ВЗРЫВЧАТАЯ СМЕСЬ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК C06B31/32 C06B25/00 

Изобретение относится к разработке взрывчатых смесей, используемых в качестве шпуровых и скважинных зарядов в горнодобывающей промышленности.

Большинство промышленных взрывчатых веществ относится к взрывчатым смесям, преимущественно к смесям аммиачной селитры с индивидуальными взрывчатыми и невзрывчатыми материалами. Во взрывчатых смесях один из компонентов имеет избыток кислорода (окислитель), а второй компонент является взрывчатым или невзрывчатым горючим, для окисления которого необходим кислород. Компоновка взрывчатых смесей со стехиометрическим соотношением горючего и окислителя позволяет наиболее полно реализовать потенциальные энергетические возможности, заложенные в окислителе и горючем, и минимизировать содержание вредных газов в продуктах взрыва. В настоящее время широкое распространение получили взрывчатые смеси, содержащие в качестве окислителя гранулированную аммиачную селитру, а в качестве горючего жидкие и твердые невзрывчатые материалы (жидкие нефтепродукты, порошки угля, древесной муки и другие), а также взрывчатые вещества (1-13), в частности гексоген длительного хранения (14, 15).

Известен состав взрывчатой смеси, включающей (мас.%):

Чешуированный тротил 4,4-5,6

Угольный порошок 2,2-3,8

Дизельное топливо 1,1-1,9

Аммиачная селитра остальное,

принятый авторами за прототип (патент России №2144016).

Состав-прототип в качестве горючего содержит взрывчатое горючее - чешуированный тротил и невзрывчатое горючее - жидкий нефтепродукт и угольный порошок.

Недостатком состава-прототипа является ограниченная сырьевая база по использованию взрывчатых и невзрывчатых горючих, входящих во взрывчатую смесь.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности взрывчатой смеси за счет повышения восприимчивости к инициирующему импульсу, повышение безопасности изготовления и применения за счет снижения чувствительности к механическим воздействиям, обеспечение возможности формирования комбинированного заряда в процессе заряжания скважин взрывчатыми смесями с различными значениями энергетических и детонационных характеристик, расширение сырьевой базы с увеличением ассортимента выпуска взрывчатых веществ, снижение стоимости, расширение области использования.

Задача была решена разработкой взрывчатой смеси и ее варианта, включающей:

- вариант 1 - в качестве взрывчатого горючего - гексоген и/или тротил, или утилизируемые плавкие смеси тротила с гексогеном и/или алюминием в гранулированном и/или порошкообразном, и/или чешуированном виде, в качестве невзрывчатого горючего - жидкое горючее - жидкий нефтепродукт или каменноугольные, или растительные масла или смесь жидкого и твердого горючих - продукты переработки древесины и/или твердых горючих полезных ископаемых в порошкообразном виде, в качестве неорганического окислителя - аммиачную селитру или ее смесь с кальциевой, и/или натриевой, и/или калиевой селитрами при соотношениях невзрывчатого и взрывчатого горючего от 6,1:1 до 1:45, невзрывчатого горючего и аммиачной селитры или ее смеси с кальциевой, и/или натриевой, и/или калиевой селитрами от 1:15,5 до 1:80 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гексоген и/или тротил, или утилизируемые

плавкие смеси тротила с гексогеном и/или алюминием в гранулированном

и/или порошкообразном, и/или чешуированном виде, жидкий

нефтепродукт или каменноугольные, или растительные масла или смесь

жидкого нефтепродукта или каменноугольных, или растительных

масел и продуктов переработки древесины и/или твердых горючих

полезных ископаемых в порошкообразном виде 6,2-42,0

Аммиачная селитра или ее смесь с кальциевой,

и/или натриевой, и/или калиевой селитрами остальное,

при этом содержание невзрывчатых жидкого (n_ж, %) и твердого (n_{i т},%) горючих рассчитывается по формулам:

а при отсутствии невзрывчатого твердого горючего содержание невзрывчатого жидкого горючего рассчитывается по формуле:

- для сульфидосодержащих горных пород и руд - вариант 2 - в качестве взрывчатого горючего - гексоген и/или тротил, или утилизируемые плавкие смеси тротила с гексогеном и/или алюминием в гранулированном и/или порошкообразном, и/или чешуированном виде, в качестве невзрывчатого горючего - жидкое горючее - жидкий нефтепродукт или каменноугольные, или растительные масла или смесь этого жидкого и твердого горючих - продукты переработки древесины и/или твердых горючих полезных ископаемых в порошкообразном виде и дополнительно карбамид в качестве дополнительного горючего, в качестве неорганического окислителя - аммиачную селитру или ее смесь с кальциевой, и/или натриевой, и/или калиевой селитрами при соотношениях невзрывчатого и взрывчатого горючего от 7,4:1 до 1:24, невзрывчатого горючего и аммиачной селитры или ее смеси с кальциевой, и/или натриевой, и/или калиевой селитрами от 1:8,9 до 1:40 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гексоген и/или тротил, или утилизируемые плавкие смеси

