ПОРОХОВОЙ СОСТАВ Российский патент 1995 года по МПК C06B25/24 

Изобретение относится к разработке пороховых составов, работающих в режиме детонации.

Оптимальное решение этой проблемы разработка пороховых составов и зарядов из них на основе утилизированных баллиститных ракетных твердых топлив (БРТТ) для ведения взрывных работ в мирных целях.

Известны составы некоторых БРТТ [1] Для массовых взрывов разработаны специальные смесительно-зарядные машины, при использовании которых изготовление взрывчатого вещества и зарядка скважин осуществляются на месте ведения взрывных работ.

Для этих целей известно применение водосодержащего взрывчатого вещества ифзанит Т-20, Т-60, Т-80 [2] компонентный состав которого, мас. Тротил 20 Аммиачная селитра 66-74 Вода 14-6 Загуститель Вводятся при Структурирующая необходимости добавка
Основным недостатком ифзанита является ограниченность производства из-за дефицита и высокой токсичности тротила, используемого в качестве сенсибилизатора.

Водосодержащие взрывчатые вещества, получившие название "сларри", широко используются за рубежом. Они состоят из двух фаз жидкой и твердой. В качестве жидкой фазы используются водные растворы окислителя, которые для предотвращения разбавления водой и вымывания окислителя загущают вводом специальных поперечно-сшивающих агентов структурообразователей. Жидкую фазу смешивают с дополнительным количеством твердого окислителя и горючими добавками. В качестве окислителя в основном применяются аммиачная селитра, нитраты щелочных металлов. Из твердых горючих энергетических добавок применяются главным образом гранулированный тротил и порошок алюминия, в качестве загустителей гаургам, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, полиакриламид, в качестве структурообразователей соли хрома, алюминия, железа, бихромат натрия и др.

В качестве энергетической добавки в пороховом составе предлагается использовать БРТТ снятые с вооружения и подлежащие утилизации. По кислородному балансу, общему объему газов и содержанию токсичных газов БРТТ превосходят тротил и, соответственно, являются более выгодными компонентами.

БРТТ, как и тротил, являются водостойкими веществами, следовательно, они могут заменить тротил в водосодержащих взрывчатых смесях при определенной степени их измельчения.

Учитывая, что по комплексу характеристик различные марки БРТТ практически одинаковы, они являются взаимозаменяемыми ингредиентами в качестве энергетической добавки в пороховых составах.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности порохового состава за счет замены дефицитного и высокотоксичного тротила на снятые с вооружения и подлежащие утилизации БРТТ, расширения сырьевой базы производства ВВ, использования существующих смесительно-зарядных машин, обеспечения безотказности и безопасности действия скважинных зарядов.

Пороховой состав включает в качестве энергетической добавки БРТТ фракций от 3 до 12 мм и влажностью от 1 до 3 мас. обработанный 0,5-2 мас. приборного масла, гранулированную аммиачную селитру, воду, загуститель и структурирующую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.

БРТТ фракций 3-12 мм и влажностью
1-3 мас. обработанное 0,5-2 мас. приборного масла 20-35 Вода 13-18 Загуститель 0,5-2,0 Структурирующая добавка 0,015-0,100 Гранулированная амми- ачная селитра Остальное
Безотказность действия порохового состава обеспечивается выбранными фракциями БРТТ и соотношением компонентов, выбранной влажностью БРТТ, обработкой приборным маслом, экологическая чистота продуктов взрыва заменой тротила на БРТТ, соотношением компонентов, расширение сырьевой базы заменой дефицитного тротила на БРТТ, снятые с вооружения и подлежащие утилизации.

Как следует из экспериментальных данных, замена тротила на БРТТ приводит к повышению кислородного баланса на 30% Водонаполнение порохового состава приводит к значительному снижению критического диаметра детонации.

Оптимальное содержание аммиачной селитры исходя из безотказности работы скважинного заряда, определяемое критическим диаметром детонации, составляет 45-60 мас.

Как следует из экспериментальных данных, оптимальное содержание воды составляет 13-18 мас.

При содержании воды менее 13 мас. пороховой состав теряет свои текучие свойства, тем самым нарушается сплошность скважинного заряда, а при содержании воды более 18 мас. происходит расслоение системы на две фазы жидкую и твердую, что приводит к нестабильной работе скважинных зарядов и повышенному расходу инициатора.

Влажность фракций БРТТ, обработанных 0,5-2 мас. приборного масла, равная 1-3 мас. обеспечивает необходимый уровень эксплуатационных характеристик (сыпучесть) и безопасность (чувствительность к механическим воздействиям). При содержании приборного масла менее 0,5 мас. фракции БРТТ теряют технологичность и обладают высоким уровнем чувствительности к механическим воздействиям. Экспериментально установлено, что при содержании приборного масла более 2 мас. происходит расслоение системы на БРТТ и масло. При влажности менее 1 мас. фракции БРТТ имеют удовлетворительную сыпучесть, но высокую чувствительность к механическим воздействиям, а при влажности более 3 мас. теряют сыпучесть при минусовых температурах, что делает невозможным их использование на взрывных работах.

Размер фракций баллиститного ракетного твердого топлива выбран 3-12 мм. Экспериментально установлено, что при использовании фракций БРТТ более 12 мм критический диаметр детонации равен или больше диаметра скважины, т.е. скважинный заряд неработоспособен. Применение фракций менее 3 мм нецелесообразно. Измельчение БРТТ осуществляется под водой, которая должна быть удалена. При измельчении БРТТ до размера менее 3 мм требуется сложная система их улова и сушки. Измельченное БРТТ, содержащее фракции менее 3 мм, обладает повышенным пылением, что повышает токсичность изготовления порохового состава.

