СКВАЖИННЫЙ ЗАРЯД И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК C06B47/00 F42D1/02 F42D3/00 

Изобретение относится к зарядам взрывчатых веществ, (ВВ), получаемых из невзрывчатых компонентов на месте их применения для промышленных взрывов.

Прототипом изобретения являются составы Шпрингеля из брикетов хлоратных солей, пропитываемых перед взрывом жидким горючим [1]. В работе [2] указано на неполноту детонации таких составов из-за неравномерной пропитки брикетов и отмечена опасность обращения с хлоратными ВВ. Известен гельгофит - состав из твердых нитросоединений и азотной кислоты, из-за ядовитого действия не получивший практического применения [2].

Целью изобретения является безопасная технология получения заряда в скважине из доступных и экономичных компонентов, обеспечивающая однородность состава за счет равномерного распределения жидкого окислителя в твердом горючем.

Для достижения поставленной цели в качестве горючего применяют смеси измельченного каменного или бурого угля с горючим малой плотности: верховым торфом, древесными опилками, пенопластом, гранулами керогена или сажи, бинарные смеси древесных стружек с опилками, а также брикеты горючего в виде седел и колец, применяемых в насадочных аппаратах химических производств. Окислителем служит тетраоксид диазота.

Однородность состава ВВ достигается структурой горючего, беспрепятственно фильтрующего жидкий окислитель, заполняющий весь свободный объем между частицами горючего. Примеры стехиометрических составов зарядов приведены в таблицах.

Размер частиц каменного угля от 0,2 до 1,2 мм, содержание частиц менее 0,2 мм - не более 7%. Тонкодисперсные горючие (кероген и сажа) только в гранулированном виде с размером гранул от 2 до 12 мм, минеральная вата (стекловата, шлаковата) гранулирована. Пенопласты с открытыми порами в виде частиц от 7 до 20 мм, 20% - до 30 мм.

Безопасность и технологичность способа получения скважинного заряда достигается экранированием поверхности горючего слоем гравия или гальки и проведением операции заливки токсичного окислителя в замкнутом объеме, образуемым герметичным рукавом из пленочного материала, с изолированным отводом из рукава выделяющихся при заливке окислов азота и емкости переменного объема или в контактный аппарат на нейтрализацию.

Схема скважинного заряда и способа его получения иллюстрируется чертежом, где приняты следующие обозначения: 1 - скважина, 2 - рукав из эластичного пленочного материала диаметром на 1- 3% больше диаметра скважины, 3 - шашка промежуточного детонатора, 4 - детонирующий шнур, волновод при инициировании по системе Нонель или провода при инициировании электродетонаторами, 5 - горючее, после заливки окислителя превращающееся в ВВ, 6 - гравий или галька, 7 - шланг с краном для подачи тетраоксида диазота, 8 - патрубок с краном для промывки водой концевой части шланга 7 от остатков токсичного окислителя, 9 - шланг с краном для отвода из рукава газов, выделяющихся при заливке тетраоксида диазота.

Технология способа: в скважину 1 опускают рукав 2 толщиной 200 мкм с промежуточным детонатором 3, закрепленным на конце рукава, на его внешней поверхности. Шашку промежуточного детонатора, примыкающего к забою скважины, и средство его инициирования размещают за пределами рукава 2, вне агрессивной среды ВВ, создаваемой тетраоксидом диазота.

Подачей сжатого воздуха рукав раздувают, прижимая к стенкам скважины - для облегчения загрузки горючего, из-за рыхлой структуры обладающего малой плотностью.

Для исключения сегрегации частиц бинарного горючего и ускорения заряжения желательна интенсивная подача горючего шнеком большого диаметра для загрузки плотным слоем.

Перед окончанием загрузки горючего в скважину опускают второй промежуточный детонатор 3 со средствами его инициирования, размещая его также вне заряда ВВ, между стенкой скважины и внешней поверхностью рукава, несколько ниже уровня верха горючего, выводя на поверхность концов проводников, волновод или детонирующий шнур 4.

