ВЗРЫВЧАТАЯ СМЕСЬ Российский патент 2010 года по МПК C06B31/42 C06B25/08 

Изобретение относится к водоустойчивым промышленным взрывчатым веществам (ВВ), а именно аммиачно-селитренным, предназначенным для открытых и подземных работ, за исключением шахт и рудников, опасных по газу или пыли.

Среди известных взрывчатых смесей аммиачно-селитренные ВВ имеют наибольшее прикладное значение. Разнообразные условия применения ВВ в горной промышленности, строительстве и для многих других промышленных целей, а также в военной технике предъявляют жесткие требования к бризантным ВВ данного класса.

Взрывчатые вещества должны обладать большой мощностью, при этом быть безопасными в обращении, иметь достаточную чувствительность к начальному импульсу, быть стойкими при хранении и определенных условиях их применения.

Известно промышленное взрывчатое вещество Аммонит №6ЖВ (ГОСТ 21984-76), которое широко применяется в настоящее время для заряжания шпуров и скважин при ведении взрывных работ в горной промышленности.

Указанное промышленное ВВ Аммонит № 6ЖВ состоит из 79% окислителя - аммиачной селитры и 21% взрывчатого горючего - тротила или гранулотола марки А.

Несмотря на большие значения энергетических и детонационных характеристик и достаточно высокий уровень бризантности (14-15 мм) Аммонит №6ЖВ имеет ряд существенных недостатков. Это связано, в первую очередь, с низким уровнем безопасности при его изготовлении и использовании ввиду наличия в составе взрывчатой смеси существенного количества тротила, оказывающего вредное влияние на человека и окружающую среду (ПДК=0,5 мг/м³), а также обладающего относительно высокой чувствительностью к механическим воздействиям. Кроме того, производство тротила является экологически опасным производством. Исходя из этих соображений в развитых странах резко ограничено как производство, так и применение тротила в мирное время.

Использование высокого содержания дорогостоящего тротила приводит к повышению стоимости взрывчатого вещества.

Также известно введение в состав аммонитов калиевой селитры. Количество вводимой калиевой селитры обычно составляет не менее 10% (Б.Я.Светлов и др. Теория и свойства промышленных взрывчатых веществ, Москва, 1973, изд. «Недра», с.106). Однако введение такого количества калиевой селитры уменьшает бризантность и создает условия, при которых ВВ не функционирует от стандартных средств инициирования.

По своей технической сущности и достигаемому результату наиболее близкой к разработанной взрывчатой смеси является смесь, включающая аммиачную селитру и бризантное взрывчатое вещество, состоящее из динитронафталина и тротила (RU №2253643 С1, 04.06.2002, описание - табл.5, образец №39). Компоненты указанного образца содержатся в следующих количествах, мас.%: смесь динитронафталина с тротилом - 38,3, аммиачная селитра - 61,2. В известной смеси также содержится жидкое горючее - 0,5 мас.%, в качестве которого могут применяться жидкие нефтепродукты, растительные или каменноугольные масла с целью использования данной взрывчатой смеси в обводненных скважинах.

При использовании порошкообразного металлического и органического горючего технология конечного продукта становится более трудоемкой.

Во взрывчатом веществе по прототипу содержится значительное количество тротила (более 22 мас.% в смеси с динитронафталином в качестве горючего компонента, что соизмеримо с количеством тротила, содержащегося в Аммоните № 6ЖВ). Это повышает уровень его токсичности и снижает безопасность применения, а наличие в качестве одного из компонентов жидкого горючего усложняет технологию получения конечного продукта и повышает энергозатраты.

Содержание окислителя только в форме аммиачной селитры не позволяет регулировать кислородный баланс. При этом введение аммиачной селитры в двух агрегатных состояниях: в виде водного раствора и в виде твердого вещества значительно усложняет технологию, отрицательно влияет на характеристики ВВ, снижает энергию взрыва, а наличие даже небольшого количества влаги приводит к отказам и неполной детонации патронов.

Задачей настоящего изобретения является улучшение основных взрывотехнических свойств (бризантности, критического диаметра детонации, скорости детонации), повышение безопасности применения ВВ, уменьшение токсичности композиции, снижение потребления тротила и меньшая стоимость промышленного ВВ.

Поставленная задача решается тем, что взрывчатая смесь, включающая аммиачную селитру и бризантное взрывчатое вещество, состоящее из динитронафталина и тротила, дополнительно содержит калиевую селитру при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Калиевая селитра 0,5-1,5 Динитронафталин 7,0-9,0 Тротил 7,0-9,0 Аммиачная селитра остальное

В качестве тротила указанная смесь может содержать гранулотол марки А.

