ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО Российский патент 2000 года по МПК C06B25/14 C06B31/44 

Изобретение относится к промышленным взрывным веществам, а именно к порошкообразным предохранительным взрывчатым веществам 5 класса, которые могут быть использованы в виде патронов для проведения взрывных работ в угольных шахтах в особо опасных условиях по газу и пыли.

Использование предохранительных взрывчатых веществ позволяет исключить воспламенение смесей метана и угольной пыли с воздухом при проведении взрывных работ в угольных шахтах.

Поиск, проведенный по отечественным и зарубежным источникам информации, показал, что в технике известен ряд предохранительных взрывчатых веществ 5 класса.

Селектит гранулированный [1] содержит аммиачную селитру гранулированную марки ЖВ, древесную муку, нитроэфиры, хлорид натрия, коллодионный хлопок, соду кальцинированную, компоненты взяты в следующем соотношении, вес.%:
Аммиачная селитра гранулированная - 65,0 - 68,0
Древесная мука - 7,5 - 9,5
Нитроэфиры - 9,0 - 11,0
Хлорид натрия (калия) - 14,0 - 16,0
Коллодионный хлопок - 0,13 - 0,15
Сода кальцинированная - 0,1 - 0,3
Недостатком селектита является его повышенная горючесть, т.к. известно, что хлориды натрия и калия при содержании их в составе до 10% и древесная мука при содержании более 1% повышают горючесть составов, в это, в свою очередь, сказывается на безопасности их применения [4, стр. 292].

В настоящее время селектит промышленностью не выпускается.

Угленит N 5 содержит [2, 3] аммиачную селитру гранулированную марки ЖВ, древесную муку, нитроэфиры, хлорид натрия (калия), хлопок коллодионный, соду кальцинированную, компоненты взяты в следующем соотношении, вес.%:
Аммиачная селитра гранулированная - 12,7 - 15,3
Древесная мука - 0,7 - 1,3
Нитроэфиры - 9,0 - 11,0
Хлорид натрия(калия) - 72,0 - 78,0
Хлопок коллодионный - 0,13 - 0,15
Сода кальцинированная - 0,1 - 0,3
Недостатком данной рецептуры является ее низкая работоспособность (50 - 90 см³) из-за малого содержания газообразных продуктов взрыва (объем газов V = 216 см³) и низкой теплоты взрыва (Q = 310 ккал/кг).

Кроме того, в данной рецептуре также присутствуют хлорид натрия(калия) и древесная мука, что повышает горючесть состава.

Наиболее близкой к заявляемой рецептуре является предохранительное взрывчатое вещество 5 класса - угленит Э-6 (2,3), которое содержит нитроэфиры, хлорид натрия(калия), древесную муку, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (NaKМЦ), коллодионный хлопок(коллоксилин), стеарат цинка (кальция), нитрат натрия (калия), соду кальцинированную при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Нитроэфиры - 13,0 - 15,0
Хлорид аммония - 28,0 - 30,0
Древесная мука - 0,7 - 1,3
Хлорид натрия (калия) - 6,3 - 7,7
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы - 1,3 - 1,5
Стеарат цинка (кальция) - 0,8 - 1,2
Коллодионный хлопок (коллоксилин) - 0,15 - 0,2
Нитрат натрия - 44,3 - 48,3
Сода кальцинированная, св. 100% - 0,1 - 0,3
Данная рецептура так же, как и аналоги, обладает повышенной горючестью из-за наличия в ней хлорида натрия (калия) и древесной муки.

Кроме того, угленит Э-6 имеет высокую чувствительность к трению (2300 кг/см³) и удару (40 - 70%), а также относительно низкую работоспособность (130 - 170 см³).

Известно, что щелочные соли галоидоводородных кислот и нитраты натрия (калия) не безразличны друг к другу [5, стр. 48] - при хранении они обмениваются ионами, что приводит к укрупнению частиц даже при обычном содержании влаги, а это ведет к слеживаемости состава и ухудшению его предохранительных свойств. Кроме того, хлорид натрия (калия) сам легко поглощает влагу и, в зависимости от влажности и температуры окружающей среды, провоцирует слеживаемость состава.

Все эти недостатки отрицательно отражаются на стабильности свойств в процессе хранения и эффективности при его использовании, т.е. в итоге снижают эксплуатационные качества состава.

Следует также отметить, что, из-за увлажняемости и слеживаемости хлорида натрия (калия) при хранении, его, перед введением в состав, необходимо дополнительно сушить, измельчать и рассеивать, а это, в свою очередь, отрицательно сказывается на технологичности состава при его изготовлении.

Задачей настоящего изобретения является разработка рецептуры предохранительного взрывчатого вещества с улучшенными эксплуатационными качествами за счет снижения чувствительности к трению и удару, повышения работоспособности и стабильности свойств при хранении.

