МОДИФИЦИРОВАННОЕ ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО Российский патент 2017 года по МПК C06B31/28 C06B45/04 F42D1/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение в общем относится к бризантным взрывчатым веществам и взрывчатым композициям, а также к способам получения, использования и доставки таких веществ. Более конкретно, настоящее изобретение касается многокомпонентного взрывчатого состава, в котором используются отработанные материалы (отходы), которые в противном случае были бы отправлены на свалку или на высокотемпературное сжигание. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к производству, использованию и доставке бризантных взрывчатых веществ, содержащих различные формы эмульсионных взрывчатых веществ на основе нитрата аммония, которые были модифицированы путем включения отработанного материала в качестве компонента взрывчатки.

ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] После того, как материал выполнит поставленную задачу, или если он является побочным продуктом промышленного процесса, он становится отработанным материалом. В общем, существует много различных способов, с помощью которых таким материалом можно управлять в целях его безопасного и экологически устойчивого удаления. Одним из способов является сортировка, переработка и возможное повторное использование. Другим способом является производство материала из легко биоразлагаемого материала; так, что когда материал, наконец, утилизируется на свалку, он имеет более короткий срок жизни там по сравнению с материалами, не являющимися биоразлагаемыми.

[0003] Однако существуют некоторые материалы, которые не могут быть ни повторно использованы, ни сделать из биоразлагаемых материалов. В этой ситуации управление материалом заключается либо в его сжигании, либо захоронении на свалке, где он будет только медленно разрушаться. Утилизация отработанного материала на свалку, кроме того, сдерживает использование этой земли, например в случае некоторых отработанных материалов, например пластик, у которого время распада до 400 лет. Сжигание такого отработанного материала, как пластик, часто требует высоких температур, так что это трудоемкий и дорогостоящий процесс. Но при таком процессе могут также выделяться вредные загрязняющие вещества, часто в промышленных зонах, где загрязнение и так может представлять проблему.

[0004] Один из способов решения этих проблем является включение такого трудно утилизируемого или разлагающегося отработанного материала во взрывчатую композицию. Предельно тяжелые условия и высокие температуры, которые создаются при подрыве взрывчатой композиции, соответствуют цели утилизации материала, что аналогично способу высокотемпературного сжигания, но с получением полезного результата, и, возможно, при более низких затратах.

[0005] Ранее было показано, что такой подход достижим при добавлении дисперсной резины с твердым нитратом аммония, как описано в патенте США №5505800 (Harries et al.). Эта ссылка, прежде всего, направлена на создание «взрывчатых веществ низкоэнергетического удара» (LSEE). Источником такой резины могут быть измельченные изношенные шины. Однако полученные частицы резины имеют острые края, которые, как было установлено, могут вызвать кристаллизацию в взрывоопасной смеси, когда резину смешивают с эмульсиями на основе нитрата аммония. Кристаллизация может препятствовать детонации смеси или дать незначительный результат.

[0006] Другая попытка использовать отработанный материал таким способом включает смешивание энергических отходов с различными взрывчатыми композициями, такими как нитрат аммония [AN], смесь нитрата аммония и жидкого топлива [ANFO], водные гели и эмульсии, как описано в патенте США N 5536897 (Clark et al.). Эта ссылка обычно касается использования отработанного материала, загрязненного ракетным топливом. Отработанный материал затем измельчают. Присутствие остаточного ракетного топлива в отходах гарантирует, что отработанный материал внесет свой вклад в эффективность взрыва конечной взрывчатки. Однако отсутствие такого горючего материала в отработанном материале может привести к тому, что детонации взрывчатой композиции не произойдет.

[0007] При наличии измельченного материала в эмульсионной смеси может образоваться материал с зазубренными краями, и эти края могут вызвать кристаллизацию продукта. Кристаллизация продукта может привести к снижению рабочих характеристик взрывчатки при пониженной водоустойчивости и повышенным риском появления ядовитых газов после взрывания.

[0008] Соответственно, было бы полезно найти решение, которое позволяет исключить или улучшить любой из недостатков, присутствующих в известном уровне техники, или который обеспечивает другую альтернативу подходов известного уровня техники.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложена взрывчатая композиция, содержащая водную эмульсию, состоящую из: окисляющего компонента, углеводородного горючего компонента, содержащего эмульгатор, и отработанного материала горючего типа в качестве агента-наполнителя, находящегося в форме твердых частиц, у которых в основном отсутствуют шероховатые поверхности и острые края, в достаточной степени, чтобы не вызвать кристаллизацию эмульсии.

[0010] Другой аспект настоящего изобретения включает способ доставки взрывчатой композиции на место взрывных работ, имеющего один или несколько шпуров для размещения композиции, с помощью обычной передвижной обрабатывающей установки (MPU), причем указанная установка содержит грузовой автомобиль, имеющий отдельные отсеки, приспособленные для содержания (а) углеводородного горючего компонента, например, жидкое топливо, (b) сухого окисляющего компонента, например, сухой гранулированный нитрат аммония, и (с) влажного окисляющего компонента, например, эмульсия на основе нитрата аммония, и установка имеет средство для смешивания двух или более компонентов из отсеков (а), (b) и (с) вместе и закачки полученной смеси в шпур, характеризующийся тем, что в отсеке (b) вместо указанного содержится агент-наполнитель в виде дисперсного отработанного материала, и в котором к смеси из отсеков (а), (b) и (с) добавляется снижающий плотность агент непосредственно перед закачкой смеси в шпур, предпочтительно при помощи винтового транспортера на передвижной обрабатывающей установке, и отличающийся тем, что композиция представляет собой композицию в соответствии с изобретением.