тротила с гексогеном и/или алюминием или в гранулированном и/или

порошкообразном, и/или чешуированном виде, жидкий нефтепродукт

или каменноугольные, или растительные масла или смесь жидкого

нефтепродукта или каменноугольных, или растительных масел и продуктов

переработки древесины и/или твердых горючих полезных ископаемых

в порошкообразном виде, карбамид 7,7-48,0

Аммиачная селитра или ее смесь с кальциевой,

и/или натриевой, и/или калиевой селитрами остальное,

при этом содержание невзрывчатых жидкого (n_ж,%) и твердого (n_{i т},%) горючих рассчитывается по формулам:

а при отсутствии невзрывчатого твердого горючего содержание невзрывчатого жидкого горючего рассчитывается по формуле:

где:

n_{i вг} - массовая доля взрывчатого горючего, i=1,2...р;

n_{i т} - массовая доля невзрывчатого твердого горючего, i=1,2...m;

n_карб - массовая доля карбамида;

К_ж, К_{i т}, К_карб, К_{i вг}, К_о - кислородные балансы невзрывчатого жидкого горючего, невзрывчатого твердого горючего, карбамида, взрывчатого горючего, окислителя, %;

К_см - кислородный баланс взрывчатой смеси.

В качестве аммиачной селитры может использоваться порошкообразная и/или гранулированная плотная, и/или гранулированная пористая аммиачная селитра, и/или их смесь в любом соотношении.

В качестве жидкого нефтепродукта может быть использоваться дизельное топливо или топочный мазут, или минеральные масла, или отработанные минеральные масла.

В качестве продуктов переработки древесины может использоваться лигнин или целлюлоза, или древесная мука, или древесный уголь, или их смесь.

В качестве продуктов переработки твердых горючих полезных ископаемых может использоваться бурый или каменный уголь, или кероген, или торф, или их смесь.

В качестве тротила может быть использован утилизируемый тротил или гранулотол, а в качестве гексогена может быть использован флегматизированный гексоген.

Необходимость разработки двух вариантов взрывчатых смесей обуславливается различиями в химическом составе горных пород и руд. Сульфидосодержащие породы и сульфидные руды (серноколчеданные, медно-цинковые, медные) агрессивны по отношению к аммиачно-селитренным взрывчатым веществам. Пирит, являющийся основным рудообразующим серосодержащим минералом сульфидных руд, склонен к химическому взаимодействию с аммиачной селитрой, входящей в состав взрывчатого вещества. Для нейтрализации химического взаимодействия аммиачной селитры и серы во взрывчатую смесь вводится ингибирующая добавка - карбамид, выполняющий одновременно роль невзрывчатого твердого горючего.

Пример схемы расчета компонентного состава взрывчатой смеси:

взрывчатая смесь содержит в качестве взрывчатого горючего по 2,0 мас.% гексогена (K_1вг=-21,6%) и тротила (К_2вг=-74%), в качестве невзрывчатого горючего - смесь дизельного топлива (К_ж=-346%) и порошкообразной целлюлозы (К_т=-118%), остальное - аммиачная селитра (К_о=+20%).

При кислородном балансе взрывчатой смеси, равном нулю, содержание невзрывчатого жидкого горючего рассчитывается по формуле 1:

содержание невзрывчатого твердого горючего рассчитывается по формуле 2:

n_т=4,3·[(-118)/(-346)+(-118)]=1,1%;

аммиачная селитра - остальное: 100-2,0-2,0-4,3-1,1=90,6%.

При кислородном балансе взрывчатой смеси, равном минус 5% (с использованием этих же компонентов), состав взрывчатой смеси, рассчитанный с применением вышеприведенных формул, следующий: n_ж=5,6%; n_т=1,4%; n_о=89,0%.

При кислородном балансе взрывчатой смеси, равном плюс 5% (с использованием этих же компонентов), состав взрывчатой смеси, рассчитанный с применением вышеприведенных формул, следующий: n_ж=3,1%; n_т=0,8%; n_o=92,1%.

Если взрывчатая смесь содержит в качестве невзрывчатого горючего только жидкое горючее, то его содержание рассчитывается по формуле 3.

При использовании в качестве неорганического окислителя смеси аммиачной селитры с кальциевой, и/или натриевой, и/или калиевой при расчете содержания невзрывчатых жидкого и твердого горючих сначала выбираются типы селитр, их соотношение, затем рассчитывается кислродный баланс неорганического (смесевого) окислителя: например, используется смесь аммиачной селитры с кальциевой селитрой в соотношении 5:1, то расчетный кислородный баланс неорганического окислителя равен:

К_о=(20·5+33,9·1)/6=22,3%.

