взрывчатый состав

Формула изобретения

1. Взрывчатый состав, включающий аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт, тротил, воду и металлическое горючее, отличающийся тем, что в качестве металлического горючего он содержит порошок алюминия или алюминия кремнистого или ферросилиция, или их смесь с размером частиц по остатку на сите 05 не более 10 мас. % при следующем соотношении компонентов мас. %:

Тротил - 3,0-15,0

Жидкий нефтепродукт - 0,8-3,5

Порошок алюминия, или алюминия кремнистого, или ферросилиция, или их смесь с размером частиц по остатку на сите 05 не более 10 мас. % - 3,0-10,0

Вода - 0,5-5,0

Аммиачная селитра - Остальное

2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве аммиачной селитры он содержит плотную или пористую аммиачную селитру или их смесь.

3. Состав по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве аммиачной селитры он содержит аммиачную селитру с размером гранул 0,5-3,5 мм или 0,05 - 1,5 мм. или их смесь в соотношении от 3: 1 до 1: 2.

4. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве тротила он содержит гранулированный или чешуированный, или их смесь.

5. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкого нефтепродукта он содержит дизельное топливо, или минеральные масла, или их смесь.

6. Состав по п. 1, отличающийся тем, что вода вводится в состав в процессе изготовления взрывчатого состава или в процессе заряжания шпуров и скважин, или часть воды вводится в процессе изготовления взрывчатого состава, а часть - при заряжании скважин и шпуров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к разработке взрывчатых составов (ВС), используемых для ведения взрывных работ методом скважинных или шпуровых зарядов.

К вновь разрабатываемым ВС предъявляются следующие основные требования:

- безотказность детонации ВС при максимальной безопасности его изготовления, транспортирования, хранения и применения;

- высокие энергетические характеристики при сбалансированности компонентного состава кислородному балансу;

- механизация операций буровзрывных работ за счет использования механизированного способа заряжания шпуров и скважин;

- использование отечественного сырья.

Эти требования могут быть достигнуты при разработке промышленных взрывчатых составов при соответствующем выборе и соотношении компонентов взрывчатого состава.

Наиболее дешевым и обеспеченным по сырью источником энергии для промышленных ВВ является аммиачная селитра, которая в сочетании с жидким нефтепродуктом образует взрывчатые смеси с теплотой взрыва около 3 800 кДж/кг [1] , а при добавлении алюминия или других высококалорийных металлов - до 5 200 кДж/кг [2,3,4]. Селитросодержащие ВВ, имеющие в своем составе тротил как взрывчатый сенсибилизатор, характеризуются высокой детонационной способностью, сохраняющейся при увлажнении составов [5,6,7]. Они применяются для отбойки необводненных и слабообводненных горных пород любой крепости в интервале температур 50^oС.

Известен гранулированный аммиачно-селитренный взрывчатый состав - гранитол-7А (ТУ 84-912-81), включающий, мас.%:

Тротил - 48,0-52,0

Селитра аммиачная - 28,5-32,5

Алюминий - 8,5-11,5

Масло минеральное - 3,0-4,0

Коллоксилин - 0,5-1,5

Винилит - 0,5-1,5

Вода - 1,0-7,0,

принятый в качестве прототипа к заявляемому составу. Недостатком состава-прототипа является высокая газовая вредность продуктов взрыва, высокая стоимость, сложность изготовления.

Технической задачей изобретения являлось повышение эффективности взрывчатого состава за счет снижения стоимости, улучшения экологических условий ведения взрывных работ, обеспечения максимального выделения энергии взрыва при уменьшенном содержании сенсибилизатора (взрывчатого и металлического горючего), расширения ассортимента выпуска ВВ.