[0011] Еще один аспект настоящего изобретения относится к способу взрывания мягкого и мокрого грунта, который включает закачку в один или несколько шпуров в мягком и мокром грунте достаточное количество композиции в соответствии с изобретением, а затем подрыв композиции.

[0012] Окисляющий компонент эмульсии, как правило, представляет собой водный раствор или расплав, содержащий кислород-выделяющую соль. Предпочтительно кислород-выделяющую соль выбирают из одного или нескольких из: нитрата аммония, нитрата натрия, нитрата кальция, или перхлората аммония, и наиболее предпочтительно это нитрат аммония.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Далее будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фигура 1 представляет собой схематическое изображение грузовика, который может быть использован для доставки бризантных взрывчатых веществ в соответствии с настоящим изобретением;

на Фигурах 2а и 2b представлены фотографии (не в масштабе) двух продуктов (А и В) из гранулированных компонентов отработанного материала, которые могут быть использованы в настоящем изобретении; и

на Фигуре 2с представлена еще одна фотография (не в масштабе) продукта В (Фигура 2b) из гранулированных отходов, на которой видно, что у гранул гладкий внешний вид и они могут использоваться в настоящем изобретении;

на Фигуре 2d представлена фотография (не в масштабе) другого продукта из гранулированных отходов для использования в настоящем изобретении; и

на Фигурах 3а и 3b представлены фотографии (не в масштабе) отходов производства для сравнения, которые не являются частью настоящего изобретения, демонстрируется шероховатость и зазубрины на поверхностях и имеющиеся острые края и углы.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] В соответствии с настоящим изобретением предлагается взрывчатая композиция, предпочтительно содержащая эмульсию на основе нитрата аммония (AN) и отработанный материал в качестве агента-наполнителя. Отработанный материал находится в форме твердых частиц.

[0015] Отработанный материал представляет собой отработанный материал горючего типа, как правило, это отходы, которые могут гореть при высоких температурах в присутствии окислителя. Обычно такие отходы могут представлять собой углеродсодержащие материалы, такие как отработанный пластик, резина, бумага, воски и тому подобное. Некоторые подходящие источники отработанного материала включают гранулы найлона, картон, полиэтилен, воск и смешанные отходы пластика. Предпочтительно, твердая дисперсная форма представлена в виде гранул отработанного материала. Некоторые другие подходящие источники отработанного материала включают легко окисляемый металл, например алюминий.

[0016] Могут использоваться смешанные отходы пластика, в том числе значительное количество полиэтилена и подобных пластиков, источником которых является пластик из бытовых отходов. Они, как правило, мелко нарезаются и измельчаются в порошок, а порошок расплавляется или прессуется и затем экструдируется с формованием гранул из отходов пластика с гладкой поверхностью, со скругленными углами и краями. Другие материалы, такие как смешанные бумажные и картонные отходы, возможно и с восковыми отходами, могут измельчаться и прессоваться с формованием гладких гранул со скругленными краями.

[0017] Отработанный материал находится в гранулированной или дисперсной форме, предпочтительно со средним размером частиц от 0,5 до 10 мм, и более предпочтительно, от примерно 1 до 4 мм, и наиболее предпочтительно примерно от 2 до 3 мм. Гранулы могут быть сферической, цилиндрической формы, в форме куба, квадратных или прямоугольных блоков, или неправильной формы, как правило, с гладкой поверхностью и скругленными краями.

[0018] Кроме того, предпочтительным признаком является то, что гранулированный отработанный материал должен соответствовать по размеру частиц гранулам дисперсного твердого нитрата аммония, который находится во взрывчатой композиции. Обычно размер гранул нитрата аммония составляет от 1 до 4 мм, поэтому предпочтительно использовать дисперсный отработанный материал, у которого аналогичное распределение размера частиц. Погрузочное оборудование способно эффективно работать с приллированными частицами, и таким образом при использовании частиц отходов такого же размера такое оборудование будет также эффективно работать и с ними.

[0019] Кроме того, предпочтительно, что отработанный материал имеет не слишком низкую плотность, поскольку добавки с очень низкой плотностью, такие как микросферы или шарики стирола, как известно, необходимо добавлять в качестве сенсибилизаторов. Предпочтительно, частицы отходов могут иметь плотность примерно от 0,2 до 1,0 г/см³, и более предпочтительно примерно от 0,4 до 0,7 г/см³. В идеальном случае частицы отработанного материала сами по себе не должны существенно влиять на сенсибилизацию взрывчатой эмульсии.

[0020] Как описано ниже более подробно, частицы отработанного материала должны иметь относительно гладкую поверхность и минимум острых краев, в достаточной степени, чтобы они не дестабилизировали эмульсию, или активировали кристаллизацию эмульсии. Устойчивость эмульсии можно измерить с помощью оценки по стержню, как описано ниже, и предпочтительно, гранулы из отходов, которые дают показатель оценки по стержню, равный 6 или выше при смешивании с эмульсией на основе нитрата аммония, идеально подходят для настоящего изобретения.

