ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЗРЫВЧАТОГО СОСТАВА, ВЗРЫВЧАТЫЙ КОМПЛЕКТ И СПОСОБ ВЗРЫВАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C06B21/00 C06B31/28 C06B31/30 

Изобретение относится к взрывчатым веществам вообще и модифицированным формам взрывчатых веществ, используемых в буровзрывных работах, в частности. Модифицированные взрывчатые вещества (ВВ) - это так называемые ВВ с малой ударной энергией (LSEE). Конкретнее, изобретение относится к ВВ с малой энергией удара для использования при взрывной отбойке горной породы и минералов и к способам разработки месторождений с использованием таких ВВ. Еще конкретнее, хотя и не исключительно, изобретение относится к изготовлению и применению химически модифицированных форм взрывчатых веществ на основе нитрата аммония и жидкого горючего (ANFO), которые модифицированы, предпочтительно, путем введения в них медленнее реагирующего твердого топлива, для задержки времени, необходимого для выделения максимального количества энергии ВВ.

Хотя изобретение будет описано в отношении использования модифицированных взрывчатых веществ ANPO, конкретно при взрывной отбойке горной породы, следует отметить, что изобретение не ограничено производством и применением этого типа ВВ, но, напротив, объем изобретения более обширен и включает также материалы, модификации и применения других ВВ, а не только тех, что конкретно описаны здесь. Например, настоящее изобретение равно применимо к так называемым тяжелым или высокоплотным высокобризантным ANFO-эмульсионным взрывчатым веществам. Модификация тяжелого ANFO-эмульсионного ВВ путем введения в него твердого топлива может произвести подобный же сдвиг энергетического баланса, требуемый для создания LSEE.

Взрывчатые вещества, используемые в настоящее время при взрывной отбойке горных пород, являются в общем высокобризантными ВВ, в которых вся взрывная энергия и сопутствующие газы под высоким давлением образуются более или менее мгновенно. Типичным примером такого ВВ, которое используется в настоящее время, является ANFO, представляющий собой смесь нитрата аммония и растительного или минерального масел с температурой вспышки выше 140^oF, обычно дизельное топливо N 2. Применение взрывчатого вещества ANFO во многих буровзрывных работах имеет целый ряд недостатков, которые включают следующие.

1. Взрыв высвобождает энергию в двух основных формах - в форме энергии удара и в форме энергии сдвига. При детонации имеет место мгновенное давление, которое смещает стенку шпура, создавая деформационную или ударную волну, которая производит трещины в породе. Энергия в этой волне является энергией удара. После того как ударная волна распространилась по породе, горячий сжатый газ, оставшийся в шпуре, может расширить трещины, равно как и поднять покрывающую породу. Этот газ имеет содержание энергии, называемой энергией сдвига. Перед взрывом горная порода обычно содержит достаточно изломов, которые могут увеличиваться численно лишь от энергии сдвига. Таким образом, ударная энергия очень мало или совсем не служит полезной цели в изломанной горной породе. Для ANPO 94/6 (94% натрия аммония и 6% жидкого горючего) теоретически доступная полная энергия равна 3727 Дж/г, из которых 1241 Дж/г приходится на ударную энергию, 2255 Дж/г на сдвиговую энергию и 231 Дж/г на остаточную энергию, представляющую собой внутреннюю энергию самого газа, которая не может быть использована.

2. Из-за высокой ударной энергии, создаваемой взрывом, ударная волна производит больше мелких частиц породы (мелочи) при разрушении породы, расположенной в непосредственной близости от шпура, чем это желательно или требуется, например, для использования в дальнейших стадиях технологического процесса.

3. Минералы или другие материалы, имеющие экономическую ценность, такие как алмазы, которые приходится извлекать из породы, иногда повреждаются при разрушении алмазоносной породы ударной волной, особенно в местах вблизи от шпура.

Полагают, что разработка ВВ с малой ударной энергией, в котором большая часть энергии производится в виде сдвиговой энергии и меньшая в виде ударной энергии, может снять по меньшей мере некоторые из проблем, связанные с использованием обычных высокобризантных ВВ. Поэтому задача изобретения - предложить модифицированное взрывчатое вещество, в частности модифицированное высокобразантное ВВ, которое может быть использовано при буровзрывных работах, у которого производство ударной энергии несколько снижено в сравнении с обычными бризантными ВВ.

Прежние попытки создания ВВ с малой ударной энергией включали разбавление взрывной смеси с целью получения меньше полной энергии на данную массу взрывчатой смеси. В общем, прежние попытки приводили к получению ВВ с малой ударной энергией, малой относительной энергией, что вынуждало бурить больше шпуров. Например, ANFORGАN является известной формой LSEE, состоящей из смеси ANFO и древесных опилок, как правило в соотношении 2:1. Древесные опилки действуют как разбавитель ANFO, снижающий плотность взрывчатой смеси. Хорошо известно, что ударная энергия ВВ уменьшается с уменьшением его плотности. Проблема с уменьшением плотности ВВ состоит в том, что в шпуре количество взрывчатого вещества ограничено объемом шпура. Взрывчатое вещество низкой плотности не будет иметь столько массы в данном объеме, сколько имеет ВВ высокой плотности. Так как действие ВВ связано с количеством взрывчатки в шпуре, ВВ низкой плотности не разломает породу так же эффективно, как ВВ высокой плотности.

