществ (ВВ) на местах применения с использованием смесительно-зарядных машин (СЗМ). Также возможно использование изобретения и при приготовлении патронированных ВВ на стационарных пунктах приготовления (СПП), служащих одновременно и для снаряжения СЗМ.

Известен способ приготовления водосодержащих гелеобразных промышленных ВВ на основе нитрата аммония, тротила, воды, жидкого горючего, загустителя и структурирующей добавки, включающий смешивание компонентов ВВ [1]. При этом на СПП в нагревательно-смесительной установке, работающей на принципе аэродинамического нагрева, готовят загущенный раствор окислителя (нитрата аммония), который перекачивают в СЗМ. ВВ получают непосредственно в процессе заряжания скважин смешиванием загущенного раствора окислителя с жидким горючим, сухим нитратом аммония, тротилом и структурирующей добавкой (быстродействующим сшивающим агентом).

Способ имеет следующие основные недостатки:

- использование дорогостоящего, экологически вредного и ядовитого сенсибилизатора - тротила, являющегося штатным ВВ заводского изготовления;

- при уменьшении содержания тротила в ВВ снижаются энергетические характеристики ВВ и его детонационная способность;

- большие затраты времени, электроэнергии на приготовление горячего загущенного раствора окислителя;

- возможность расслоения ВВ.

Ближайшим техническим решением к заявленному способу является способ приготовления водосодержащих гелеобразных промышленных взрывчатых веществ (ВВ) на основе нитрата аммония, динитрата гексаметилентетрамина, воды, жидкого горючего, загустителя и структурирующей добавки, включающий смешивание компонентов для получения ВВ [2].

В указанном способе динитрат гексаметилентетрамина (сенсибилизатор) вводят в состав ВВ в виде готового продукта. Однако динитрат гексаметилентетрамина (уротропина) представляет собой ВВ, чувствительность которого выше, чем у тротила. Поэтому данный способ приготовления относится к взрывоопасным производствам и требует особых мер безопасности, что усложняет приготовление ВВ и повышает его стоимость. Кроме того, введение жидкого горючего в загруженный раствор окислителя и динитрата гексаметилентетрамина снижает полноту взрывчатого превращения ВВ, а следовательно, и его качество, т.к. при этом имеет место минимальный контакт жидкого горючего с сухим нитратом аммония. Все это снижает технико-экономические показатели способа.

Задачей изобретения является повышение технико-экономических показателей способа приготовления водосодержащих гелеобразных промышленных ВВ, у которых в качестве сенсибилизатора используется динитрат гексаметилентетрамина.

При этом технический результат состоит в повышении безопасности, качества и снижении стоимости приготовления ВВ.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе приготовления водосодержащих гелеобразных промышленных ВВ на основе нитрата аммония, динитрата гексаметилентетрамина, воды, жидкого горючего, загустителя и структурирующей добавки, включающем смешивание компонентов для получения ВВ, первоначально путем смешивания воды, загустителя и гексаметилентетрамина и нитролиза гексаметилентетрамина в процессе смешивания до получения динитрата гексаметилентетрамина производят жидкий маточный раствор ВВ, который транспортируют в по меньшей мере одну накопительную емкость, нитрат аммония омасливают жидким горючим, а затем смешивают маточный раствор и омасленный нитрат аммония в отдельном смесителе или в емкости смесительно-зарядной машины.

Кроме того, в процессе производства жидкого маточного раствора ВВ в смесь дополнительно вводят нитрат аммония.

При этом процесс производства жидкого маточного раствора ВВ осуществляют в отдельном помещении, а из накопительной емкости или емкостей жидкий маточный раствор ВВ транспортируют непосредственно на предприятие или группу предприятий, производящих взрывные работы.

Также в качестве загустителя используют полиакриламид или натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, а в качестве структурирующей добавки - квасцы или соли металлов.

В указанную в самостоятельном пункте формулы изобретения совокупность признаков включены существенные признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для получения технического результата.

Производство динитрата гексаметилентетрамина нитролизом гексаметилентетрамина в процессе получения жидкого маточного раствора ВВ при использовании СЗМ переводит способ из категории взрывоопасных в категорию пожароопасных производств, к которым предъявляются менее жесткие требования, что повышает безопасность и снижает стоимость приготовления ВВ. Это становится возможным, т.к. все исходные компоненты ВВ не являются взрывчатыми, а конечный продукт превращается в ВВ только в СЗМ в процессе заряжания скважин путем дополнительной сенсибилизации взрывчатого состава механическим аэрированием, введением газогенерирующей добавки или микросфер. Безопасность способа повышается и при приготовлении патронированых ВВ, т.к. эти ВВ менее чувствительны, чем россыпной "чистый" динитрат гексаметилентетрамина. При этом СПП большую часть времени обслуживает СЗМ, а патронирование производят периодически, причем готовые патроны сразу же отправляют на склад взрывчатых материалов (ВМ), где они могут храниться до 1 года.

