ГОРЮЧЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИТОВ Российский патент 2003 года по МПК C06B45/34 C06B31/28 

Изобретение относится к области взрывных работ, а именно к невзрывчатым горючим гранулированных динамонов местного изготовления на предприятиях, ведущих взрывные работы при разработке полезных ископаемых и строительстве.

Известны гранулиты местного изготовления на основе гранулированной аммиачной селитры (АС), содержащие в составе в качестве горючего жидкие нефтепродукты: минеральное масло, дизельное топливо, нефтепродукты отработанные, экстракты нефтяные и др. (Л.В. Дубнов и др. Промышленные взрывчатые вещества. М.: "Недра", 1988 г., с.236-239).

Равномерность распределения жидкого нефтепродукта в составе гранулита и, как следствие, стабильность взрывчатых свойств гранулита определяется качеством смешивания, впитывающей способностью гранул аммиачной селитры и величиной стекания жидкого горючего под действием силы гравитации.

С увеличением вязкости жидких нефтепродуктов увеличивается физическая стабильность гранулита вследствие замедления процессов стекания, но для первоначального равномерного распределения нефтепродуктов требуется более продолжительное перемешивание компонентов изготавливаемого гранулита.

К недостаткам гранулитов, содержащих в качестве горючего только жидкие нефтепродукты, относятся:
низкая физическая стабильность гранулитов, содержащих маловязкие нефтепродукты вследствие того, что выпускаемые промышленностью по ГОСТ 2-85 гранулы аммиачной селитры могут удерживать только до 2% нефтепродуктов при стекании остального количества нефтепродуктов с поверхности гранул в нижнюю часть заряда и соответственном снижении взрывных характеристик гранулитов;
высокая трудоемкость качественного смешивания и низкая сыпучесть гранулитов, содержащих нефтепродукты с высокой вязкостью вследствие слипания гранул селитры, затрудняющего механизацию заряжания гранулитами;
существенное влияние на технологию изготовления и физические свойства изготовленных гранулитов температуры компонентов вследствие зависимости вязкости жидких нефтепродуктов от температуры;
недостаточные детонационные параметры двухкомпонентных гранулитов для взрывания крепких пород.

Известны рецептуры гранулитов, где в качестве невзрывчатого горючего используют жидкие нефтепродукты и порошки твердых горючих веществ: металлов (алюминия, ферросилиция), угля (каменного, бурого), древесины, торфа и др. (Открытые горные работы. Научные сообщения. М., ИГД им. А.А.Скочинского, 1990 г., с.35-42).

Введение в состав гранулитов порошков твердых горючих веществ позволяет уменьшить необходимое для нулевого кислородного баланса количество жидких нефтепродуктов. За счет большой поверхности порошки твердых горючих веществ обладают высокой удерживающей способностью по отношению к жидким нефтепродуктам. Это обеспечивает стабильность взрывных и технологических характеристик трехкомпонентных гранулитов.

К недостаткам трехкомпонентных гранулитов относятся:
для изготовления гранулита требуется специальное смесительное оборудование, на котором необходимо последовательно перемешать весь объем окислителя (АС) с жидкими и твердыми горючими веществами, что снижает производительность изготовления и повышает стоимость гранулита;
высокая опасность хранения и транспортирования к месту заряжания гранулита, являющегося взрывчатым веществом (ВВ);
значительное содержание ядовитых газов в продуктах взрыва (до 60 л/кг в пересчете на СО);
высокая экзогенная пожароопасность взрывных работ при отбойке угля вследствие высокой температуры продуктов взрыва.

За прототип принят гранулированный карбамид, как горючее для гранулита местного изготовления ("Физика горения и взрыва". Новосибирск, издательство "Наука". Сибирское отделение, 1991 г., 1, с. 94-99).

Выпускаемый промышленностью гранулированный (приллированный) карбамид по ГОСТ 2081-92 обладает близкими с гранулированной аммиачной селитрой гранулометрическим составом и плотностью, что облегчает их равномерное смешивание в технологических процессах пересыпания смеси, образованной поочередной подачей компонентов, без использования специальных смесительных устройств.

Изготовление гранулита непосредственно на предприятиях, ведущих взрывные работы, заключается в том, что мешки с гранулированными аммиачной селитрой и карбамидом поочередно в заданном соотношении подаются на растаривание, и содержимое ссыпается в бункер-накопитель или непосредственно в бункер зарядной машины.

