способ заряжания скважин взрывчатыми веществами на основе гранулированной аммиачной селитры

Формула изобретения

1. Способ заряжания скважин взрывчатыми веществами на основе гранулированной аммиачной селитры, включающий подачу взрывчатого вещества в скважину при одновременной термообработке взрывчатого вещества, отличающийся тем, что термообработку проводят сенсибилизирующей добавкой с температурой 50-80°С, состоящей из отработанных газов двигателя внутреннего сгорания и из пара и капель водного раствора аммиачной и/или натриевой селитры в качестве окислителя и карбамида, и/или гликоля, и/или гексаметилентетрамина в качестве горючего при содержании компонентов, мас.%:

взрывчатое вещество на основе гранулированной
аммиачной селитры	98,5-92,0
сенсибилизирующая добавка	1,5-8,0.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гликоля используют этиленгликоль или диэтиленгликоль.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют взрывчатое вещество на основе гранулированной плотной и/или пористой аммиачной селитры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области использования энергии взрыва в горнодобывающей промышленности, в частности к способам заряжания скважин взрывчатыми веществами на основе гранулированной аммиачной селитры с использованием смесительно-зарядных машин.

В практике ведения взрывных работ широкое применение находят промышленные взрывчатые вещества на основе гранулированной аммиачной селитры как наиболее дешевого и доступного сырьевого компонента, обеспечивающего сыпучесть взрывчатому веществу, что позволяет применять механизированное заряжание скважин с использованием смесительно-зарядных и зарядных машин. Существенным недостатком взрывчатых веществ на основе гранулированной аммиачной селитры и жидкого горючего. например дизельного топлива, является их недостаточная физическая стабильность. связанная с миграцией жидкого компонента вдоль колонки заряда взрывчатого вещества. При взрывании крепких и особо крепких пород детонационные параметры (детонационное давление, скорость детонации) взрывчатых веществ на основе гранулированной аммиачной селитры даже при вводе в их состав индивидуальных взрывчатых горючих, например таких, как тротил, недостаточно высоки.

Эффективность ведения взрывных работ зарядами из взрывчатых веществ ни основе гранулированной аммиачной селитры в значительной степени зависит от физического состояния аммиачной селитры, являющейся его основным компонентом. Взрывотехнические характеристики взрывчатого вещества можно повысить за счет использования пористой аммиачной селитры (1-8), обеспечивающей более плотный контакт окислителя и жидкого горючего, ввода сенсибилизаторов (9, 10).

Известен способ перевода плотной гранулированной аммиачной селитры в пористую в процессе изготовления взрывчатой смеси на местах ведения взрывных работ (11), по которому жидкое горючее при перемешивании вводят в предварительно нагретую аммиачную селитру, готовую взрывчатую смесь охлаждают при постоянном перемешивании до температуры ниже 32,3°С или до температуры окружающей среды. охлажденную взрывчатую смесь подают в скважину. Допускается проводить нагрев жидкою горючего перед смешением его с нагретой аммиачной селитрой. Взрывчатые характеристики получаемой по этому способу взрывчатой смеси превосходят взрывчатые характеристики взрывчатой смеси, изготовленной без нагрева компонентов, но из-за недостаточной пористости уступают аналогам взрывчатых смесей на основе пористой гранулированной аммиачной селитры заводского изготовления. Недостатком способа является повышенная стоимость буровзрывных работ из-за высокой трудоемкости и энергоемкости производства взрывчатого состава.