Аналогично с использованием формул 4-6 производится расчет содержания невзрывчатых жидкого и твердого горючих для взрывчатых смесей варианта 2.

Скомпоновать состав взрывчатой смеси с кислородным балансом, близким к нулю, из выбранных компонентов можно путем подбора за счет изменения соотношения между невзрывчатыми горючими. Взрывчатые смеси при этом будут отличаться теплотой взрыва, объемом газообразных продуктов, скоростью детонации, а следовательно, и работоспособностью. Предлагаемые формулы расчета содержания жидких и твердых невзрывчатых горючих обеспечивают компоновку состава взрывчатой смеси с оптимальными энергетическими характеристиками, скоростью детонации, как это следует из данных табл.1. Количество дефицитных и дорогостоящих взрывчатых горючих выбирается исходя из энерго-экономических соображений, а карбамида - от содержания серы в породах и рудах.

Как следует из табл.1, взрывчатая смесь, компонентный состав которой (содержание невзрывчатых жидких и твердых горючих) рассчитан по предлагаемым формулам, имеет большие значения энергетических и детонационных характеристик, чем взрывчатые смеси, компонентный состав которых рассчитан методом подбора. Аналогичные результаты получены для взрывчатых смесей, содержащих более двух невзрывчатых твердых горючих, различные взрывчатые горючие, смеси аммиачной селитры с кальциевой или калиевой, или натриевой селитрами, а также для взрывчатых смесей варианта 2.

Экспериментально установлено, что при соотношении между невзрывчатым и взрывчатым горючим более 6,1:1, 7,4:1 и соотношении невзрывчатого горючего и аммиачной селитры менее 1:15,5, 1:8,9 для вариантов 1 и 2 соответственно не обеспечивается физическая стабильность взрывчатой смеси, происходит расслоение компонентного состава по объему в процессе хранения и транспортирования взрывчатой смеси; при соотношении между невзрывчатым и взрывчатым горючим более 1:45, 1:24 и соотношении невзрывчатого горючего и аммиачной селитры более 1:80, 1:40 для вариантов 1 и 2 соответственно увеличивается расход дорогостоящего взрывчатого горючего, что повышает стоимость взрывчатой смеси.

При создании взрывчатой смеси необходимо учитывать не только эксплуатационные, энергетические, детонационные и экологические параметры, но и стоимость взрывчатой смеси, т.к. она составляет до 60% стоимости буровзрывных работ. С целью снижения стоимости взрывчатых смесей и в первую очередь транспортных расходов, производство взрывчатых смесей следует осуществлять на стационарных пунктах предприятий, ведущих взрывные работы. При этом используют местное сырье, в частности, невзрывчатое горючее, выпускаемое близлежащими предприятиями региона. Экспериментально было установлено, что для изготовления заявляемой взрывчатой смеси без снижения качества и уменьшения стоимости можно использовать в качестве жидкого горючего дизельное топливо, отработанные минеральные масла, каменноугольные, например газгольдерное масло, растительные масла, представляющие собой вязкие жидкости, имеющие близкий компонентный состав и термодинамические характеристики, а также их смесь в любом соотношении. В качестве невзрывчатого твердого горючего может использоваться различное сырье, производимое вблизи мест ведения взрывных работ после измельчения его до порошкообразного состояния.

Невзрывчатое горючее в составе предлагаемой взрывчатой смеси является не только горючей составляющей взрывчатой смеси, но выполняет и другие функции. Невзрывчатое горючее, являясь порошкообразным пористым материалом (торф, уголь, кероген, целлюлоза, древесная мука, лигнин) или жидким материалом (жидкий нефтепродукт, масла), выполняет одновременно роль сенсибилизатора - увеличивает восприимчивость взрывчатой смеси к детонационному импульсу, ускоряя процесс взрывчатого превращения. Одновременно невзрывчатое горючее наряду с аммиачной селитрой является флегматизатором - снижает чувствительность взрывчатой смеси к механическим воздействиям, обеспечивает безопасность транспортирования, хранения и ведения взрывных работ. Экспериментально установлено флегматизирующее влияние аммиачной селитры и смеси аммиачной селитры с невзрывчатым горючим на чувствительность к механическим воздействиям взрывчатого горючего и взрывчатой смеси на его основе: чувствительность к удару - нижний предел чувствительности (Н_о, мм) чистого гексогена равен 25 мм, для смесей с аммиачной селитрой - 500 мм, а для смесей с аммиачной селитрой и невзрывчатым горючим (жидким нефтепродуктом, торфом и другими) - более 500 мм; чувствительность к трению - нижний предел (Р_о, кг/см²) соответственно равны 2180, 3025-3755, 4845 кг/см². Невзрывчатое горючее в заявляемой взрывчатой смеси дополнительно является технологической добавкой - обеспечивает сыпучесть взрывчатой смеси при заряжании скважин; предотвращает слеживаемость в течение гарантийных сроков хранения.

