СОСТАВ ГОРЮЧЕГО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВВ Российский патент 2009 года по МПК C06B45/34 C06B31/28 

Изобретение относится к области взрывных работ, а именно к невзрывчатому горючему компоненту, и может быть использовано для приготовления на основе гранулированной аммиачной селитры (АС) взрывчатых веществ (ВВ) местного изготовления на предприятиях, ведущих взрывные работы при разработке полезных ископаемых, строительстве и т.д.

Известны гранулированные невзрывчатые горючие вещества, представляющие собой гранулированный карбамид или пенополистирол, применяющиеся в составах гранулированных ВВ (Жаркенов М.И., Урумов ТТ., Бекетаев Е.Б., Плошенко Т.П. Новая технология взрывных работ на карьерах на основе применения гранулированного пенополистирола в скважинных зарядах. - Алма-Ата, КазНИИНТИ, 1987. - 57 с.).

Недостатками карбамида являются низкая теплота сгорания и повышенная гигроскопичность смесей карбамида с АС, а также то, что для образования стехиометрической смеси с АС требуется большое количество карбамида (до 20%). Низкая теплота сгорания карбамида снижает взрывчатые характеристики изготовленного гранулита в сравнении с другими ВВ, содержащими высококалорийные горючие с большей теплотой сгорания. В связи с большой величиной гранул карбамида реакция продуктов его газификации с продуктами разложения АС затруднена и может протекать в зоне разрежения, что затрудняет передачу выделившейся при реакции теплоты для поддержания ударной волны. Повышенная гигроскопичность смесей карбамида с АС при хранении приводит к снижению сыпучести, зависанию и налипанию смеси в бункерах. Гранулиты, содержащие карбамид, допускается хранить в бункерах не более одних суток.

Недостатком пенополистирола является очень низкая плотность, в связи с чем для образования стехиометрической смеси с АС требуется большое количество пенополистирола (до 60-80% от объема всей смеси), что значительно снижает объемную энергию взрыва ВВ. Кроме этого, значительная разница плотностей вышеуказанных компонентов препятствует получению однородной смеси. В связи с этим ВВ на основе пенополистирола не нашли широкого применения при взрывных работах.

Известно невзрывчатое горючее (патент №2200724 - карбамид модифицированный (КМ) по патенту РФ №2200724, кл. С06В 45/34, заявлен 09.01.2002, опубликован 2003, БИ №8), представляющий собой механическую смесь на основе гранулированного карбамида с нефтепродуктами, угольным порошком и др. дисперсными добавками при следующем исходном соотношении компонентов (мас.%):

жидкие нефтепродукты5-13твердое дисперсное горючее7-40гранулированный карбамидостальное до 100.

KM используют как горючее для изготовления промышленного взрывчатого вещества гранулита НК марки А. Изготовление гранулита НК-А производят на пунктах растаривания компонентов ВВ при загрузке зарядных машин типа М3-3Б или М3-4А способом поочередной подачи на распаковывание мешкотары с гранулированной АС и КМ в соотношении 3:1, т.е. на каждые 3 мешка АС массой по 50 кг необходимо растарить 1 мешок КМ массой 20 кг.

Основным недостатком известного горючего является нестабильность технологических свойств - изменение сыпучести при хранении за счет влияния относительной влажности воздуха на гигроскопичный карбамид, что обуславливает нестабильность взрывчатых свойств ВВ, полученных на его основе. Существенным недостатком ВВ с использованием этого горючего является недостаточно плотный контакт горючего и окислителя, находящихся в гранулированном виде. Эффект при использовании КМ возможно получить только при качественном смешении всех компонентов, так как при нарушении этого условия в составе гранулированного ВВ недостаточный контакт между горючим и окислителем снижает детонационную способность скважинного заряда из-за снижения чувствительности ВВ к инициирующему импульсу и затрудняет протекание реакций между горючим и окислителем.

Технической задачей изобретения является улучшение структуры и качества горючего и повышение полноты детонации ВВ, приготовленного на его основе.

Предложен состав горючего для изготовления ВВ, содержащий гранулированный карбамид, жидкие нефтепродукты и твердые дисперсные горючие вещества.

Отличием состава является то, что в него введены гранулированный пенополистирол и 0,1-13%-ный водный раствор поверхностно-активного вещества (ПАВ), при содержании компонентов горючего в следующем соотношении (мас.%):

гранулированный карбамид20...70жидкие нефтепродукты1...15твердые дисперсные горючие вещества5...60гранулированный пенополистирол0,9...30,1-13%-ный водный раствор ПАВ1,0...10.