В предложенном составе ВВ жидкое горючее полностью исключено, а селитренная часть в отличие от известного состава представлена двумя ингредиентами - калиевой и аммиачной селитрой.

В составе взрывчатого вещества в качестве окислителя используется водоустойчивая гранулированная или кристаллическая аммиачная селитра (ГОСТ 14702-79), выполняющая также роль антистатической добавки, предотвращающей накопление зарядов статического электричества, что повышает безопасность изготовления и применения взрывчатой смеси.

Введение калиевой селитры - калия азотнокислого (ГОСТ 19790-74) в количестве 0,5-1,5 мас.%, то есть в количестве значительно меньшем по сравнению с прототипом увеличивает бризантность, создает условия функционирования ВВ от стандартных средств инициирования, а также позволяет использовать калиевую селитру в качестве дополнительного окислителя при корректировке кислородного баланса для снижения количества продуктов взрыва.

В качестве взрывчатого горючего используются тротил (ГОСТ 411778) или гранулотол марки А (ГОСТ 25857-83), являющийся одновременно горючим, сенсибилизатором и энергонесущим компонентом заявляемой взрывчатой смеси.

В качестве дополнительного взрывчатого горючего используется динитронафталин (ГОСТ 6599-76), введение которого в состав ВВ за счёт снижения количества тротила позволяет повысить безопасность транспортирования, хранения ВВ и ведения взрывных работ за счёт более высокой ПДК и низкой чувствительности к механическим воздействиям, т.е. компонент одновременно выполняет функции и флегматизатора.

По сравнению с прототипом смесь является низкотротильным ВВ и его производят по специальной технологии путём смешения аммиачной селитры, технического динитронафталина, тротила и калиевой селитры.

При этом исходные компоненты должны отвечать определённым требованиям в отношении их влажности и гранулометрического состава. После смешения готовый порошок аммонита патронируют. Технология взрывчатого состава проста, не требует сложного оборудования и легко осуществима в действующих производствах соответствующего профиля и не требует значительных затрат. Тогда как прототип требует организацию и создание новых технологических процессов и проведения дополнительных экспертиз промышленной безопасности как при производстве, так и при применении.

Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется нижеприведёнными экспериментальными данными.

В таблице 1 приведены рецептуры взрывчатых композиций по примерам конкретного выполнения, а в таблице 2 - их взрыво-технические и энергетические характеристики в сравнении с прототипом, в таблице 3 - результаты контрольных испытаний ВВ с содержанием калиевой селитры в заявленных граничных значениях и при содержании калиевой селитры за пределами этих значений.

Известно, что механический эффект от взрыва для бризантных ВВ оценивают по дробящему действию, проявляющемуся в непосредственной близости к заряду. Дробящее действие бризантных ВВ связано со скоростью детонации и насыпной плотностью, а введение в состав ВВ калиевой селитры существенно увеличивает его насыпную плотность до 1120 кг/м³ по сравнению с прототипом (см. таблицу 2 описания изобретения).

Результаты испытаний, представленные в таблице 2, показывают, что, в отличие от прототипа, шашки из заявляемого состава обладают меньшей чувствительностью к механическим воздействиям, и при этом композиция по изобретению не уступает прототипу по основным энергетическим и детонационным свойствам.

Сопоставительный анализ технических характеристик ВВ различных составов на основе аммонита, приведенных в таблице 3, показывает, что введение калиевой селитры только в заданных соотношениях обеспечивает получение нового положительного эффекта. Увеличение или уменьшение количества калиевой селитры в составе ВВ отрицательно влияет на основные характеристики взрывчатого вещества, а именно уменьшает бризантность и создает условия, при которых ВВ не функционирует от стандартных средств инициирования.

Заявленный многокомпонентный состав ВВ позволяет получить оптимальный кислородный баланс, который обеспечивает необходимые параметры функционирования патронов диаметром 32 мм, в т.ч. обеспечение нормативного показателя по бризантности и возможности безотказного инициирования. Данные показатели для патронов этого типа являются определяющими.

Самый близкий аналог рассматриваемого патрона - это патрон диаметром 32 мм из аммонита 6ЖВ. Недостатком этого аналога является наличие в составе тротила (21%), что является основным его недостатком по причине высокой опасности, экологическому воздействию на окружающую среду.

Технический эффект в данном изобретении достигается за счёт выбранных компонентов, их количественного соотношения, обеспечивающих оптимальные значения полноты химического превращения, кислородного баланса, стабильности компонентного состава. То есть в изобретении приведен иной, не известный ранее компонентный состав.

