Патрон для эмульсионных взрывчатых веществ
Полезная модель направлена на разработку патрона для эмульсионных ВВ с улучшенными эксплуатационными характеристиками, позволяющего полностью исключить изменение геометрических размеров (увеличение диаметра и длины) патронов в процессе газификации, а также обладающего хорошей физической стабильностью в течение гарантийного срока хранения. Указанный результат достигают тем, что патрон для эмульсионных взрывчатых веществ содержит оболочку из нерастягивающейся термостойкой трехслойной биориентированной полимерной пленки с наружными слоями из полиэтилена и внутренним - из полиэтилентерефталата с торцевыми зажимами, заполненную смесью газифицированной обратной водомасляной эмульсии с раствором окислителя, включающим аммиачную селитру, при этом размер частиц эмульсии составляет 0,3-0,7 мкм.
2 илл.
Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к средствам ведения взрывных работ на земной поверхности скважинными зарядами и может быть использована при других видах работ с использованием эмульсионных взрывчатых веществ, содержащих газогенерирующие добавки.
В настоящее время среди взрывчатых веществ (ВВ) все большее распространение находят эмульсионные системы.
Сенсибилизацию эмульсионных взрывчатых веществ (ВВ) производят введением в их составы газовой или воздушной фазы в виде микропузырьков при помощи микросфер, порофоров или путем аэрации. В России наибольшее распространение получил способ сенсибилизации эмульсионных ВВ с помощью порофоров - веществ, способных взаимодействовать с каким-либо из компонентов в составе ВВ с образованием газообразных продуктов реакции. В качестве порофора используют, например, нитрит натрия, который взаимодействует с нитритом аммония с выделением газообразного азота.
Для ведения взрывных работ скважинными зарядами массу эмульсионных взрывчатых веществ (ВВ) помещают в патрон.
Известен патрон для содержащих газогенерирующие добавки эмульсионных ВВ, выполненный в виде полимерной оболочки с зажимами по торцам с размещенной в оболочке воздушной камерой, объем которой составляет 6-10% внутреннего объема оболочки (RU 26323, E21C 37/00, 08.05.2002).
Основным недостатком известного патрона является низкая надежность, т.к. в результате заполнения оболочки горячей эмульсией (температура 80-90°C) происходит деформация патрона за счет утончения полимерной полиэтиленовой пленки, что приводит к разрывам и нарушению герметичности оболочки патрона.
Известен также патрон для эмульсионных ВВ, содержащий оболочку из полиэтилена с торцевыми зажимами, заполненную газифицированной обратной эмульсией с гранулированной аммиачной селитрой, при этом масса гранулированной аммиачной селитры составляет 28-32% от общей массы эмульсионных ВВ в патроне (RU 46810, E21C 37/00, 01.02.2005 г.).
Недостатком патрона является его низкие эксплуатационные свойства, так как из-за большого содержания гидрофильной гранулированной селитры в газифицированной эмульсии снижается ее пластичность и водоустойчивость, что может привести к зависанию патронов в скважине при их заряжании, а также снизить эффективность взрыва при попадании воды в составы ВВ при взрывании обводненных пород.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленной полезной модели является патрон для эмульсионных ВВ, содержащий оболочку из полимерной пленки с торцевыми зажимами, заполненную смесью газифицированной обратной водомасляной эмульсии с раствором окислителя, включающим аммиачную селитру (RU 74165 U1, E21C 37/00, 17.09.2007).
Водомасляная эмульсия представляет собой механическую смесь из жидкого нефтепродукта, эмульгатора, водного раствора аммиачной селитры или селитр (аммиачная и натриевая селитры), добавок или без них с гранулированной аммиачной селитрой и сенсибилизатором (водный раствор нитрита натрия).
Сущность известной полезной модели заключается в том, что патрон содержит эмульсионное ВВ с плотностью 1,1-1,35 г/см3 из газифицированной эмульсии с размещенными в ней гранулами из аммиачной селитры, составляющими от 23 до 27% от общей массы ЭВВ.
Недостатком известного патрона является низкая надежность оболочки, выполненной из однослойной полиэтиленовой пленки, при заполнении патрона горячей эмульсией.