Омасливание нитрата аммония жидким горючим до смешивания с маточным раствором ВВ позволяет увеличить долю горючего на непосредственом контакте с сухим нитратом аммония и площадь этого контакта, что повышает качество ВВ за счет большей полноты взрывчатого превращения ВВ.

Смешивание маточного раствора ВВ и омасленного нитрата аммония в отдельном смесителе или в емкости СЗМ обеспечивает возможность на одном СПП производить как снаряжение зарядных машин, так и приготавливать патронированные ВВ.

Введение в состав жидкого маточного раствора ВВ в процессе его приготовления нитрата аммония позволяет безопасно и эффективно осуществить процесс нитролиза гексаметилентетрамина при температуре окружающей среды более 25-30^oC, т. к. нитрат аммония, растворяясь, снижает температуру нитролиза и маточного раствора, которая в результате не превышает 40^oC при pH около 6,5.

Осуществление процесса получения жидкого маточного раствора ВВ в отдельном помещении дополнительно повышает безопасность способа, т.к. на СПП в месте снаряжения СЗМ или приготовления патронированных ВВ нет специального химического производства нового вещества (динитрата гексаметилентетрамина) с использованием азотной кислоты, а имеет место только подача в СЗМ или в отдельный смеситель готовых практически нейтральных компонентов и их механическое перемешивание.

Транспортирование жидкого маточного раствора ВВ из накопительной емкости или емкостей непосредственно на предприятие или группу предприятий, производящих взрывные работы, целесообразно при обслуживании нескольких предприятий с относительно небольшим объемом взрывных работ или одного крупного предприятия, когда технически невозможно расположить СПП в непосредственной близости от места проведения взрывных работ, т.к. это существенно снижает транспортные расходы.

Использование в качестве загустителя полиакриламида или натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, а в качестве структурирующей добавки квасцов или солей металлов экономически более выгодно по сравнению с гуаргамом, как это имеет место в прототипе. Гуаргам дорог и дефицитен (в России и СНГ не производится), причем необходимо применение двух видов гуаргама с различными составом и свойствами (один как загуститель и второй как структурирующая добавка).

Последовательность операций при осуществлении способа дана в примерах его осуществления. При этом во всех примерах использовался состав со следующим соотношением исходных компонентов, мас.%:

Нитрат аммония (гранулированный или кристаллический) - 78,7

Гексаметилентетрамин - 7,0

Вода - 10,0

Слабая азотная кислота (52%-ной концентрации) - 2,0

Жидкое горючее (дизельное топливо) - 2,0

Загуститель (полиакриламид) - 0,3

Структурирующая добавка (бихромат калия технический) сверх 100% по сухому веществу - 0,01

Возможна замена полиакриламида на натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, а бихромата калия на бихромат натрия, квасцы хромокалиевые, железо сернокислое и другие загустители и структурирующие добавки с учетом их свойств и особенностей.

Пример 1. На СПП при температуре окружающей среды до 25^oC в отдельном помещении готовят жидкий маточный раствор ВВ. Для этого в один и тот же смеситель заливают воду (за вычетом ее количества, необходимого для приготовления раствора структурирующей добавки с массовой долей 10%), загружают гексаметилентетрамин, перемешивают до его полного растворения и заливают азотную кислоту, осуществляя нитролиз гексаметилентетрамина. Известно, что при действии слабой азотной кислоты (50-60%-ной) на водный раствор гексаметилентетрамина получается максимальное количество динитрата гексаметилентетрамина, который образуется мгновенно, выводится из сферы реакции и легко растворяется в воде. Полученный динитрат гексаметилентетрамина и воду продолжают перемешивать и вводят в смеситель полиакриламид. Перемешивание прекращают после образования однородной текучей массы загущенного жидкого маточного раствора ВВ.

Маточный раствор ВВ по трубопроводу направляют в одну или несколько накопительных емкостей, установленных во втором изолированном от первого помещении, которое выполняют в виде пункта снаряжения СЗМ, СЗМ имеют вращающуюся емкость-автосмеситель типа бетономешалки, бункер-накопитель готового ВВ со шнеком и винтовым насосом, основную трубу, соединяющую бункер-накопитель с уложенным на барабан зарядным шлангом, бак для водного раствора структурирующей добавки с насосом подачи этого раствора в основную трубу, узел статического перемешивания структурирующей добавки с готовым ВВ и пульт управления.

