ВОДОСОДЕРЖАЩИЙ ПОРОХОВОЙ ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ Российский патент 1997 года по МПК C06B25/24 C06B25/26 

Изобретение относится к области разработки водосодержащих пороховых взрывчатых составов на основе насыщенных растворов окислителей и взрывчатого сенсибилизатора.

Водосодержащие взрывчатые вещества широко используются как в России (карбатолы, ифзаниты и др. ), так и за рубежом ("Товексы", "Сларраны", "Иреджелы" и др.). Они состоят из двух фаз жидкой и твердой. В качестве жидкой фазы используются водные растворы окислителей, которые, для предотвращения разбавления водой и вымывания окислителей, загущают путем ввода загустителей и поперечно-сшивающих агентов.

Жидкую фазу, представляющую собой насыщенный водный раствор окислителя, загущенный загустителем и структурообразователем, смешивают с дополнительным количеством твердого окислителя и горючего, который одновременно выполняет роль сенсибилизатора. В качестве окислителя в основном применяются аммиачная селитра, нитраты щелочных металлов, в качестве горючего гранулированный тротил, бездымные пороха, в качестве загустителя натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), полиакриламид (ПАА), гуаргам, в качестве структурообразователя соли хрома, железа и др.

Водосодержащие ВВ используются в обводненных скважинах и не требуют защиты от воды при непосредственном контакте с ней. Они характеризуются плотностью достаточно высокой (1,2.1,6 г/см³), чтобы самотеком заполнить водяную колонку скважины, оставаясь единым целым в скважине и детонационноспособными в течение продолжительного времени (до 15 суток).

Для этих целей используют известный водосодержащий взрывчатый состав (патент США N 3235425 от 15.02.66), компоненты которого берут в следующем соотношении, мас.

Неорганический окислитель 20.80
Пластифицированный нитроцеллюлозный бездымный порох в форме частиц, являющийся одно-, двух-, трехосновным порохом при содержании азота в нитроцеллюлозе не менее 11,3% 8.70
Вода 5.45
Загуститель 0,2.5
Структурообразователь 0,2.3
В качестве бездымных порохов в американском патенте взяты следующие (табл.1).

Недостатком американского водосодержащего ВВ является низкая чувствительность к ударной волне используемых сенсибилизаторов бездымных порохов, оцениваемая критическим давлением возбуждения детонации, которое для указанных порохов равно 6,5.10,0 ГПа.

Технической задачей изобретения было повышение эффективности водосодержащего взрывчатого состава за счет обеспечения безотказности действия скважинного заряда, расширение сырьевой базы, увеличение ассортимента и объема выпуска.

Задача была решена созданием порохового взрывчатого состава, включающего неорганический окислитель, воду, загуститель и структурирующую добавку, в котором в качестве взрывного сенсибилизатора включено измельченное баллиститное ракетное твердое топливо с давлением возбуждения детонации 1,5.6,0 ГПа или его смесь с измельченным пироксилиновым порохом при следующем соотношении входящих компонентов, мас.

Взрывчатый сенсибилизатор 5.40
Неорганический окислитель 30.85
Вода 7.30
Загуститель 0,5.5
Структурирующая добавка 0,05.1,5
Выбор баллиститных ракетных твердых топлив с давлением возбуждения детонации (P_кр.) 1,5.6,0 ГПа и с теплотой взрыва от 750 до 1440 ккал/кг позволяет создать широкий ряд водосодержащих пром.ВВ с различной теплотой взрыва, высокой чувствительностью к детонационному импульсу, различным критическим диаметром детонации открытого заряда, кислородным балансом, близким к нулю, что позволяет добиться безотказности действия скважинного заряда, а следовательно, расширяет область использования применительно к скважинам различного диаметра, приводит к снижению содержания взрывчатого сенсибилизатора, расширяет сырьевую базу производства, увеличивает ассортимент и объемы выпуска пром. ВВ.

Баллиститные ракетные твердые топлива (БРТТ) с давлением возбуждения детонации 1,5.10,0 ГПа это модифицированные высокоэнергетические топлива, содержащие, как правило, алюминиево-магниевые сплавы, ВВ (гексоген, октоген, N, N'-динитропиперазин, динитрооксидиэтилнитрамин и др.), оксиды и соли металлов (меди, кальция, кобальта, никеля, кадмия, титана, свинца), что приводит к повышению энергетических характеристик вновь создаваемых пром.ВВ (так, например, ввод 1 мас. алюминия повышает теплоту взрыва ВВ на 31 кДж), упрощает технологическую схему производства ВВ, т.к. при этом не требуется дополнительного оборудования для пассивации и ввода алюминия, для ввода гексогена, делает процесс производства, хранения и применения их более безопасным, т.к. энергоемкие добавки введены в состав БРТТ.

В качестве неорганического окислителя в водосодержащем пороховом составе используются нитраты аммония, щелочных и щелочно-земельных металлов (Na,Ca и др.), в качестве загустителя натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, полиакриламид, гуаргам, а в качестве структурирующей добавки соли металлов с переменной валентностью (хрома, железа и др.).

Указанные характеристики можно изменять как за счет марки БРТТ, так и массовой доли и степени измельчения его.

В водосодержащем пороховом взрывчатом составе данного изобретения в качестве взрывчатого сенсибилизатора используется смесь различных марок БРТТ, имеющих как одинаковое давление возбуждения детонации, так и разное, а также смесь БРТТ с Р_кр. 1,5.6 ГПа с одноосновным (пироксилиновым) порохом и смесь с баллиститным порохом, имеющим Р_кр. 6,0.10,0 ГПа при определенных соотношениях.

Известно, что ракетные заряды из БРТТ в зависимости от назначения и тактико-технических требований содержат непороховые элементы в количестве до 1 мас. в виде торцевых наклеек, покрытия части или всей наружной поверхности, части или всей поверхности канала, которые являются с энергетической точки зрения флегматизирующими добавками, т.е. балластом пром. ВВ. Непороховые элементы в ряде случаев относятся к числу термореактивных материалов, измельчение которых можно осуществить только механическим путем.

В водосодержащем пороховом взрывчатом составе настоящего изобретения используется измельченное БРТТ, содержащее и непороховые элементы, которые измельчены одновременно с зарядом БРТТ и имеют такой же гранулометрический состав. Такой унифицированный подход к подготовке зарядов БРТТ, как компонента пром. ВВ, позволяет использовать все типоразмеры зарядов и марки БРТТ. Кроме того, предлагаемый способ измельчения приводит к упрощению технологической схемы изготовления пром. ВВ и снижению стоимости, т.к. исключается операция снятия торцевых наклеек, ликвидации удаления бронирующих покрытий с поверхности топливных зарядов до начала его измельчения.

Взрывчатые составы настоящего изобретения имеют различную консистенцию: от легколетучих сларри до нетекучих, но легко деформируемых масс. Они могут изготавливаться как на местах ведения взрывных работ (карьерах), так и в заводских условиях (патронированные или брикетированные, или пакетированные).

Консистенция взрывчатого состава изобретения регулируется в широких пределах как содержанием воды, степенью измельчения твердой фазы, так и содержанием загустителя и структурирующей добавки.

Чем выше содержание воды, размер частиц твердой фазы, в т.ч. БРТТ, тем выше текучесть взрывчатого состава.

Наличие загустителя и структурирующей добавки обеспечивает водоустойчивость взрывчатого состава изобретения в обводненных скважинах даже при зарядке скважин через столб воды.

Чувствительность к ударной волне водосодержащего порохового взрывчатого состава, т.е. безотказность действия скважинного заряда при одинаковом содержании ингредиентов определяется размерами частиц и чувствительностью к ударной волне взрывчатого сенсибилизатора, т.е. БРТТ.

С точки зрения равномерности распределения ингредиентов твердой фазы по высоте патрона или колонки заряда ВВ в скважине размер частиц окислителя должен быть соизмерим с размерами частиц БРТТ. С экономической точки зрения предпочтительнее использовать окислитель, в частности аммиачную селитру, в том виде, в котором она широко используется в других отраслях промышленности (ГОСТ 2-85, ГОСТ 14702-79).