Известен способ перевода гранулированной плотной аммиачной селитры в пористую, заключающийся в том, что взрывчатое вещество подвергают термообработке влажным теплоносителем, который подают в смеситель шнекового типа смесительно-зарядной машины. Обработанное таким способом взрывчатое вещество подают в скважину (12). Недостатком способа является сложность и металлоемкость парогенератора, высокие энергозатраты, возможность агрегирования частиц аммиачной селитры в смесителе смесительно-зарядной машины.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ перевода плотной гранулированной аммиачной селитры в пористое состояние в процессе изготовления взрывчатого состава на местах ведения взрывных работ (13), принятый авторами за прототип. В соответствии с прототипом взрывчатое вещество на основе аммиачной селитры обрабатывают парогазовой смесью при подаче взрывчатого вещества в скважину. Парогазовая смесь, получаемая из воды и состоящая из пара, капельной влаги, отработанных газов двигателя, используемая для термообработки аммиачной селитры взрывчатого вещества, позволяет обеспечить физическую стабильность взрывчатого состава по высоте колонки заряда, повысить плотность заряда в скважине. Но при этом за счет дополнительного увлажнения до 1,5-2,5 мас.% происходит частичная флегматизация взрывчатого состава и незначительное снижение теплоты его взрыва.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности ведения взрывных работ за счет повышения плотности, детонационных характеристик. однородности и стабильности компонентного состава взрывчатой смеси по высоте колонки заряда, снижения стоимости ведения буровзрывных работ.

Техническая задача была решена разработкой способа заряжания скважин взрывчатыми веществами на основе гранулированной аммиачной селитры, включающего подачу взрывчатого вещества в скважину при одновременной термообработке взрывчатого вещества, когда термообработку взрывчатого вещества на основе аммиачной селитры проводят сенсибилизирующей добавкой с температурой 50-80°C, состоящей из отработанных газов двигателя внутреннего сгорания и из пара и капель водного раствора аммиачной и/или натриевой селитры в качестве окислителя и карбамида, и/или гликоля, и/или гексаметилентетрамина в качестве горючего при содержании компонентов, мас.%:

Взрывчатое вещество на основе гранулированной
аммиачной селитры	98,5-95,0
Сенсибилизирующая добавка	1,5-5,0

В качестве гликоля используют этиленгликоль или диэтиленгликоль; а в качестве взрывчатых веществ - взрывчатые вещества на основе гранулированной плотной и/или пористой аммиачной селитры.

Сенсибилизирующая добавка, которой производится термообработка взрывчатого вещества, вырабатывается парогазовой системой двигателя внутреннего сгорания, установленной на смесительно-зарядных или зарядных машинах. Сенсибилизирующая добавка в виде парогазовой смеси подается во взрывчатое вещество в устройство его загрузки в зарядную скважину.

Выбор горючего водных растворов сенсибилизирующей добавки производился исходя из высокой растворимости в воде, химической стойкости их в водном растворе аммиачной селитры и/или натриевой селитры как окислителя, а также известности использования их в качестве компонентов в составах взрывчатых веществ.

Кислородный баланс сенсибилизирующей добавки определяется типом окислителя и горючего и их соотношением (кислородный баланс воды равен 0). Кислородный баланс сенсибилизирующей добавки в зависимости от типа и количества окислителя и горючего приведен на фиг.1 (ось ординат - кислородный баланс; ось абсцисс - содержание аммиачной селитры и горючего), где:

1 - зависимость кислородного баланса системы окислитель - горючее от соотношения аммиачная селитра - карбамид;

2 - зависимость кислородного баланса системы окислитель - горючее от соотношения аммиачная селитра - этиленгликоль;

3 - зависимость кислородного баланса системы окислитель - горючее от соотношения аммиачная селитра - гексаметилентетрамин;

4 - зависимость кислородного баланса системы окислитель - горючее от соотношения натриевая селитра - карбамид;

5 - зависимость кислородного баланса системы окислитель - горючее от соотношения натриевая селитра - этиленгликоль;

6 - зависимость кислородного баланса системы окислитель - горючее от соотношения натриевая селитра - гексаметилентетрамин.

Как следует из данных фиг.1, нулевому кислородному балансу соответствуют водные растворы при соотношениях аммиачной селитры и горючего: 80/20 для карбамида (1). 85/15 для этиленгликоля (2), 91/9 для гексаметилентетрамина (3); при соотношениях натриевой селитры и горючего: 63/37 для карбамида (4); 73,3/26,7 для этиленгликоля (5): 81,4/18,6 для гексаметилентетрамина (6). За счет изменения типов окислителя и горючего, их соотношения можно изготавливать взрывчатые смеси для различных областей их применения. Карбамид, как стабилизирующая и ингибирующая добавка взаимодействия аммиачной селитры с сульфидными рудами, позволяет проводить заряжание скважин в сульфидсодержащих породах и рудах; гликоли, водные растворы которых являются антифризами, позволяют получать незамерзающие составы взрывчатых смесей при ведении взрывных работ в зимнее время при отрицательных температурах окружающего воздуха.

