ЭМУЛЬСИОННЫЙ ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ Российский патент 1997 года по МПК C06B31/28 C06B31/52 C06B45/02 C06B45/28 

Изобретение относится к эмульсионным составам типа "вода в масле", применяемым на промышленных взрывных работах в сухих, обводненных и заполненных буровым раствором скважинах в диапазоне температур окружающей среды от -30^oC до +50^oC.

Известно эмульсионное взрывчатое вещество, содержащее эмульсионный компонент типа "вода в масле", эмульгатор и сенсибилизирующую смесь, в качестве которой взяты тонкодисперсный алюминий и измельченный бездымный порох в соотношении, мас.

Эмульсия основа
Тонкодисперсный алюминий 0,5-10
Измельченный бездымный порох 1-40
(США, патент N 4555276, кл. C 06 B 45/32, 1985 г.).

Недостаток данного взрывчатого состава состоит в том, что сенсибилизирующее действие определяется количеством и размерами микропузырьков воздуха, которые адсорбированы на поверхности частичек алюминия.

В процессе перемешивания, транспортирования, хранения, а также при зарядке скважин возможна коалиценция, то есть объединение небольших пузырьков в более крупные, что приводит к десенсибилизации подобных эмульсионных взрывчатых составов (ЭВС).

Кроме того, составы, содержащие воду и алюминий, имеют существенно более низкую химическую стойкость.

Известно эмульсионное взрывчатое вещество типа "вода в масле", содержащее 20 85% соли-окислителя, в качестве которой используют нитрат алюминия и 25% нитрата натрия или кальция, 5 30% воды, 4 8% углеводородного топлива, 0,5 6% эмульгатора и 5 50% сенсибилизатора в качестве которого используют, в частности, бездымный порох (заявка Великобритании N 1335097, кл. C06B 1/04, 1973 г. прототип).

Недостаток этого взрывчатого состава состоит в том, что применение бездымного пороха (пироксилинового или баллиститного) в измельченном виде позволяет лишь повысить энергетические характеристики составов водоэмульсионного типа заметного изменения восприимчивости этих составов к инициирующему импульсу штатных средств инициирования (ЭД и ДШ), поэтому, как указывается в патенте, для инициирования этого состава необходимо применение мощных промежуточных детонаторов из ТЭНа, РДХ, пентолита и др.

Этот факт объясняется тем, что при измельчении порохов (зерна или трубки) происходит нарушение структуры, и, как следствие, вскрытие внутренних каналов или полное их разрушение. В процессе приготовления состава открытые каналы заполняются эмульсией, что приводит к снижению сенсибилизирующего действия пороха.

Указанные недостатки устранены в заявляемом составе за счет использования в качестве сенсибилизатора активного материала зерненного пироксилинового пороха с диаметром каналов 0,15 0,85 мм при следующем соотношении компонентов, мас.

Эмульсия основа
Зерненный пироксилиновый порох 25 55
Как показали исследования, выполненные авторами, эмульсионные взрывчатые составы, содержащие в качестве сенсибилизатора пироксилиновый порох, обладают свойствами, существенно отличающими их от других ЭВС. Во-первых, порох является активным компонентом состава, участвующим в реакции взрывчатого превращения, что позволяет улучшить практически все взрывчатые характеристики ЭВС.

Во-вторых, при содержании пороха в составе от 25 до 55% ЭВС являются системами высоковязкими ( μ150 250 Па с ), что препятствует заполнению каналов порохового зерна эмульсией и вытеснению из них воздуха при диаметре каналов не более 1 мм.

Этот факт позволяет сохранить сенсибилизирующее свойство пороха в течение длительного времени.

Диаметр каналов и массовая доля пороха в составе, а также его дисперсность играют решающую роль в возникновении и распространении детонации. Под действием инициирующего импульса происходит адиабатическое сжатие воздуха, который находится в каналах зерна, что вызывает термический разогрев пороха и инициирование взрывчатого превращения эмульсионного взрывчатого состава.