Примеры предлагаемого порохового состава в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Предлагаемый пороховой состав по детонационным характеристикам d_кр, токсичности (кислородный баланс), безопасности (чувствительность к удару) не уступает прототипу, изготавливается на местах ведения взрывных работ с использованием существующих смесительно-зарядных машин типа МЗ-4В, МЗ-3Б-В, с последующей машинной зарядкой скважин, что снижает его стоимость, расширяется сырьевая база производства.

Пороховой состав неработоспособен из-за высокого значения критического диаметра детонации при использовании БРТТ фракций более 12 мм (образец 6) при содержании БРТТ менее 20 мас. (образец 11).

Образец обладает повышенной токсичностью из-за пыления при содержании БРТТ фракций менее 3 мм (образец 5).

Образец нетехнологичен при машинной зарядке скважин из-за высокой вязкости порохового состава при содержании структурирующей добавки более 0,1 мас. (образец 15), содержании воды менее 13 мас. (образец 13), содержании БРТТ более 35 мас. (образец 14).

Пороховой состав имеет низкую водоустойчивость при зарядке водонаполненных скважин при содержании аммиачной селитры более 60 мас. (образец 11), структурирующей добавки менее 0,015 мас. загустителя менее 0,5 мас. (образец 13).

Пороховой состав неэкономичен при использовании фракций БРТТ менее 3 мм (образец 5) и влажности их менее 1 мас. (образец 7).

Пороховой состав нетехнологичен при влажности БРТТ более 3 мас. (образец 8).

Пороховой состав нестабилен по детонационным характеристикам в процессе многосуточного нахождения заряда в обводненных скважинах при неполном структурировании заряда и вымывания аммиачной селитры (образцы 11, 12, 13, 14).

В качестве загустителя в пороховом составе взяты натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы и полиакриламид, а в качестве структурирующей добавки хромовокислые квасцы, трехвалентное железо, сернокислый 6-водный хром, хромовый дубитель, действие которых в составе идентично, а компоненты взаимозаменяемы.

Процесс изготовления порохового состава включает следующие операции:
приготовление насыщенного раствора аммиачной селитры с загустителем с последующей загрузкой им доставочных и доставочно-зарядных машин;
приготовление порохового состава путем добавления в насыщенный раствор аммиачной селитры баллиститного ракетного твердого топлива, обработанного приборным маслом, аммиачной селитры в смесительно-зарядных машинах непосредственно на заряжаемом блоке;
заряжание скважин через зарядный шланг с одновременным введением структурирующей добавки в смеситель-дозатор смесительно-зарядной машины или непосредственно в скважину. Подача компонентов в смеситель, их перемешивание и выдача готового порохового состава в скважину осуществляются одновременно и постоянно.

Данная схема в полной мере реализует преимущества технологии изготовления взрывчатых веществ в условиях горных предприятий, так как позволяет получать водосодержащие взрывчатые вещества, являющиеся экологически наиболее чистыми, отвечающие конкретным условиям взрывания.

Экологическая чистота ведения взрывных работ обеспечивается тем, что все остатки-сметки, промывные воды после чистки оборудования сливаются в заряжаемые скважины.

На предлагаемые водосодержащие пороховые взрывчатые составы оформлены технические условия (ТУ 3-7509009.32-92) "Краткое руководство по применению на взрывных работах", регламент технологического процесса изготовления и заряжания скважин применительно к существующим смесительно-зарядным машинам типа М3-3Б-В и МЗ-4В.

Сущность изобретения: пороховой состав включает, мас.%: баллиститное ракетное твердое топливо фракций 3 - 12 мм влажностью 1 - 3 мас.%, обработанное 0,5 - 2,0 мас.% приборного масла, 20 - 35; воду 13 - 18; загуститель 0,5 - 2,0; структурирующую добавку 0,015 - 0,100 и аммиачную селитру остальное. При этом пороховой состав в качестве загустителя содержит натриевую соль карбоксинетилцеллюлозы или полиакриламид, а в качестве структурирующей добавки - сернокислый шестиводный хром, или хромовокислые квасцы, или сернокислое железо (III), или хромовый дубитель. Приготовление порохового состава осуществляют путем добавления в насыщенный раствор аммиачной селитры баллиститного ракетного топлива, обрабатанного приборным маслом, аммиачной селитры в смесительно-зарядные машины непосредственно на заряжаемом блоке. Заряжание скважин ведут через зарядный шланг с одновременным введением структурирующей добавки или непосредственно в скважину. Подачу компонентов в смеситель, их перемешивание и выдачу готового порохового состава в скважину осуществляют одновременно и постоянно. Характеристики порохового состава: критический диаметр детонации 80 - 100 мм, скорость детонации 5,0 - 5,2 км/с. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. ПОРОХОВОЙ СОСТАВ, включающий гранулы аммиачной селитры, энергетическую добавку, воду, загуститель и структурирующую добавку, отличающийся тем, что он в качестве энергетической добавки содержит баллиститное ракетное твердое топливо фракций 3-12 мм с влажностью 1-3 мас. обработанное 0,5-2,0 мас. приборного масла, при следующем соотношении компонентов, мас.

Баллиститное ракетное твердое топливо фракций 3-12 мм с влажностью 1-3 мас. обработанное 0,5-2,0 мас. приборного масла 20 35
Вода 13 18
Загуститель 0,5 2,0
Структурирующая добавка 0,015 0,100
Гранулы аммиачной селитры Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве загустителя он содержит натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид.