Водосодержащий взрывчатый состав и его варианты

 

Изобретение относится к разработке водосодержащих взрывчатых составов (ВВС), используемых для ведения взрывных работ методом скважинных зарядов в горнорудной промышленности. ВВС по варианту 1 содержит 45-65%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя (5-25 мас.%), гексоген и/или октоген (95-75 мас.%). ВВС по варианту 2 содержит 45-65%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя (9-17 мас.%), гексоген и/или октоген (58-68 мас.%), аммиачную селитру (32-18 мас.%). ВВС по варианту 3 содержит 45-65%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя (0,5-17 мас.%), гексоген и/или октоген (4,5-66 мас.%), аммиачную селитру (91-18 мас.%), жидкий нефтепродукт (0,1-5,2 мас.%). Изобретение направлено на создание ВВС повышенной эффективности, безопасного в изготовлении и применении за счет снижения его чувствительности к механическим воздействиям и снижения электризации, пригодного для заряжания сухих и обводненных горных пород любой крепости. 3 с. и 15 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к водосодержащим взрывчатым составам (ВВС), используемым в качестве промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) для ведения взрывных работ на земной поверхности методом скважинных зарядов.

ВВС широко используются как в России (акванит, акванал), так и за рубежом (хабластит в Германии, товекс в США, нитрекс в Канаде и др.). Они состоят из двух фаз - жидкой и твердой. Жидкая фаза представляет собой водные растворы неорганического окислителя или водомасляные эмульсии типа "вода в масле". В качестве твердой фазы используются взрывчатые и невзрывчатые компоненты (пат. России 2147567 от 12.04.99, 2118307 от 31.07.97, 2076089 от 30.08.94, 2092473 от 29.08.95, пат. США 3235425 от 15.02.66).

Наиболее широкое применение при ведении взрывных работ на земной поверхности, особенно на карьерах малой мощности, находят сыпучие промышленные ВВ. Сыпучесть водосодержащих ВС определяется вязкостью и массовой долей жидкой фазы, а работоспособность и энергетические характеристики - твердой фазой. Наиболее энергоемкими компонентами твердой фазы являются бризантные ВВ, такие как тротил, гексоген, октоген и др. Бризантные ВВ - гексоген и октоген не используются в качестве индивидуальных промышленных ВВ из-за их высокой чувствительности к механическим воздействиям, пыления, экологической вредности продуктов взрыва, плохой потопляемости.

Известно использование водосодержащего ВС, включающего не менее 1 мас. % водного раствора селитры концентрации не менее 20 мас.% и бризантное ВВ - чешуированный или гранулированный тротил - остальное, для заряжания обводненных скважин в зимний период (пат. России 2117911 от 12.11.97), принятое авторами за прототип. Недостатком состава-прототипа является ограниченность применения (только обводненные скважины), ограниченность температурного диапазона использования, высокая вредность продуктов взрыва из-за высокого отрицательного баланса ВВС, определяемого тротилом (минус 74%).

Технической задачей изобретения было повышение эффективности водосодержащего взрывчатого состава за счет расширения области применения, повышения работоспособности, улучшения эксплуатационных свойств, обеспечения сыпучести, расширения сырьевой базы с увеличением ассортимента выпуска ВВ.

Задача была решена созданием сыпучего водосодержащего ВС и его вариантов: - для обводненных скважин, для крепких пород и пород средней крепости - вариант 1, содержащий жидкую фазу на основе неорганического окислителя и бризантное ВВ, в котором в качестве жидкой фазы выбран водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя концентрации 45-65 мас.%, в качестве бризантного ВВ - гексоген и/или октоген; - для увлажненных скважин и скважин с непроточной водой, для крепких пород и пород средней крепости - вариант 2, содержащий жидкую фазу на основе неорганического окислителя и бризантное ВВ, в который дополнительно введена аммиачная селитра, в качестве жидкой фазы выбран водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя концентрации 45-65 мас.%, а в качестве бризантного ВВ - гексоген и/или октоген; - для сухих и увлажненных скважин, пород любой крепости - вариант 3, - содержащий жидкую фазу на основе неорганического окислителя и бризантное ВВ, в который дополнительно введены аммиачная селитра и жидкий нефтепродукт, в качестве жидкой фазы выбран водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя концентрации 45-65 мас.%, в качестве бризантного ВВ - гексоген и/или октоген, при этом входящие в ВВС (варианты 1, 2, 3) компоненты взяты в следующем соотношении, мас.% (см. табл. 1).