СЗМ заезжает под бункер с нитратом аммония, который засыпают в ее емкость-автосмеситель. Затем нитрат аммония омасливают жидким горючим (дизельным топливом), подавая его во вращающийся автосмеситель. Туда же заливают маточный раствор ВВ, а в бак для водного раствора структурирующей добавки - эту добавку. СЗМ едет на заряжаемый блок, ее емкость-автосмеситель может вращаться, продолжая смешивание маточного раствора ВВ и омасленного нитрата аммония.

Полученный состав не является взрывчатым и ему необходима дополнительная сенсибилизация. Это достигается снижением плотности готового состава с 1,45-1,40 до 1,20-1,31 г/см³ механическим аэрированием в процессе перемешивания компонентов ВВ до требуемой консистенции с захватом пузырьков воздуха.

На блоке зарядный шланг опускают в скважину. При достижении требуемой плотности включают обратное вращение и готовое ВВ выливают в бункер-накопитель, откуда шнеком и винтовым наcосом ВВ по основной трубе подают к зарядному шлангу. Перед подачей в шланг в трубу из бака вводят водный раствор структурирующей добавки (бихромат калия), который перемешивается с массой ВВ, подаваемого через зарядный шланг в скважину.

Для снижения плотности готового ВВ менее 1,2 г/см³ и повышения его восприимчивости к детонации возможно применение других известных способов сенсибилизации взрывчатого состава, например введением в автосмеситель микросфер или в основную трубу за местом подачи структурирующей добавки газогенерирующей добавки (нитрита натрия и др.).

Пример 2. B отличие от примера 1 приготовление BB осуществляют при температуре окружающей среды более 25^oC. В этом случае для нормального протекания процесса получения жидкого маточного раствора BB предпочтительно принудительное снижение температуры нитролиза гексаметилентетрамина и маточного раствора до 40^oC. Для этого перед заливкой в смеситель азотной кислоты в состав маточного раствора дополнительно вводят 5-10% нитрата аммония. Все остальные операции способа осуществляют так же, как и в примере 1, но омасливанию подвергают только оставшиеся 90-95% нитрата аммония.

Пример 3. В этом случае приготовление жидкого маточного раствора BB осуществляют так же, как и в примерах 1 или 2, но одновременно с загрузкой и дальнейшим приготовлением BB в СЗМ или вместо него периодически готовят патронированные BB. Для этого на СПП имеются отдельные смеситель и соединенный с ним трубопроводом аппарат изготовления патронированных BB. В этом смесителе производят вначале омасливание нитрата аммония жидким горючим, а затем из накопительной емкости или емкостей подают маточный раствор BB и осуществляют смешивание этого раствора и омасленного нитрата аммония. Полученный состав по трубопроводу поступает в аппарат изготовления патронированных BB и одновременно в этот трубопровод через встроенный узел подачи вводят микросферы. Аппарат выполнен по типу смесителя, может иметь любую подходящую конструкцию и узлы подачи мелкодисперсного алюминия и (или) угольной пыли. После перемешивания всех компонентов BB, находящихся в аппарате, на выходе из аппарата в BB вводят структурирующую добавку, и оно поступает в узел патронирования, где заполняет отрезки полиэтиленовых рукавов, концы которых герметизируют. Готовые патроны BB укладывают в ящики, грузят в спецавтомашины и отправляют на склады взрывчатых материалов.

Пример 4. На СПП, находящемся на расстоянии до 100 км и более от мест выполнения взрывных работ осуществляют только подготовку жидкого маточного раствора BB и наработку его в накопительную емкость или емкости, как это показано в примерах 1 и 2. Далее этот раствор пeрeкачивают в подготовленные соответствующим образом автодоставщики и транспортируют непосредственно на предприятие или группу предприятий, производящих взрывные работы. На этих предприятиях имеется дополнительный стационарный пункт с бункером для нитрата аммония, баком для жидкого горючего и баком для водного раствора структурирующей добавки, расположенный от нескольких сотен метров до нескольких километров от мест проведения взрывов.

СЗМ подъезжает на этот пункт под бункер для нитрата аммония, после чего производят остальные операции по приготовлению BB в соответствии с примерами 1 и 2. При этом маточный раствор BB предпочтительно загружать в емкость-автосмеситель СЗМ непосредственно из автодоставщиков этого раствора. Однако пункт может быть оснащен и собственной емкостью или емкостями.

Источники информации

1. Шеменев В. Г., Павлютенков В.М. Водосодержащие взрывчатые вещества: состояние разработки, перспективы использования. - Горный журнал, 1996, N 11-12, с. 48 и 49.

2. Патент США N 3318740, 149-38, 1967.