Аммиачная селитра, являясь окислителем, выполняет также роль антистатической добавки - предотвращает накопление зарядов статического электричества, повышая тем самым безопасность изготовления и применения взрывчатой смеси.

Карбамид как ингибирующая добавка позволяет использовать взрывчатую смесь для ведения взрывных работ по сульфидосодержащим породам и рудам - взрывчатая смесь варианта 2.

Взрывчатое горючее (тротил, гексоген и их смеси, или утилизируемые плавкие смеси тротила с гексогеном и/или алюминием) является одновременно горючим, сенсибилизатором и энергонесущим компонентом заявляемой взрывчатой смеси.

Скорость детонации аммиачно-селитренных взрывчатых смесей зависит от скорости термического распада гранул селитры во фронте детонации. Термический распад и газификация гранул селитры происходит с поверхности (наружной и внутри пор). Поры гранулированной аммиачной селитры выполняют функцию высокотемпературных “горячих точек” или точек зажигания. При выбранном соотношении между невзрывчатым (жидким и твердым) горючим и аммиачной селитрой аммиачная селитра позволяет эффективно поглощать и удерживать выбранное количество жидкого горючего; поры аммиачной селитры (плотной и гранулированной) несопоставимо малы по сравнению с размером частиц невзрывчатого твердого горючего, поэтому не происходит их закупорки, что позволяет равномерно распределять невзрывчатое горючее по объему, обеспечивая получение более однородных и физически стабильных взрывчатых смесей с улучшенной способностью к детонации. Детонационные свойства заявляемой взрывчатой смеси сохраняются при малом содержании взрывчатого горючего, т.к. последние выполняют роль сенсибилизатора - горячих точек воспламенения.

Эффективность предлагаемой взрывчатой смеси и ее варианта оценивалась по стабильности взрыво-технических и энергетических характеристик, определяемых скоростью детонации, теплотой взрыва, объемом газов, восприимчивости к инициирующему импульсу, определяемой критическим диаметром детонации открытого заряда, безопасности изготовления и применения, определяемой чувствительностью к механическим воздействиям.

Данное изобретение обеспечивает заявленный технический эффект за счет выбранных компонентов, их соотношения, обеспечивающих оптимальные значения полноты химического превращения, кислородного баланса, стабильности компонентного состава.

В табл.2-4 приведены результаты испытаний образцов заявляемой взрывчатой смеси и ее варианта, изготовленных с использованием всех типов невзрывчатых жидких и твердых горючих, всех типов взрывчатых горючих; содержание жидкого горючего или смеси жидкого и твердого невзрывчатого горючего рассчитывалось по формуле изобретения. Взрывчатое горючее использовалось в гранулированном, и/или чешуированном, и/или порошкообразном виде, невзрывчатое твердое горючее - в порошкообразном виде.

Как следует из данных табл.2-4, различные виды невзрывчатого твердого горючего - уголь, торф, кероген, лигнин, целлюлоза, древесная мука взаимозаменяемы. Невзрывчатое жидкое горючее - жидкий нефтепродукт (дизельное топливо, минеральные масла), растительные и каменноугольные масла имеют практически одинаковый компонентный состав и близкие термодинамические характеристики, поэтому являются также взаимозаменяемыми компонентами взрывчатой смеси. Заявляемая взрывчатая смесь и ее вариант имеют практически одинаковые взрыво-технические и энергетические характеристики при одном и том же содержании взрывчатого горючего - тротила, гексогена или их смеси, или утилизируемые плавкие смеси тротила с гексогеном и/или алюминием, равного 1,0 мас.%, при содержании невзрывчатого горючего (жидкого или смеси жидкого и твердого), рассчитанного по формуле изобретения. Взрывчатая смесь и ее вариант имеют низкую чувствительность к механическим воздействиям (чувствительность к удару и трению). Компоновка состава взрывчатой смеси по расчетному значению содержания невзрывчатого горючего, заявляемому соотношению между невзрывчатым и взрывчатым горючим, между невзрывчатым горючим и аммиачной селитрой обеспечивает полноту завершения взрывчатого превращения окислителя и горючего с максимально возможным получением теплоты взрыва, объема газов при кислородном балансе взрывчатой смеси, близком к нулю.