[0021] На Фигурах 2а, 2b, 2с и 2d представлены фотографии (не в масштабе) образцов некоторых гранул, которые могут быть использованы в настоящем изобретении. Образец на Фигуре 2а получен из бумаги и картона. На Фигурах 2b, 2с и 2d представлены образцы, полученные из отработанного пластика. В этих образцах основным компонентом является отработанный полиэтилен высокой плотности. На этих образцах видны гладкие наружные поверхности и скругленные края и углы. В отличие от этого образцы, представленные на фотографиях, приведенных на Фигурах 3а и 3b, - это агенты-наполнители известного уровня техники, у которых шероховатая поверхность, острые края и углы, а также мелкие острые заусенцы, которые разрушат эмульсию, если бы они были использованы в аналогичной взрывчатой композиции.

[0022] Отработанный материал обладает тем преимуществом, что он ненужный, и также, как следствие, часто будет экономически эффективным материалом для использования. Его использование, кроме того, дает возможность отходы, которые необходимо удалять из окружающей среды, сжигать в результате взрыва. В качестве альтернативы, новый пластик может использоваться в качестве источника некоторых (или всех) горючих отработанных материалов. Термин «отработанный материал» следует толковать в данном изобретении в широком смысле, и в то время, когда предпочтительно использовать отработанный пластик, поступающий на переработку из других областей применения, использование нового материала также допускается, если он удовлетворяет тем же поставленным целям. Предполагается, что переработанные отходы будут первичным источником благодаря своей низкой стоимости, но иногда может быть нехватка такого материала, или из-за временного роста цен, или неожиданного повышения спроса на взрывчатую композицию, и в этих условиях некоторое количество нового материала может использоваться вместо отходов.

[0023] Кроме того, в отходы можно включать другие трудные или дорогие для утилизации материалы, особенно те, утилизация которых может быть дорогостоящей, не говоря уже об утилизации в высокотемпературном мусоросжигателе, что может дорого обходиться. Компании по удалению отходов могут платить за добавление этих компонентов к взрывчатке путем введения в отработанный дисперсный материал, тем самым повышая экономический эффект от производства бризантного взрывчатого вещества в соответствии с изобретением. Любые такие материалы следует включать, если они не будут наносить ущерб окружающей среде, если небольшие количества не сжигаются полностью. Эта опция также является преимуществом, если взрывчатое вещество содержит уголь, например, который сжигается для выработки электроэнергии, так что любые такие материалы будут потом в любом случае сожжены. Такие материалы в идеале представляют собой каменноугольные отходы, которые могли бы сжечь, но которые вместо этого могут быть включены во взрывчатую композицию. Примерами таких материалов могут служить красители, например отработанные органические красители и другие подобные материалы.

[0024] Окисляющий компонент, используемый в изобретении, предпочтительно представляет собой эмульсию на основе нитрата аммония (AN). Но другие окислители могут использоваться вместо или в дополнение к нитрату аммония. Они могут включать щелочноземельные нитраты, такие как нитрат кальция, или нитраты щелочных металлов, такие как нитрат натрия, и мочевину. Некоторые другие примеры могут включать перхлораты щелочно-земельных или щелочных металлов, такие как, например, перхлорат аммония, хотя они не часто используются из-за экологических проблем. Наиболее предпочтительно, в качестве окислителя используется только один водный раствор нитрата аммония.

[0025] Углеводородным горючим компонентом в соответствии с изобретением, как правило, является жидкое топливо, например минеральное или дизельное топливо, как используемое с обычными взрывчатыми веществами с ANFO в карьерных разработках, горнодобывающей промышленности и гражданском строительстве.

[0026] Углеводородный горючий компонент содержит эмульгатор, который, как правило, представляет собой любой из эмульгаторов, используемых во взрывчатых веществах с эмульсией на основе нитрата аммония. Может использоваться один эмульгатор или комбинация эмульгаторов. Некоторые предпочтительные эмульгаторы могут быть выбраны из группы эмульгаторов, которые являются результатом реакций конденсации между PIBSA [полиизобутилен янтарный ангидрид] и аминами или алканоламинами. Еще одним примером подходящего эмульгирующего агента является сорбитанмоноолеат или подобное. Предпочтительный эмульгатор может быть выбран из по меньшей мере одного производного поли(изобутилен) янтарного ангидрида или эмульгатора поли(изобутилен) янтарной кислоты с диэтилэтаноламином или другими алканоламинами. Эмульгирующий агент предпочтительно составляет от 0,3 до 3,5% по весу от общей композиции и наиболее предпочтительно от 0,5 до 1,5% по весу.

[0027] Наиболее предпочтительным используемым отработанным материалом является такой материал, который при смешивании с другими компонентами эмульсии на основе нитрата аммония, не сенсибилизирует эмульсию в такой степени, чтобы допустить взрыв. Он работает в качестве меры обеспечения безопасности для предотвращения случайного инициирования неконтролируемого взрыва.

[0028] В идеальном случае смесь эмульсии на основе нитрата аммония и отработанного материала затем сенсибилизируется, предпочтительно в момент ее закачки в шпур, путем добавления отдельного сенсибилизирующего компонента. Этот сенсибилизирующий компонент может быть снижающим плотность агентом. Одним предпочтительным примером такого пригодного сенсибилизирующего является нитрит щелочного металла и кислота, которые при смешивании вместе производят газообразный азот, тем самым снижая плотность эмульсии подрывного заряда. В идеальном случае плотность эмульсии снижается до менее чем 1,15 г/см³, предпочтительно от 0,80 г/см³ и 1,15 г/см³, путем выбора соответствующего количества сенсибилизирующего агента для смешивания с эмульсией.

