ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ "ДИТОЛАН-С" Российский патент 2007 года по МПК C06B31/38 C06B25/08 

Изобретение относится к промышленным гранулированным аммиачно-селитренным взрывчатым веществам (ВВ) для ручного или механизированного заряжания шпуров и скважин в производстве взрывных работ на открытой поверхности и в забоях подземных выработок и может быть использовано при добыче сульфидных руд, связанной с опасностью самовозгорания зарядов и неконтролируемых взрывов по причине химического взаимодействия аммиачной селитры (АС) с агрессивной сульфидной средой.

Известны аммиачно-селитренные взрывчатые вещества - граммонит 79/21, аммонит № 6ЖВ и гранулит АС-8, применяемые ранее при разработке сульфидных руд. Недостатком известных ВВ являются случаи самовозгорания зарядов и самопроизвольных неконтролируемых взрывов [1-2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Взрывчатый состав «Дитолан» [3], содержащий АС 85-93 мас.% и смесь динитротолуола (ДНТ) с минеральным маслом или дизельным топливом (ДТ) 7-15 мас.% в соотношении соответственно R=40-90:10-60.

Недостатками известного взрывчатого состава являются:

- низкая термостабильность, ограничивающая его применение для разработки сульфидных руд и проявляющаяся в том, что при помещении ВВ в увлажненную кислую сульфидную среду [4] при постоянной температуре 50°С через 2,5-3,0 часа после начала опыта начинается процесс выделения окислов азота;

- сравнительно низкая детонационная способность - критический диаметр детонации 80-120 мм в картонной оболочке.

Техническим результатом данного изобретения является создание взрывчатого состава, обладающего высокими термохимической стабильностью в сульфидной среде и детонационной способностью.

Технический результат достигается тем, что взрывчатый состав «ДИТОЛАН-С» для сульфидных руд включает в качестве окислителя пористую или плотную аммиачную селитру или их смесь в любой пропорции, в качестве горючей добавки - смесь динитротолуола, или динитронафталина (ДНН), или их композиции в любой пропорции и нефтепродукта - минерального масла, или дизельного топлива, или их композиции в любой пропорции в соотношении R соответственно 17,92-93,58:6,42-82,08 и в качестве стабилизирующей добавки он содержит дифениламин или уротропин, или карбамид (мочевину), или карбонат кальция (мел), или известь гашеную, или окись магния, или их смесь в любой пропорции при следующем содержании компонентов, мас.%:

аммиачная селитра плотная, или пористая, или их смесь82,84-92,04смесь динитротолуола, или динитронафталина, или их композиции и минерального масла, или дизельного топлива, или их композиции7,31-15,57карбамид, или уротропин, или окись магния, или известь гашеная, или карбонат кальция, или дифениламин, или их смесь0,35-2,0

Введение стабилизатора в количестве 0,35-2,0 мас.% повышает термохимическую стабильность состава, а введение плотной или пористой АС, или их смеси 82,84-92,04% и смеси динитротолуола, или динитронафталина, или их композиции и минерального масла или дизельного топлива, или их композиции (смесь ДМ) при R соответственно 17,92-93,58:6,42-82,08 в количестве 7,31-15,57 мас.% приводит к повышению детонационной способности состава (уменьшению критического диаметра), относительной работоспособности (f) и улучшению (по отношению к нулевому) кислородного баланса (КБ). Характеристики образцов ВВ и прототипа приведены в таблице. Для лучшего понимания сущности изобретения приводится пример технологии получения 1000 кг образца №4 взрывчатого состава (см. таблицу), содержащего смесь плотной и пористой АС при соотношении 50/50 мас.% в количестве 870 кг, горючую добавку ДМ в количестве 115 кг при соотношении в этой добавке композиции ДНТ/ДНН 50/50 мас.% и минерального масла соответственно 80:20 мас.%, а также порошкообразную окись магния 15 кг. Навески плотной и пористой аммиачной селитры по 435 кг каждая засыпаются в смеситель с Z-образными мешалками.

Изготовление смеси ДМ заключается в том, что масло в количестве 23 кг заливается в другой смеситель с лопастной мешалкой и водяной рубашкой для поддержания температуры в интервале 60-80°С. Затем в этот же смеситель добавляется 46 кг ДНТ в виде кусков или в расплавленном состоянии, при достижении 60°С в смеситель добавляется 46 кг ДНН в виде порошка или чешуек и сразу включается мешалка. Расплав горючей добавки ДМ выливается на навеску АС в смесителе с Z-образными мешалками. В ходе перемешивания в смеситель добавляется 15 кг окиси магния мелкими порциями. По истечении 10-15 минут перемешивания взрывчатый состав в количестве 1000 кг выгружается и затаривается. Аналогичным образом изготавливаются образцы №1-3 и 5-7 взрывчатого состава.

При содержании в составе плотной, или пористой аммиачной селитры, или их смеси в количестве 82,84-84,08 мас.%, стабилизатора или смеси стабилизаторов 0,35-2,0 мас.%, горючей смеси динитротолуола, или динитронафталина, или их композиции и нефтепродукта - минерального масла, или ДТ, или их композиции при соотношении соответственно 60,42-61,46:38,54-39,58 в количестве 15,16-15,57 мас.% (6,0 мас.% нефтепродукта) (образец №1) термостабильность составляет 12-144 часа, критический диаметр 80-120 мм, кислородный баланс от минус 20,3 до минус 14,8% и относительная работоспособность 0,791-0,82.

По сравнению с прототипом образец №1 имеет более высокие значения термостабильности (12-144 ч), плотности заряда (0,83-1,01 г/см), нижнего уровня относительной работоспособности (f=0,791), менее отрицательный КБ на нижнем уровне (минус 20,3%) и более лучший с точки зрения состава продуктов взрыва на верхнем уровне (минус 14,8%), но уступает ему в значении верхнего уровня работоспособности (f=0,82), имеет такую же детонационную способность (d_кр=80-120 мм).

При содержании плотной, или пористой аммиачной селитры, или их смеси в количестве 90,69-92,04 мас.%, стабилизатора или смеси стабилизаторов 0,35-2,0 мас.%, горючей смеси динитротолуола, или динитронафталина, или их композиции и минерального масла, или дизельного топлива, или их композиции при соотношении соответственно 86,32-86,86:13,14-13,68 в количестве 7,31-7,61 мас.% (1,0 мас.% нефтепродукта) (образец №7) термостабильность составляет 12-144 часа, критический диаметр 80 - 120 мм, кислородный баланс 1,87-7,6% и относительная работоспособность 0,781-0,908.

По сравнению с прототипом образец №7 имеет более высокие значения термостабильности (12-144 ч), плотности заряда (0,87-1,05 г/см³), нижнего уровня интервала значений относительной работоспособности (f=0,781), более лучший (по отношению к нулевому) КБ (1,87-7,6%), но уступает прототипу по верхнему уровню относительной работоспособности (f=0,908), имеет такую же детонационную способность (d_кр=80-120 мм).

Лучшие характеристики имеют образцы №2-6 состава, включающего плотную, или пористую аммиачную селитру, или их смесь в количестве 82,84-92,04 мас.%, стабилизатор или смесь стабилизаторов 0,35-2,0 мас.%, горючую смесь динитротолуола, или динитронафталина, или их композиции и минерального масла, или дизельного топлива, или их композиции при соотношении соответственно 17,92-93,58:6,42-82,08 в количестве 7,31-15,57 мас.% при содержании нефтепродукта 1,0-6,0 мас.%.

По сравнению с прототипом образцы №2-6 состава имеют более высокие значения термостабильности (12-144 ч), плотности заряда (0,83-1,05 г/см³), детонационной способности (d_кр=30-110 мм), лучший по отношению к нулевому кислородный баланс (от минус 17,9 до 5,26), более высокие показатели нижнего уровня значений относительной работоспособности (f=0,805-0,831) и близкие или более высокие показатели верхнего уровня (f=0,942-0,96).

При определении характеристик опытных образцов взрывчатого состава «ДИТОЛАН-С» использовались следующие методики:

- термостабильность образцов определялась по методике [4];

- плотность зарядов (ρ) определялась по ГОСТ 14839.18-69;

- критический диаметр детонации (d_кр) определялся по ГОСТ В 84-898-74;

- кислородный баланс состава рассчитывался по формуле:

,

где х_i - содержание i-го компонента состава в массовой доле, x₁+x₂+...+x_n=1,

- кислородный баланс i-го компонента, % [5],

а, b, с, е - число атомов С, H, О, Са или Mg в компоненте с формулой С_a, H_b, О_c, N_d(Са или Mg)_e,

М - молекулярная масса компонента состава;

- относительная работоспособность рассчитывалась по формуле Лангефорса [6]:

где Q, Q_ref, V, V_ref - теплота и объем продуктов взрыва исследуемого и эталонного (граммонит 79/21) ВВ, рассчитываемых по методикам [7-8].