Низкотротильная взрывчатая смесь, соответствующая данному изобретению, проверена с получением положительных результатов при отбойке горных пород различной крепости (с коэффициентом крепости до 20 по шкале М.М.Протодъяконова).

Заряжание скважин осуществлялось ручным способом по существующей технологии ведения взрывных работ с использованием штатных систем инициирования зарядов. Взрывчатая смесь не пылит, не слеживается, стабильна в процессе хранения и применения.

Настоящее взрывчатое вещество под техническим названием Аммонит №6ЖВ-ДНН реализуется для промышленного применения. Термин «аммонит» принят в соответствии с требованиями нормативной документации для отнесения к определенной группе взрывчатых материалов промышленного назначения.

Таблица 1 Компоненты взрывчатой смеси Содержание в составе, % (массовая доля) Прототип Примеры выполнения 1 2 3 Калиевая селитра - 1,5 1,0 0,5 Динитронафталин * 9,0 8,0 7,0 Тротил или гранулотол марки А 38,3 7,0 8,0 9,0 Аммиачная селитра 61,2 82,5 83,0 83,5 Примечание: * - в прототипе динитронафталин (ДНН) указан в смеси с тротилом (ДНН+тротил)

Таблица 2 Основные взрыво-технические и энергетические характеристики прототип Составы из табл.1, по примерам 1 2 3 Бризантность, мм (ГОСТ 5984-80) 13 14,5 14,7 14,7 Чувствительность к механическим воздействиям:         - чувствительность к удару в приборе №2, нижний предел, мм; (ГОСТ 4545-88) 500 510 510 510 - чувствительность к трению на приборе К-44-Ш,         нижний предел давления прижатия, кгс/см² (ГОСТ Р 50835-95) 3365 3420 3433 3435 Насыпная плотность, кг/м³ 820 1120 1120 1120 Скорость детонации, км/с 4,2 3,6 3,8 3,9 Критический диаметр детонации открытого заряда, мм 20 12 12 12 Восприимчивость к детонационному импульсу Не нормируют Безотказно детонирует от промышленных средств взрывания, допущенных к постоянному применению

Таблица 3 Результаты контрольных испытаний аммонита 6ЖВ-ДНН ТУ 7276-002-54900763-2007 при различном содержании калиевой селитры   Наименование компонентов Содержание компонентов, % Кислородный баланс, % Бризантность, мм 1 Аммиачная селитра 82,5       Калиевая селитра 1,5 +0,05 14,8   ТНТ+ДНН 16,0     2 Аммиачная селитра 83,25       Калиевая селитра 0,75 -0,09 15,2   ТНТ+ДНН 16,0     3 Аммиачная селитра 83,5       Калиевая селитра 0,5 -0,06 14,2   ТНТ+ДНН 16,0     4 Аммиачная селитра 83,6       Калиевая селитра 0,4 -0,26 11,0   ТНТ+ДНН 16     5 Аммиачная селитра 83,8       Калиевая селитра 0,2 +0,2 13,0   ТНТ+ДНН 16,0     6 Аммиачная селитра 82,0       Калиевая селитра 2,0 +0,15 13,0   ТНТ+ДНН 16,0     7 Аммиачная селитра 80,0       Калиевая селитра 4,0 +0,5 12,9   ТНТ+ДНН 16,0     8 Аммиачная селитра
Калиевая селитра 77,0
7,0 +1,1 12,2   ТНТ+ДНН 16,0     9 Аммиачная селитра 74,0       Калиевая селитра 10,0 +1,72 11,9   ТНТ+ДНН 16,0    

Изобретение относится к водоустойчивым промышленным взрывчатым веществам. Взрывчатая смесь содержит 0,5-1,5 мас.% калиевой селитры, 7,0-9,0 мас.% динитронафталина, 7,0-9,0 мас.% тротила и аммиачную селитру (остальное). Изобретение направлено на повышение безопасности применения взрывчатой смеси за счет снижения чувствительности к механическим воздействиям и токсичности композиции, а также на повышение эффективности за счет высокой насыпной плотности. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Взрывчатая смесь, включающая аммиачную селитру и бризантное взрывчатое вещество, состоящее из динитронафталина и тротила, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит калиевую селитру при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Калиевая селитра 0,5-1,5 Динитронафталин 7,0-9,0 Тротил 7,0-9,0 Аммиачная селитра Остальное

2. Взрывчатая смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве тротила она содержит гранулотол марки А.