[0029] Дисперсный отработанный материал находится в форме твердых частиц, причем частицы, в основном, не имеют шероховатых поверхностей и острых краев. Это свойство, следовательно, не будет способствовать кристаллизации эмульсии. Отсутствие острых/неровных краев не создает средства для разрушения, и, следовательно, кристаллизации, капель эмульсии.

[0030] Для проверки, будет ли работать какой-либо потенциально пригодный дисперсный отработанный материал в данном изобретении, можно выполнить простое испытание. В идеальном случае можно использовать любые отходы производства, если они способны окисляться при конечном взрыве и не дестабилизируют эмульсию. Предпочтительно также, что отходы производства не должны сенсибилизировать продукт, чтобы дать возможность сенсибилизировать взрывчатое вещество отдельно, в то время, когда он закачивается в шпуры, путем газирования эмульсии с целью уменьшения ее плотности, например.

[0031] Предпочтительно, дисперсные отходы находятся в форме гранул, в идеальном случае в форме гранул, имеющих скругленные и гладкие поверхности и кромки. Гранулы могут иметь средний размер частиц, который аналогичен размеру гранулированного нитрата аммония, например, в идеальном случае диаметром примерно от 2 до 3 мм.

[0032] Предпочтительно, отходы составляют от 1% до 50% по весу от общей композиции, когда все компоненты соединяются, до инициирования взрыва. Более предпочтительно, отработанный материал составляет от 10% до 40% композиции.

[0033] Взрывчатые вещества в соответствии с изобретением особенно пригодны для мокрого мягкого грунта. Как правило, взрывчатая композиция имеет хорошую водостойкость, если во взрывчатке содержится 60% или более эмульсии. Таким образом, взрывчатая композиция по настоящему изобретению, как правило, пригодна для использования в мокром грунте.

[0034] Мягкий грунт требует меньше энергии для перемещения грунта. Рассчитанная энергия ANFO составляет 3,7 МДж/кг, по сравнению с одним из составов в соответствии с изобретением, равная 2,0 МДж/кг. Относительная сила по весу этого состава равняется 0,54 по сравнению с 1,0 для ANFO, а относительная сила по объему при плотности 1,05 г/см³ составляет 0,69 по сравнению с 1,0 для ANFO. Поэтому энергия этого продукта меньше, чем у ANFO или даже смесей эмульсия-ANFO и, таким образом, лучше подходит для мягкого грунта.

[0035] Предпочтительно композиции в соответствии с изобретением доставляются на место, где должны производиться взрывные работы, при помощи обычной передвижной обрабатывающей установки (MPU), в которой компоненты содержатся в отсеках, обычно используемых для хранения компонентов традиционных эмульсионных взрывчатых веществ с нитратом аммония. Отработанный материал содержится в контейнере для хранения отходов и выдается из этого контейнера, который обычно предназначается для нитрата аммония, используемого в сухой добавке, т.е. секция (b). Взрывчатая композиция подается по винтовому транспортеру передвижной обрабатывающей установки. Снижающий плотность агент в идеале добавляется к взрывчатой композиции перед выпуском взрывчатой композиции с винтового транспортера в шпуры.

ПРИМЕРЫ

[0036] Лабораторные партии эмульсии на основе нитрата аммония были получены, как описано ниже. В Таблице 1 перечислены ингредиенты и вес, использованные для получения эмульсии. Другие составы также попадают в объем настоящего изобретения.

[0037] ОБЩАЯ ПРОЦЕДУРА ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ

Ингредиенты окислительного компонента нагрели до 75°C до образования водного раствора. Отдельно ингредиенты горючего компонента смешали при нагреве до 65°C. Горячий окисляющий компонент затем медленно вылили в горючий компонент при перемешивании с помощью смесителя «Lightninʹ Labmaster™», снабженного 65-мм перемешивающей лопастью «Jiffy™» при скорости вращения сначала 600 об/мин в течение 30 секунд. Сырую эмульсию очистили путем перемешивания при 1000 об/мин в течение 30 секунд, 1400 об/мин в течение 30 секунд и 1700 об/мин до достижения заданной вязкости. Количество полученного продукта в каждом образце составило 2,0 кг.

[0038] Это стандартный состав, который был использован в качестве источника эмульсии для различных смесей. Состав приведен в Таблице 1 ниже.

[0039] Эмульгатор выбрали из группы эмульгаторов, которые получены в результате реакций конденсации между PIBSA и аминами или алканоламинами. Минеральное топливо использовали преимущественно парафиновое с некоторым количеством с ароматических и нафтеновых соединений. Эмульсию получили с вязкостью примерно 25000 сП.

[0040] Таблица 1 - Стандартный состав эмульсии

[0041] Отработанный материал был поставлен компанией «Australian Composite Technology)) («Plasmar»), шт. Виктория, Австралии. В этих примерах материал подавался в двух вариантах, либо в измельченном виде, либо в виде гранул. Измельченный материал имел острые края и это привело к дестабилизации эмульсии на основе нитрата аммония из-за острых краев, которые взаимодействовали с каплями в эмульсии и вызывали кристаллизацию. Другая форма, гранулированный материал, как правило, не дестабилизировал эмульсию, хотя это также зависело от используемого материала.