На поверхность горючего насыпают гравий крупной (10 - 20 мм) или средней (4 - 10 мм) фракций, или гальку мелкой (20 - 40 мм) фракции слоем 6 высотой 0,5 - 1,0 диаметра скважины.

Длина рукава 2 превышает глубину скважины на 1,0 - 1,5 м. Конец шланга 7 для подачи окислителя и конец шланга 9 для изолированного отвода газа из рукава 2 обертывают пластиной из микропористой резины и помещают в край рукава 2, плотно обернув вокруг резины пленку рукава и туго затянув шнур вокруг сборки, герметизируя узел соединения.

Открывают кран на шланге 9 для отвода глаза и кран на шланге 7 для подачи окислителя в герметизированный объем с горючим. Расстояние от устья скважины до поверхности горючего 6-7 м - для забойки скважины после ее заряжения. В описываемом способе высота увеличивается еще на 1,0 - 1,5 м от края рукава до устья скважины. Удар струи тетраоксида диазота создаст облако из мелких фракций горючего, опасное в агрессивной окислительной среде из окислов азота. Слой гравия или гальки исключит опасное взметывание пыли - удар струи окислителя воспринимает поверхность округлых элементов минералов, легко фильтрующих жидкость.

При подаче в рукав 2 тетраоксида диазота вытесняется воздух, содержащийся между частицами горючего рыхлой структуры, вместе с окислами азота, выделяющимися при заливке. Вытесняемый воздух с окислами азота отводят из рукава шлангом 9, направляя периодически в автоцистерну с окислителем, где по мере его слива образуется пониженное давление, которое компенсируют подачей газа из шланга 9 через дыхательный клапан на цистерне, что необходимо для беспрепятственной заливки окислителя в скважину. При выравнивании давления в автоцистерне газ подают в контактный аппарат для нейтрализации окислов азота растворами щелочи, или часть газа подают в вакуумированную полимерную или резиновую оболочку, служащую камерой переменного объема - для изолированного приема и временного хранения газа с последующим его обезвреживанием нейтрализацией в контактных аппаратах, проводимой в стационарных условиях.

После окончания заливки окислителя в скважину подают 1/4 - 1/3 часть забойки, отводя рукав в сторону и прижимая пленку рукава к стенке скважины материалом забойки. При этом продолжают отвод газа, вытесняемого из сминаемого рукава в изолированную емкость, как описано выше.

После разобщения верхней части рукава 2 от скважинного заряда материалом забойки промывают водой патрубок 7 для подачи окислителя в следующем режиме: при закрытом кране, исключающем подачу окислителя, не вынимая шланг 7 из рукава 2, изогнув шланг 7, поворачивают его конец на 180^o, обратив шланг 7 открытым концом вверх. В патрубок 8 подают воду, заполняют водой патрубок 7 от его края до крана на шланге для подачи окислителя. Шланг 7 поворачивают на 180^o в обратном направлении, опрокидывая краем среза вниз и выливая воду. Операцию промывки повторяют несколько раз, при этом стекающие в рукав 2 промывные воды не проникают в заряд ВВ, так как рукав 2 прижат забойкой.

После промывки шланга завершают забойку, окончательно вытесняя воздух и газы из рукава 2, нейтрализуя или изолируя их после отвода. Верхнюю часть рукава сминают, после извлечения из рукава шлангов 7 и 9 край рукава перетягивают шнуром, проталкивают в устье скважины и присыпают забойкой.

ВВ на основе тетраоксида диазота с твердыми горючими характеризуется теплотой взрыва от 6,0 МДж/кг (8,59 МДж/л) для состава на древесине до 6,53 МДж/кг (9,68 МДж/л) для ВВ на саже с каменным углем. Особенно велики значения объемной энергии, вдвое превышающие уровень гранулированных и порошкообразных промышленных ВВ, что позволит эффективно разрушать железные руды и скальные горные породы с расширением сетки скважины и уменьшением затрат на бурение.