Поставленная задача решается предлагаемой рецептурой предохранительного взрывчатого вещества, которая содержит нитроэфиры, хлорид аммония, стеарат цинка или кальция, нитрат натрия или калия, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид, поливинилхлорид, коллодионный хлопок или коллоксилин, соду кальцинированную или пищевую при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Нитроэфиры - 11,5 - 14,5
Хлорид аммония - 25,3 - 28,3
Поливинилхлорид - 5,0 - 8,7
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид - 0,55 - 2,0
Стеарат цинка или кальция - 0,3 - 1,5
Коллодионный хлопок или коллоксилин - 0,1 - 0,35
Сода кальцинированная или пищевая - 0,1 - 0,35
Нитрат натрия или калия - Остальное
Так же, как и в прототипе, нитрат натрия является окислителем, нитроэфиры - сенсибилизатором. Хлорид аммония в сочетании с нитратом натрия - ионообменная пара солей, при взрыве взаимодействующие с образованием хлорида натрия, который необходим для ингибирования процесса воспламенения (в прототипе хлорид натрия входит в состав рецептуры):
NH₄Cl + NaNO₃ ---> NaCl + N₂ + 2H₂O + 0,5O₂
Коллодионный хлопок является загустителем нитроэфиров, NaKМЦ - добавка для повышения водоустойчивости, стеарат цинка - гидрофобная добавка, сода кальцинированная - стабилизатор химической стойкости.

Вместо коллодионного хлопка так же, как и в прототипе, может быть использован коллоксилин, вместо стеарата цинка - стеарат кальция, а вместо нитрата натрия - нитрат калия, вместо соды кальцинированной - сода пищевая, вместо NaKМЦ - полиакриламид.

В технике известно и применение поливинилхлорида, который является одним из наиболее распространенных пластиков:
- для изготовления гибких листов, труб, плит, а также гранул, из которых экструзией или литьем формуют различные изделия (винилпласт),
- для покрытия полов, стен, тепло- и звукоизоляции (пенополивинилхлорид),
- для изготовления изоляции и оболочек для электропроводов и кабелей, для производства шлангов, линолеума, искусственной кожи и т.д. (пластикат),
- методом "макания" изготавливают ботинки, сапоги, защитные перчатки и т.д.

- для получения поливинилхлоридного волокна.

Применение поливинилхлорида в составах взрывчатых веществ не известно.

Поливинилхлорид является термопластичным полимером. Он содержит в себе 56,8% хлора. В процессе взрыва поливинилхлорид так же, как и хлористый аммоний, взаимодействует с нитратом натрия с образованием хлорида натрия в ультратонком состоянии по реакции:
(-C₂H₃Cl-)n + 3nNaNO₃ ---> nNaCl + 2nCO₂ + 1,5nH₂O + nNa₂O + 1,5nN₂ + 1,25nO₂
Хлорид натрия, образовавшийся в результате реакции нитрата натрия с хлористым аммонием и поливинилхлоридом, ингибирует процесс воспламенения.

Следует отметить, что ингибирующие свойства хлорида натрия тем выше, чем выше степень измельчения частиц. В производственных условиях использование в составах взрывчатых веществ хлоридов натрия, калия с высокой степенью измельчения практически не представляется возможным из-за их способности увлажняться, слеживаться. В заявляемой рецептуре хлорид натрия отсутствует и образуется только при взаимодействии поливинилхлорида и хлористого аммония с нитратом натрия, но в ультратонком состоянии, что повышает его ингибирующие свойства.

Кроме того, поливинилхлорид также обладает ингибирующими свойствами. Но, в отличие от хлоридов натрия (калия), его частицы со временем не укрупняются и его можно готовить с более высокой удельной поверхностью частиц.

Данный состав обладает гораздо более низкой горючестью по сравнению с прототипом, т.к. в нем отсутствуют хлорид натрия и древесная мука.

Поскольку поливинилхлорид не увлажняется и не слеживается в процессе хранения, он, в отличие от хлоридов щелочных металлов, не провоцирует процесс слеживания состава, т.е. состав заявляемого предохранительного взрывчатого вещества стабилен при хранении и эксплуатации (слежавшийся состав имеет более крупные частицы составляющих его компонентов и более высокую плотность, что отрицательно сказывается на детонационных и предохранительных свойствах взрывчатого вещества). Отпадает также необходимость сушить поливинилхлорид, измельчать и рассеивать перед введением его в рецептуру. Это делает процесс приготовления взрывчатого вещества более технологичным. Кроме того, поливинилхлорид, в отличие от хлоридов щелочных металлов, не корродирует технологическое оборудование.

Введение в заявляемый состав поливинилхлорида и вывод древесной муки позволили существенно снизить его чувствительность к трению и удары.