[0042] Испытанию подвергли четыре вида материала, они включали (1) нейлоновые гранулы, (2) гранулы из картона, (3) гранулы, которые состояли из смеси картона, полиэтилена и воска, (именуемый «Продукт А») и (4) гранулы, которые состояли из смешанного пластика (именуемый «Продукт В»). Фотография (не в масштабе) Продукта А показана на Фигуре 2а, а Продукт В на Фигуре 2b, где показана линейка, показывающая, что частицы имеют диаметр примерно 3 мм.

[0043] Следует отметить, что картон действительно содержит довольно грубые волокна, и это в теории может привести к дестабилизации эмульсии. Однако, если картон гранулируется, то это уменьшает площадь поверхности в достаточной степени, чтобы с ним можно было использовать некоторые эмульсии на основе нитрата аммония. В частности, оказалось, что составы, в которых горючий компонент состоит только из эмульгаторов и минерального топлива без содержания дизельного жидкого топлива, особенно пригодны в этой комбинации.

[0044] Для того чтобы эмульсия сохраняла свою водостойкость, в смеси должно сохраняться по меньшей мере 50% эмульсии, хотя в идеале ее должно быть 60% или более. И наоборот, уровень отработанного материала может быть в пределах от 1 до 50%, хотя предпочтительно, чтобы он составлял от 10 до 40%.

[0045] К эмульсии на основе нитрата можно добавлять сухую смесь. Сухая смесь может состоять из нитрата аммония или смеси нитрата аммония и дизельного топлива (ANFO). Сухая добавка, если используется, составляет от 0 до 40% по весу от общей композиции. Профиль взрывания может быть изменен за счет добавления ANFO, например, путем обеспечения большего перемещения к профилю взрывания.

[0046] Отработанные материалы предпочтительно гранулируются, чтобы обеспечить компактную структуру, лишенную каких-либо существенных полостей в материале. В результате отработанный материал не обеспечивает сенсибилизацию и не участвует во взрывной реакции. Кроме того, размер материала, приблизительно 3 мм, означает, что между окислителем и топливом нарушена связь. Это наблюдалось, когда гранулы Продукта В смешали с нитратом аммония в соотношении 93% по весу нитрата аммония и 7% по весу гранул. Продукт подожгли в трубах из ПВХ диаметром 223 мм и композиция не взорвалась. Только когда 1,5% нитрата аммония заменили на дизельное топливо, материал сдетонировал с неполным взрывом при 1700 м/с.

[0047] Сенсибилизация может быть обеспечена путем добавления снижающего плотность агента. Такие снижающие плотность агенты могут быть любыми из многих, описанных в данной области, например, стекло или пластмассовые микросферы, заполненные воздухом или газированные химическим способом. Предпочтительно, чтобы материал был химически газирован с помощью нитритных солей щелочных металлов, например нитрит натрия или нитрит калия. Как правило, к подкисленной эмульсии на основе нитрата аммония добавляют от 20 до 30% раствора нитрита натрия. Ионы нитрита протонируются и затем вступают в реакцию с ионами аммония с генерацией газообразного азота. Генерация газа, как правило, завершается в течение 20-60 минут. Количество используемого раствора нитрита натрия определяет конечную плотность взрывчатой композиции. Плотность конечной взрывчатой композиции в идеале должна быть меньше 1,15 г/см³ и наиболее предпочтительно от 0,8 до 1,15 г/см³, чтобы обеспечить взрыв композиции.

[0048] Ниже приведены различные примеры осуществления настоящего изобретения. Это только примеры, они ни в коей мере не ограничивают изобретение.

[0049] СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 1 (не является данным изобретением)

В первом примере, который не является частью настоящего изобретения, эмульсию TITAN™ 2000, 70% по весу, смешали с ANFO, 30% по весу. Смесь подкислили 50% раствором уксусной кислоты и затем к взрывчатой композиции добавили 25% по весу раствор нитрита натрия при 0,30% по весу от общей взрывчатой композиции. Эта добавка уменьшила взрывчатую композицию с 1,32 г/см³ до 1,10 г/см³. Взрывчатую композицию загрузили в трубы из ПВХ диаметром 102 мм и взорвали с помощью 400 г пентолитового усилителя, оснащенного детонатором силой #12. Была зарегистрирована скорость детонации 4000 м/с. Устойчивость смеси была определена при оценке по стержню, равной 6, через 28 дней.

[0050] СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 2 (не является данным изобретением)

Во втором примере, который не является частью настоящего изобретения, эмульсию ТИТАН™ 2000, 80% по весу, смешали с Продуктом В, 20% по весу, и сенсибилизация не добавлялась. Смесь имела плотность 1,17 г/см, ее загрузили в трубы из ПВХ диаметром 152 мм и взорвали. Продукт не взорвался при инициировании 400 г пентолитового усилителя, снабженного детонатором силой #12. Эти результаты указывают на то, что Продукт В не обеспечивает сенсибилизацию эмульсии.

[0051] Следующие примеры показывают, что требуется сенсибилизация.

