ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО Российский патент 1995 года по МПК C06B31/28 C06B31/38 

Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам (ВВ), а именно к предохранительным ВВ (ПВВ), предназначенным для применения в забоях угольных шахт, опасных по газу и пыли.

Известны и широко применяются ПВВ IV класса аммониты Т-19 и ПЖВ-20, имеющие рецептуру, мас. Тротил Т-19 ПЖВ-20
19 16 Аммиачная селитра водоустойчивая ЖВ 61 64 Хлористый натрий 20 20
Общий расход этих ВВ в угольной промышленности стран СНГ в 1989 г. составил около 43000 тн свыше 70% от общего расхода ПВВ. При использовании ВВ IV класса происходят воспламенения (взрывы и вспышки) метана. Так, по данным МакНИИ (см. [1] ) за период 1960-1982 г.г. ВВ IV класса послужили источником около 80% воспламенений метана при взрывных работах. Свыше 30% из этих воспламенений произошли вследствие выгорания ВВ.

Среди взрывов метана с тяжелыми последствиями, расследование причин которых производится наиболее тщательно, доля выгораний ВВ IV класса как источников этих взрывов еще выше. Так, из 4 взрывов метана с тяжелыми последствиями, происшедших в Донбассе в 1985-91 г.г. при использовании ВВ IV класса, 3 произошли вследствие их выгорания. Следовательно, предотвращение выгораний ПВВ, в том числе ПВВ IV класса, является одной из основных задач обеспечения безопасности взрывных работ в угольных шахтах. Важно также повысить предохранительность ВВ IV класса, причем без ущерба для их работоспособности.

Мировой опыт свидетельствует, что наиболее эффективный путь предотвращения выгораний повышение устойчивости ВВ к выгоранию путем уменьшения их горючести (поджигаемости). В угольной промышленности стран СНГ принято характеризовать поджигаемость ВВ показателем П₅₀ навеской стандартного воспламенительного состава, дающего 50% поджиганий испытуемого ВВ в манометрической бомбе (см. [2]).

Аммониты Т-19 и ПЖВ-20 имеют П₅₀=0,6-0,8 г, в то время как согласно упомянутым техническим требованиям П₅₀ должен быть не менее 1,2 г.

Из известных ВВ с пониженной поджигаемостью по рецептуре наиболее близок к заявленному техническому решению аммонит Т-19М (ТУ 84520-426-85, разработанное НПО "Кристалл", г. Дзержинск). Он имеет следующую рецептуру, Тротил 19 Аммиачная селитра ЖВ 60 Хлористый натрий 12 Диаммоний фосфат 9
Аммонит Т-19М удовлетворяет требованиям ГОСТ 21982-76 "Аммониты водоустойчивые предохранительные. Технические условия" к предохранительным аммонитам IV класса и имеет пониженную поджигаемость (П₅₀ у Т-19М составляет 1,3-1,4 г против 0,6-0,8 г у Т-19 и ПЖВ-20). Соответственно по показателю поджигаемости аммонит Т-19М удовлетворяет также вышеупомянутым техническим требованиям к ВВ с повышенной устойчивостью к выгоранию. Однако диаммонийфосфат сильно слеживается и для его подготовки в аммонитном производстве необходимо дополнительное довольно сложное оборудование. Кроме того, диаммонийфосфат является дефицитным и сравнительно дорог. По этим причинам аммонит Т-19М, разработанный еще в 1983-85 гг. до настоящего времени не внедрен.

Целью изобретения является создание более доступного, чем аммонит Т-19М предохранительного ВВ аммонитного типа с работоспособностью на уровне IV класса с повышенной устойчивостью к выгоранию и повышенной предохранительностью, т.е. более безопасного по сравнении со штатными ВВ IV класса.

Поставленная цель достигается тем, что в состав, содержащий тротил, аммиачную селитру и хлористый натрий, дополнительно вводится фосфогипс при следующем соотношении ингредиентов, мас. Тротил 15-22 Хлористый натрий 5-18 Фосфогипс 3-15 Аммиачная селитра остальное,
до 100%
Фосфогипс образуется в производстве фосфорной кислоты и используется как сырье для изготовления фосфогипсового вяжущего, а также в сельском хозяйстве. Согласно ТУ 6-08-418-80 "Фосфогипс для сельского хозяйства" он содержит не менее 92% сернокислого кальция дигидрата (фактически 94-95%). Такое же содержание последнего и в фосфогипсе сырье для изготовления фосфогипсового вяжущего. Кроме того, фосфогипс содержит примеси, из которых основными являются фосфорные соединения.

Фосфогипс является нетоксичным и малогигроскопичным веществом, которое на воздухе не увлажняется и легко высушивается. Он практически не слеживается и в производстве предохранительных аммонитов до смешения в шаровой мельнице потребуется только его подсушка и просейка через крупное сито для отделения комков и посторонних предметов.

Способность фосфогипса ингибировать поджигаемость ПВВ известна.

Однако сведений недостаточно для создания реального ПВВ, в частности ПВВ аммонитного типа с повышенной устойчивостью к выгоранию, удовлетворяющего требованиям к ВВ IV класса.

Так, неизвестно, какое влияние оказывает введение фосфогипса на предохранительные свойства ВВ. Неизвестен также характер и параметры зависимости поджигаемости ВВ от содержания фосфогипса.