Гранулированный пенополистирол совместно с карбамидом способствует увеличению сыпучести смеси за счет увеличения поверхности гранул, способной удерживать жидкий нефтепродукт и твердые дисперсные горючие вещества, что улучшает технологический показатель сыпучести горючего и облегчает в дальнейшем его смешивание с гранулами окислителя АС при изготовлении промышленного ВВ. Кроме того, присутствие низкоплотных гранул вспененного полистирола в конечной смеси ВВ снижает плотность и улучшает детонационные характеристики водосодержащих ВВ.

Введение пенополистирола в составе горючего свыше 3,0% (мас.) ухудшает энергетические характеристики конечного ВВ, а снижение доли пенополистирола ниже 0,9% (мас.) приводит к увеличению плотности конечной смеси ВВ, что нежелательно для детонационного процесса.

Введение 0,1-13%-ного водного раствора ПАВ обусловлено улучшением смачиваемости пенополистирола и хорошей совместимостью водорастворимых поверхностно-активных веществ одновременно с водой и жидкими нефтепродуктами. Присутствие в растворе ПАВ способствует не только равномерному распределению порошкообразных твердых веществ на гигроскопичном карбамиде и гидрофобном пенополистироле, но и закреплению этих добавок на их поверхностях.

Использование водного раствора ПАВ с концентрацией менее 0,1% (мас.) не оказывает существенного влияния на смачивающую способность, а при концентрации более 13% возрастает стоимость его без заметного увеличения смачивающей способности.

Таким образом, пенополистирол совместно с 0,1-13%-ным водным раствором ПАВ обеспечивает достижение нового эффекта - повышения технологических свойств горючей добавки (сыпучесть, снижение гигроскопичности, упрощение ее приготовления), т.е. сохранения товарных свойств ее при транспортировании и хранении, а также стабильности взрывчатых свойств за счет исключения неравномерности смешивания с гранулированной АС при изготовлении ВВ.

До настоящего времени пенополистирол применялся в составах ВВ с целью регулирования энергии скважинных зарядов.

В предложенном горючем пенополистирол совместно с 0,1-13%-ным водным раствором ПАВ используется по новому назначению с получением нового положительного эффекта, а именно сохранения товарных свойств при транспортировании и хранении горючего для приготовления гранулированных ВВ.

При изготовлении горючего в условиях отрицательных температур с целью повышения морозоустойчивости в водный раствор ПАВ возможен ввод антифриза этиленгликоля, количество которого может быть определено, исходя из назначения и влияния на свойства ВВ.

Для определения свойств предлагаемого горючего были изготовлены опытные образцы различных составов, включающие гранулированные карбамид и пенополистирол, дисперсные твердые горючие вещества (угольный порошок), а также водный раствор ПАВ, широко применяемых в бытовых стиральных порошках «Миф», «Тайд» и др.

Были изготовлены и испытаны при положительных температурах опытные образцы составов горючего с различным содержанием компонентов. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1 Величина показателейНаименование компонентов и технологических характеристикКарбамид модифицированный (прототип)Опытные образцы1234567Компоненты, %:гранулированный карбамид7016744070324264дисперсное горючее вещество20643352046,549,120жидкие нефтепродукты1018,012185145,07,5гранулированный пенополистирол-1,03,5 22,50,91,50,1-13%-ный водный раствор ПАВ-1,07,5735,037Характеристики:        сыпучесть после приготовления, град2040205520323230сыпучесть через 10 дней хранения, град50-5540Расслаивание020323230

Из таблицы 1 видно, что горючее, содержащее в своем составе пенополистирол и 0,1-13%-ный водный раствор ПАВ более технологично, т.к. не изменяет своих сыпучих свойств длительное время.

Если растворы чистых компонентов (АС и карбамида) замерзают соответственно при -16,9°С и при -12°С, то раствор-эвтектика АС/карбамид 36/28/36 замерзает при -26°С. Таким образом, при смешивании предложенного горючего с окислителем (АС) через некоторое время после заряжания и хранения ВВ в скважине с обычной температурой 0+5°С будет образована жидкая фаза совместного раствора (эвтоники) карбамида и АС.

Присутствие в одной жидкой фазе совместного раствора горючего и окислителя означает их совмещение на молекулярном уровне.

Уровень молекулярной гомогенизации (10^-8-10^-7 см) обычных растворов намного превышает гомогенность порошкообразных и грубодисперсных аммиачно-селитренных смесей (АСВВ) и даже дисперсность эмульсионных ВВ (ЭВВ) с характерным размером микрокапель окислителя, окруженных пленкой жидкого горючего порядка 10^-4 см.