[0052] ПРИМЕР 3

В третьем примере эмульсию TITAN™ 7000, 80% по весу, смешали с Продуктом А при 20% по весу. Смесь подкислили 50% по весу раствором уксусной кислоты, а затем к взрывчатой композиции добавили 25% по весу раствор нитрита натрия при 0,3% по весу от общей взрывной композиции. Эта добавка уменьшила взрывчатую композицию с 1,27 г/см³ до 1,10 г/см³. Взрывчатую композицию загрузили в трубы из ПВХ диаметром 152 мм и взорвали с помощью 400 г пентолитового усилителя, оснащенного детонатором силой #12. Была зарегистрирована скорость детонации 3800 м/с. Устойчивость смеси была определена при оценке по стержню, равной 6, через 20 дней, а смесь разрушилась через 28 дней.

[0053] ПРИМЕР 4

В четвертом примере эмульсию TITAN™ 2000, 80% по весу, смешали с Продуктом В, 20% по весу. Смесь подкислили 50% раствором уксусной кислоты, а затем к взрывчатой композиции добавили 25% по весу раствор нитрита натрия при 0,2% по весу от общей взрывчатой композиции. Эта добавка уменьшила взрывчатую композицию с 1,17 г/см³ до 1,02 г/см³. Взрывчатую композицию загрузили в трубы из ПВХ диаметром 152 мм и взорвали с помощью 400 г пентолитового усилителя, оснащенного детонатором силой #12. Была зарегистрирована скорость детонации 4000 м/с. Устойчивость смеси была определена при оценке по стержню, равной 7, через 28 дней.

[0054] ПРИМЕР 5

В пятом примере эмульсию TITAN™ 7000, 80% по весу, смешали с Продуктом В, 20% по весу. Смесь подкислили 50% по весу раствором уксусной кислоты и затем к взрывчатой композиции добавили 25% по весу раствор нитрита натрия, при 0,2% по весу от общей взрывчатой композиции. Эта добавка уменьшила взрывчатую композицию с 1,22 г/см³ до 1,03 г/см³. Взрывчатую композицию загрузили в трубе из ПВХ диаметром 152 мм и взорвали с помощью 400 г пентолитового усилителя, оснащенного детонатором силой #12. Была зарегистрирована скорость детонации 5100 м/с.

[0055] ПРИМЕР 6

В шестом примере эмульсию TITAN™ 2000, 60% по весу, смешали с Продуктом В, 10% по весу, и ANFO, 30% по весу. Смесь подкислили 50% по весу раствором уксусной кислоты и затем к взрывчатой композиции добавили 25% по весу раствор нитрита натрия, при 0,2% по весу от общей взрывчатой композиции. Эта добавка уменьшила взрывчатую композицию с 1,23 г/см³ до 1,12 г/см³. Взрывчатую композицию загрузили в трубы из ПВХ диаметром 152 мм и взорвали с помощью 400 г пентолитового усилителя, оснащенного детонатором силой #12. Была зарегистрирована скорость детонации 4500 м/с.

[0056] ПРИМЕР 7

В седьмом примере эмульсию TITAN™ 2000, 60% по весу, смешали с Продуктом В, 20% по весу, и ANFO, 20% по весу. Смесь подкислили 50% раствором уксусной кислоты и затем к взрывчатой композиции добавили 25% по весу раствор нитрита натрия, при 0,1% по весу от общей взрывчатой композиции. Эта добавка уменьшила взрывчатую композицию с 1,18 г/см³ до 1,10 г/см³. Взрывчатую композицию загрузили в трубы из ПВХ диаметром 152 мм и взорвали с помощью 400 г пентолитового усилителя, оснащенного детонатором силой #12. Была зарегистрирована скорость детонации 4200 м/с.

[0057] ПРИМЕР 8

В восьмом примере эмульсию TITAN™ 7000, 80% по весу, смешали с Продуктом В, 20% по весу. Смесь подкислили 50% по весу раствором уксусной кислоты и затем к взрывчатой композиции добавили 25% по весу раствор нитрита натрия, при 0,1% по весу от общей взрывчатой композиции. Эта добавка уменьшила взрывчатую композицию с 1,22 г/см³ до 1,15 г/см³. Взрывчатую композицию загрузили в трубы из ПВХ диаметром 152 мм и взорвали с помощью 400 г пентолитового усилителя, оснащенного детонатором силой #12. Была зарегистрирована скорость детонации 4900 м/с.

[0058] ОЦЕНКА ПО СТЕРЖНЮ

Были проведены испытания различных компонентов на их устойчивость, как указано в Таблице 2. Испытание включало смешивание агента-наполнителя, ANFO и/или эмульсии, а затем мониторинг уровня кристаллизации в эмульсии как функции времени. Испытание выполнялось с помощью 10-мм стеклянного стержня, который обмакивается в смесь под углом 45 градусов на глубину примерно 20 мм, чтобы одна сторона стеклянного стержня была покрыта смесью. Затем по стеклянному стержню слегка стучат, чтобы удалить излишки агента-наполнителя, гранул и/или эмульсии. Стеклянный стержень держат в направлении к источнику света стороной, покрытой эмульсией, отвернув его так, чтобы свет мог проходить через стеклянный стержень. Эмульсию затем без усилий стирают, проводя по стеклянному стержню три раза, и соотношение кристаллов измеряют следующим образом: 8=кристаллы отсутствуют, 7=небольшое количество кристаллов, 6=половина эмульсии/половина кристаллов, 5=в основном кристаллы с некоторым количеством эмульсии, 4=полностью кристаллы без эмульсии. Оценка смеси на соотношение образования кристаллов проводится неоднократно с течением времени в известные временные интервалы.

