ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ (И ЕГО ВАРИАНТ), СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (И ЕГО ВАРИАНТ) Российский патент 1998 года по МПК C06B31/30 C06B45/18 C06B21/00 

Изобретение относится к промышленным взрывчатым составам на основе невзрывчатых ингредиентов для ведения взрывных работ методом скважинных зарядов и способу их изготовления.

Взрывчатые составы (ВС) на основе невзрывчатых ингредиентов широко используются как в России (патенты NN2021240, 1784620, 1811520, 1811519 и др. ), так и за рубежом (патент США N 542472, патенты Украины NN 94076061, 94128166, нафтениты в Венгрии, аммонексы в Германии и др.). Основными компонентами указанных ВС являются в качестве окислителя аммиачная селитра, в качестве горючего - древесная мука, угольная пыль, торф, лигнин, минеральные масла, металлические порошки и др.

Указанные ВС обладают низкой чувствительностью к механическим воздействиям, широкой доступностью и невысокой стоимостью сырья, за исключением металлических порошков, что делает возможным использование их в качестве промышленных ВВ для ведения взрывных работ на земной поверхности для подземных работ.

Известен взрывчатый состав (патент СССР N 136654, заявлено 10.02.60), включающий гранулированную аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт и порошкообразное горючее при следующем соотношении компонентов, мас%:
Жидкий нефтепродукт в виде солярового, веретенного и т.п. масла, нагретого мазута, петролатума, парафина - 2,0-4,0
Порошкообразное горючее в виде сажи, торфа, алюминиевой пудры или ВВ - 3,0-5,0
Гранулированная аммиачная селитра с размером гранул 0,5-3,0 мм - Остальное,
принятый в качестве прототипа к заявленному взрывчатому составу.

Недостатками состава - прототипа являются гигроскопичность, а следовательно, необходимость в герметичной упаковке, пыление ВС в процессе заряжания скважин, высокая стоимость ВС из-за применения дорогостоящих мелкодисперсных металлических порошков.

При хранении ВС в негерметической таре при изменяющихся атмосферных условиях (влажность, температура) поверхностные слои насыщаются влагой, агрегируются в частицы различной формы и размеров, что приводит к снижению, а иногда и потере сыпучести, изменению компонентного состава и насыпной плотности скважинного заряда по высоте колонки заряда и, как следствие, к неполноте детонации заряда.

Технической задачей изобретения было повышение эффективности взрывчатого состава за счет улучшения физической стабильности и детонационных параметров ВС, условий заряжания скважин, снижения стоимости, расширения сырьевой базы с увеличением ассортимента и объема выпуска.

Задача была решена созданием взрывчатого состава и его варианта:
для пород средней крепости - вариант 1- содержащего гранулированную аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт, порошкообразное горючее, в который дополнительно включена вода или водный раствор гликоля и перлитовый песок, а в качестве порошкообразного горючего выбрано органическое горючее с размером частиц 0,05 - 3,25 мм;
для крепких пород - вариант 2 - содержащего гранулированную аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт, порошкообразное горючее, в который дополнительно включена вода или водный раствор гликоля и перлитовый песок, а в качестве порошкообразного горючего выбрано органическое горючее с размером частиц 0,05 - 3,25 мм и металлическое горючее - алюминий кремнистый или его смесь с ферросилицием с размером частиц 0,025 - 0,150 мм в соотношении от 1:1 до 3: 1, а входящие в состав (варианты 1 и 2) компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Вариант 1
Порошкообразное органическое горючее с размером частиц 0,05-3,25 мм - 1,0-6,0
Металлическое горючее - алюминий кремнистый или его смесь с ферросилицием с размерами частиц 0,025-0,150 мм в соотношении от 1:1 до 3:1 - -
Жидкий нефтепродукт - 2,5-5,0
Вода или водный раствор гликоля - 1,0-4,0
Перлитовый песок - 0,05-5,0
Гранулированная аммиачная селитра - Остальное
Вариант 2
Порошкообразное органическое горючее с размером частиц 0,05-3,25 мм - 2,0-5,0
Металлическое горючее - аллюминий кремнистый или его смесь с ферросилицием с размерами частиц 0,025-0,150 мм в соотношении от 1:1 до 3:1 - 3,0-9,0
Жидкий нефтепродукт - 1,0-4,0
Вода или водный раствор гликоля - 0,5-4,0
Перлитовый песок - 0,05-5,0
Гранулированная аммиачная селитра - Остальное
причем в качестве органического горючего выбирается торф, или лигнин, или древесная мука или их смесь в любом соотношении, в качестве жидкого нефтепродукта используют минеральные масла или смесь минеральных масел таких, как дизельное топливо, или индустриальное, или приборное, или соляровое масло, кроме того, для ряда целей, в частности для заряжания шпуров диаметром около 40 мм гранулированная аммиачная селитра выбирается такой, что содержание гранул с размерами 0,5-3,0 мм и 0,05-1,50 мм составляет от 1:1 до 5:1.