Следовательно, нельзя заранее сказать, возможно ли в составе предохранительного аммонита, состоящего из тротила, аммиачной селитры, хлористого натрия и фосфогипса, иметь такое суммарное количество энергетически инертных ингредиентов (хлористого натрия и фосфогипса), чтобы обеспечивать уровень энергии, необходимый для ВВ IV класса (около 800 ккал/кг) и одновременно пониженную поджигаемость и уровень предохранительности не ниже требований к ВВ этого класса. Соответственно на основании имеющихся сведений нельзя определить рецептуру ПВВ с фосфогипсом, обеспечивающую желаемый технический результат.

Предлагаемое техническое решение получено в результате исследований, при проведении которых были изготовлены экспериментальные образцы, имеющие рецептуру, приведенную в табл. 1. Образцы готовились в шаровой мельнице по технологии, принятой в производстве предохранительных аммонитов.

Результаты определения показателей экспериментальных образцов приведены в табл. 2.

Как видно из данных табл. 2, при введении фосфогипса в состав предохранительных аммонитов взамен хлористого натрия в количестве до 2,5% его влияние на поджигаемость ВВ не обнаруживается (образцы 1 и 2). Однако при последующем увеличении содержания фосфогипса сверх некоторого критического значения (примерно 3%) происходит резкое скачкообразное снижение поджигаемости, особенно заметное в интервале 4-5% (образцы 3 и 4). При дальнейшем увеличении содержания фосфогипса снижение поджигаемости продолжается, но более медленно и плавно (образцы 5 и 6). Приведенная зависимость поджигаемости ВВ от содержания фосфогипса установлена впервые при создании изобретения и послужила одним из оснований для выбора заявленных значений интервалов содержания ингредиентов.

Фосфогипс, как ингибитор поджигаемости предохранительных аммонитов, более эффективен, чем природный (ископаемый) сернокислый кальций дигидрат (образцы 4 и 4а).

Как указывалось выше, для создания изобретения необходимо было исследовать эффективность фосфогипса, как пламегасителя в составе предохранительных аммонитов и установить каким образом частичная замена хлористого натрия фосфогипсом в составе этих ВВ влияет на их предохранительность.

В связи с изложенным, приведенные в табл. 1 образцы были испытаны в опытном штреке на предохранительность в соответствии с требованиями ГОСТ 21982-76 к ВВ IV класса и выдержали эти испытания.

Для количественного сравнения эффективности фосфогипса и хлористого натрия, как пламегасителей, образцы 1 и 4 были испытаны в опытном штреке при взрывании в канальной мортире статистическим методом "вверх-вниз" с определением массы заряда, дающего 50% воспламенений метановоздушной смеси (m₅₀).

В результате испытаний установлено, что для образца 1 (исходный аммонит Т-19) (m₅₀ cоставляет 307 г, а для образца 4, в состав которого введено 5% фосфогипса взамен такого же количества хлористого натрия, 366 г. Следовательно, как пламегаситель в составе предохранительных аммонитов, фосфогипс более эффективен, чем хлористый натрий. Соответственно замена части хлористого натрия в предохранительных аммонитах фосфогипсом приводит к повышению уровня их предохранительности и в целом к повышению безопасности ВВ.

Суммарное содержание фосфогипса и хлористого натрия должно быть меньше 25% поскольку в противном случае происходит заметное снижение работоспособности ВВ (образец N 8).

Для содержания ингредиентов на основании проведенных исследований установлены следующие пределы.

Тротил 15-22% Нижняя граница определяется минимальным содержанием тротила, обеспечивающим (на пределе) нормативное значение критического диаметра (не более 24 мм), установленное ГОСТ 21982-76 (образец 9). Верхняя граница определяется верхним допуском по содержанию тротила в составе предохранительных аммонитов.

Фосфогипс 3-15% Нижняя граница определяется критическим содержанием фосфогипса, начиная с которого он снижает поджигаемость (см. выше). Верхняя граница определяется максимальным содержанием фосфогипса (образец N 6), при котором состав еще сохраняет нормативное значение критического диаметра.

Хлористый натрий 5-18% Нижняя граница определяется минимальным содержанием хлористого натрия, необходимым для того, чтобы проявилось его химическое ингибиторование по отношению к способности ВВ воспламенять метан и угольную пыль. Верхняя граница определяется максимальным содержанием хлористого натрия, при котором еще можно ввести фосфогипс в количестве, достаточном для снижения поджигаемости и при этом сохранить уровень работоспособности ВВ, соответствующий IV классу.

Экспериментальный образец 4 по уровню взрывчатых показателей удовлетворяет требованиям ГОСТ 21982-76 к предохранительным аммонитам IV класса и имеет пониженную поджигаемость, соответствующую вышеупомянутым техническим требованиям.

Применение такого ВВ, имеющего повышенную устойчивость к выгоранию и повышенную предохранительность взамен существующих штатных предохранительных аммонитов IV класса позволяет без ущерба для эффективности взрывных работ существенно повысить из безопасность. При этом, как показывает расчет, вероятность выгорания уменьшается, как минимум, на порядок (методика расчета приведена в упомянутом [2]).

ВВ может изготавливаться на существующем производстве предохранительных аммонитов по принятой там технологии.

Использование: взрывные работы в забоях угольных шахт, опасных по газу и пыли. Сущность изобретения: состав содержит, мас. тротил 15-22; хлористый натрий 5-18; фосфогипс 3-15, аммиачная селитра остальное. Состав готовят в шаровой мельнице по технологии, принятой в производстве предохранительных аммонитов. Поджигаемость 1,21-1,74 г, критический диаметр при плотности 1,7 г/см³ 19-24 мм. 2 табл.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО, включающее тропил, аммиачную селитру и хлористый натрий, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит фосфогипс при следующем соотношении компонентов, мас.

Тротил 15 22
Хлористый натрий 5 18
Фосфогипс 3 15
Аммиачная селитра Остальное.