Заявляемая взрывчатая смесь и ее вариант обеспечивают получение основного технического результата изобретения - стабильность взрыво-технических параметров, безопасность изготовления и применения, расширение сырьевой базы и области использования - ведение взрывных работ по породам и рудам различного химического состава, в том числе сульфидосодержащим (взрывчатая смесь варианта 2). Снижение содержания взрывчатого горючего до 1,0 мас.%, взаимозаменяемость различных видов невзрывчатого горючего позволяет сократить грузоперевозки и организовать производство промышленных взрывчатых веществ на местах ведения взрывных работ с использованием местного сырья, что позволяет снизить стоимость взрывчатой смеси без потери детонационных свойств.

Многокомпонентные взрывчатые смеси изготавливаются в смесителях периодического действия, где смешивание компонентов осуществляется за счет механических перемешивающих устройств и/или сил гравитации или в смесительно-зарядных машинах, бункер которых разделен поперечными перегородками на независимые отсеки, смешивание осуществляется в непрерывном режиме в продольном (одном или двух) и поперечном шнеках (16-19).

Гранулированное взрывчатое горючее, например, гранулированный тротил (гранулотол) по размеру гранул в несколько раз превышает размер гранул (частиц) неорганического окислителя, чешуированного или порошкообразного взрывчатого и невзрывчатого горючих, что необходимо учитывать при производстве предлагаемой взрывчатой смеси. Равномерность и безопасность смешивания, качество взрывчатой смеси, содержащей компоненты, значительно отличающиеся по удельному весу, агрегатному состоянию, размеру и форме частиц, соотношению компонентов, можно обеспечить путем выбора оптимального порядка загрузки и перемешивания.

Известен способ изготовления взрывчатых смесей, включающих подачу неорганического окислителя, взрывчатого и невзрывчатого горючих, их механическое перемешивание, принятый авторами за прототип (Л.В.Дубнов и др. Промышленные взрывчатые вещества, М., Недра, 1973, стр.123).

Предлагаемый способ изготовления взрывчатой смеси и его варианты, включающий подачу неорганического окислителя, взрывчатого и невзрывчатого горючих, их механическое перемешивание, заключается в том, что используют взрывчатое горючее в гранулированном, и/или чешуированном, и/или порошкообразном виде, невзрывчатое жидкое или смесь жидкого и твердого горючего в порошкообразном виде, неорганический окислитель - аммиачную селитру и/или ее смеси с кальциевой, и/или натриевой, и/или калиевой селитрами, осуществляется:

- по варианту 1 - при использовании взрывчатого горючего в гранулированном виде сначала производят механическое смешивание взрывчатого гранулированного горючего с неорганическим окислителем до образования равномерной смеси, полученную смесь поочередно механически смешивают с другими входящими в состав невзрывчатыми и взрывчатыми горючими с перемешиванием после ввода каждого вновь подаваемого невзрывчатого и взрывчатого горючего, а при использовании взрывчатого горючего в чешуированном и/или порошкообразном виде неорганический окислитель поочередно механически смешивают с каждым невзрывчатым горючим и взрывчатым горючим в чешуированном и/или порошкообразном виде в любой последовательности их подачи.

Взрывчатое горючее в чешуированном и/или порошкообразном виде подают на механическое смешивание порциями в два-три приема с перемешиванием после подачи каждой порции.

- по варианту 2 - при использовании взрывчатого горючего в гранулированном виде сначала механически смешивают взрывчатое горючее в гранулированном виде с частью неорганического окислителя, затем полученную смесь механически смешивают с сыпучей смесью оставшейся части неорганического окислителя и части невзрывчатого горючего, сформированной путем одновременной подачи их на механическое смешивание или путем предварительного механического смешивания, после чего полученную смесь механически смешивают с оставшейся частью невзрывчатого горючего, а при использовании взрывчатого горючего в чешуированном или порошкообразном виде сначала механически смешивают часть неорганического окислителя с сыпучей смесью оставшейся частью неорганического окислителя и частью невзрывчатого горючего, сформированной путем одновременной подачи их на механическое смешивание или путем предварительного механического смешивания, затем полученную смесь механически смешивают со взрывчатым горючим и оставшейся частью невзрывчатого горючего.

Взрывчатое горючее в чешуированном или порошкообразном виде подают на механическое смешивание порциями в два-три приема с перемешиванием после подачи каждой порции.

- по варианту 3 - сначала механически смешивают смесь части неорганического окислителя и части невзрывчатого горючего с сыпучей смесью оставшейся части неорганического окислителя и взрывчатого горючего в гранулированном и/или чешуированном, и/или порошкообразном виде, затем полученную смесь механически смешивают с оставшейся частью невзрывчатого горючего, при этом сыпучая смесь части неорганического окислителя и части невзрывчатого горючего и сыпучая смесь оставшейся части неорганического окислителя и взрывчатого горючего в гранулированном и/или чешуированном, и/или порошкообразном виде формируются путем одновременной подачи их на механическое смешивание или путем предварительного механического смешивания.