Техническая задача решается созданием взрывчатого состава, включающего аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт, тротил, воду и металлическое горючее, в качестве которого выбраны порошки алюминия, или алюминия кремнистого, или ферросилиция, или их смесь с размером частиц по остатку на сите 05 не более 10 мас.%, а входящие компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Тротил - 3,0-15,0

Жидкий нефтепродукт - 0,8-3,5

Порошок алюминия, или алюминия кремнистого, или ферросилиция, или их смесь с размерами частиц по остатку на сите 05 не более 10 мас.% - 3,0-10,0

Вода - 0,5-5,0

Аммиачная селитра - Остальное

Для расширения сырьевой базы в качестве гранулированного тротила используется чешуированный или гранулированный (гранулотол) тротил, или их смесь, особенно в условиях производства ВВ на местах ведения взрывных работ. В качестве аммиачной селитры берется плотная с насыпной плотностью 0,9-1,0 г/см³ или пористая с насыпной плотностью 0,70-0,84 г/см³ селитра с размером гранул 0,5-3,5 мм, или 0,05-1,5 мм или их смесь в соотношении от 3:1 до 1:2. В качестве жидкого нефтепродукта используется дизельное топливо, или минеральные масла, или их смесь.

Технический результат изобретения достигается за счет выбранных компонентов. их соотношения и дисперсности, обеспечивающих оптимальные значения полноты химического превращения, кислородного баланса, стабильности компонентного состава, детонационных параметров предлагаемого ВС.

За счет полидисперсности, марки (плотной или пористой) аммиачной селитры можно регулировать насыпную плотность от 780 до 950 кг/м³, детонационную чувствительность и работоспособность ВС.

Уменьшение в 3-15 раз количества вводимого взрывчатого сенсибилизатора (тротила) по сравнению с составом-прототипом приводит к значительному снижению стоимости заявляемого ВС.

Сбалансированность ВС по содержанию окислителя и горючего (кислородный баланс, близкий к нулю) обеспечивает и улучшает экологические характеристики продуктов взрыва (минимально возможное количество токсичных продуктов неполного окисления - оксидов углерода и азота).

Одним из путей снижения стоимости буровзрывных работ является механизация процесса заряжания шпуров и скважин с использованием пневмозарядчиков, обеспечивающих получение скважинных зарядов более высокой плотности, чем при ручном способе заряжания. Более высокие плотности зарядов позволяют загружать в скважины большее количество ВС, а следовательно, увеличить сетку бурения или уменьшить диаметр скважины. Безопасность процесса пневмозаряжания в значительной мере определяется свойствами входящих в него компонентов и, в первую очередь, электрическим сопротивлением.

Для пневмозаряжания пригодны ВС, в состав которых вводятся токопроводящие компоненты, предотвращающие накопление зарядов статического электричества. К таким компонентам в заявляемом составе относится металлическое горючее: порошки алюминия, алюминия кремнистого, ферросилиция (удельное электрическое сопротивление для алюминия 2,65 мкОмсм, сплавов алюминия с кремнием - 4,5 мкОмсм; сплавов железа с кремнием 4,5-6,2 мкОмсм), а также увлажнение (ввод воды) ВС.

Введение во ВС в качестве окислителя гранулированной аммиачной селитры, а в качестве горючего смеси тротила, металлического порошка и жидкого нефтепродукта позволяет обеспечить высокие взрывотехнические параметры ВС и его экологическую безопасность при минимальной стоимости.

Высокие взрывотехнические показатели ВС обеспечиваются за счет равномерности распределения металлического порошка на поверхности смоченных жидким нефтепродуктом гранул аммиачной селитры и тротила, а также за счет высокого сенсибилизирующего действия совместно введенных во ВС тротила и металлического порошка.

В заявляемом составе в качестве металлического горючего выбраны порошки алюминия, или алюминия кремнистого, или ферросилиция, или их смеси, имеющие близкий фракционный состав, но отличающиеся своей теплотворной способностью. Наиболее выгодным с энергетической точки зрения является алюминий в виде пудры, но он дорог и дефицитен. С целью снижения стоимости металлическое горючее в предлагаемом составе берется в виде порошка с размером частиц по остатку на сите 05 не более 10 мас.%. Изменением типа металлического горючего, его количества (при стехиометрическом соотношении компонентов ВС) регулируются энергетические характеристики предлагаемого ВС, что позволяет экономически эффективно вести взрывные работы по породам любой крепости.

Совместное присутствие тротила и металлического горючего (до 30 мас.%) не ухудшает детонационных характеристик ВС - _кр. до 50 мм, что позволяет использовать его для заряжания шпуров, тем самым расширяется область применения заявляемого ВС.