Известна композиция взрывчатого вещества, содержащая не менее 50% неорганического нитрата (окислителя) и 8 - 25% твердого углеродистого топлива [1] . Указанная композиция может содержать до 5% жидкого углеводородного горючего. Размеры частиц окислителя и горючего частично совпадают. Известный взрывчатый состав может содержать в качестве твердого топлива измельченный синтетический пластик. Способ получения указанного взрывчатого состава заключается в смешивании компонентов состава. Такой состав и способ его получения могут быть приняты в качестве прототипа. В качестве прототипа способа взрывания принят способ, включающий размещение в скважине требуемого объема взрывчатого состава и подрыв его [2].

Задача изобретения - уменьшить ударную энергию, но сохранить полную энергию на уровне, сравнимом с обычным ВВ, таким как ANFO.

В соответствии с изобретением предлагается взрывчатый состав, содержащий окислитель в форме твердых частиц и горючее, в котором указанное горючее включает неабсорбирующее твердое топливо, введенное в указанный состав в форме частиц, причем массовое соотношение окислителя к горючему находится в пределах от 85:15 до 99:1, содержание твердого топлива составляет от 1 до 15 мас. % от общей массы состава, а остаток горючего, если он есть, приходится на жидкий углеводородный компонент, и в котором по меньшей мере в одном из измерений частицы твердого топлива имеют такой же размер или больший, чем частицы окислителя, так что значительная часть частиц окислителя не контактирует с какими-либо частицами твердого топлива, благодаря чему при использовании твердое топливо способно существенно снижать ударную энергию, одновременно повышая сдвиговую энергию, вследствие чего высвобождаемая полная энергия на единичный объем остается сравнимой с обычными высокобризантными ВВ аналогичной плотности.

Было найдено, что при замене части или всего жидкого горючего медленнее горящим твердым топливом время, в течение которого давление нарастает, увеличивается в пять раз, что значительно уменьшает количество произведенной ударной энергии.

Как правило, окислитель выбирают из нитрата аммония, нитрата натрия, нитрата кальция, перхлората аммония и т.п. Предпочтительным окислителем является нитрат аммония.

Как правило, горючее включает жидкое горючее, обычно дизельное топливо, и может включать смеси различных видов горючего. Следует отметить, что мазут, имеющий более высокую температуру кипения, чем дизельное топливо, может применяться как вместо дизельного топлива, так и в комбинации с ним. Предпочтителен мазут, содержащий очень мало или не содержащий совсем азота или кислорода.

В одном предпочтительном варианте мазут не применяется вообще и горючее полностью состоит из твердого топлива.

Как правило, твердое топливо выбирают их группы, включающей в себя каучук, гилсонил, неэкспандированный полистирол в твердой форме, акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), навощенную древесную муку, канифоль и другие подходящие неабсорбирующие углеродистые материалы. Предпочтительным твердым топливом является каучук или неэкспандированный полистирол, причем каучук наиболее предпочтителен. Каучук может быть выбран из натуральных каучуков, синтетических каучуков или их комбинации.

Как правило, каучук находится в форме частиц, которые получаются из прежних каучуковых продуктов. Обычно в качестве источника каучуковых частиц используют отходы процесса восстановления протекторов автомобильных шин. Эти отходы могут быть также подвергнуты криогенному замораживанию и затем измельчены до частиц. Частицы затем просеивают до получения заданного размера или заданного диапазона размеров частиц. Предпочтительным диапазоном размеров частиц является диапазон от 1 до 5 мм. Желательно избегать бимодальной крупки. Предпочтительно, одно из измерений каучуковых частиц должно быть современно с размером гранул нитрата аммония. Также предпочтительно, чтобы все частицы были более или менее одного размера.

Вместо каучуковых частиц или в дополнение к ним, в качестве твердого топлива можно использовать гилсонит. Предпочтительно, чтобы гилсонит имел размер частиц 30 меш.

Другие материалы, которые могут быть произвольно добавлены в состав, включают связующие, замедлители, инертные материалы, наполнители и т.п. Одним примером инертного материала, добавленного к составу согласно изобретению, является диоксид кремния в форме частиц песка. Полагают, что частицы песка действуют как теплоприемники, задерживающие наступление момента, когда ВВ достигает своего максимума энергии.

Предпочтительно, чтобы при изготовлении взрывчатого состава согласно настоящему изобретению все компоненты, как правило, добавлялись одновременно в один большой бак-смеситель из отдельных меньших емкостей, предназначенных для хранения и/или взвешивания.

Предпочтительно, чтобы объединенное количество жидкого горючего и каучука было от 6 до 9% от общей массы взрывчатого состава, предпочтительнее 6 - 7 мас.% с количеством жидкого горючего от 0 до 5% от общей массы.

Далее в одном предпочтительном варианте предусматривается низкоударный состав согласно настоящему изобретению, в котором соотношение AN : FO : твердое топливо находится в пределах от 94:2:4 до 96:1,5:2,5. Полагают, что в указанном варианте изменение в соотношении мазута к твердому топливу помогает замедлить производство максимума энергии взрывчатым веществом и превратить этот процесс в более регулируемое высвобождение энергии, предусмотрев в составе избыток мазута.