При использований сенсибилизирующей добавки с отрицательным кислородным балансом исходное взрывчатое вещество на основе аммиачной селитры желательно брать с уменьшенным содержанием горючего (жидкого или твердого) для обеспечения нулевого кислородного баланса получаемой взрывчатой смеси.

Экспериментально установлено, что взрывчатая смесь с содержанием сенсибилизирующей добавки менее 1,5% имеет более низкие значения плотности, скорости детонации, более высокие значения критического диаметра детонации открытого заряда из-за недостаточной пористости аммиачной селитры, из-за пониженной впитывающей и удерживающей способности по отношению к жидкому горючему; при содержании более 8% - низкие значения энергетических характеристик. Точка модификационного перехода неувлажненной аммиачной селитры соответствует 32,3°С. При увлажнении аммиачной селитры точка модификационного перехода сдвигается в сторону более высоких температур. 1,5-8,0% сенсибилирующей добавки соответствуют температуре 50-80°С для обеспечения модификационного перехода и перевода аммиачной селитры в пористое состояние.

При равномерном распределении по объему взрывчатого вещества (аммиачной селитре) сенсибилизирующей добавки в виде парогаза водных растворов окислителя и горючею взамен воды (в способе-прототипе) сорбируется меньшее количество воды взрывчатым составом, что уменьшает содержание неэнергоемких компонентов (балласта) в получаемой взрывчатой смеси, а следовательно, повышает ее энергетические характеристики (теплоту и температуру взрыва).

Плотность получаемой взрывчатой смеси повышается за счет термообработки взрывчатого вещества сенсибилизирующей добавкой - парогазовой смесью водного раствора окислителя и горючего, имеющей больший удельный вес по сравнению с водой. более плотной укладки гранул и частиц, образующихся при разрушении гранул аммиачной селитры, кристаллизации горючего и окислителя из водных растворов сенсибилизирующей добавки.

В результате термообработки взрывчатого вещества, содержащего гранулированную аммиачную селитру, сенсибилизирующей добавкой с температурой 50-80°С, состоящей из пара, капель раствора и отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, происходит нагрев и увлажнение гранул аммиачной селитры, сопровождающийся фазовыми переходами ее с образованием дополнительных трещин и частичным разрушением гранул. Термообработка взрывчатого вещества парогазовой смесью повышенной температуры приводит к снижению вязкости жидкого горючего, входящего в состав взрывчатого вещества, более интенсивному его проникновению в образовавшиеся трещины и поры гранул аммиачной селитры, за счет чего повышается однородность и плотность заряжания скважин. В процессе и по окончании заряжания взрывчатое вещество и сенсибилизирующая добавка в виде парогазовой смеси подвергаются в скважине естественному охлаждению, при этом происходит фазовый переход кристаллов аммиачной селитры с перестройкой кристаллической решетки, сопровождающийся изменением объема и плотности гранул селитры. Образующиеся поры и трещины за счет локального растворения и последующей перекристаллизации аммиачной селитры частично заполняется жидким горючим, а незаполненные жидким горючим поры являются центрами инициирования. Чем больше пористость, меньше и разветвленнее поры в гранулах, тем больше точек воспламенения, а следовательно, выше детонационная способность - ниже критический диаметр детонации заряда, выше скорость детонации взрывчатого вещества.

Для взрывчатых составов, не содержащих жидкого горючего, пористость гранул аммиачной селитры также оказывает положительное влияние на его детонационную способность и восприимчивость к инициирующему импульсу, т.к поры в этом случае выполняют роль центров детонации. При охлаждении сенсибилизирующей добавки происходит кристаллизация окислителя и горючего в виде мельчайших частиц, что увеличивает поверхность контакта окислитель - горючее, что повышает, детонационную способность взрывчатой смеси.

