ВОДОСОДЕРЖАЩИЙ ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ И ЕГО ВАРИАНТ Российский патент 2000 года по МПК C06B31/42 C06B45/30 

Изобретение относится к водосодержащим взрывчатым составам (ВВС), предназначенных для ведения взрывных работ методом скважинных зарядов при добыче полезных ископаемых.

Водосодержащие взрывчатые составы состоят из двух фаз - жидкой и твердой.

В качестве жидкой фазы используют водно-масляные эмульсии типа "вода в масле" или водный раствор неорганического окислителя, который загущают и структурируют специальными добавками. Жидкую фазу смешивают с окислителем и горючим, который одновременно выполняет роль сенсибилизатора. В качестве окислителей используют аммиачную селитру, в некоторых случаях вводят нитраты щелочных металлов, например нитрат натрия, который улучшает кислородный баланс, повышает плотность, снижает температуру замерзания ВВС. В качестве горючих - сенсибилизаторов используют тротил, алюминиевые, угольные порошки, пенополистирол и др.

ВВС широко используются как в России, СНГ (гранулиты), так и за рубежом (габровиты в Венгрии, иреджелы в США и др.).

В зависимости от содержания жидкой фазы ВВС можно придать различные структурно-механические характеристики - сыпучесть, текучесть, пластичность.

Известен водосодержащий взрывчатый состав - гранулит Э8Ф ТУ 40 РК 2073164-11/0-92, включающий, мас.%:
гранулированную аммиачную селитру 80,0 - 90,0
водно-масляную эмульсию 4,5 - 10,0
порошок ферросилиция 5,5 - 10,5,
принятый в качестве прототипа к заявляемому составу.

Недостатками состава-прототипа являются низкие энергетические характеристики, что не позволяет использовать его для отбойки крепких пород, низкая насыпная плотность, что затрудняет заряжание обводненных скважин патронами из гранулита Э8Ф из-за плохой потопляемости их.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности ВВС за счет повышения насыпной плотности, энергетических характеристик, снижения стоимости, расширения сырьевой базы с увеличением ассортимента выпуска ВВ.

Задача была решена созданием ВВС и его варианта:
- для пород средней крепости - вариант 1 - содержащего жидкую фазу на основе неорганического окислителя и гранулированную аммиачную селитру, в который дополнительно включены взрывчатый сенсибилизатор, минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм; минеральное масло или смесь минеральных масел, в качестве жидкой фазы выбраны загущенный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя или водно-масляная эмульсия типа "вода в масле";
- для крепких пород - вариант 2 - содержащий жидкую фазу на основе неорганического окислителя и гранулированную аммиачную селитру, в который дополнительно включены алюминий кремнистый; минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм; минеральное масло или смесь минеральных масел, а в качестве жидкой фазы выбраны загущенный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя или водно-масляная эмульсия типа "вода в масле", при этом входящие в ВВС (варианты 1 и 2) компоненты взяты в следующем соотношении, мас.% :
Вариант1
Загущенный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя или водно-масляная эмульсия типа "вода в масле" - 5,0 - 20,0
Минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм - 10,0 - 40,0
Минеральное масло или смесь минеральных масел - 0,2 - 3,0
Взрывчатый сенсибилизатор - 10,0 - 50,0
Алюминий кремнистый - -
Гранулированная аммиачная селитра - Остальное
Вариант 2
Загущенный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя или водно-масляная эмульсия типа "вода в масле" - 5,0 - 20,0
Минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм - 5,0 - 15,0
Минеральное масло или смесь минеральных масел - 0,5 - 3,0
Взрывчатый сенсибилизатор - -
Алюминий кремнистый - 5,0 - 20,0
Гранулированная аммиачная селитра - Остальное
Причем в качестве неорганического окислителя жидкой фазы выбирается селитра аммиачная или смесь селитры аммиачной с натриевой или кальциевой, или магниевой, в качестве загустителя раствора неорганического окислителя выбирается натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы или карбоксиметил крахмал, или полиакриламид, или гуаргам, или жидкое стекло; при необходимости загущенный раствор структурируется, например, дихроматом калия или натрия, pH растворов поддерживается щавелевой или уксусной кислотами; в качестве взрывчатого сенсибилизатора выбирается гранулированный (гранулотол), или чушуированный, или утилизированный тротил, или смеси на основе тротила, или гексогена, или алюминия, или их смесь; в качестве минерального наполнителя выбирается баритовый концентрат или баритовый утяжелитель, или глина, или песок, или их смесь.

Баритовый концентрат (ГОСТ 4682-74), баритовый утяжелитель (ТУ 39-0147009-047-090), глина (ГОСТ 25795-83, ГОСТ 28177-89), песок (ГОСТ 2138-84, ГОСТ 22551-77) относятся к продуктам природного минерального сырья и выпускаются промышленностью России. Они не требуют глубокой химической переработки, а поэтому имеют сравнительно низкую стоимость. Основным требованиям к ним как ингредиентам ВВС является степень их измельчения, размер частиц которых берется 0,005 - 0,080 мм. Являясь энергетически инертными соединениями они практически не оказывают влияния на энергетические характеристики ВВ, поэтому взаимозаменяемы в предлагаемом ВВС и его варианте. Взаимозаменяемость предлагаемого минерального наполнителя как ингредиента ВВС позволяет организовать производство ВВ на предприятиях, ведущих взрывные работы по добыче полезных ископаемых, на местном сырье, исключая дорогостоящие перевозки, т.к. изготовление заявляемого ВВС по варианту 1 и 2 не требует сложного оборудования и осуществляется с использованием смесителей, применяемых для получения промышленных аммиачно-селитренных ВВ.

В качестве минерального масла могут использоваться индустриальное, соляровое, веретенное, приборное, дизельное топливо и другие жидкие нефтепродукты или их смесь, т.к. они имеют близкий компонентный состав, близкие термодинамические характеристики практически не влияют на энергетические параметры предлагаемого ВВС и его вариант.

В качестве взрывчатого сенсибилизатора в ВВС варианта 1 берется тротил чешуированный (ГОСТ 4117-78), или гранулотол (ГОСТ 25857-83), или утилизированный тротил, или его смеси. Получаемые утилизированные взрывчатые материалы часто практически невозможно разделить на индивидуальные вещества, поэтому они используются в виде смесей с алюминием, или октогеном (гексогеном), или другими добавками, как например, гексатонал (смесь тротила с гексогеном) и др. Утилизированный тротил или его смеси в заявляемом ВВС варианта 1 могут использоваться отдельно или в смеси чешуированным тротилом или гранулотолом.

Совместный ввод в предлагаемый ВВС и его вариант высоковязкой жидкой фазы в виде загущенного раствора неорганического окислителя или водно-масляной эмульсии типа "вода в масле", тонкоизмельченного минерального наполнителя, а для варианта 2 еще и алюминия кремнистого обеспечивает равномерное распределение твердых добавок как по поверхности гранул аммиачной селистры, а для варианта 1 и по поверхности взрывчатого сенсибилизатора, так и заполнению ими межгранульного объема без ссыпания, седиментации и перераспределения компонентов в процессе транспортирования, хранения и заряжания скважин.

Ввод тонкоизмельченного высокоплотного минерального наполнителя, а для варианта 2 еще и алюминия кремнистого приводит к увеличению местной плотности ВВС на границе окислитель-горючее (сенсибилизатор), за счет чего повышается давление взрыва предлагаемого ВВС вариантов 1 и 2. Минеральный наполнитель, равномерно распределенный в жидкой фазе неорганического окислителя, уже не является чисто инертным веществом. Неорганический окислитель жидкой фазы наряду с гранулированной аммиачной селитрой распадается и дополнительно окисляет продукты взрыва взрывчатого сенсибилизатора, алюминия кремнистого, минерального масла, выделяя при этом добавочное тепло, тонкоизмельченный высокоплотный минеральный наполнитель, равномерно распределенный в жидкой фазе, выполняет роль горячих точек, при этом развиваются более высокие локальные давления, возрастает скорость детонации; основные потери тепла на нагрев, деструкцию или испарение воды наступают на более поздних стадиях взрыва, во время перемешивания продуктов взрыва.

Одновременно при этом повышается общевзвешенная средняя плотность всего ВВС и его варианта, что приводит к увеличению времени действия высокого давления, тем самым повышается интенсивность дробления породы в большем объеме, что позволяет расширить сетку бурения скважин, а следовательно, снизить стоимость буровзрывных работ.

Высокая насыпная плотность предлагаемого ВВС и его варианта позволяет заряжать обводненные скважины патронами, которые тонут за счет собственного веса, таким образом расширяется область использования неводостойкого ВВ - отбойка обводненных горных пород.

Необходимость двух вариантов заявляемого ВВС обуславливается значительным разбросом крепости взрываемых пород. Для пород с коэффициентом крепости до 10-12 по шкале М.М.Протодьяконова рекомендуется использовать ВВС варианта 1, включающего жидкую фазу, взрывчатый сенсибилизатор, минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм; минеральное масло или смесь минеральных масел и гранулированную аммиачную селитру. Для ведения взрывных работ по породам с коэффициентом крепости 12-20 по шкале М.М.Протодьяконова удельная теплота взрыва, а следовательно, и работоспособность ВВС варианта 1 недостаточна. Она повышается вводом в состав ВВС алюминия кремнистого с размером частиц 0,025 - 0,150 мм, выпускаемого промышленностью России. ВВС, включающий жидкую фазу, алюминий кремнистый; минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм; минеральное масло или смесь минеральных масел и гранулированную аммиачную селитру, является вариантом 2.

В обоих вариантах заявляемого ВВС достигается основной технический результат - повышение насыпной плотности, возможность заряжания обводненных скважин, полнота детонации, повышение эффективности дробления горных пород, расширение сырьевой базы, ассортимента выпуска ВВ, а для варианта 2 еще и дополнительный технический результат - повышение работоспособности.

Указанный технический результат изобретения достигается за счет предложенных компонентов, их соотношения и дисперсности, выбранных из условий сбалансированного соотношения окислителя, горючего, сенсибилизатора и наполнителя, обеспечивающего оптимальные значения полноты химического превращения, насыпной плотности, стабильности компонентного состава, детонационных параметров предлагаемых ВВС по варианту 1 и 2.

В таблицах 1,2 приведены примеры предлагаемого ВВС и его варианта.

Для изготовления ВВС и его варианта использовалось только российское сырье.

Предлагаемый ВВС и его вариант упаковывается аналогично рассыпным и патронированным промышленным ВВ.

Для производства предлагаемого ВВС и его варианта раствор неорганического окислителя имеет следующий компонентный состав, мас.%:
вода или водный раствор гликоля 32,0 - 39,0
неорганический окислитель 55,0 - 65,0
загуститель 0,5 - 6,0
При изготовлении раствора контролируется pH среды, которая должна поддерживаться в пределах 6,5 - 7,5 за счет ввода кислот, например, уксусной, щавелевой или других.

Водно-масляная эмульсия изготавливается на основе минерального масла или смеси минеральных масел, неорганического окислителя и эмульгатора второго рода, обеспечивающих образование эмульсии "вода в масле".

Изготовление ВВС вариантов 1 и 2 производится путем смешения жидкой фазы с твердыми наполнителями в смесителях, используемых для производства гранулированных аммиачно-селитренных ВВ.

Заявляемый ВВС и его вариант сохраняет сыпучесть в течение гарантийного срока хранения.

Заряжание сухих и ограниченно обводненных скважин осуществлялось путем засыпки заявляемого ВВС и его варианта, а полностью обводненных скважин - патронами из заявляемого ВВС и его варианта.

Как следует из таблиц 1,2, предлагаемый водосодержащий взрывчатый состав и его вариант превосходят прототип по насыпной плотности, работоспособности. Предлагаемый ВВС и его вариант сохраняет сыпучесть в интервале температур от минус 50 до плюс 50^oC; для транспортировки не требуется разработки специальной транспортной тары.

Предлагаемый ВВС и его вариант не пылят, не слеживаются и не увлажняются, стабильны в процессе хранения и применения.

Предлагаемый ВВС варианта 1 используется с горнодобывающей промышленности, строительстве для отбойки горных пород с коэффициентом крепости до 12, вариант 2 - с коэффициентом крепости до 20 по шкале М.М.Протодьяконова в сухих и обводненных (в виде патронов) условиях в интервале температур плюс-минус 50^oC.

Стоимость буровзрывных работ на 20-40% ниже, чем при использовании штатных промышленных ВВ за счет снижения стоимости предлагаемого ВВС вариантов 1 и 2, а также расширения сетки бурения.