В качестве сыпучей смеси оставшейся части неорганического окислителя и взрывчатого горючего используют аммонит или граммонит, а в качестве сыпучей смеси части неорганического окислителя и части невзрывчатого горючего используют игданит или гранулит.

Необходимость разработки трех вариантов способа изготовления заявляемой взрывчатой смеси обуславливается различием цикличности производства (периодический, непрерывный), видами смесительного оборудования (смесители барабанного типа, смесительно-зарядные машины), соотношением масс загружаемых компонентов, их структурой (гранулы, порошок) и геометрическими размерами. По предлагаемому способу и его вариантам изготавливаются взрывчатые смеси вариантов 1 и 2.

Предлагаемый способ изготовления взрывчатой смеси и его варианты обеспечивают безопасность процесса и равномерность смешивания, устраняет налипание компонентов на стенки смесителя.

Процесс производства взрывчатой смеси в смесителях барабанного типа периодического действия:

- при использовании взрывчатого горючего в гранулированном виде - сначала подается гранулированное взрывчатое горючее, затем неорганический окислитель, содержимое перемешивается до равномерного распределения компонентов, в полученную смесь подается жидкое невзрывчатое горючее, перемешивается до равномерного распределения его по поверхности неорганического окислителя и взрывчатого горючего, после чего подается невзрывчатое твердое горючее в порошкообразном виде и содержимое смесителя перемешивается до образования готовой взрывчатой смеси;

- при использовании взрывчатого горючего в чешуированном или порошкообразном виде - сначала в смеситель подается неорганический окислитель, затем жидкое невзрывчатое горючее, содержимое перемешивается до образования равномерной смеси, затем подается взрывчатое горючее, перемешивается до равномерного его распределения, после чего подается невзрывчатое горючее в порошкообразном виде и перемешивается до образования готовой взрывчатой смеси, причем взрывчатое горючее дозируется в два - три приема с перемешиванием после загрузки каждой порции.

Процесс производства взрывчатой смеси в смесительно-зарядных машинах шнекового типа, например в МЗ-3Б или МЗ-3А: в зависимости от компонентного состава взрывчатой смеси бункер машины разделяется поперечными перегородками на независимые отсеки, в каждый из которых загружается неорганический окислитель, или взрывчатое, или невзрывчатое твердое горючее, или сыпучая смесь, формируемая путем одновременной подачи компонентов в смеситель или путем их предварительного смешения.

Порядок загрузки отсеков смесительно-зарядной машины:

- при использовании взрывчатого горючего в гранулированном виде - первый отсек загружается неорганическим окислителем; второй - взрывчатым горючим; третий - невзрывчатым порошкообразньм горючим. Дозирование компонентов осуществляется через загрузочные окна, расположенные над продольным шнеком. Шнек, вращаясь, своими витками увлекает поступающий из первого отсека неорганический окислитель, из второго отсека - гранулированное взрывчатое горючее, по мере перемещения компонентов в шнеке происходит их перемешивание, из третьего отсека в смесь двух компонентов подается порошкообразное невзрывчатое горючее и по мере перемещения компонентов в продольном шнеке происходит их перемешивание. Жидкое невзрывчатое горючее подается в смесь твердых компонентов на входе их в поперечный шнек, в котором завершается перемешивание всех компонентов с образованием взрывчатой смеси;

- при использовании взрывчатого горючего в чешуированном или порошкообразном виде - первый отсек загружается частью неорганического окислителя, второй - сыпучей смесью оставшейся части неорганического окислителя с невзрывчатым горючим, третий - взрывчатым горючим. Оставшееся невзрывчатое горючее - жидкое - подается в смесь твердых компонентов на входе их в поперечный шнек. Порядок работы смесительно-зарядной машины аналогичен вышеописанному;

- при использовании взрывчатого горючего в гранулированном, и/или чешуированном, и/или порошкообразном виде - первый отсек загружается сыпучей смесью части неорганического окислителя с взрывчатым горючим, второй отсек - сыпучей смесью оставшейся части неорганического окислителя с частью невзрывчатого горючего, оставшееся невзрывчатое горючее - жидкое - подается в смесь твердых компонентов на входе их в поперечный шнек после смешивания сыпучих смесей.

Предлагаемый способ изготовления взрывчатой смеси по вариантам 1-3 при выбранном порядке подачи компонентов на смешивание обеспечивает равномерность распределения взрывчатых горючих в гранулированном, и/или чешуированном, и/или порошкообразном виде, невзрывчатых горючих (жидких и твердых) в среде окислителя, сохраняет пористую структуру порошкообразного невзрывчатого горючего и неорганического окислителя, тем самым обеспечивает дополнительную сенсибилизацию взрывчатой смеси, достигается постоянство компонентного состава при хранении, транспортировании и заряжании шпуров и скважин, высокие детонационные параметры и полнота детонации.