Заряжание скважин по предлагаемому способу осуществляется с использованием смесительно-зарядных или зарядных машин, оснащенных бункерами для размещения твердых компонентов, баками для жидких горючих, водных растворов сенсибилизирующей добавки, устройствами для подачи взрывчатой смеси в скважину и системой получения парогазовой смеси. Сенсибилизирующая добавка подается в устройство подачи взрывчатой смеси в устье скважины (поперечный шнек зарядной машины или зарядную воронку, установленную над скважиной).

Преимуществами предлагаемого способа заряжания скважин является:

- формирование скважинного заряда взрывчатого вещества с повышенной плотностью, скоростью детонации, чувствительного к детонационному импульсу средства инициирования, что способствует повышению работоспособности скважинного заряда;

- повышение однородности и стабильности компонентного состава взрывчатой смеси по высоте колонки заряда за счет повышения впитывающей и удерживающей способности гранул аммиачной селитры, улучшения контакта горючего с окислителем;

- снижение стоимости ведения буровзрывных работ за счет расширения сетки бурения скважин и снижения объема буровых работ при формирования колонки скважинного заряда из взрывчатого вещества с улучшенными детонационными характеристиками, получаемыми в процессе заряжания скважин при термообработке его сенсибилизирующей добавкой с температурой 50-80°С;

- расширение областей использования взрывчатых смесей - заряжание скважин с сульфидсодержащими породами и рудами; ведение взрывных работ в зимний период при отрицательных температурах окружающего воздуха за счет использования предлагаемых сенсибилизирующих добавок.

Заявляемый способ заряжания скважин позволяет использовать все марки взрывчатых веществ на основе гранулированной плотной и пористой аммиачной селитры, содержащих твердые и/или жидкие горючие, с различными энергетическими. детонационными и эксплуатационными характеристиками, позволяет вести взрывные работы по породам любой крепости.

Реализация существенных признаков предлагаемого способа заряжания скважин взрывчатыми веществами с заявляемым соотношением компонентов сенсибилизирующей добавки позволяет получить доказанный экспериментально технический результат. Эффективность предлагаемой способа заряжания скважин оценивали по плотности. скорости и критическому диаметру детонации, получающейся взрывчатой смеси. работоспособности скважинного заряда из нее. Компонентный состав и характеристики, получающейся при термообработке в процессе заряжания скважин взрывчатой смеси, приведены в табл.1. Работоспособность заряда из нее определялась методом воронкообразования - по объему воронки, образующейся при взрыве. При проведении опытных взрывов массы зарядов, типы и массы боевиков, условия инициирования. крепость горной породы, диаметр и глубина скважин для предлагаемой и эталонной взрывчатой смеси брались одинаковыми. По результатам взрывов определялся удельный расход предлагаемой и эталонной смесей. Коэффициент относительной работоспособности (К_вв) - отношение удельного расхода испытуемой взрывчатой смеси (K _ис.см) к удельному расходу эталонного ВВ (К _эт). Чем меньше коэффициент относительной работоспособности, тем эффективнее ВВ. Эталон - взрывчатое вещество на основе гранулированной аммиачной селитры, обработанной влажным теплоносителем, получаемым из воды.

Из данных табл.1 видно, что работоспособность скважинного заряда, изготовленного по заявляемому способу заряжания скважин, превосходит работоспособность заряда из взрывчатой смеси-прототипа. Плотность, скорость детонации, критический диаметр детонации взрывчатых смесей, полученных в процессе заряжания скважин при термообработке предлагаемой сенсибилизирующей добавкой с температурой 50-80°С, содержащей выбранные окислители и горючие, практически одинаковы. Величины энергетических и детонационных характеристик получаемых в процессе заряжания скважин взрывчатых смесей, как это следует из табл.1, определяются типом взрывчатого вещества, подвергнутого термообработке (обр.1, 10).

Пример использования предлагаемого способа заряжания скважин: заряжание скважин осуществлялось с использованием существующих смесительно-зарядных и зарядных машин (М3-3А, М3-3Б, БЗА) с различными устройствами подачи взрывчатой смеси в скважину (шнековым, гравитационным), оборудованных системой получения парогазовой смеси и использованием в качестве теплоносителя отработанных газов двигателя автомобиля. Сенсибилизирующая добавка с температурой 50-80°С подавалась в устройство подачи взрывчатого вещества в скважину (поперечный шнек, объемный дозатор).