Вязкость мазута, добавляемого к взрывчатой смеси в одном варианте настоящего изобретения, как полагают, имеет важное значение, так как добавляемый мазут не только будет проникать внутрь гранулированных частиц окислителя, но и останется в контакте с наружной поверхностью гранулированных частиц.

Предпочтительные варианты изобретения будут описаны ниже только как примеры со ссылкой на чертеж, на котором график давления в скважине в килобарах показывает функцию времени в микросекундах для обычного ВВ, представленного кривой OABCD, в сравнении с давлением, полученным с одной из форму ВВ согласно настоящему изобретению, представленным кривой OBCD.

Во время взрыва ВВ, находящееся в скважине, мгновенно превращается из его довзрывного состояния, такого как, например, твердый или жидкий материал при нормальном давлении, в газ высокого давления. При детонации ВВ сильное мгновенное повышение давления вызывает увеличение размеров скважины или шпура. Увеличение размеров шпура вызвано движение стенок шнура, каковое движение, в свою очередь, уменьшает давление газа, образовавшегося при взрыве, внутри шпура. Так как диаметр шпура возрастает, то в окружающем породном массиве развиваются удерживающие силы, и если давление газа упало приблизительно наполовину от его первоначального значения немедленно после детонации, то дальнейшее расширение скважины прекращается. К этому времени, однако, уже произошло значительное разрушение и радиальное растрескивание в породной структуре вблизи скважины. С течением времени поля напряжений и трещин, образовавшиеся в породной структуре, распространяются вовне от скважины, пока в окружающем массиве породы не появятся крупномасштабные разрушения и остаточное давление газа не будет способно поднять всю тяжесть породы и доверить работу взрыва. Эта последовательность событий проиллюстрирована кривой OABCD вместе с представительными временными интервалами, где кривая OA соответствует мгновенному выделению максимальной энергии или давления, участок кривой AB соответствует расширению скважины немедленно после детонации и сопутствующего уменьшения давления, участок кривой BC соответствует стадии увеличения трещин и создания давления, когда давление внутри скважины падает еще больше и участок кривой CD соответствует подъему породы. Поэтому мгновенное приложение давления и развитие максимальной энергии представлено линией OA, а последующее расширение скважины и уменьшение давления представлено кривой ABCD.

Кривая OBCD, с другой стороны, иллюстрирует поведение одной формы BB с малой ударной энергией в соответствии с настоящим изобретением, в которой развитие максимальной энергии, соответствующей детонации BB и расширению скважины, регулируется с целью сделать этот процесс более постепенным, как это можно видеть по относительно более плавному наклону кривой OB в сравнении с наклоном кривой OA. Поведение BB с малой ударной энергией внутри скважины после достижения точки B на кривой аналогично поведению обычного BB с большой ударной энергией.

На чертеже заштрихованная площадь OABO представляет собой энергию, которая распространяется в виде ударной волны в породный массив, окружающий скважину, и есть то количество энергии, которое сберегается при использовании настоящего изобретения в сравнении с обычными BB, так как эта энергия в основном расходуется впустую и, кроме того, разрушает минералы, добываемые из породы. Для карьеров порода в массиве часто имеет много швов, что приводит к сильному ослаблению ударной волны на основе трения и других механизмов рассеяния энергии. Таким образом, ударная энергия является в основном бросовой энергией и мало что делает, кроме того, что приводит к неустойчивости откоса уступа и другим проблемам, вызываемым вибрацией.

Ниже будут описаны несколько примеров выполнения BB с малой ударной энергией (LS EE) в форме модифицированных взрывчатых веществ ANFO со ссылками на результаты экспериментальных испытаний, проведенных с каждым составом.

Пример I - ANRUB.

Первоначально полагали, что для обеспечения детонации, когда используется модифицированное взрывчатое вещество ANFO, необходимо, чтобы некоторая часть гранул нитрата аммония абсорбировала мазут или чтобы они по меньшей мере были тщательно перемешаны. Однако, оказалось, что нет никакой необходимости вводить горючее в гранулы. В этом предпочтительном варианте, названном ANRUB (Ammonium nitrate/Rubber = нитрат аммония/каучук) вообще не используется мазут; горючее для реакции, поступающее из самого каучука, действует как твердое горючее. В каждом из последующих примеров применялись коммерчески доступные пористые гранулы нитрата аммония обычного для взрывных работ сорта, имеющие средний диаметр гранул от 1,0 до 2,0 мм.

Подводное испытание.

Подводные испытания различных составов ANRUB проводились с целью замера изменений ударной энергии, а также сдвиговой энергии. Когда взрыв происходит под водой, ударная волна распространяется в воде от детонирующего BB и дополнительно к этому образуется газовый пузырь, который содержит газы, выделившиеся во время взрыва. Внутренняя энергия газа в пузыре или энергия пузыря, эквивалентна сдвиговой энергии взрыва в породе.

В подводных испытаниях применяли частицы каучука трех различных размеров во взрывчатом составе, получая их просеиванием до следующих размеров:
Крупные: 100% проходило через отверстия 2,36 мм и 100% задерживалось на отверстиях 1,18 мм;
Средние: 100% проходило через отверстия 1,18 мм и 100% задерживалось на отверстиях 850 мкм;
Мелкие: 100% проходило через отверстия 850 мкм.