Введение воды в предлагаемый ВС и его вариант способствует снижению пыления, гигроскопичности; гликоля - смерзаемости при минусовых температурах, увеличению насыпной плотности, полноты детонации, улучшению санитарно-гигиенических условий изготовления и применения предлагаемого ВС. В процессе изготовления ВС сохраняется капиллярнопористая структура органического горючего (торфа, лигнина) и последнее выполняет наряду с перлитовым песком во ВС еще дополнительно функцию газонесущей сенсибилизирующей добавки, тем самым повышаются детонационные параметры ВС и скважинного заряда на его основе, улучшаются экологические условия применения предлагаемого ВС.

Выбранный гранулометрический состав органического (0,05-3,25 мм) и металлического (0,025-0,150 мм) горючих, аммиачной селитры обеспечивает равномерное распределение горючего в среде окислителя, сыпучесть и высокую насыпную плотность, постоянство компонентов состава по объему как в процессе хранения, транспортирования, так и при заряжании скважин.

Использование в варианте 2 в качестве металлического горючего алюминия кремнистого или его смеси с ферросилицием с размерами частиц 0,025-0,150 вместо алюминиевой пудры (размер частиц пудры от 0,0007 до 0,007 мм) приводит с снижению стоимости, снижению накопления зарядов статического электричества при изготовлении ВС и заряжании скважин при сохранении полноты реакции взрывчатого превращения. Необходимость двух вариантов заявляемого состава обуславливается значительным различием крепости взрываемых пород. Для пород крепостью до 10-12 по шкале М.М.Протодьяконова рекомендуется использовать заявляемый состав по варианту 1, включающий аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт, органическое горючее, воду или водный раствор гликоля и перлитовый песок.

Для ведения взрывных работ по крепким породам (12-20 по шкале М.М.Протодьяконова) удельная полнота взрыва, а следовательно, и работоспособность ВС по варианту 1 недостаточна. Она может быть повышена включением в состав заявляемого ВС по варианту 1 дополнительно металлического горючего, в качестве которого выбраны алюминий кремнистый или его смесь с ферросилицием в соотношении от 1:1 до 3:1.

Взрывчатый состав, который помимо ингредиентов варианта 1 дополнительно содержит выбранное металлическое горючее, является вариантом 2.

Жидкие нефтепродукты - минеральные масла такие, как дизельное топливо, индустриальное, приборное, солярное, веретенное масла, или другие, или их смесь имеют близкие термодинамические характеристики и практически не влияют на энергетические параметры предлагаемого взрывчатого состава и его варианта.

В качестве окислителя выбирается гранулированная аммиачная селитра с размером гранул 0,5 - 3,0 мм, выпускаемая промышленностью, причем для некоторых целей используется смесь селитр с размерами гранул 0,5-3,0 и 0,05-0,5 мм в соотношении от 1:1 до 5:1, за счет чего повышается насыпная плотность, объемная теплота взрыва, снижается критический диаметр детонации.

В обоих вариантах заявляемого ВС достигается основной технический результат - снижение пыления, смерзаемости в зимних условиях, повышение насыпной плотности, постоянство компонентного состава скважинного заряда по высоте колонки заряда, полнота детонации, снижение стоимости, а для варианта 2 еще и дополнительный технический результат - повышение работоспособности.

Указанный технический результат изобретения достигается также за счет предложенного соотношения ингредиентов и их дисперсности, выбранных из условий сбалансированного соотношения горючего и окислителя, при котором обеспечиваются оптимальные значения полноты превращения (кислородный баланс), содержания токсичных газов, энергетических (удельная теплота взрыва, общий объем газов) и детонационных (скорость и критический диаметр детонации) параметров предлагаемых ВС по варианту 1 и 2.

Известен способ изготовления промышленных ВС на основе гранулированной аммиачной селитры путем обработки ее гранул сначала жидким нефтепродуктом (омасливание), например, соляровым и др. маслом, а затем смешением омасленных гранул селитры с порошкообразным горючим материалом, например алюминиевой пудрой, сажей, торфом и др. (патент СССР 136654, заявл. 10.02.60), принятый в качестве прототипа к предлагаемому способу изготовления ВС. Недостатком такого способа является пыление и накопление зарядов статического электричества при изготовлении ВС и заряжании скважин, гигроскопичность ВС при хранении в негерметичных условиях, неоднородность компонентного состава по высоте колонки заряда при заряжании скважин.