Послойная загрузка в бункер-накопитель, пересыпание из него в бункер зарядной машины и транспортирование шнек-винтом дозатора зарядной машины при заряжании скважин обеспечивают равномерное распределение гранул карбамида между гранулами аммиачной селитры без выполнения дополнительных операций по смешиванию, что повышает производительность и безопасность, а также снижает стоимость изготовления гранулита на горных предприятиях.

Как горючее гранулита карбамид - CO(NH₂)₂ характеризуется более высоким содержанием водорода по отношению к углероду и в сравнении с углеводородными горючими (CnHm) - соответственно уменьшает количество ядовитой окиси углерода в продуктах взрыва. Гранулит, содержащий в качестве горючего карбамид, имеет больший объем и меньшую температуру газов взрыва, что снижает вероятность экзогенных пожаров при взрывании угля.

Недостатками карбамида, как горючего гранулита, являются низкая теплота сгорания и повышенная гигроскопичность смесей карбамида с аммиачной селитрой, а также то, что для образования стехиометрической смеси с аммиачной селитрой требуется большое количество карбамида (20%). Низкая теплота сгорания карбамида снижает взрывчатые характеристики изготовленного гранулита в сравнении с другими гранулитами, содержащими высококалорийные горючие с большей теплотой сгорания. Повышенная гигроскопичность смесей карбамида с аммиачной селитрой при хранении приводит к снижению сыпучести, зависанию и налипанию смеси в бункерах. В связи с этим, гранулиты, содержащие карбамид, допускается хранить в бункерах сроком до 1 суток (согласно ТУ 727680000-005-05608605-95 "Вещества взрывчатые промышленные. Гранулиты НК").

Предложено горючее для гранулитов местного изготовления, включающее гранулированный карбамид. Отличием является то, что гранулы карбамида пропитывают жидкими нефтепродуктами и покрывают твердым дисперсным горючим веществом при следующем исходном соотношении компонентов, мас.%:
Жидкие нефтепродукты - 5-13
Твердое дисперсное горючее вещество - 7-40
Гранулированный карбамид - Остальное до 100
В качестве жидких нефтепродуктов используют дизельное топливо, минеральные масла, отработанные масла, экстракты нефтяные, смазки и другие жидкие нефтепродукты и их смеси.

В качестве порошков твердых горючих веществ используют порошки алюминия и ферросилиция, порошки каменного и бурого угля, муку древесную и торфяную, порошки полимерных материалов, порошки других твердых горючих веществ и их смеси.

Предложенное горючее для изготовления гранулита получают путем механического смешивания гранулированного карбамида с жидкими нефтепродуктами и порошками твердых горючих веществ.

По сравнению с прототипом, использование предложенного горючего для изготовления гранулита дает следующий положительный эффект:
значительно улучшаются взрывчатые характеристики гранулита вследствие того, что предложенное горючее обладает большей теплотой сгорания и повышается чувствительность к взрывному импульсу гранулированной аммиачной селитры, на гранулы которой при смешивании переходит часть жидких нефтепродуктов и порошка твердых горючих веществ;
существенно уменьшается гигроскопичность гранулита, так как пропитанные жидкими нефтепродуктами и покрытые порошками твердых горючих веществ гранулы карбамида не имеют непосредственного контакта с гранулами аммиачной селитры.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения.

Исходными компонентами для приготовления горючего гранулитов являются:
карбамид гранулированный марок А и Б по ГОСТ 2081-92;
жидкие нефтепродукты: дизельное топливо по ГОСТ 305-82 или нефтепродукты отработанные групп ММО (масло моторное отработанное) или МИО (масло индустриальное отработанное) по ГОСТ 21046-86, или экстракты нефтяные по ТУ 38.101714-89, по ТУ 38.601-0717-89, или другие нефтепродукты;
дисперсный горючий порошок, например: полимерный порошок (полиэтилен или полипропилен любых марок), или угольная пыль по ТУ 12.36.210.91 фракцией не более 0,315 мм, или мелкодисперсный алюминиевый порошок (пудра) по ГОСТ 5494-95, или порошок ферросилиция по ГОСТ 1415-93 фракцией до 3 мм и др.

В смесительную установку при постоянном перемешивании подают в заданном соотношении гранулированный карбамид, жидкие нефтепродукты и порошкообразный горючий компонент до получения сыпучего гранулированного состава серого или темного цвета. Продукт состоит из гранул карбамида, пропитанных жидкими нефтепродуктами и покрытых горючим дисперсным веществом. Горючее на основе карбамида взрывобезопасно, не расслаивается при длительном хранении и не требует дальнейшей обработки для использования. Для приготовления ВВ и заряжания скважин используют смесительно-зарядные машины, например МЗ-ЗБ. В растаривающую установку поочередно подают в заданном соотношении мешки с окислителем (например, гранулированной АС) и с изготовленным горючим, после чего образующуюся послойную смесь компонентов из бункера растаривающей установки самотечно или принудительно пересыпают в бункер зарядной машины, например, МЗ-ЗБ. Окончательное перемешивание смеси изготавливаемого гранулита производится шнеками зарядной машины в процессе заряжания скважин.