Кроме того, подводный взрыв проводился для моделирования забойки заряда в породу с использованием забойки двух различных типов:
Легкая забойка: 4 литровых банки из-под краски весом 350 г;
Тяжелая забойка: стальные трубки внутренним диаметром 101,7 мм, длиной 500 мм и с толщиной стенки 6,3 мм, вес 9200 г.

Во все заряды BB были установлены промежуточные детонаторы HDP-3, приблизительно 140 г пентолита, который инициировался детонатором N 8 AI. Результаты подводных испытаний ANRUB представлены в табл. 1. Все составы, если не указано иное, были сбалансированы по кислороду. Цифры энергии в скобках являются стандартными отклонениями.

Даже при тяжелой забойке реакции подводного взрыва проходили не полностью из-за того, что BB не поддерживался при достаточно высокой плотности и давлении, чтобы прореагировать полностью, по мере того как расширяется пузырь взрывных газов. Следовательно, хотя ударная энергия в каждом случае меньше, чем для ANFO, энергия пузыря также меньше, так как полная энергия пузыря не выделилась. Последующие испытания в породе, где газообразные продукты взрыва удерживаются в ограниченном объеме гораздо дольше, так что реакция идет до конца, подтвердили, что ANPUB действует как настоящий LSBE (BB с малой энергией удара). В породе, где взрывные газы не могут распространяться так же свободно, как в воде, медленнее реагирующие твердые горючие смеси имеют больше времени, чтобы прореагировать полностью, повышая таким образом эффективную пузырьковую (или сдвиговую) энергию. Однако, не следовало бы ожидать, что ударная энергия изменится значительно, так как она является функцией начальной скорости детонации и давления на детонационном фронте, а не последующего расширения газов.

Размер части каучука влияет на скорость, с которой реагирует BB, наводя на мысль, что именно близость между твердым горючим и гранулами нитрата аммония регулирует скорость, с какой реагирует взрывчатая смесь. Мелкий каучук реагирует быстрее, чем крупный каучук, как можно было бы ожидать из отношения поверхности к массе для двух сортов каучуковых частиц. Однако, чем меньше размер частиц горючего, тем выше ударная энергия, и поэтому необходимо найти какой-то компромисс, чтобы получить оптимум, при котором все горючее имеет время прореагировать, но со скоростью, достаточно медленной, чтобы дать уменьшенную энергию удара.

Проблема с использованием частиц каучука - это проблема разделения. Любые мелкие частицы каучука стремятся сегрегировать на дно смеси и оказывают влияние на реакцию. Слишком крупные частицы имеют тенденцию всплывать наверх смеси. Крупные частицы смешиваются с гранулами нитрата аммония более равномерно. Добавление воды или насыщенного раствора нитрата аммония во время смешивания нитрата аммония с каучуком также значительно улучшало однородность смеси, особенно с более мелкими частицами каучука.

Испытания в породе.

Ударная волна необходима для запуска детонации внутри столба взрывчатого вещества. Интенсивность требуемой ударной волны зависит от чувствительности BB. Как только начинается процесс детонации, ударный фронт распространяется вдоль длины заряда. Скорость, с которой этот ударный фронт движется через взрывчатое вещество, известна как скорость детонации BB. Теория BB с малой ударной энергией согласно изобретению основана на замедлении скорости реакции для детонирующего BB. Чем быстрее реагирует взрывчатое вещество, тем больше количество ударной энергии генерируется. Ударная энергия пропорциональна квадрату скорости детонации. Следовательно, уменьшение скорости детонации указывает на уменьшение ударной энергии. Проводилось паление как единичных, так и множественных шпуров в породе, чтобы подтвердить, что ANRUB характеризуется как снижением ударной энергии (уменьшение скорости детонации), так увеличением сдвиговой энергии.

Скорости детонации определялись по методу измерения времени, за которое детонационный фронт замыкает накоротко пары проводов на полуметровых интервалах вдоль заряда BB. Они приведены в перечне табл. 2 для различных размеров скважин, типов пород как для ANFO, так и для ANRUB.

Цифры в табл. 2 указывают на то, что ANRUB создает существенно более низкую скорость детонации в сравнении с ANFO. Однако, уменьшение скорости детонации BB есть только частичное подтверждение того, что взрывчатое вещество имеет требуемые низкие показатели ударной энергии. Вибрации, производимые нитратаммоний-каучуковым BB (ABRUB), должны быть также ниже по сравнению с нитратаммоний-мазутным BB. Вибрационные измерения производились как на полигоне у горы Том Прайс, так и на оборудовании местного карьера.

Карьер.

Вибрационные измерения проводились с помощью двух триаксиальных сейсмоприемных агрегатов, размещенных на расстоянии 10 и 20 м сзади и перпендикулярно забою, на полпути между двумя 89-миллиметровыми шпурами. Тип породы - гранит.

Том Прайс.

Три сейсмоприемных агрегата были установлены на 15 м позади подрывного заряда параллельно к забою. Один сейсмоприемник был размещен на четверть пути вдоль подрывного заряда, второй позади центра подрывного заряда и третий на три четверти пути вдоль подрывного заряда. Одна половина заряда была заполнена ANFO, вторая половина - ANRUB.