Предлагаемый способ изготовления заключается в том, что предварительно порошкообразное горючее высушивают до влажности 15-40 мас.%, исключающей пыление, а затем смешивают при температуре 20±10^oC обработанную (омасленную) жидким нефтепродуктом аммиачную селитру с перлитовым песком (для состава варианта 1) или смешивают омасленную аммиачную селитру с перлитовым песком и порошкообразным металлическим горючим (для состава варианта 2). Для исключения смерзаемости при использовании ВС в зимнее время органическое горючее с влажностью 15-40 мас.% сначала обрабатывают гликолем с образованием водного раствора гликоля, а затем производят смешение при температуре 20±10^oC с другими компонентами ВС.

При температуре смешения компонентов ниже 10^oC не обеспечивается равномерность смачивания и распределения компонентов ВС.

При температуре более 30^oC ухудшаются санитарно-гигиенические условия производства из-за повышенной летучести жидкого нефтепродукта.

Смешение компонентов осуществляют в смесителях, используемых при производстве аммиачно-селитренных ВВ.

Предлагаемый способ производства аммиачно-селитренных ВВ устраняет пыление, улучшает санитарно-гигиенические условия производства и применения ВС, повышает безопасность производства, обеспечивает однородность распределения компонентов по высоте колонки заряда при заряжании скважин, полноту детонации.

Предлагаемый способ может быть применен для производства ВС как в заводских условиях, так и на местах применения ВВ при непрерывном и периодическом вариантах производства.

Технологический процесс производства включает следующие фазы:
сушка органического горючего до влажности 15-40 мас%; обработка (омасливание) гранул аммиачной селитры жидким нефтепродуктом до равномерного смачивания поверхности гранул; смешение при температуре 20±10^oC омасленной аммиачной селитры с органическим горючим, перлитовым песком с обеспечением равномерного распределения порошкообразных компонентов (органического горючего и перлитового песка) на поверхности гранул аммиачной селитры при производстве ВС варианта 1;
или
смешения при температуре 20±10^oC омасленной аммиачной селитры с органическим горючим, перлитовым песком, металлическим горючим с обеспечением равномерного распределения порошкообразных компонентов (органическое и металлическое горючие, перлитовый песок) на поверхности гранул аммиачной селитры при производстве ВС варианта 2.

При использовании ВС при минусовых температурах после высушивания органического горючего его обрабатывают гликолем с образованием водного раствора гликоля.

Для изготовления ВС, предназначенных для заряжания шпуров диаметром около 40 мм, 15-50 мас.% аммиачной селитры дополнительно измельчают до размера частиц 0,05-1,50 мм и смешивают в гранулами 0,5-3,0 мм. Измельчение может производиться как до, так и после омасливания нефтепродуктом.

Для производства ВС предлагаемым способом применяют аммиачную селитру заводского изготовления с размером частиц 0,5-30, мм в соответствии с нормативно-технической документацией, порошкообразное органическое горючее в виде торфа, или лигнина, или древесной муки, или их смеси с размерами частиц 0,05-3,25 мм, алюминий кремнистый или его смесь с ферросилицием с размером частиц 0,025-0,150 мм, жидкий нефтепродукт, перлитовый песок.

В таблице приведены примеры предлагаемых ВС.

Образующаяся при перемешивании компонентов ВС водомаслянная пленка обеспечивает равномерное распределение горючего в среде окислителя, сохраняет капиллярнопористую структуру порошкообразного органического горючего, тем самым обеспечивает дополнительную сенсибилизацию ВС, при этом улучшаются санитарно-гигиенические условия производства ВС и заряжания скважин и шпуров, достигаются постоянство компонентного состава, высокие детонационные параметры, полнота детонации при более низких значениях критического диаметра детонации в сравнении с прототипом. Стоимость предлагаемых ВС на 30-40% ниже в сравнении с прототипом.

Изготовление составов осуществлялось по вышеописанному технологическому процессу. Температура смешения изменялась от 10-30^oC.

Изготовленные ВС по вариантам 1 и 2 имели однородный состав, сохраняли сыпучесть в процессе транспортирования, хранения и заряжания скважин.

Предлагаемые ВС по варианту 1 и 2 изготовлены и испытаны с положительными результатами при взрывании горных пород различной крепости в скважинах диаметром 105-256 мм и шпурах диаметром 40 мм при температурах от - 40 до 50^oC.