По приведенной выше технологии были изготовлены и испытаны опытные образцы составов горючего с различным содержанием компонентов. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Из табл. 1 следует, что технологическим характеристикам по сыпучести и физической стабильности удовлетворяют составы горючего гранулитов с содержанием нефтепродуктов 5-10% и дисперсного компонента 10-15% по объему. При содержании свыше 15% жидкого горючего не обеспечивается физическая стабильность продукта. При содержании свыше 15% порошкообразного компонента резко снижается сыпучесть смеси. С учетом высокой удельной теплоты сгорания нефтепродуктов, превышающей соответствующий показатель для карбамида в 6-6,5 раз, в рецептуре горючего оптимальное содержание жидких нефтепродуктов может находиться в пределах 7-13%.

Массовое содержание дисперсного твердого горючего зависит от насыпной плотности порошкообразного компонента. Для порошков угля, органических полимеров, алюминия и ферросилиция содержание 10-15% по объему соответствует массовому содержанию от 7 до 40% при содержании 5-13% (по массе) жидкого нефтепродукта в смеси.

Таким образом, состав трехкомпонентного горючего гранулитов может быть ограничен в следующих пределах, мас.%:
Жидкий нефтепродукт - 5-13
Дисперсный порошок - 7-40
Гранулированный карбамид - Остальное до 100%
С использованием горючего на основе гранулированного карбамида, жидкого нефтепродукта и угольного порошка было изготовлено взрывчатое вещество (ВВ) при смешивании со стехиометрическим количеством гранулированной АС (14:86% по массе). Результаты испытаний приготовленного ВВ приведены в табл. 2 в сравнении с гранулитом УП-1 (ТУ 12.0173903.007-89), содержащим жидкий нефтепродукт и угольный порошок в качестве горючих добавок к аммиачной селитре (3,5 : 3,5 : 93,0, мас.%).

В сравнении с горючим гранулита УП-1 (аналог), включающим жидкие нефтепродукты и порошки твердых горючих веществ, использование предложенного горючего дает следующий положительный эффект:
обеспечивается стабильность физико-химических свойств за счет относительно более низкого содержания в составе изготовленного гранулита жидких нефтепродуктов;
снижается трудоемкость и стоимость изготовления гранулита, так как специальное смесительное оборудование необходимо лишь для смешивания карбамида с жидкими нефтепродуктами и порошками твердых горючих веществ, что составляет только 8-17% от массы гранулита;
снижается опасность изготовления, хранения и транспортирования, так как подвергаемое механическому смешиванию горючее гранулита не обладает до смешивания с аммиачной селитрой взрывчатыми свойствами;
снижается токсичность продуктов взрыва гранулита вследствие увеличения выхода водяных паров при соответственном снижении содержания окислов углерода в процессах взрывчатого превращения горючего на основе карбамида, в молекулах которого отношение количества атомов водорода к углероду (4:1) превосходит аналогичный показатель для жидких углеводородных и твердых органических горючих не менее чем в 2 раза.

Результаты сравнительных испытаний показывают, что предложенное горючее обеспечивает промышленному ВВ взрывные характеристики, не уступающие штатным ВВ, а по объему и экологичности газообразных продуктов взрыва гранулит с предлагаемым горючим превосходит гранулит УП-1.

Изобретение относится к области взрывных работ, а именно к невзрывчатым горючим гранулированных взрывчатых веществ, используемых во взрывных работах при разработке полезных ископаемых и строительстве. Согласно изобретению горючее для изготовления гранулитов содержит гранулированный карбамид, пропитанный жидкими нефтепродуктами и покрытый твердыми дисперсными горючими веществами. Изобретение направлено на создание горючего для изготовления гранулита, улучшающего взрывчатые характеристики и гигроскопичность гранулита. 2 табл.

Горючее для изготовления гранулитов, содержащее гранулированный карбамид, отличающееся тем, что оно содержит гранулы карбамида, пропитанные жидкими нефтепродуктами и покрытые твердыми дисперсными горючими веществами, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Жидкие нефтепродукты - 5-13
Твердые дисперсные горючие вещества - 7-40
Гранулированный карбамид - Остальное до 100