Учитывая взаимозаменяемость невзрывчатых твердых и жидких горючих, взрывчатые горючие были скомпонованы, изготовлены предлагаемым способом и его вариантами и испытаны в промышленных условиях образцы взрывчатой смеси варианта 1 (табл.5) и варианта 2 (табл.6).

Как следует из данных табл.5 и 6, изменяя соотношение между компонентами в заявляемых пределах, можно регулировать теплоту взрыва и детонационные параметры взрывчатой смеси, что позволяет дифференцированно проектировать взрывные работы. Взрывчатая смесь вариантов 1, 2 изготавливается по любому из вариантов 1-3 способа изготовления как в смесителях барабанного типа, так и в смесительно-зарядных машинах. Стоимость взрывчатой смеси снижена на 10-20%. Предлагаемая взрывчатая смесь не пылит, не слеживается, стабильна в процессе хранения и применения.

Безопасность изготовления, транспортирования, хранения и применения, безотказность взрывания скважинного заряда из заявляемой взрывчатой смеси обеспечивается как выбором компонентов, их соотношением, так и способом изготовления взрывчатой смеси. Заряжание скважин производится по существующей технологии ведения взрывных работ с использованием штатных систем инициирования зарядов.

Заявляемая взрывчатая смесь и ее вариант с различными значениями энергетических и детонационных характеристик позволяет формировать комбинированные скважинные заряды путем совместного использования заявляемой взрывчатой смеси с промышленными взрывчатыми веществами в определенном соотношении (например, взрывчатой смеси обр.47 с положительным кислородным балансом с гранулотолом или алюмотолом, имеющим отрицательный кислородный баланс, обр.48, 50, 57 с отрицательным кислородным балансом с аммиачной селитрой, имеющей положительный кислородный баланс).

В обоих вариантах заявляемой взрывчатой смеси достигается основной технический результат:

- повышение восприимчивости к инициирующему импульсу - критический диаметр детонации открытого заряда 40-90 мм;

- повышение безопасности изготовления и применения за счет снижения чувствительности к механическим воздействиям;

- расширение сырьевой базы и ассортимента выпуска взрывчатых веществ за счет использование местного сырья на местах ведения взрывных работ;

- снижение стоимости за счет изготовления взрывчатой смеси на местах ведения взрывных работ на местном сырье, снижения грузоперевозок сырья, снижения ввода дорогостоящих взрывчатых горючих до 1,0 мас.%;

- расширение области использования взрывчатых смесей - ведение взрывных работ по породам и рудам различной крепости, формирование комбинированных скважинных зарядов путем совместного использования заявляемых взрывчатых смесей с промышленными взрывчатыми веществами или аммиачной селитрой.

При использовании взрывчатой смеси варианта 2, содержащей карбамид, достигается дополнительный технический результат - ведение буровзрывных работ по сульфидосодержащим породам и рудам.

Указанный технический результат изобретения достигается за счет выбранных компонентов, соотношения между невзрывчатым и взрывчатым горючим, между невзрывчатым горючим и окислителем, соотношения между жидким и твердым невзрывчатым горючим, рассчитываемым по предложенным формулам, обеспечивающих оптимальные значения полноты превращения окислителя и горючего, скорость детонации. Указанный технический результат изобретения достигается также за счет предлагаемого способа изготовления и его вариантов.

В производственных условиях отработан технологический процесс изготовления заявляемой взрывчатой смеси и ее варианта в смесителях барабанного типа и в смесительно-зарядных машинах, оснащенных шнековой системой подачи компонентов.

Заявляемая взрывчатая смесь проверена с получением положительных результатов при отбойке горных пород различной крепости (с коэффициентом крепости до 20 по шкале М.М.Протодъяконова), а вариант 2 еще и пород различного химического состава. Заряжание скважин осуществлялось как ручным, так и механизированным способами.

Источники информации:

1. Патент России №2194030.

2. Патент России №2130447.

3. Патент России №2185354.

4. Патент России №2128156.

5. Патент России №2120929.

6. Патент ПНР №257767.

7. Патент ПНР №259900.

8. Патент Великобритании №2192627.

9. Патент Украины №23400.

10. Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов “Промышленные взрывчатые вещества, М., Недра, 1988, с.258.

11. Патент России №2197455.

12. Патент России №2199514.

13. Патент России №2219151.

14. Патент России №2203873.

15. Патент России №2203258.

16. Патент России №2105951.

17. Патент России №2111941.

18. Патент России №2179164.

19. Патент России №2185595.