Изобретение относится к разработке взрывчатых составов и способам их изготовления. Взрывчатые составы (ВС) используются в качестве скважинных зарядов в горном деле и строительстве. Техническим результатом изобретения является получение высокоэффективных промышленных ВС, обладающих улучшенными физической стабильностью и детонационными параметрами, пониженной себестоимостью и расширенной сырьевой базой. Взрывчатый состав включает, мас.%: вариант 1- порошкообразное органическое горючее с размером частиц 0,05-3,25 мм 1,0-6,0; вода или водный раствор гликоля 1,0-4,0; перлитовый песок 0,05-5,0; жидкий нефтепродукт 2,5-5,0; гранулированная аммиачная селитра остальное; вариант 2- порошкообразное органическое горючее с размером частиц 0,05-3,25 мм 2,0-5,0; жидкий нефтепродукт 1,0-5,0; вода или водный раствор гликоля 0,5-4,0; алюминий кремнистый или его смесь с ферросилицием с размером частиц 0,025-0,150 мм в соотношении от 1:1 до 3:1 3,0-9,0; аммиачная селитра остальное. Способ изготовления ВС включает предварительное высушивание органического горючего до влажности 15-40 мас.%, при необходимости обрабатывание гликолем с получением водного раствора гликоля, а затем смешение его с омаслянной жидким нефтепродуктом аммиачной селитрой и перлитовым песком, а для варианта 2- еще и с металлическим горючим. 4 с. и 10 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Взрывчатый состав, включающий гранулированную аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт и порошкообразное горючее, отличающийся тем, что он дополнительно содержит воду или водный раствор гликоля, перлитовый песок, а в качестве порошкообразного горючего - органическое горючее с размером частиц 0,05 - 3,25 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Жидкий нефтепродукт - 2,5 - 5,0
Порошкообразное органическое горючее с размером частиц 0,05 - 3,25 мм - 1,0 - 6,0
Вода или водный раствор гликоля - 1,0 - 4,0
Перлитовый песок - 0,05 - 5,0
Гранулированная аммиачная селитра - Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого нефтепродукта содержит минеральное масло или смесь минеральных масел. 3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного органического горючего содержит торф, или лигнин, или древесную муку, или их смесь в любом соотношении. 4. Состав по п.1, отличающийся тем, что содержит аммиачную селитру с размерами гранул 0,5 - 3,0 мм и 0,05 - 1,5 мм в соотношении от 1 : 1 до 5 : 1. 5. Взрывчатый состав, включающий гранулированную аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт и порошкообразное горючее, отличающийся тем, что он дополнительно содержит воду или водный раствор гликоля, перлитовый песок, в качестве порошкообразного горючего - органическое горючее с размером частиц 0,05 - 3,25 и металлическое горючее - алюминий кремнистый или его смесь с ферросилицием с размерами частиц 0,025 - 0,150 мм при соотношении от 1 : 1 до 3 : 1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Жидкий нефтепродукт - 1,0 - 4,0
Порошкообразное органическое горючее с размером частиц 0,05 - 3,25 мм - 2,0 - 5,0
Вода или водный раствор гликоля - 0,5 - 4,0
Алюминий кремнистый или его смесь с ферросилицием с размерами частиц 0,025 ... 0,150 мм с соотношением от 1 : 1 до 3 : 1 - 3,0 - 9,0
Гранулированная аммиачная селитра - Остальное
6. Состав по п.5, отличающийся тем, что в качестве жидкого нефтепродукта содержит минеральное масло или смесь минеральных масел. 7. Состав по п.5, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного органического горючего содержит торф или лигнин, или древесную муку, или их смесь в любом соотношении. 8. Состав по п.5, отличающийся тем, что содержит аммиачную селитру с размерами гранул 0,5 - 3,0 мм и 0,05 - 1,5 мм в соотношении от 1 : 1 до 5 : 1. 9. Способ изготовления взрывчатого состава, включающий обработку гранулированной аммиачной селитры путем ее омасливания жидким нефтепродуктом и перемешивание с порошкообразным горючим, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного горючего используют органическое горючее, которое предварительно высушивают до влажности 15 - 40 мас.%, а затем при температуре 20 ± 10^oC смешивают с омаслянной гранулированной аммиачной селитрой и перлитовым песком. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что предварительно аммиачную селитру измельчают до размера гранул 0,05 - 1,5 мм смешивают с гранулами размером 0,5 - 3,0 мм в соотношении от 1 : 1 до 1 : 5. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что для использования взрывчатого состава при минусовых температурах после высушивания органического горючего его обрабатывают гликолем с образованием водного раствора гликоля. 12. Способ изготовления взрывчатого состава, включающий обработку гранулированной аммиачной селитры путем ее омасливания жидким нефтепродуктом и перемешивание с порошкообразным горючим, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного горючего используют органическое и металлическое горючее, причем органическое горючее предварительно высушивают до влажности 15 - 40 мас. %, а затем при температуре 20 ± 10^oC смешивают с омаслянной гранулированной аммиачной селитрой, перлитовым песком и металлическим горючим. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что предварительно аммиачную селитру измельчают до размера гранул 0,05 - 1,5 мм, и смешивают с гранулами 0,5 - 3,0 мм в соотношении от 1 : 1 до 1 : 5. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что для использования взрывчатого состава при минусовых температурах после высушивания органического горючего его обрабатывают гликолем с образованием водного раствора гликоля.