Кислородный баланс водосодержащего порохового взрывчатого состава данного изобретения регулируется не только соотношением ингредиентов, но и кислородным балансом БРТТ.

БРТТ, имеющие давление возбуждения детонации Р_кр. 1,5.1,6 ГПа относятся к числу модифицированных баллиститных топлив, кислородный баланс которых (-18 -45%) выше, чем у бездымных порохов прототипа (-45 -56%).

В табл. 2 приведены примеры ряда модифицированных БРТТ (брутто-формула), кислородный баланс, теплота взрыва, чувствительность к ударной волне.

На фиг. 1 показана зависимость кислородного баланса водосодержащего взрывчатого состава (К.Б._ВВС,) от кислородного баланса БРТТ (К.Б._БРТТ,) использован следующий водосодержащий взрывчатый состав, мас.

БРТТ 40
Аммиачная селитра 48,5
Вода 10
Загуститель 1,4
Структурообразователь 0,1
На фиг. 2 приведено изменение кислородного баланса водосодержащего взрывчатого состава (К.Б._ВВС,) от соотношения БРТТ аммиачная селитра (при одном и том же содержании остальных ингредиентов) для БРТТ, отличающихся кислородным балансом: кислородный баланс БРТТ кривая 1 минус 25, кривая 2 минус 37, кривая 3 минус 45.

На фиг. 3 приведено влияние давления возбуждения детонации БРТТ (Р_крг, ГПа) на критический диаметр детонации (d_кр., мм) скважинного заряда из водосодержащего порохового взрывчатого состава при одинаковом содержании ингредиентов в одной и той же насыпной плотности (0,92 г/см³) измельченного БРТТ.

Как видно из зависимостей, приведенных на фиг. 1 3, водосодержащие пороховые взрывчатые составы данного изобретения превосходят прототип за счет выбранного взрывчатого сенсибилизатора модифицированного БРТТ.

В табл. 2 представлены примеры водосодержащего порохового взрывчатого состава, включающего в качестве взрывчатого сенсибилизатора модифицированные марки БРТТ.

БРТТ пластифицированные нитроцеллюлозные пороха, содержащие нитроцеллюлозу с 11,8.12,1 мас. азота, широко используемые в пороходелии пластификаторы (нитроглицерин, смесь нитроглицерина с диэтиленгликольдинитратом и др.), оксиды и соли металлов, алюминиево-магниевые сплавы (соотношение между алюминием и магнием изменяется от 95:5 до 55:45), ВВ (гексоген, октоген и др.). Содержание наполнителей (оксидов, солей, Al - Mg-сплавов, ВВ) может составлять до 40% Соотношение между нитроцеллюлозой и пластификатором колеблется от 1:1,5 до 1,5:1.

Из табл. 2 следует, что повышенная чувствительность к детонационному импульсу взрывчатого сенсибилизатора водосодержащего взрывчатого состава по сравнению с взрывчатым сенсибилизатором прототипа позволяет снизить содержание сенсибилизатора без снижения надежности работы скважинного заряда.

Кислородный баланс около нуля предлагаемого взрывчатого состава обеспечивается меньшим содержанием окислителя.

Использование в качестве взрывчатого сенсибилизатора измельченных БРТТ, содержащих алюминиево-магниевые сплавы, ВВ (гексоген, октоген и др.) приводит к повышению теплоты взрыва предлагаемых водосодержащих взрывчатых составов (табл. 3, примеры 2, 4, 8, 9, 12). Соотношение между БРТТ (сенсибилизатор) и окислителем изменяется от 1:17 до 1:0,75.

Кроме нитрата аммония могут использоваться другие соли окислители для снижения температуры замерзания (нитраты кальция, магния), повышения плотности (нитраты натрия, калия) водосодержащего взрывчатого состава. При использовании в качестве окислителя нитратов кальция, магния, натрия, калия в продуктах взрыва образуются оксиды металлов, что приводит к снижению объема газов.