При этом в качестве неорганического окислителя жидкой фазы выбирается аммиачная, или кальциевая, или натриевая селитры, или их смесь. В качестве аммиачной селитры (варианты 2, 3) выбирается пористая или плотная гранулированная, или кристаллическая, или порошкообразная, или их смесь. В составе вариантов 2 и 3 дополнительно вводится карбамид в количестве 2-10 мас.% от содержания аммиачной селитры. В качестве жидкого нефтепродукта для варианта 3 выбирается дизельное топливо и/или минеральные масла. В жидкую фазу ВВС для вариантов 1, 2, 3 вводится дополнительно 0,5-3,0 мас.% поверхностно-активного вещества. В качестве гексогена в составе вариантов 1, 2, 3 берется гексоген флегматизированный. В составе варианта 3 аммиачная селитра и жидкий нефтепродукт могут быть введены в виде взрывчатого вещества (аммиачная селитра - жидкий нефтепродукт) с кислородным балансом, близким к нулю.

Для повышения эффективности ВВС авторами в качестве бризантного ВВ выбраны порошкообразные гегсоген и/или октоген, которые относятся к классу нитраминов: они практически имеют одинаковые энергетические характеристики и элементный состав. Гексоген и октоген имеют теплоту взрыва в 1,4 раза, работоспособность в 1,4-1,6 раза выше, а кислородный баланс в 3 раза лучше, чем тротил, являющийся основным компонентом состава-прототипа.

Необходимость создания трех вариантов ВВС обуславливалась значительным разбросом горно-геологических условий ведения взрывных работ - крепостью пород, обводненностью скважин. Для крепких пород и пород средней крепости в обводненных условиях рекомендуется использовать ВВС варианта 1, содержащий гексоген и/или октоген и жидкую фазу; для крепких пород и пород средней крепости для скважин с непроточной водой, увлаженных и сухих - ВВС варианта 2, содержащий гексоген и/или октоген, жидкую фазу и аммиачную селитру; для пород любой крепости в сухих и увлаженных условиях - ВВС варианта 3, содержащий гексоген и/или октоген, жидкую фазу, аммиачную селитру и жидкий нефтепродукт. Причем для заряжания скважин диаметром менее 100 мм рекомендуется использовать пористую аммиачную селитру или ее смесь с плотной гранулированной (ГОСТ 2-85); для заряжания шпуров - пористую или ее смесь с порошкообразной; для скважин с непроточной водой и увлажненных - кристаллическую, или гранулированную аммиачную селитру, или их смесь.

Выбор ингредиентов заявляемого сыпучего водосодержащего ВС и его вариантов определялся следующими факторами: 45-65%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя снижает статическую электризацию гексогена (октогена) за счет повышения электрической проводимости порошкообразного материала, снижает чувствительность к механическим воздействиям, что позволяет осуществлять хранение и транспортирование заявляемого ВВС и его вариантов и безопасное заряжание сухих и обводненных скважин. Но одновременно раствор выполняет роль смачивателя высокодисперсных порошков гексогена и октогена, что приводит к повышению насыпной плотности, снижению поверхностного натяжения на границе вода - гексоген (октоген) - воздух и обуславливает потопляемость заявляемого ВВС при заряжании обводненных скважин. Ввод в раствор неорганического окислителя гидрофильного водорастворимого поверхностно-активного вещества ускоряет процесс смачивания и потопляемости заявляемого ВВС. Заявляемое количество раствора неорганического окислителя обеспечивает сыпучесть ВВС, предотвращает слеживаемость и смерзаемость его в процессе хранения, транспортирования и заряжания скважин. Неорганический окислитель раствора, имея положительный кислородный баланс, способствует более полному взрывчатому превращению гексогена (октогена), выполняющего в данном ВВС роль горючего, сенсибилизатора и энергонесущего компонента. Ввод аммиачной селитры позволяет не только снизить чувствительность к механическим воздействиям, электризуемость порошкообразного гексогена (октогена), но и улучшить кислородный баланс предлагаемого ВВС вариантов 2 и 3. В заявляемом ВВС, содержащем мощный сенсибилизатор детонации, каким является гексоген (октоген), параметры детонационной волны определяются в основном плотностью сенсибилизатора, заполняющего межгранульное пространство менее реакционноспособного компонента - аммиачной селитры. Аммиачная селитра, являясь флегматизатором чувствительности к механическим воздействиям и антистатиком по отношению к гексогену (октогену), в их детонационной волне разлагается со слабым экзотермическим эффектом, т.е. обладает слабовыраженными взрывчатыми свойствами и поэтому не является чисто инертным наполнителем. Обработка поверхности аммиачной селитры жидким нефтепродуктом (омасливание) ускоряет процесс и полноту химического превращения аммиачной селитры за счет более плотного контакта окислитель-горючее. В качестве жидкого нефтепродукта используется дизельное топливо или минеральные масла, которые практически имеют одинаковый элементный состав и термодинамические характеристики. Растворонаполнение ВС на основе бризантного ВВ (гексогена или октогена) не приводит к существенному расширению зоны химических реакций.