При таком механизме скорость взрывчатого превращения будет зависеть от диаметра канала порохового зерна и его массовой доли в составе.

Минимальное содержание пороха в эмульсионном составе определяется его сенсибилизирующим действием. Эксперименты показали, что минимальное содержание обеспечивающие необходимую чувствительность к инициирующему импульсу, например, от промежуточного детонатора, составляет 25%
Максимальное содержание пороха в составе определяется условиями безопасного применения состава и прежде всего чувствительностью пороха к механическим воздействиям.

Для обеспечения безопасности применения необходимо, чтобы зерна пороха не образовывали непрерывного каркаса, т.е. в промежутках между зернами должна располагаться эмульсия. Расчет дает максимальное содержание пороха в составе 65% Однако, реальное содержание пороха в составе с учетом кислородного баланса, состава продуктов взрыва, чувствительности к механическим воздействиям, а также условий технологии смешения эмульсии с порохом не должно превышать 55%
Известно использование в качестве сенсибилизатора микросфер из смолы или стекла, или вспененного полистирола (а.с. 2024468, C06B 31/28, РФ), однако, такой сенсибилизатор, являясь инертной добавкой, снижает взрывную эффективность состава, кроме того, микросферы приходится использовать в большом количестве, т.к. они имеют более толстые стенки и малоэффективны.

Существенное значение имеет прочность микросфер, так при недостаточной прочности и действии внешних нагрузок при изготовлении составов, транспортировании и хранении может произойти разрушение микросфер, что сопровождается снижением детонационной способности состава.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены пять образцов, представленные в табл. 1.

Приготовление эмульсии включает несколько стадий: приготовление горячего водного раствора окислителей, смешение компонентов органической фазы и непосредственно эмульгирование.

Отдельно при температуре 80^oC получали раствор окислителей. В реакторе при этой же температуре смешивали эмульгатор с горючим. При работающей мешалке в течение 30 с в систему "эмульгатор-горючее" выливали раствор окислителей и производили перемешивание еще в течение 3 мин.

Готовую и охлажденную до комнатной температуры эмульсию смешивали с навеской пороха до получения однородной массы, время смешивания не превышало 15 мин.

Полученный состав патронировали в полиэтиленовый рукав ⊘ 90 мм и длиной 500 м для получения опытных образцов и их испытаний.

Основные физико-химические и взрывчатые характеристики эмульсионного ВС и прототипа представлены в табл. 2.

Применение зерненного пироксидинового пороха в качестве сенсибилизатора в рекомендуемых соотношениях позволяет повысить стабильность ЭВС, обеспечить устойчивость процесса распространения детонации в эмульсионных взрывчатых составах и высокую чувствительность этих составов к инициирующему импульсу. Кроме того, применение пороха из утилизируемых выстрелов в эмульсионных взрывчатых составах позволяет значительно снизить себестоимость ЭВС, расширить сырьевую базу для производства ЭВС, оптимально использовать утилизируемые пироксилиновые пороха.

Сущность изобретения: состав содержит (в мас.% ): 25-55 зерненого пироксилинового пороха с каналами диаметром 0,15-0,85 мм в качестве сенсибилизатора, эмульсия "вода в масле" - остальное. Зерненый пироксилиновый порох может быть использован из утилизированных выстрелов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Эмульсионный взрывчатый состав, включающий эмульсию типа "вода в масле" и сенсибилизатор бездымный порох, отличающийся тем, что в качестве сенсибилизатора он содержит зерненый пироксилиновый порох с каналами диаметром 0,15 0,85 мм при следующем соотношении компонентов, мас.

Эмульсия Основа
Зерненый пироксилиновый порох с каналами диаметром 0,15 0,85 мм 25 - 55
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он содержит пироксилиновый порох из утилизированных выстрелов.