Создание так называемого "зимнего" варианта водосодержащего взрывчатого состава с температурой замерзания от 25 до 40^oC без значительного снижения объема газов в продуктах взрыва осуществляется выбором соответствующей марки БРТТ (табл. 2, пример 17), причем содержание металлосодержащего окислителя может быть при этом повышено по сравнению с прототипом.

Экспериментально установлено, что негорючие элементы заряда в виде торцевых наклеек, покрытий части или всей наружной поверхности, части или всей поверхности канала (до 1 мас.) не оказывают существенного влияния на чувствительность к детонационному импульсу измельченного БРТТ, а следовательно, обеспечивается безотказность работы скважинного заряда из водосодержащего взрывчатого состава на основе такого сенсибилизатора. А это в свою очередь упрощает процесс подготовки взрывчатого сенсибилизатора из модифицированного БРТТ, удешевляет предлагаемый взрывчатый состав, т.к. исключается операция снятия негорючих наклеек и покрытий и тем самым унифицированно решается проблема утилизации всех типоразмеров зарядов и марок БРТТ.

Зарядка скважин водосодержащими пороховыми взрывчатыми составами изобретения осуществляется принятыми при взрывных работах способами. Промежуточные детонаторы устанавливаются в соответствии с разработанным проектом на взрывные работы.

Изготовление водосодержащего порохового взрывчатого состава изобретения осуществляется следующим образом: готовят насыщенный раствор окислителя с загустителем, в который вводят оставшееся количество твердого окислителя и сенсибилизатор при перемешивании. Перед патронированием или перед закачкой в скважину при перемешивании вводят структурирующую добавку.

Заряды БРТТ всех типоразмеров предварительно измельчают путем механической резки на станках токарного или фрезерного типа при орошении водой или путем измельчения на дисковых мельницах.

Измельченное БРТТ подают на отжим от воды до остаточной влажности до 20 мас. на отжимной аппарат.

Смешение ингредиентов водосодержащего взрывчатого состава осуществляют в смесителе.

Готовую смесь взрывчатого состава патронируют, например в полиэтиленовые пакеты (патроны), в которых ВВ транспортируют к местам его использования.

При изготовлении водосодержащего порохового взрывчатого состава на местах ведения взрывных работ используют смесительно-зарядные машины, в которых осуществляют смешение всех ингредиентов с последующей загрузкой готового ВВ в скважину.

Сущность изобретения: состав содержит (в мас.%) 5 - 40 взрывчатого сенсибилизатора, 30 - 85 неорганического окислителя, 7 - 30 воды, 0,5 - 5,0 загустителя, 0,05 - 1,5 структурирующей добавки. В качестве взрывчатого сенсибилизатора он содержит баллиститное ракетное твердое топливо (БРТТ) с давлением возбуждения детонации 1,5 - 6,0 ГПа или его смесь с пироксилиновым порохом. При получении состава БРТТ предварительно измельчают, все компоненты смешивают в смесителе, полученную смесь патронируют, например в полиэтиленовые пакеты. 2 з.п.ф-лы, 3 ил., 3 табл.

1. Водосодержащий пороховой взрывчатый состав, включающий взрывчатый сенсибилизатор, неорганический окислитель, воду, загуститель, структурирующую добавку, отличающийся тем, что в качестве взрывчатого сенсибилизатора он содержит баллиститное ракетное твердое топливо с давлением возбуждения детонации 1,5 6,0 ГПа или его смесь с пироксилиновым порохом при следующем соотношении компонентов, мас.

Взрывчатый сенсибилизатор 5,0 40,0
Неорганический окислитель 30,0 85,0
Вода 7,0 30,0
Загуститель 0,5 5,0
Структурирующая добавка 0,05 1,50
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что взрывчатый сенсибилизатор дополнительно содержит одно или несколько баллиститных ракетных твердых топлив, имеющих в смеси давление возбуждения детонации 1,5 6,0 ГПа.