Для изготовления взрывчатого состава «ДИТОЛАН-С» используются:

- селитра аммиачная гранулированная марки А или Б по ГОСТ 2-85, или марки ЖВГ по ГОСТ 14702-79;

- селитра аммиачная гранулированная пористая по ТУ 113-03-00203789-16-93, или марки П ТУ 6-03-372-74, или марки МП ТУ 2143-3600203789-2003, или ТУ 113-03-27-112-95, или ТУ 2143-635-00209023-99;

- динитротолуол по ОМТУ 280-55, ОСТ В 84-1461-77 или ТУ 7511903-600-92;

- динитронафталин по ГОСТ 6599-76;

- нефтепродукты: масла соляровое по ОСТ 38157-74 или поглотительное по ГОСТ 4540-48, или мягчитель по ГОСТ 6601-53, или приборное по ГОСТ 1805-76, или индустриальные по ГОСТ 20799-88, или ГОСТ 8675-62, или дизельные топлива по ГОСТ 305-82, или по ГОСТ 4749-73, или нефтепродукты отработанные по ГОСТ 21046-86;

- стабилизаторы (нейтрализаторы кислоты):

уротропин по ГОСТ 1381-73 или ТУ 2478-008-00203803-93, мочевина (карбамид) по ГОСТ 2081-92 (порошок), или мел природный обогащенный по ГОСТ 12085-88 или мел химически осажденный сорт 1 ГОСТ 8253-79, или известь гашеная по ГОСТ 9179-77 (гидратная, пушонка), или окись магния по ГОСТ 4526-75, или дифениламин по ТУ 6-09-5467-90.

Преимуществами заявляемого взрывчатого состава по сравнению с прототипом являются более высокие термостабильность (12-144 ч), плотность заряда (0,83-1,05 г/см³), детонационная способность (d_кр=30-110 мм), относительная работоспособность (f=0,805-0,96), лучший по отношению к нулевому кислородный баланс (от минус 17,9 до 5,26%), расширение области применения.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Методика испытания термостабильности ВВ на основе аммиачной селитры при контакте с сульфидной рудой Настоящая методика разработана на основе "Методики испытаний термохимической стабильности ВВ на основе аммиачной селитры" Уральского НИИ и проектного института медной промышленности (УНИПРОМЕДЬ).

Назначение и сущность методики

Данная методика предназначена для подготовки, проведения испытаний на термостабильность аммиачно-селитренных ВВ, находящихся в контакте с сульфидной рудой, и определения их пригодности для разработки таких руд.

Сущность лабораторной методики испытания ВВ заключается в определении промежутка времени от начала опыта до момента возникновения реакции взаимодействия исследуемого ВВ с агрессивной средой (увлажненная сульфидная среда) при постоянной температуре.

Материалы и реактивы, посуда, аппаратура, применяемые при испытаниях

Серноколчеданная руда (массовая доля пирита более 90%), измельченная фракция (0,074±0,044) мм.

Имитатор рудничной воды, приготовленный следующим образом: в мерную колбу вместимостью 1000 мл наливают 700 мл дистиллированной воды и растворяют в ней 5,3 г (93,6%-ной) серной кислоты, 8,8 г сульфата меди и 50,2 г сульфата железа, затем добавляют воду до отметки.

Кислота серная по ГОСТ 4204-77.

Медь (II) сернокислая 5-водная но ГОСТ 4165-78.

Железо (III) сернокислое 9-водное по ГОСТ 9485-74.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

Колба мерная по ГОСТ 1770-74 вместимостью 1000 мл.

Колба трехгорлая типа КГУ-3 по ГОСТ 25336-82. Баня водяная.

Весы лабораторные 2 класса точности с пределом взвешивания 200 г.

Потенциометр КСП-4И с интервалом измерения 0-100°С и хромелькапелевой термопарой.

Проведение испытания

Испытания проводят на лабораторной установке (см. чертеж).

Установка по определению термостабильности аммиачно-селитренных ВВ. 1. Электропотенциометр КСП-4И; 2. Водяная баня; 3. Колба с исследуемым веществом; 4. Газоотводная трубка с краном; 5. Термопара; 6. Крючок с йодкрахмальной пробой; 7. Водоподводящая трубка с краном.

Подготовленную для исследований навеску массой 50 г (40 г ВВ; 7,5 г руды; 2,5 г имитатора рудничной воды) помещают в трехгорлую колбу 3 и плотно закрывают резиновыми пробками. В центральной пробке имеются два отверстия: одно - для ввода термопары 5, подключенной к потенциометру 1, которая погружается в исследуемую смесь, другое - для крючка с йодкрахмальной пробой 6 (проба находится над исследуемой смесью). Одна из боковых пробок имеет газоотводную трубку с краном 4, другая - трубку для подачи воды с краном 7.