Поскольку, в отличие от хлоридов щелочных металлов, поливинилхлорид разлагается с выделением газообразных продуктов, введение его в состав и соответствующая компоновка рецептуры позволили повысить объем газообразных продуктов взрыва и работоспособность взрывчатого вещества.

Проведенные испытания на предохранительные свойства в камере опытного штрека показали, что заявляемый состав в виде открытого свободно подвешенного заряда массой 200 г не воспламеняет метан и угольную пыль, что свидетельствует о том, что состав удовлетворяет требованиям ВВ пятого класса предохранительности.

Предлагаемый состав является химически стойким (испытания проводились по манометрической пробе при температуре 80^oC в течение 24 часов).

Заявляемое предохранительное взрывчатое вещество приготавливается известным в технике способом. Сначала перемешиваются все сыпучие компоненты, а затем вводятся нитроэфиры.

Сравнение заявленного состава с прототипом показало, что хотя они и имеют ряд одинаковых компонентов, но заявляемая рецептура отличается наличием в ней поливинилхлорида, а также иным количественным составом, чем у прототипа, т.е. предложение обладает новизной.

Сравнение предлагаемой рецептуры взрывчатого вещества не только с прототипом, но и с другими составами показало, что в технике не известно предохранительное взрывчатое вещество, в котором бы имело место предложенное сочетание компонентов. А именно такое сочетание позволило получить предохранительное взрывчатое вещество с высокими эксплуатационными характеристиками: низкой чувствительностью к трению и удару, более высокой работоспособностью, более высокой стабильностью свойств при хранении, т.е. решить поставленную задачу. Такое решение явно не вытекает из существующего уровня техники и не было очевидным для специалистов, что дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем.

Входящие в рецептуру компоненты изготавливаются промышленностью. Изготовление массы производится известным в технике способом и на известном оборудовании. Наличие же взрывчатого вещества, обладающего высокими эксплуатационными качествами, не вызывает сомнений. Таким образом, предложение имеет третий признак изобретения - промышленную применимость.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены пять рецептур, три из которых показали оптимальные результаты (таблица).

Состав рецептуры 1 хотя и имеет низкую чувствительность к трению, достаточный объем газов, но не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к взрывчатым веществам по передаче детонации между патронами (ГОСТ 21983-76) Данный состав имеет низкую передачу детонации между патронами - на пределе допуска, т.е. на грани риска.

Рецептура 5 обладает довольно низкой чувствительностью к трению, и высокой передачей детонации между патронами, но имеет отрицательный кислородный баланс (-6,0%) - выше допустимого. На подземные работы допускаются взрывчатые вещества с нулевым или близким к нулевому кислородному балансу (в пределах от +5 до -5%) [3, стр. 32].

Следует также отметить, что рецептура с заявляемыми пределами имеет более высокую работоспособность по сравнению с прототипом.

Предлагаемая рецептура взрывчатого вещества прошла опытную проверку в условиях опытно-промышленного стенда производства угленитов и готовится к внедрению в серийное производство.

Источники информации
1. Кутузов Б.Н. Безопасность взрывных работ в промышленности. М.: Недра, 1977.

2. Вещества взрывчатые, промышленные. ТУ ГОСТ 21983-76.

3. Поздняков З. Г. и Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. М.: Недра,1977, с. 114-115.

4. Дубнов Л. В., Бахаревич Л.С. и Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра, 1988.

5. Гейман Л.М. Взрыв. М.: Наука, 1978.

Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам, а именно к порошкообразным предохранительным взрывчатым веществам 5 класса, которые могут быть использованы в виде патронов для проведения взрывных работ в угольных шахтах в особо опасных условиях по газу и пыли. Изобретение позволяет исключить воспламенение смесей метана и угольной пыли с воздухом при проведении взрывных работ в угольных шахтах. Заявляемое предохранительное взрывчатое вещество содержит нитроэфиры, хлорид аммония, нитрат калия, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, стеарат цинка, коллодионный хлопок, соду кальцинированную и поливинилхлорид при соответствующем соотношении компонентов. Данный состав обладает высокими эксплуатационными характеристиками: низкой чувствительностью к трению, высокой стабильностью свойств при хранении, высокой работоспособностью. 1 табл.

Предохранительное взрывчатое вещество, содержащее нитроэфиры, хлорид аммония и стеарат цинка или кальция, отличающееся тем, что оно содержит нитрат натрия или калия, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид, поливинилхлорид, коллодионный хлопок или коллоксилин, соду кальцинированную или пищевую при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Нитроэфиры - 11,5 - 14,5
Хлорид аммония - 25,3 - 28,3
Поливинилхлорид - 5,0 - 8,7
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид - 0,55 - 2,0
Коллодионный хлопок или - 0,1 - 0,35
Коллоксилин - 0,1 - 0,35
Стеарат цинка или кальция - 0,3 - 1,5
Сода кальцинированная или пищевая - 0,1 - 0,35
Нитрат натрия или калия - Остальное