Горные породы угольных разрезов характеризуются меньшей прочностью и заряжание скважин можно осуществлять комбинированными составами из смесей гранулированной аммиачной селитры с измельченным каменным углем и тетраоксидом диазота с твердым горючим, - используя производство аммиачной селитры в г. Кемерово в Кузбассе.

Тетраоксид диазота - продукт многотоннажного производства, промежуточный продукт получения азотной кислоты, окислитель жидкого ракетного топлива. Его применение для промышленных взрывов позволит использовать имеющиеся запасы компонента ракетного топлива наряду с оборудованием для его перекачивания и транспортирования в автоцистернах, с использованием накопленного опыта безопасного обращения с токсичным продуктом.

В отличие от систем тетраоксид диазота-жидкое горючее, образующих истинные растворы, однородные на молекулярном уровне и по чувствительности к механическим и тепловым воздействиям превосходящие нитроглицерин, гетерогенные ВВ тетраоксид диазота-твердое горючее по чувствительности приближаются к аммонитам.

Источники информации:
1. Блинов И.Ф. Хлоратные и перхлоратные взрывчатые вещества. - М.: Оборонгиз, 1941, с. 8 и 9.

2. Каст Г. Взрывчатые вещества и средства воспламенения. Пер. с нем. - М. - Л.: Госхимтехиздат, 1932, с. 345.

Скважинный заряд содержит твердое горючее и окислитель - тетраоксид диазота, расположенные в замкнутом объеме, образованном герметичным рукавом, так, что свободное пространство между частицами горючего заполнено окислителем при их стехиометрическом соотношении. Способ получения скважинного заряда включает размещение в скважине рукава из пленочного материала, заполнение рукава твердым горючим, размещение в скважине промежуточных детонаторов со средствами инициирования, при этом над поверхностью горючего создают экранирующий слой из инертного материала, засыпая в скважину гравий или гальку, после чего заливают тетраоксид диазота и рукав герметизируют. Достигаемым техническим результатом является безопасная технология получения заряда в скважине из доступных и экономичных компонентов, обеспечивающая однородность состава за счет равномерного распределения жидкого окислителя в твердом горючем. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Скважинный заряд, содержащий горючее и окислитель, расположенные в замкнутом объеме, отличающийся тем, что в качестве горючего он содержит твердое горючее, в качестве окислителя - тетраоксид диазота, причем свободное пространство между частицами горючего заполнено тетраоксидом диазота при их стехиометрическом соотношении, а замкнутый объем образован герметичным рукавом, выполненным из пленочного материала. 2. Способ получения из невзрывчатых компонентов скважинного заряда, включающий размещение в скважине рукава из пленочного материала, заполнение рукава твердым горючим, размещение в скважине промежуточных детонаторов со средствами инициирования, заливку окислителя и забойку, отличающийся тем, что над поверхностью горючего создают экранирующий слой из инертного материала, засыпая в скважину гравий или гальку, после чего заливают тетраоксид диазота и рукав герметизируют. 3. Способ получения скважинного заряда по п.1, отличающийся тем, что край рукава герметично соединяют с шлангом подачи в рукав тетрадиоксида диазота и шлангом для отвода из рукава газа, содержащего окислы азота, направляя газы в дыхательный клапан на резервуаре с окислителем, или в эластичную емкость переменного объема, или в контактный аппарат для нейтрализации окислов азота. 4. Способ получения скважинного заряда по п.2 или 3, отличающийся тем, что после заливки тетрадиоксида диазота в скважину подают часть забоечного материала, отделяют заряд от свободного объема верхней части рукава, конец шланга для подачи тетрадиоксида диазота от края и до крана промывают водой, выливая промывные воды в рукав, после чего верхнюю часть рукава сминают, полностью заполняя скважину материалом забойки, продолжая при этом отвод газа из рукава в изолированные емкости или аппарат нейтрализации, после полного смятия оболочки рукава верхнюю часть рукава перетягивают шнуром, концы шлангов для подачи окислителя и отвода газа извлекают из края рукава, смятый конец рукава проталкивают в устье скважины и присыпают забойкой.