Йодкрахмальная проба приготавливается следующим образом: йодкрахмальная бумага по ТУ 6-09-3409-78 наполовину смачивается водным раствором глицерина по ГОСТ 6259-75 и помещается на крючок 6 из нержавеющей стали, закрепленный в резиновой пробке.

Колбу 3 с исследуемой смесью помещают в водяную баню 2 с температурой 50°С и выдерживают в течение 7 часов. ВВ считается выдержавшим испытание, если в течение 7 часов не зафиксировано выделение окислов азота по йодкрахмальной пробе (образование окрашенной полосы) или повышения температуры, регистрируемого термопарой 5 (показание по диаграмме потенциометра КСП-4И).

В случае начала взаимодействия ВВ с сульфидной рудой до истечения 7 часов отключается обогрев водяной бани, открывается кран 4, который предотвращает повышение давления в реакционной колбе выше атмосферного. Затем открывается кран 7 и заливается вода в количестве (2/3 объема), достаточном для подавления реакции взаимодействия ВВ с рудой.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1988. - 358 с: ил.

2. Колганов Е.В., Кутузов Б.Н., Соснин В.А. и др. ФГУП "ГосНИИ "КРИСТАЛЛ" - 50 лет // Горный журнал, 2003, №6, с.94.

3. Патент №2216529, Взрывчатый состав «ДИТОЛАН». Бюллетень №32, 2003.

4. Отчет ЗАО Взрывиспытания "Исследование причин несанкционированных взрывов на ОАО Лебединский ГОК". - М., 1997, 25 с.

5. Авакян Г.А. Расчет энергетических и взрывчатых характеристик ВВ. - М.: ВИА им. Дзержинского, 1964, 106 с.

6. Афанасенков А.Н., Котова Л.И., Кукиб Б.Н. О работоспособности промышленных взрывчатых веществ. - ФГВ, 2001, т.37, №3, 115 с.

7. Светлов Б.Я., Яременко Н.Е. Теория и свойства промышленных взрывчатых веществ. - М.: Недра, 1973, 208 с.

8. Поздняков З.Г., Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. - М.: Недра, 1977, 253 с.

Изобретение относится к промышленным гранулированным аммиачно-селитренным взрывчатым веществам для ручного или механизированного заряжания шпуров и скважин в производстве взрывных работ на открытой поверхности и в забоях подземных выработок. Предложен взрывчатый состав для разработки сульфидных руд, содержащий плотную или пористую аммиачную селитру, или их смесь в качестве окислителя, смесь динитротолуола или динитронафталина, или их композиции и минерального масла или дизельного топлива, или их композиции в качестве горючей добавки и карбамид или уротропин, или окись магния, или известь гашеную, или карбонат кальция, или дифениламин, или их смесь в качестве стабилизатора при определенном содержании компонентов. Изобретение направлено на создание взрывчатого состава, обладающего высокими термохимической стабильностью в сульфидной среде и детонационной способностью. 1 ил., 1 табл.

Взрывчатый состав для разработки сульфидных руд, содержащий окислитель, горючую добавку, отличающийся тем, что в качестве окислителя он содержит плотную или пористую аммиачную селитру или их смесь в любой пропорции, в качестве горючей добавки он содержит смесь динитротолуола или динитронафталина или их композиции в любой пропорции и минерального масла или дизельного топлива или их композиции в любой пропорции в соотношении соответственно 17,92-93,58:6,42-82,08 и дополнительно содержит в качестве стабилизатора карбамид, или уротропин, или окись магния, или известь гашеную, или карбонат кальция, или дифениламин, или их смесь в любой пропорции при следующем содержании компонентов, мас.%:

аммиачная селитра плотная или пористая или их смесь82,84-92,04смесь динитротолуола или динитронафталина или их композиции и минерального масла или дизельного топлива или их композиции7,31-15,57карбамид, или уротропин, или окись магния, или известь гашеная, или карбонат кальция, или дифениламин, или их смесь0,35-2,0,

при этом содержание минерального масла или дизельного топлива или их композиции составляет не менее 1,0 и не более 5,0 мас.% при содержании окислителя 82,84 - 84,08 мас.%, не менее 1,0 и не более 6,0 мас.% при содержании окислителя 84,80-90,05 мас.%, не менее 2,0 и не более 6,0 мас.% при содержании окислителя 90,69-92,04 мас.%.