[0059] ПРИМЕР 9 - Испытание на устойчивость

Первое испытание проводилось, в соответствии с изобретением, с помощью эмульсии TITAN™ 2000, 80% по весу, которую смешали с Продуктом В, 20% по весу, и газировали до плотности 0,99 г/см³, и это дало показание при оценке по стержню, равное 7, через 28 дней.

[0060] В отличие от этого, испытания, проведенные с другими веществами, например компонента из отходов, дали более низкие результаты по устойчивости эмульсий. Наиболее предпочтительно, чтобы такие эмульсии были устойчивы в течение по меньшей мере 14 дней, и предпочтительно должны быть устойчивыми в течение 28 дней. Предпочтительно проводить испытание на устойчивость с помощью оценки по стержню, описанного здесь, и подходящей по устойчивости будет эмульсия, у которой показатель оценки по стержню равен 6 или выше по меньшей мере в течение 14 дней.

[0061] Результаты испытание приведены в Таблице 2 ниже.

[0062] Как видно на микрофотографиях, на Фигурах 3а, 3b и 3с различных испытываемых отработанных материалов, материал в соответствии с изобретением на Фигуре 3а имеет гораздо более гладкие поверхности и края, чем у измельченных шин на Фигуре 3b или у смешанного пластика на Фигуре 3с. Испытания на устойчивость, приведенные в Таблице 2, показывают, что кристаллизация происходит и эмульсия в результате дестабилизируется.

[0063] [0064] ПРИМЕР 10 - ВЗРЫВНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Испытания проводились в поле с использованием взрывчатых композиций, содержащих в качестве агента-наполнителя гранулы в соответствии с Фигурами 2b и 2d. Была выбрана площадка, где в природной поверхности пробурили шпуры.

[0065] Результаты этих испытаний приведены в Таблице 3 ниже.

[0066] Взрывные испытания включали загрузку эмульсии в соответствии с изобретением в несколько шпуров. Испытали три заряда, результаты которых приведены в Таблице 3. Детонация продукта была полная, состояние устойчивое. Появление ядовитых газов не наблюдалось ни в одном из мест заложения взрывчатой эмульсии, включая агенты-наполнители из отработанного пластика.

[0067] ДОСТАВКА ВЗРЫВЧАТОЙ КОМПОЗИЦИИ

На Фигуре 1 представлено схематическое изображение грузовика, используемого для изготовления и доставки взрывчатых веществ без оболочки во взрывные шурфы на шахте. Грузовик (1), который также известен как передвижная обрабатывающая установка (MPU), имеет три отсека (10, 20, 30). Первый и самый маленький отсек (10) предназначен, как правило, для хранения жидкого топлива, в котором традиционно содержится примерно всего 6% компонента ANFO. Второй отсек (20) обычно используется для хранения нитрата аммония для сухой добавки. Третий отсек (30) используется для хранения эмульсии на основе нитрата аммония.

[0068] Предпочтительно, чтобы отработанный материал имел приблизительно сферическую форму и размер примерно от 2 до 3 мм. Такой размер и форма обеспечивают материалу такие же свойства текучести, как у нитрата аммония для сухой добавки. В результате отработанный материал можно переместить во второй отсек (20) грузовика. Отсутствие очень мелких фракций и текучесть отработанного материала дают возможность использовать вторую секцию (20) для другого материала (гранулированного отработанного материала или гранулированного нитрата аммония) без проблем значительного загрязнения. Кроме того, отсутствие чувствительности отработанного материала означает, что даже если в этом отсеке (20) будут находиться некоторые остатки отработанного материала, они не станут источником возгорания или будут горючим для гранулированного нитрата аммония. Следовательно, MPU грузовики могут использоваться для любой компоновки и легко перепрофилироваться для перевозки любого набора компонентов для взрывных работ.

[0069] Передвижная обрабатывающая установка (MPU) (1) имеет винтовой транспортер (40), который позволяет смешивать отработанный материал с эмульсией. Снижающий плотность агент также может подаваться в смесь для снижения плотности взрывчатой композиции. Если снижающим плотность агентом является нитритная соль щелочного металла, то раствор соли может вводиться через впускное отверстие (не показано) в рукав винтового транспортера (42). Взрывчатая композиция выпускается из винтового транспортера (40) в шпур (не показан).

[0070] Взрывчатая композиция в соответствии с изобретением, а также способ ее доставки к шпурам особенно эффективны, когда взрывные работы производятся в мягком, мокром грунте, например в природные поверхности. Изобретение также полезно, когда ослабление выделения ядовитых газов является важным, так как при взрывах будет выделяться минимум ядовитых газов, в особенности вредных окислов азота, когда в композиции используется сенсибилизация газообразным азотом.

[0071] В данном описании, если в контексте явно не указано иное, термин «содержащий» имеет неисключительное значение слова в смысле «включающий по меньшей мере», а не исключительное значение в смысле «состоящий только из». То же самое относится к грамматическим изменениям в другие формы этого слова, такие как «содержат», «содержит» и так далее.

[0072] Хотя изобретение было описано выше со ссылкой на конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления, а может также существовать во многих других формах.

ПРИМЕНЯЕМОСТЬ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

[0073] Изобретение может быть использовано в отраслях промышленности, где используются взрывные композиции в соответствии с изобретением, в том числе в горнодобывающей промышленности, карьерных разработках и строительстве.