Используемая в качестве оболочки полиэтиленовая пленка в процессе газификации имеет относительное удлинение в продольном направлении почти в восемь раз, а в поперечном - почти в четыре раза. Увеличение геометрических размеров (диаметра и длины) патрона в процессе газификации ухудшает его эксплуатационные и взрывчатые характеристики, а именно:
- в результате увеличения диаметра патрона он не «входит» в шпур;
- увеличение объема патрона приводит к уменьшению его плотности, снижению эффективности взрыва и к отсутствию полноты детонации.
Известная полезная модель предусматривает использование патронов диаметром 90-200 мм, что исключает их применение в скважинах малого диаметра.
Задачей настоящей полезной модели является разработка патрона для эмульсионных ВВ с улучшенными эксплуатационными характеристиками, позволяющего полностью исключить изменение геометрических размеров (увеличение диаметра и длины) патронов в процессе газификации, а также обладающего хорошей физической стабильностью в течение гарантийного срока хранения.
Поставленная задача достигается тем, что в патроне для эмульсионных взрывчатых веществ, содержащим оболочку из полимерной пленки с торцевыми зажимами, заполненную смесью газифицированной обратной водомасляной эмульсии с раствором окислителя, включающим аммиачную селитру, размер частиц эмульсии составляет 0,3-0,7 мкм, а в качестве материала для оболочки используют нерастягивающуюся термостойкую трехслойную биориентированную полимерную пленку с наружными слоями из полиэтилена и внутренним - из полиэтилентерефталата.
Сущность технического решения данной полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 схематично изображен патрон для эмульсионных взрывчатых веществ, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
Патрон содержит оболочку 1, изготовленную из полимерного материала со сварным швом 2. Торцы оболочки заделывают в «чуб» зажимами 3. Оболочка 1 патрона заполнена взрывчатым веществом 4.
Торцы оболочки заделывают алюминиевой проволокой диаметром 2,0-3,5 мм или скрепками из стальной проволоки диаметром 1,9-2,0 мм. Скрепки после заделки торцов должны иметь форму кольца с перехлестывающими концами и прочно удерживаться на «чубе» оболочки. Допускается заделывать торцы патронов также полимерными самофиксирующимися или другими жгутами.
Особенностью конструкции данного патрона для эмульсионных взрывчатых веществ является материал для оболочки, представляющий собой нерастягивающуюся термостойкую трехслойную биориентированную полимерную пленку с наружными слоями из полиэтилена и внутренним - из полиэтилентерефталата (ПЭ/ПЭТ/ПЭ).
За счет изменений в морфологии молекулярного строения биориентированная пленка, т.е. ориентированная в двух взаимноперпендикулярных направлениях, перестает быть хрупкой и приобретает свойства конструкционного материала. Пленка имеет улучшенные механические свойства, например жесткость, прочность на разрыв, удар или прокол; герметичность по отношению к влажности и пару; высокую устойчивость к маслам, жирам, растворителям, а также теплостойкость и хладостойкость; безусадочность и устойчивость к царапанию; высокую прозрачность; улучшенную поверхность для печати и сваривания в шов.
Использование для изготовления оболочки патрона полимерной нерастягивающейся пленки «ПЭ/ПЭТ/ПЭ» позволяет полностью исключить увеличение диаметра и длины патронов в процессе газификации, то есть предотвратить изменение их геометрических размеров.
Стабильность геометрических размеров патрона (неизменность его объема) обеспечивает сохранение начальной плотности массы эмульсионных ВВ, увеличивает эффективность взрыва и полноту детонации, при этом диаметры патронов соответствуют диаметрам шпуров.
Эмульсионное ВВ помещают в патроны номинального диаметра D от 28 до 45 мм и длиной L до 350 мм и массой до 500 г. Допускается изготовление патронов эмульсионных ВВ других длин в интервале от 150 до 600 мм и соответствующей массы.
Оболочка 1 патрона заполнена взрывчатым веществом 3, состоящим из смеси газифицированной обратной эмульсии раствора окислителя в нефтепродукте, сенсибилизированную химическим способом.
Топливная смесь (ТС) состоит из масла индустриального, парафина и эмульгатора. Раствор окислителя (РО) включает аммиачную селитру, натриевую селитру, воду и формиат натрия. Применение формиата натрия в растворе окислителя позволяет поддерживать pH раствора в пределах 2,5-4,0, что гарантирует стабильный и качественный процесс газификации эмульсии.
Смешивание раствора окислителя и топливной смеси, и изготовление эмульсии ВВ производится путем смешивания и эмульгирования компонентов до тонкого диспергирования.