Первое испытание проводилось в мягкой железной руде с использованием скважин диаметром 381 мм, уступа высотой 15 м и постели 2 м. Расстояния от взрывной скважины до сейсмоприемника были в пределах от 15 до 60 м. Средняя толщина покрывающей породы была 7,8 м, а средний шаг был 9 м, с глубиной забойки 9 м. Подрывной заряд состоял из 12 скважин вдоль забоя и в два ряда в глубину.

Корреляция измерений векторной суммы радиальной и трансверсальной скоростей частиц показывает.

где
R - расстояние от взрывной скважины до сейсмоприемного агрегата;
b - радиус взрывной скважины;
ppv - пиковая скорость частиц;
96,24 и 76,00 - пиковая скорость частиц у стенки взрывной скважины соответственно для ANFO и ANRUB;
0,0052 и 0,00488 - коэффициенты затухания соответственно для ANFO и ANRUB.

Отношение пиковых скоростей частиц между ANFO и FNRUB равно

Второе испытание было в железной руде с использованием скважин диаметром 381 мм. Расположение сейсмоприемников было то же самое, что и выше. Средняя толщина покрывающих пород была 8,8 м, а средний шаг - 10,2 м, с глубиной забойки 8 м. Подрывной заряд состоял из 14 скважин вдоль забоя в два ряда в глубину.

Отношение между пиковыми скоростями частиц ANFO и ANRUB равно
.

Замеры вибрации указывают на то, что ANRUB имеет последовательно более низкие характеристики по вибрации, чем сравнимый с ним ANFO, таким образом подтверждая, что ANRUB имеет требуемые низкие характеристики по ударной энергии.

Чтобы определить, имеет ли ANRUB сравнимую с ANFO полную энергию, также необходимо замерить сдвигаемую энергию. Если ударная энергия ANRUB уменьшается в сравнении с ANFO, то для сохранения полной энергии на прежнем уровне сдвиговая энергия должна, следовательно, возрасти. Хотя сдвиговая энергия не может быть измерена непосредственно, она прямо связана со скоростью покрывающей породы. Чтобы измерить скорости сдвига, снимались высокоскоростные фотографии со скоростью 500 кадров в секунду, что весьма подходит для ретроспективного анализа скоростей сдвига. В скорости сдвига есть две главные составляющие - в направлении забоя и гребня.

Начальные вертикальные скорости сдвига подсчитывались на основе анализа высокоскоростной 16-миллиметровой пленки взрыва. На гребне размещали маркирующие приспособления ("ведьмины колпаки" и банки из-под краски), их последовательное движение отражает скорость гребня, обусловленную взрывом (табл. 4).

Отношение средних скоростей сдвига

Классификация ANRUB как BB.

Правила, определяющие порядок работы и обращения с BB, предписывают смешение BB, таких как ANFO, проводить непосредственно у скважины, т.е. мазут добавляют к гранулам нитрата аммония как раз перед закачкой смеси в скважину. Время, необходимое для того, чтобы получить однородную смесь ANRUB, не позволяет смешивать продукт непосредственно у скважины. Те же самые правила запрещают транспортировку BB навалом, то означает, что ANRUB не может предварительно смешиваться и перевозиться к скважине при существующей классификации BB.

Чтобы преодолеть эту проблему, было решено попытаться отнести ANRUB к классу опасностей 1.5. Только "очень нечувствительные" взрывчатые вещества могут быть классифицированы как 1.5D. Чтобы оценить, является ли взрывчатый состав "очень нечувствительным", он должен пройти испытания серии 5, очерченные ниже. Эти испытания серии 5 состоят из испытаний четырех различных типов.

Тип 5(а): испытание на чувствительность к электродетонатору - ударные испытания, которые определяют чувствительность к детонации стандартным детонатором.

Тип 5(b): испытания от дефлаграции к детонации - термические испытания, которые определяют тенденцию перехода от дефлаграции к детонации.

Тип 5(c): испытание внешним огнем - в основном испытание для определения, взрывается ли вещество, имеющееся в большом количестве, если его подвергнуть большому огню.

Тип 5(d): испытания зажигательной искрой принцессы - чтобы определить, воспламеняется ли вещество, если подвернуть действию зажигательной искры.

ANRUB выдержал все четыре испытания и признан как ANRUB, классификационный N OOH 0082, класс 1.5, категория (ZZ). Это означает, что он может предварительно смешиваться и транспортироваться навалом, тем самым создавая большую гибкость в смешении и транспортировке.

Пример 2 - ANFORB.

Альтернативный вариант настоящего изобретения, который известен как ANFORB (нитрат аммония/мазут/каучук) имитирует полужелатинированные BB, которые состоят из приблизительно 10%-ного тонкого реакционноспособного слоя нитроглицерина, нанесенного на кристаллы нитрата аммония (HA), и твердое топливо. Детонация нитроглицерина инициирует реакцию между нитратом аммония и горючим, которое, в свою очередь, обеспечивает энергией для разрушения породы. ANFORB имитирует полужелатинированные BB в том смысле, что он использует ANFO для инициирования реакции между нитратом аммония и частицами каучука в качестве твердого горючего. В этом варианте изобретения берут 30% взрывчатого вещества ANFO 94:6 и объединяют с 70% материала, состоящего из нитрата аммония и каучука в соотношении 93:7, получая медленно горящее BB. 30% ANFO используются как инициатор для состава, в то время как материал, состоящий из нитрата аммония и каучука в соотношении 93:7, обеспечивает регулируемое развитие максимума энергии. Это представляет собой 93% нитрата аммония, 2% горючего и 5% каучука в ANFORB. Соотношение нитрат аммония/топочный мазут/каучук может быть изменено для получения оптимального состава.