Изобретение относится к взрывчатой композиции, содержащей водную эмульсию из: 94% по весу окисляющего компонента, включающего водный раствор нитрата аммония, 6% по весу углеводородного горючего компонента, содержащего эмульгатор, а также сенсибилизирующий компонент и/или сухую добавку – гранулы нитрата аммония, и наполнитель, представляющий собой отработанный материал горючего типа, а именно пластик, резину, бумагу, картон, восковой материал, смешанный отработанный пластик. Композиция содержит по меньшей мере 50% эмульсии и от 1 до 50% по весу наполнителя. Отработанный материал сам по себе не обеспечивает сенсибилизацию эмульсии и представляет собой твердый порошкообразный материал, сформированный в сухие гранулы, у которых отсутствуют шероховатые поверхности и острые края, чтобы не вызывать кристаллизацию эмульсии, имеющие размер, форму и текучесть такие же, как у нитрата аммония. Изобретение также включает способ доставки взрывчатой композиции на место взрыва с помощью передвижной установки (MPU), представляющей собой транспортное средство, имеющее отдельные отсеки, приспособленные для раздельного содержания жидкого топлива, твердых частиц отработанного материала и эмульсии на основе нитрата аммония. Также включает способ взрывания мягкого и мокрого грунта, включающий доставку взрывчатой композиции на место взрыва с помощью передвижной установки (MPU), закачку композиции в шпуры и её подрыв. Изобретение позволяет утилизировать отходы, которые предназначены для отправления на свалку или сжигания, с получением бризантных взрывчатых веществ. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл., 10 пр.

1. Взрывчатая композиция, содержащая водную эмульсию из:

(1) 94% по весу от состава эмульсии окисляющего компонента, включающего водный раствор нитрата аммония; и

(2) 6% по весу от состава эмульсии углеводородного горючего компонента, выбранного из одного или нескольких из минерального масла и дизельного топлива, и содержащего эмульгатор;

при этом взрывчатая композиция содержит по меньшей мере 50% эмульсии и дополнительно включает:

a) сенсибилизирующий компонент и/или сухую добавку, где сухая добавка включает гранулы нитрата аммония,

b) от 1% до 50% по весу от общей композиции отработанного материала, выбранного из любого одного или нескольких из: пластик, резина, бумага, картон, восковой материал и смешанный отработанный пластик, отличающаяся тем, что у указанного отработанного материала отсутствуют шероховатые поверхности и острые края, чтобы не вызывать кристаллизацию эмульсии; отработанный материал сам по себе не обеспечивает сенсибилизацию эмульсии, чтобы обеспечить взрыв; и отработанный материал представляет собой твердый порошкообразный материал, сформированный в сухие гранулы, имеющие средний размер, форму и текучесть, по существу, такие же, как у нитрата аммония.

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что включает сенсибилизирующий компонент, добавленный к композиции, где сенсибилизирующий компонент представляет собой снижающий плотность агент.

3. Композиция по п.2, отличающаяся тем, что снижающий плотность агент представляет собой соль нитрита щелочного металла и кислоту, которые в соединении генерируют газообразный азот.

4. Композиция по п.3, отличающаяся тем, что плотность композиции снижается до значений от 0,80 до 1,15 г/см³ за счет добавления снижающего плотность агента.

5. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что средний размер частиц дисперсного отработанного материала составляет примерно от 2 до 3 мм.

6. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что сухая добавка составляет от 0 до 40% по весу от общей массы композиции.

7. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что отработанный материал содержит от 10 до 40% по весу от общей композиции.

8. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что взрывчатая композиция имеет показатель оценки по стержню (как описано в данном документе), равный 6 или выше.

9. Способ доставки взрывчатого состава по п.1 на место взрыва, имеющего один или несколько шпуров для размещения взрывчатой композиции, способ включает следующие этапы:

- доставку взрывчатой композиции на место взрыва с помощью передвижной обрабатывающей установки (MPU), которая включает транспортное средство, имеющее отдельные отсеки, приспособленные для раздельного содержания (а) жидкого топлива, выбранного из одного или нескольких из минерального масла и дизельного топлива, (b) твердых частиц отработанного материала и (с) эмульсии на основе нитрата аммония;

- смешивание компонентов из отсеков (а), (b) и (с) вместе;

- добавление к полученной смеси агента, понижающего плотность; и

- закачку полученной смеси в один из шпуров.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что смесь закачивается в шпур при помощи винтового транспортера.

11. Способ взрывания мягкого и мокрого грунта с достаточным количеством взрывчатой композиции по п.1, где способ включает следующие этапы:

- доставку взрывчатой композиции на место взрыва с помощью передвижной обрабатывающей установки (MPU), которая включает транспортное средство, имеющее отдельные отсеки, приспособленные для раздельного содержания (а) жидкого топлива, выбранного из одного или нескольких из минерального масла и дизельного топлива, (b) твердых частиц отработанного материала и (с) эмульсии на основе нитрата аммония;

- смешивание компонентов из отсеков (а), (b) и (с) вместе;

- добавление к полученной смеси агента, понижающего плотность; и

- закачку полученной смеси в один из шпуров;

- взрыв композиции.

12. Способ по п.11, характеризующийся тем, что к смеси из отсеков (а), (b) и (с) добавляется снижающий плотность агент непосредственно перед закачкой смеси в шпур при помощи винтового транспортера на передвижной обрабатывающей установке.