Изобретение относится к разработке взрывчатых составов, используемых в качестве шпуровых и скважинных зарядов в горнодобывающей промышленности. Согласно варианту 1 предложена взрывчатая смесь, включающая неорганический окислитель - аммиачную селитру или ее смесь с кальциевой и/или натриевой, и/или калиевой селитрами, невзрывчатое жидкое горючее - жидкий нефтепродукт или каменноугольные, или растительные масла или смесь невзрывчатого жидкого горючего с невзрывчатым твердым горючим - продуктами переработки древесины и/или твердыми горючими полезными ископаемыми в порошкообразном виде, при этом содержание невзрывчатого твердого горючего и невзрывчатого жидкого горючего рассчитывается по определенным формулам. Согласно варианту 2 предложена взрывчатая смесь, которая помимо компонентов, входящих во взрывчатую смесь по варианту 1, содержит карбамид. А также предложено три варианта способа изготовления взрывчатой смеси по варианту 1 или 2. Изобретение направлено на повышение эффективности взрывчатой смеси за счет повышения безопасности изготовления, транспортирования и применения, снижения стоимости, расширения области применения. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Взрывчатая смесь, включающая неорганический окислитель, взрывчатое и невзрывчатое горючее, отличающаяся тем, что в качестве взрывчатого горючего она содержит гексоген, и/или тротил, или утилизируемые плавкие смеси тротила с гексогеном и/или алюминием в гранулированном, и/или порошкообразном, и/или чешуированном виде, в качестве невзрывчатого горючего она содержит невзрывчатое жидкое горючее - жидкий нефтепродукт, или каменноугольные или растительные масла, или смесь невзрывчатого жидкого горючего с невзрывчатым твердым горючим - продуктами переработки древесины и/или твердыми горючими полезными ископаемыми в порошкообразном виде, в качестве неорганического окислителя она содержит аммиачную селитру или ее смесь с кальциевой, и/или натриевой, и/или калиевой селитрами при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гексоген, и/или тротил, или утилизируемые

плавкие смеси тротила с гексогеном и/или

алюминием в гранулированном, и/или

порошкообразном, и/или чешуированном

виде, жидкий нефтепродукт, или

каменноугольные или растительные

масла, или смесь жидкого нефтепродукта

или каменноугольных или растительных

масел и продуктов переработки древесины

и/или твердых горючих полезных

ископаемых в порошкообразном виде 6,2-42,0

Аммиачная селитра или ее смесь с

кальциевой, и/или натриевой, и/или

калиевой селитрами Остальное

при этом соотношение невзрывчатого и взрывчатого горючего составляет от 6,1:1 до 1:45, невзрывчатого горючего и аммиачной селитры или ее смеси с кальциевой, и/или натриевой, и/или калиевой селитрами составляет от 1:15,5 до 1:80, а содержание невзрывчатого жидкого горючего (n_ж, %) и невзрывчатого твердого горючего (n_{i т}, %) рассчитывается по формулам

а при отсутствии невзрывчатого твердого горючего содержание невзрывчатого жидкого горючего рассчитывается по формуле

где n_{i вг} - массовая доля взрывчатого горючего, i=1, 2...р;

n_{i т} - массовая доля невзрывчатого твердого горючего, i=1, 2...m;

К_ж, K_{i т}, K_{i вг}, К_о, - кислородные балансы невзрывчатого жидкого горючего, невзрывчатого твердого горючего, взрывчатого горючего, неорганического окислителя, %;

К_см - кислородный баланс взрывчатой смеси, %.

Гексоген, и/или тротил, или утилизируемые

плавкие смеси тротила с гексогеном и/или

алюминием в гранулированном, и/или

порошкообразном, и/или чешуированном

виде, жидкий нефтепродукт, или

каменноугольные или растительные

масла, или смесь жидкого нефтепродукта

или каменноугольных или растительных

масел и продуктов переработки древесины

или твердых горючих полезных

ископаемых в порошкообразном

виде и карбамид 7,7-48,0

Аммиачная селитра или ее смесь с

кальциевой, и/или натриевой, и/или

калиевой селитрами Остальное

при этом соотношение невзрывчатого и взрывчатого горючего составляет от 7,4:1 до 1:24, невзрывчатого горючего и аммиачной селитры или ее смеси с кальциевой, и/или натриевой, и/или калиевой селитрами составляет от 1:8,9 до 1:40, а содержание невзрывчатого жидкого горючего (n_ж, %) и невзрывчатого твердого горючего (n_{i т}, %) рассчитывается по формулам

а при отсутствии невзрывчатого твердого горючего содержание невзрывчатого жидкого горючего рассчитывается по формуле

где n_{i вг} - массовая доля взрывчатого горючего, i=1, 2...р;

n_{i т} - массовая доля невзрывчатого твердого горючего, i=1, 2...m;

n_карб - массовая доля карбамида;

К_ж, K_{i т}, К_карб, K_{i вг}, К_о, - кислородные балансы невзрывчатого жидкого горючего, невзрывчатого твердого горючего, карбамида, взрывчатого горючего, неорганического окислителя, %;

К_см - кислородный баланс взрывчатой смеси, %.