Подводное испытание показывает, что ANFORB имеет взрывчатые свойства, подобные свойствам ANRUB, производя среднюю энергию пузыря 1957±147 Дж/г. Испытывался также ROIL, представляющий собой легкое отклонение от первоначального ANFORB, в котором твердое и жидкое горючее добавляли к гранулам раздельно. ROIL состоит из твердого и жидкого горючего, смешанных предварительно, до их добавления к гранулам нитрата аммония. Подводные испытания ROIL также давали результаты, сравнимые с ANRUB, со средней ударной энергией 593±62 Дж/г и энергией пузыря 1898±117 Дж/г.

Пример 3 - ANPS.

Испытывались две различные формы неэкспандированного полистирола в качестве твердых горючих для BB с малой ударной энергией, называемого ANPS (нитрат аммония/полистирол). Первая форма представляет собой цилиндрические полистирольные бусинки, несколько миллиметров в длину с диаметром приблизительно 2 мм. Эксперименты с этой смесью под водой дали в результате среднюю ударную энергию 314±88 Дж/г и энергию пузыря 1268±149Дж/г. Бусинки имеют тенденцию сегрегировать от гранул, приводя к неоднородности смеси. Кроме того, освобожденная энергия совершенно незначительна, что указывает на то, что скорость реакции мала. Однако, вероятно, что при заключении смеси в стальную трубку эти энергии возрастут значительно.

Вторая форма представляет собой полистирольные хлопья. Последние имеют большую площадь поверхности на единицу массы, чем бусинки, и поэтому они должны бы реагировать быстрее. Измеренная под водой ударная энергия для хлопьев ANPS равна 330±79 Дж/г с соответствующей энергией пузыря 1299±181 Дж/г. Проблема лежит в величине хлопьев; те хлопья, которые слишком малы, осаждаются на дно смеси, а те, что слишком крупны, всплывают наверх смеси. Просеиванием хлопьев на определенный гранулометрический состав можно использовать для получения равномерной взрывчатой смеси ту фракцию, которая смешивается хорошо.

Хлопья ANPS испытывали под водой, заключая их в стальную трубку. Как ожидалось, энергия удара и пузыря повышалась до значений соответственно 545±33 Дж/г и 1616 ± 75 Дж/г. Замкнутость снаряда в зарядной камере давала в результате повышение общей энергии пузыря и удара до более чем 500 Дж/г, что значительно. Остается еще неясность, прореагировали ли BB полностью. Если взрывные реакции проходят неполностью, тогда вероятно, что, когда заряд будет заключен в породу, энергия пузыря (сдвига) возрастет, сообщая ANPS свойства настоящего BB с малой ударной энергией в соответствии с настоящим изобретением.

Пример 4 - ANPW.

ANPW представляет собой смесь нитрата аммония, опилок и парафина. Брали образцы опилок различной величины, обозначаемых как мелкие и крупные. Опилки и жидкий парафин смешивали друг с другом, получая в результате опилки, покрытые парафином. После охлаждения смесей они образовывали на дне смесительной емкости пирог, который было трудно измельчать. Смешение опилок, покрытых парафином, в качестве твердого топлива с нитратом аммония не представляло затруднений, и подводные испытания давали величины ударной энергии 540±29 Дж/г и 474 ± 53 Дж/г для мелких и крупных образцов соответственно. Величины энергии подъема для мелких и крупных образцов были соответственно 1915 ± 38 Дж/г и 1862 ± 38 Дж/г соответственно.

Пример 5 - HANRUB.

Тяжелые взрывчатые вещества ANFO представляют собой высокоэнергетические, высокоплотные BB. Главное их преимущество состоит в их повышенной плотности и, следовательно, повышенной относительной энергии. Другое их преимущество то, что тяжелые взрывчатые вещества ANFO водоустойчивы в зависимости от их состава. Это идеально для площадок, где вода пересекает взрывные скважины и, следовательно, некоторые из них отчасти заполнены водой. Кроме того, дождевая вода не растворяет или не повреждает продукт, после того как он заряжен.

Тяжелые ANFO состоят из сбалансированной по кислороду смеси нитрата аммония, мазута и эмульсии, например, высокоэнергетического горючего (HEF) или энергана (ENERGAN). Фаза высокоэнергетического горючего или (HEF), или энергана (ENERGAN) имеет высокую плотность и покрывает поверхность гранул нитрата аммония, заполняя пустоты между гранулами, в результате чего плотность продукта возрастает.

HANRUB является тяжелым BB, состоящим из сбалансированной по кислороду смеси нитрата аммония, каучука и эмульсионной фазы. Целью является создание BB со следующими свойствами:
высокая плотность;
высокая энергия газа;
малая ударная энергия.