Процесс изготовления эмульсионного ВВ начинают с первичного смешивания РО и ТС и создания «грубой» эмульсии (с большим размером капель раствора окислителей). Затем «грубую» эмульсию подвергают эмульгированию в специальном миксере с трехфазной смесительной камерой. Трехступенчатое эмульгирование позволяет получить высокодисперсную однородную систему с размером частиц эмульсии типа «вода в масле» 0,3-0,7 мкм.
При эмульгировании получена эмульсионная структура взрывчатого вещества, которая содержит микроскопическую пленку горючего на мельчайших частицах окислителя. Присутствие в одной жидкой фазе совместного горючего и окислителя означает их совмещение на молекулярном уровне. Патрон, заполненный эмульсионным ВВ указанной структуры, обеспечивает высокую его водоустойчивость и дает возможность использования по технологии заряжения вслед за бурением.
В качестве сенсибилизатора используют водный раствор нитрита натрия. При заполнении патрона взрывчатым веществом 3 в эмульсии образуются воздушные (за счет химической реакции между нитритом натрия и аммиачной селитрой) микровключения вокруг гранул аммиачной селитры и их межгранульном пространстве. При этом происходит увеличение объема ВВ и заполнение им свободного пространства оболочки.
Для газификации эмульсии кроме раствора нитрита натрия дополнительно применяется раствор уксусной кислоты. Использование уксусной кислоты позволяет добиться плотности патрона 1,1-1,12 г/см3. При использовании только раствора нитрита натрия снизить плотность патрона ниже 1,25 г/см3 не удается.
Такая плотность патрона гарантирует стабильную детонацию заряда из патронов малого диаметра, снижение критического диаметра до 22-24 мм и полную восприимчивость к первичным средствам инициирования таких, как КД, ЭД, ДШ, НЭСИ (неэлектрические системы инициирования). Патроны с плотностью выше 1,12 г/см3 имеют плохую восприимчивость к первичным средствам инициирования и склонны к затуханию детонации.
В приготовленный эмульсионный взрывчатый состав вводится присадка Lubrisol 2854X, которая является загущающим (сшивающим) компонентом, разработанным для обеспечения модифицирования вязкости патронированных эмульсионных ВВ. Ее использование увеличивает вязкость эмульсии, а также делает готовый продукт более эластичным, что позволяет патронам сохранять форму, особенно после их деформации или перерезания.
Более значительный эффект загущения достигается в случае присутствия в системе ионов двухвалентных металлов (например, Ca2+). Для этих целей в раствор газогенерирующей добавки нитрита натрия добавляют кальциевую селитру.
Скорость загущения повышается при более высоких температурах, но уменьшается при снижении pH эмульсионной системы.
Применение настоящего патрона позволяет решить вопрос о его безопасности в обращении одновременно с сохранением высокой чувствительности к детонационному импульсу, т.е. при низкой чувствительности к механическим и тепловым воздействиям патрон в то же время может детонировать в зарядах малого диаметра и обеспечивать восприимчивость при инициировании от капсюля-детонатора.
Патрон обладает стабильными техническими параметрами в течение гарантийного срока хранения: сыпучестью, неслеживаемостью, отсутствием расслоения твердой и жидкой фазы.
Патрон может быть использован для ведения взрывных работ на земной поверхности и в забоях подземных выработок, не опасных по газу или пыли, или в которых применяется инертизация призабойного пространства, исключающая воспламенение взрывоопасной среды при взрывных работах, для формирования шпуровых и скважинных зарядов в сухих, осушенных и обводненных условиях применения любой степени обводненности и проточности, а также для использования в качестве промежуточного детонатора зарядов эмульсионных и гранулированных промышленных ВВ при их ручном и механизированном заряжании.
Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:
1. RU 26323, E21C 37/00, 08.05.2002.
2. RU 46810 U1, E21C 37/00, 01.02.2005
3. RU 74165 U1, E21C 37/00, 17.09.2007 (прототип).
Патрон для эмульсионных взрывчатых веществ, содержащий оболочку из полимерной пленки с торцевыми зажимами, заполненную смесью газифицированной обратной водомасляной эмульсии с раствором окислителя, включающим аммиачную селитру, отличающийся тем, что размер частиц эмульсии составляет 0,3-0,7 мкм, а в качестве материала для оболочки используют нерастягивающуюся термостойкую трехслойную биориентированную полимерную пленку с наружными слоями из полиэтилена и внутренним - из полиэтилентерефталата.