Изобретение относится к разработке водосодержащих взрывчатых составов, используемых в качестве скважинных зарядов в горном деле и строительстве. Целью изобретения является повышение эффективности водосодержащего взрывчатого состава за счет повышения насыпной плотности, энергетических характеристик, снижения стоимости расширения сырьевой базы с увеличением ассортимента выпуска ВВ. Водосодержащий взрывчатый состав включает, мас.%: вариант 1 - загущенный водный или водно-гликолевый раствор неорганического горючего или водно-масляную эмульсию типа "вода в масле" 5,0 - 20,0, взрывчатый сенсибилизатор 10,0 - 50,0, минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм 10,0 - 40,0, минеральное масло или смесь минеральных масел 0,2 - 3,0, гранулированную аммиачную селитру - остальное; вариант 2 - загущенный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя или водно-масляную эмульсию типа "вода в масле" 5,0 - 20,0, алюминий кремнистый 5,0 - 20,0, минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм 5,0 - 15,0, минеральное масло или смесь минеральных масел 0,5 - 3,0, гранулированную аммиачную селитру - остальное. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Водосодержащий взрывчатый состав, включающий жидкую фазу на основе неорганического окислителя и гранулированную аммиачную селитру, отличающийся тем, что он дополнительно содержит взрывчатый сенсибилизатор, минеральное масло или смесь минеральных масел, минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм, а в качестве жидкой фазы содержит загущенный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя или водно-масляную эмульсию типа "вода в масле" при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Загущенный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя или водно-масляная эмульсия типа "вода в масле" - 10,0 - 50,0
Взрывчатый сенсибилизатор - 5,0 - 20,0
Минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм - 10,0 - 40,0
Минеральное масло или смесь минеральных масел - 0,2 - 3,0
Гранулированная аммиачная селитра - Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве взрывчатого сенсибилизатора содержит гранулотол, или чешуированный или утилизированный тротил, или утилизированные смеси на основе тротила, или гексогена или алюминия, или их смесь. 3. Состав по п.1, отличающийся тем, что загущенный раствор неорганического окислителя содержит 55,0 - 65,0 мас.% неорганического окислителя. 4. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве загустителя раствора неорганического окислителя берется натриевая соль карбокситетилцеллюлозы или карбоксиметилкрахмала, или полиакриламид, или гуаргам, или жидкое стекло. 5. Состав по п.1, отличающийся тем, что загущенный раствор неорганического окислителя дополнительно содержит 0,01 - 1 мас.%, структурирующей добавки, например дихромат натрия или калия. 6. Состав по п.1, отличающийся тем, что водно-масляная эмульсия содержит воду, неорганический окислитель, эмульгатор в соотношениях, обеспечивающих образование эмульсии "вода в масле". 7. Состав по любому из пп.1, 3, 4, отличающийся тем, что в качестве неорганического окислителя жидкой фазы берется селитра аммиачная или смесь селитры аммиачной с натриевой, или кальциевой, или магниевой. 8. Состав по любому из пп.1, 3, 4, 5, отличающийся тем, что он дополнительно содержит уксусную или щавелевую кислоту. 9. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве минерального наполнителя берется баритовый концентрат или баритовый утяжелитель, или глина, или песок, или их смесь в любом соотношении. 10. Водосодержащий взрывчатый состав, включающий жидкую фазу на основе неорганического окислителя и гранулированную аммиачную селитру, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий кремнистый, минеральное масло или смесь минеральных масел, минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм, а в качестве жидкой фазы содержит загущенный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя или водно-масляную эмульсию типа "вода в масле" при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Загущенный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя или водно-масляная эмульсия типа "вода в масле" - 5,0 - 20,0
Алюминий кремнистый - 5,0 - 20,0
Минеральный наполнитель с размером частиц 0,005 - 0,080 мм - 5,0 - 15,0
Минеральное масло или смесь минеральных масел - 0,5 - 3,0
Гранулированная аммиачная селитра - Остальное
11. Состав по п.10, отличающийся тем, что алюминий кремнистый берется с размером частиц 0,025 - 0,150 мм. 12. Состав по п.10, отличающийся тем, что загущенный раствор неорганического окислителя содержит 55,0 - 65,0 мас.% неорганического окислителя. 13. Состав по п.10, отличающийся тем, что в качестве загустителя раствора неорганического окислителя берется натриевая соль карбокситетилцеллюлозы или карбоксиметилкрахмала, или полиакриламид, или гуаргам, или жидкое стекло. 14. Состав по п.10, отличающийся тем, что загущенный раствор неорганического окислителя дополнительно содержит 0,01 - 1 мас.% структурирующей добавки, например дихромат натрия или калия. 15. Состав по п.10, отличающийся тем, что водно-масляная эмульсия содержит воду, неорганический окислитель, эмульгатор в соотношениях, обеспечивающих образование эмульсии "вода в масле". 16. Состав по любому из пп.10, 12, 13, отличающийся тем, что в качестве неорганического окислителя жидкой фазы берется селитра аммиачная или смесь селитры аммиачной с натриевой, или кальциевой, или магниевой. 17. Состав по любому из пп.10, 12, 13, 14, отличающийся тем, что он дополнительно содержит уксусную или щавелевую кислоты. 18. Состав по п.10, отличающийся тем, что в качестве минерального наполнителя берется баритовый концентрат, или баритовый утяжелитель, или глина, или песок, или их смесь в любом соотношении.