Диаметр заряжаемых скважин - 105-250 мм.

Установка боевиков, средств инициирования, забойка скважин и инициирование осуществлялось общепринятым в производственной практике способом. Предлагаемым способом производилось заряжание скважин гранулитом ПМ, гранулитом РП, гранулитом ПФ, граммотолом-20, граммонитом 79/21. Исходные взрывчатые вещества изготавливались на основе гранулированной плотной, пористой аммиачной селитры и их смеси.

Заряжание скважин заявляемым способом осуществлялось при ведении взрывных работ на карьерах при отбойке горных пород различной крепости. Получены положительные результаты: увеличение выхода горной массы с 1 м скважины в 1,15-1,35 раза без ухудшения степени дробления; увеличение производительности транспортно-погрузочного оборудования на 10-12%, улучшение проработки подошвы уступа, расширение сетки бурения скважин и сокращение удельного расхода взрывчатых веществ за счет повышения объемной концентрации энергии заряда. В процессе проведения взрывов зафиксирована безотказная работа скважинных зарядов взрывчатых смесей.

Таблица Результаты испытаний взрывчатых смесей
№ п/п	Компоненты и характеристики взрывчатой смеси	Прототип		Образцы
		1	2	1	2	3	4	5		6		7	8		9	10
1	2	3	4	5	6	7	8	9		10		11	12		13	14
1	Игданит	Игданит + вода	Граммонит 79/21 + вода	98,5	98,5	98,5	98,5	98,5		98,5		-	-		-	-
2	Сенсибилизирующая добавка - водный раствор АС + карбамид			1,5	-	-	-	-		-		8,0	-		-	1,5
3	Сенсибилизирующая добавка - водный раствор АС + этиленгликоль			-	1,5	-	-	-		-		-	8,0		-	-
4	Сенсибилизирующая добавка - водный раствор АС + гексаметилентетрамин			-	-	1,5	-	-		-		-	-		8,0	-
5	Сенсибилизирующая добавка - водный раствор натриевая селитра + карбамид			-	-	-	1,5	-		-		-	-		-	-
6	Сенсибилизирующая добавка - водный раствор натриевая селитра + этиленгликоль			-	-	-	-	1,5		-		-	-		-	-
7	Сенсибилизирующая добавка - водный раствор натриевая селитра + гексаметилентетрамин			-	-	-	-	-		1,5		-	-		-	-
8	Граммонит 79/21			-	-	-	-	-		-		92,0	92,0		92,0	98,5
9	Теплота взрыва, ккал/кг	885	988	892	892	893	894		893		894	980		984	984	995
10	Кислородный баланс, %	-0,1	0,2	0	-0,2	-0,2	0		0		0	0,2		0,2	0,2	0,2
11	Плотность, кг/м3	1000	1200	1150	1160	1160	1160		1160		1160	1250		1260	1270	1200
12	Скорость детонации, км/с	4,2	4,6	4,4	4,4	4,5	4,5		4,5		4,5	4,8		4,7	4,9	4,8
10	Критический диаметр детонации, мм	50-60	30-40	40-50	40-50	40-50	40-50		40-50		40-50	25-30		25-30	25-30	25-30
12	Коэффициент относительной работоспособности по воронке взрыва	1	1	0,95	0,95	0,94	0,95		0,96		0,95	0,94		0,93	0,93	0,93
Способ изготовления		Обработка взрывчатого вещества паро-газовой смесью, получаемой из воды		Обработка взрывчатого вещества сенсибилизирующей добавкой с температурой 50-80°С, состоящей из отработанных газов двигателя внутреннего сгорания и из пара и капель водного раствора окислителя и горючего.

Источники информации

1. Патент США №3103457.

2. Патент США №3279965.

3. Патент США №5486247.

4. Патент РФ №2253646.

5. Патент РФ №2218318.

6. Патент РФ №21853 54.

7. Патент РФ №2125550.

8. Патент РФ №2262498.

9. Патент РФ №2018505.

10. Патент РФ №2078751.

11. Патент РФ №2138009.

12. АС СССР №471448.

13. Патент РФ №2211438.