Количество воды в предлагаемом ВС определяется условиями его применения. При пневмозаряжании шпуров и скважин содержание воды должно быть не менее 2 мас.%. При ручном заряжании скважин и механизированном с использованием зарядных машин со шнековой системой подачи ВВ допускается содержание воды во ВС 0,5-1 мас.%. Вода может вводиться как при изготовлении ВС, так и в процессе пневмозаряжания шпуров и скважин для снижения накопления зарядов статического электричества. Заявляемый ВС позволяет использовать увлажнившуюся аммиачную селитру без дополнительной подсушки (содержание воды по ГОСТ в плотной аммиачной селитре не более 0.6 мас.%; в пористой - не более 0,9 мас.%), в частности, при содержании воды (влажности) ВС до 1 мас.%, можно частично или полностью не вводить воду дополнительно, что приводит к снижению энерго-, трудозатрат и стоимости изготовления. Вода в предлагаемом ВС, содержащем сенсибилизирующие добавки - тротил и металлическое горючее, не является флегматизатором, она выполняет роль окислителя по отношению к металлическому горючему. Вода в аммиачно-селитренном взрывчатом составе находится в виде водного раствора аммиачной селитры, поэтому она равномерно распределена по поверхности аммиачной селитры. Масляная пленка жидкого нефтепродукта по поверхности гранул тротила и аммиачной селитры обеспечивает более плотный контакт между окислителем и горючим, кроме того, масляная пленка прочно удерживает воду, сорбированную аммиачной селитрой, предотвращая ссыпание и агрегацию частиц металлического горючего, перераспределение компонентов в процессе транспортирования, хранения и заряжания шпуров и скважин.

Состав заявляемого ВС и его основные характеристики в сравнении с прототипом приведены в таблице 1.

Как следует из таблицы 1, предлагаемый состав превосходит прототип по безопасности изготовления и применения - имеет более низкие значения чувствительности к удару и трению; менее токсичен. Имея меньшие значения теплоты взрыва и скорости детонации, не уступает прототипу по критическому диаметру детонации, что позволяет использовать его для заряжания шпуров и скважин.

Заявляемый ВС используется для ведения взрывных работ по породам любой крепости, изменением соотношения компонентов можно регулировать теплоту взрыва при сохранении кислородного баланса, близкого к нулю.

В качестве жидкого нефтепродукта используется дизельное топливо, мазут, соляровое и другие минеральные масла, имеющие практически одинаковый элементный состав, близкие эксплуатационные свойства.

Аммиачная селитра, тротил, металлическое горючее, жидкий нефтепродукт производятся отечественной промышленностью по существующей нормативно-технической документации.

Примеры образцов взрывчатого состава по предлагаемому изобретению приведены в таблице 2.

Изготовленные образцы имеют низкую чувствительность к механическим воздействиям (к удару, трению), сбалансированный состав по содержанию окислитель - горючее (кислородный баланс, близкий к нулю), отличаясь по теплоте взрыва, имеют практически одинаковые значения скорости детонации и критического диаметра детонации.

Изготовленные составы сохраняют сыпучесть, однородность распределения компонентов при хранении и транспортировании ВС.

Изготовление заявляемого ВС осуществляется в смесителях, используемых для производства аммиачно-селитренных ВВ, в смесительно-зарядных машинах гравитационного типа, а также в машинах, оснащенных шнековой системой подачи компонентов.

Заявляемый взрывчатый состав проверен при отбойке горных пород крепостью до 20 по шкале М.М. Протодьяконова. Производилось пнезмозаряжание шнуров диаметров 10 мм, ручное и механизированное заряжание скважин диаметром 105-256 мм. Заряжание шпуров и скважин производилось без осложнений: высыпания ВС при пневмозаряжании глубоких восходящих скважин и расслоения компонентов не наблюдалось. Инициирование зарядов осуществлялось общепринятым способом. Аномальной работы шпуровых и скважинных зарядов не зафиксировано.

Источники информации

1. Л. В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов. Промышленные взрывчатые вещества. - М.: Недра, 1988.

2. Гранулиты АС-4В, АС-8В ТУ 84-620-82.

3. Патент России 2021240.

4. Патент России 2142446.

5. Патент России 2155740.

6. Патент России 2130447.

7. Граммониты 30/70, 50/50, ГОСТ 21988 - 76.

8. Технические условия ТУ 84-912-81, 1981, гранитол - 7А.