Физическая близость молекул предложенного горючего и окислителя предполагает быстрое завершение окислительно-восстановительных реакций между растворенными компонентами ВВ в условиях взрыва.

Вода в составе горючего образует фазу раствора карбамида, который при последующем смешивании увлажненного горючего с гранулированной АС образует совместный раствор карбамида и АС, что способствует совмещению части горючего и окислителя на молекулярном уровне в фазе жидкого раствора. Присутствие ПАВ в составе воды улучшает смачиваемость гидрофобных частиц угольного порошка. Гранулированный пенополистирол в составе горючего увеличивает показатель сыпучести смеси. Размер фракций гранул пенополистирола (0,5-10 мм) сравнительно близок к размерам гранул селитры, что в присутствии смачивающего раствора ПАВ способствует равномерному смешиванию их. Кроме того, присутствие фазы жидких растворов способствует резкому снижению пыления в технологических операциях смешивания компонентов.

Совместное применение водного раствора ПАВ и пенополистирола в составе конечного ВВ повышает надежность взрывания зарядов, улучшает качество совмещения горючего и окислительного компонентов в составе ВВ, повышает технологичность операций приготовления и заряжания ВВ.

Были изготовлены и испытаны опытные образцы смесей предложенного горючего с гранулированной АС.Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2Наименование характеристикиГранулит НК-А (аналог)Состав ВВ с предложенной горючей добавкойСостав (мас.%):  гранулированная селитра8888горючая добавка КМ12-горючая добавка (предложенная)-12Теплота взрыва, ккал830800-830Расчетный объем газообразных продуктов взрыва, л/кг970970Кислородный баланс00Эффективность взрыва, мм35-3738-39Бризантность в стальных кольцах, мм2023-24Газовая вредность (удельный объем ядовитых газов в пересчете на условную СО), л/кг3828-36Физическая стабильность при 20°С, не менее6 сутокНе ограниченоНасыпная плотность, г/см³0,85-0,950,8-0,85

Из таблицы 2 видно, что взрывчатые смеси на основе нового горючего, содержащие в своем составе одновременно карбамид, жидкие и дисперсные горючие компоненты, а также пенополистирол и 0,1-13%-ный водный раствор ПАВ более эффективны.

Предложенное горючее имеет следующие преимущества перед известными:

процесс приготовления горючего упрощается;

пыление отсутствует;

горючее обладает высокой стабильностью технологических свойств (сыпучесть, равномерное распределение компонентов и т.д.) в независимости от срока хранения;

горючее в составе ВВ, кроме своей основной функции, дополнительно является структурообразователем и сенсибилизатором заряда за счет образования в нем фазы совместного раствора, повышающего плотность заряда, с увеличением поверхности контакта гранул окислителя АС с присутствующими горючими веществами;

совместное присутствие окислителя и горючего в растворе на поверхности гранул селитры и частиц угольного порошка сенсибилизирует смесевое ВВ и способствует полноте реакций взрывчатого превращения;

взрывчатые смеси, приготовленные на основе нового горючего, более эффективны, т.к. повышается чувствительность ВВ к инициирующему импульсу, о чем свидетельствуют такие взрывчатые характеристики, как эффективность и бризантность (по обжатию стандартных свинцовых столбиков);

снижается стоимость взрывных работ, т.к. взрывчатые смеси на их основе за счет более низкой плотности, чем у известных ВВ, занимают в скважине больший объем, что способствует повышению равномерности дробления породы.

Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам. Предложен состав горючего для изготовления взрывчатого вещества, содержащий гранулированный карбамид, пропитанный жидкими нефтепродуктами и покрытый дисперсными горючими веществами, гранулированный пенополистирол и 0,1-13%-ный водный раствор ПАВ. Изобретение направлено на улучшение структуры и стабильности технологических свойств при хранении горючего и повышение полноты детонации взрывчатого вещества, приготовленного на его основе. 2 табл.

Состав горючего для изготовления ВВ, содержащий гранулированный карбамид, пропитанный жидкими нефтепродуктами и покрытый дисперсными горючими веществами, отличающийся тем, что в него введен гранулированный пенополистирол и 0,1-13%-ный водный раствор ПАВ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гранулированный карбамид20-70Жидкие нефтепродукты1-15Твердые дисперсные горючие вещества5-60Гранулированный пенополистирол0,9-30,1-13%-ный водный раствор ПАВ1,0-10