Это BB также имеет определенную степень водоустойчивости, зависящую от количества эмульсии в смеси. Степень водоустойчивости достигается при полном заполнении эмульсией пустот между гранулами и каучуком.

HEF 001 представляет собой 75% нитрата аммония, 3,1% мазута и 21,9% HEF. Оно загружается в 381-миллиметровую скважину в количестве 121 кг/м, с плотностью 1,06 г/см³. Эквивалент HANRUB (75% нитрата аммония, 3,1% каучука и 21,9% эмульсии) имеет загрузочную плотность 0,88 г/см³ или 100 кгм^-1 в 381-миллиметровой скважине.

Во время полевых испытаний на площадке Том Прайс детонировали две скважины с HEF 001 и две с HANRUB. Анализ высокоскоростной фотосъемки взрывов дал следующие результаты (табл. 5).

Отношение средних скоростей сдвига

Данные табл. 5 указывают на то, что скорость сдвига и, следовательно, сдвиговая энергия для HANRUB действительно увеличивается по сравнению с HEF 001, на тот же коэффициент, что ANRUB при сравнении этого последнего с ANFO.

Тяжелые BB с более высокой плотностью могут быть получены путем увеличения процентного содержания эмульсии в смеси. ANFO /эмульсионная смесь 60/40 имеет плотность около 1,2 г/см³. Повышение содержания HEF в HANRUB будет, следовательно, повышать плотность продукта. Существует предел для максимальной плотности, возможной с тяжелыми BB, т.е. когда все пустоты между гранулами заполнены эмульсией, равной приблизительно 1,3 г/см³.

Теперь, когда во всех деталях описаны несколько примеров взрывчатого состава согласно изобретению, будет очевидным, что применение твердого горючего в соответствии с изобретением позволяет получить желаемое BB с малой энергией удара. В обычных взрывчатых составах ANFO жидкое горючее поглощается пористыми гранулами нитрата аммония (AN). В предпочтительной форме изобретения, в которой все жидкое горючее заменено твердым горючим, может быть использован менее пористый или даже кристаллический нитрат аммония, менее дорогостоящий, чем пористые гранулы нитрата аммония. Это имеет преимущество снижения стоимости BB.

Другие преимущества предпочтительного взрывчатого вещества с малой энергией удара согласно изобретению включают следующие.

1. Увеличение сдвиговой энергии относительно ударной энергии позволяет получить эффективное BB для взрывной отбойки горных пород.

2. Это повышение эффективности приводит к снижению количества BB, потребного на скважину для получения тех же результатов взрыва, что дает снижение расходов.

3. Повышается устойчивость откоса уступа и снижаются вибрации грунта, что делает BB с малой ударной энергией более приемлемыми с экологической точки зрения.

4. Снижается количество образующейся мелочи.

5. Уменьшается повреждение добываемого материала, в частности алмазов.

6. Из-за относительной нечувствительности к случайному взрыву BB с малой энергией удара LSEE может предварительно смешиваться и транспортироваться навалом к месту горных разработок и вокруг него.

Описанные примеры даны как пояснение, допуская многочисленные модификации, не выходящие за пределы и не имеющие сути изобретения, которое включает каждый новый признак и новую комбинацию признаков, описанных здесь.

Специалисты данной области поймут, что описанное здесь изобретение допускает вариации и модификации, иные, чем конкретно описанные, без отклонения от основных принципов изобретения. Все такие вариации и модификации полагаются находящимися в пределах настоящего изобретения, природа которого должна быть определена из предшествующего описания и прилагаемой патентной формулы.

Изобретение относится к ВВ с малой энергией удара для использования при взрывной отбойке горной породы и минералов, и к способам разработки месторождений с использованием таких ВВ. Еще конкретнее, хотя и не исключительно, изобретение относится к изготовлению и применению химически модифицированных форм взрывчатых веществ на основе нитрата аммония и жидкого горючего ( ANFO ), которые модифицированы, предпочтительно, путем введения в них медленно реагирующего твердого топлива, для задержки времени, необходимого для выделения максимального количества энергии ВВ. Взрывчатый состав содержит окислитель, такой как нитрат аммония (AN ), и горючее, которое может включать жидкое горючее (FО) и которое также включает твердое топливо, такое как частицы каучука, горошины или хлопья полистирола. Твердое топливо введено в состав для обеспечения регулируемого выделения энергии после детонации взрывчатого состава. Было найдено, что при замене части или всего жидкого горючего более медленно горящим твердым топливом, время, в течение которого нарастает давление во время детонации, удлиняется. Так может быть получено взрывчатое вещество с малой энергией удара (LSEE ), характеризуемое пониженной энергией удара и повышенной энергией сдвига в сравнении с обычными взрывчатыми веществами, такими как ANFO. 4 с. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл.

1. Взрывчатый состав, содержащий окислитель в виде твердых частиц и горючее, отличающийся тем, что горючее включает неабсорбирующий твердотопливный материал, введенный в состав в виде частиц, причем массовое отношение окислителя к горючему находится в интервале от 85:15 до 99:1, содержание твердого горючего составляет 1 - 15% от общей массы состава и частицы твердотопливного материала по крайней мере в одном из измерений имеют такой же или больший размер, чем частицы окислителя, посредством чего при использовании твердотопливный материал способен существенно уменьшить энергию ударной волны, одновременно увеличивая сдвиговую энергию так, что полная выделившаяся энергия на единицу объема остается сравнимой с обычным взрывчатым веществом с высокой энергией ударной волны аналогичной плотности. 2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что массовое отношение окислителя к горючему находится в интервале от 86:14 до 96,5:3,5, а горючее полностью является твердым горючим материалом. 3. Состав по п. 1, отличающийся тем, что массовое отношение окислителя к горючему находится в интервале от 92:8 до 94,6, а горючее полностью является твердым горючим материалом. 4. Состав по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что окислитель выбирают из группы, состоящей из нитрата аммония, нитрата натрия, нитрата кальция, перхлората аммония и их смесей. 5. Состав по любому из пп. 1 - 4, отличающийся тем, что твердое топливо выбирают из группы, состоящей из каучука, нерасширенного полистирола, гилсонита, покрытых воском опилок, акрилонитрил-бутадиен-стирола, канифоли и других подходящих неабсорбирующих углеродистых материалов. 6. Состав по п. 1, отличающийся тем, что окислитель находится в виде гранул нитрата аммония, а горючее является твердым топливом в виде частиц каучука и массовое отношение нитрата аммония к частицам каучука находится в интервале от 92:8 до 94:6. 7. Состав по п. 6, отличающийся тем, что частицы каучука имеют такой размер, что в основном способны проходить через 3-миллиметровое сито, но в основном задерживаются на 500-микрометровом сите. 8. Состав по п. 6, отличающийся тем, что частицы каучука имеют такой размер, что в основном способны проходить через 2,36-миллиметровое сито, но в основном задерживаются на 850-микрометровом сите. 9. Способ получения взрывчатого состава, включающий смешивание окислителя в виде твердых частиц с горючим, отличающийся тем, что горючее включает неабсорбирующий твердотопливный материал, введенный в состав в виде частиц, причем массовое отношение окислителя к горючему находится в интервале от 85: 15 до 99:1, содержание твердого горючего составляет от 1 до 15% от общей массы состава и частицы твердотопливного материала по крайней мере в одном из измерений имеют такой же больший размер, чем частицы окислителя, посредством чего при использовании твердотопливный материал способен существенно уменьшать энергию ударной волны, одновременно увеличивая сдвиговую энергию так, что полная выделившаяся энергия на единицу объема остается сравнимой с обычным взрывчатым веществом с высокой энергией ударной волны аналогичной плотности. 10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что массовое отношение окислителя к горючему находится в интервале, указанном в п. 2 или 3. 11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что окислитель выбирают из группы, состоящей из нитрата аммония, нитрата натрия, нитрата кальция, перхлората аммония и их смесей. 12. Способ по п. 9, отличающийся тем, что горючее выбирают из группы, состоящей из каучука, нерасширенного полистирола, гилсонита, покрытых воском опилок, арилонитрил-бутадиен-стирола, канифоли и других неабсорбирующих углеродистых материалов. 13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что окислитель находится в виде гранул нитрата аммония, горючее является твердым топливом в виде частиц каучука, а массовое отношение нитрата аммония к частицам каучука находится в интервале от 92:8 до 94:5. 14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что частицы каучука имеют размер, определенный в п. 7 или 8. 15. Взрывчатый комплект, включающий первый компонент, содержащий окислитель в виде твердых частиц, и второй компонент, содержащий горючее, отличающийся тем, что горючее включает неабсорбирующий твердотопливный материал в виде частиц, причем массовое отношение окислителя к горючему находится в интервале от 85:15 до 99:1 и содержание твердотопливного материала составляет от 1 до 15% от общей массы состава и частицы твердотопливного материала по крайней мере в одном из измерений имеют такой же или больший размер, чем частицы окислителя, посредством чего при использовании твердотопливный материал способен существенно уменьшить энергию ударной волны, одновременно увеличивая сдвиговую энергию так, что полная выделившаяся энергия на единицу объема остается сравнимой с обычным взрывчатым веществом с высокой энергией ударной волны аналогичной плотности. 16. Комплект по п. 15, отличающийся тем, что массовое отношение окислителя к горючему находится в интервале, определенном в п. 2 или 3. 17. Комплект по п. 15, отличающийся тем, что окислитель выбирают из группы, состоящей из нитрата аммония, нитрата натрия, нитрата кальция, перхлората аммония и их смесей. 18. Комплект по п. 15, отличающийся тем, что горючее выбирают из группы, состоящей из каучука, нерасширенного полистирола, гилсонита, покрытых воском опилок, акрилонитрил-бутадиен-стирола, канифоли и других подходящих углеродистых материалов. 19. Комплект по п. 15, отличающийся тем, что окислитель находится в виде гранул нитрата аммония, горючее состоит из твердого топлива в виде частиц каучука, а массовое отношение нитрата аммония к частицам каучука находится в интервале от 92:8 до 94:6. 20. Комплект по п. 15, отличающийся тем, что частицы каучука имеют размер, определенный в п. 7 или 8. 21. Способ взрывания, включающий размещение в скважине требуемого объема взрывчатого состава и подрыв его, отличающийся тем, что в качестве взрывчатого состава используют состав по любому из пп. 1 - 8.