При выборе компонентов заявляемого ВВС и его вариантов учитывалось и то обстоятельство, что гексоген (октоген), находящийся на базах хранения Госрезерва, не подлежит транспортированию без его предварительной флегматизации. Их утилизация в промышленные ВВ возможна только на местах их хранения. Исходя из технологических возможностей зданий хранения (малая кубатура зданий, отсутствие мощных установок приточно-вытяжной вентиляции и невозможность их монтажа), необходимо было выбрать компоненты менее токсичные, чем гексоген и октоген, которые относятся ко 2-й группе токсичности. Водные и водно-гликолевые растворы неорганического окислителя, аммиачная селитра и жидкий нефтепродукт относятся к 3-4 группам токсичности (вещества малоопасные). Поэтому производство заявляемого ВВС и его вариантов может быть осуществлено на технологических площадях баз хранения гексогена и октогена. Гексоген и/или октоген обрабатывается водным или водно-гликолевым раствором неорганического окислителя до полного их смачивания (вариант 1), смешением полностью смоченного порошка с аммиачной селитрой (вариант 2), аммиачной селитрой и жидким нефтепродуктом или омасленной аммиачной селитрой (вариант 3) с образованием сыпучего водосодержащего взрывчатого состава. При этом резко по сравнению с исходным гегсогеном (октогеном) снижается чувствительность к механическим воздействиям, способность к накоплению зарядов статического электричества. ВВС вариантов 2 и 3 могут изготавливаться также на специализированных заводах по производству ВВ путем смешения ВВС варианта 1 с аммиачной селитрой (вариант 2), омасленной аммиачной селитрой или взрывчатым составом аммиачная селитра - жидкий нефтепродукт (вариант 3).

В качестве гексогена может использоваться хранящийся на базах гексоген, флегматизированный, например, церезином, парафином и др. флегматизируюшими добавками, который невозможно разделять на составные части. Способ его обработки и использования, как компонента заявляемого ВВС и его вариантов, аналогичен вышеописанному.

Для обеспечения безопасности взрывных работ при отбойке агрессивных сульфидсодержащих руд дополнительно вводится карбамид в количестве 2-10 мас.% от содержания аммиачной селитры.

При выбранных компонентах и их соотношении создаются оптимальные условия разрушения и дробления горных пород. Уменьшение бризантного действия гексогена (октогена) за счет выбранных компонентов и их соотношения в заявляемом ВВС и его вариантах предотвращает переизмельчение горной породы, контактирующей с зарядом.

Заявляемые ВВС и его варианты обеспечивают получение основного технического результата - повышение безопасности изготовления и применения за счет снижения чувствительности к механическим воздействиям, повышение работоспособности за счет выбранного бризантного ВВ, безотказности и безопасности действия скважинного заряда, сыпучесть обеспечивает возможность заряжания сухих и обводненных скважин ручным и механизированным способами, принятыми на карьерах, достигается экологическая чистота ведения взрывных работ. Заявляемый ВВС и его варианты используются для отбойки горных пород любой крепости и обводненности в интервале температур плюс - минус 50^oС; для их хранения, транспортирования не требуется разработки специальной транспортной тары. Заявляемый ВВС и его варианты изготавливаются на российском сырье.

Примеры заявляемого ВВС и его вариантов приведены в табл. 2.

Как следует из табл. 2, чувствительность к удару (Но=500 мм, % взр.=0), трению (более 400 Мпа) обеспечивает безопасность хранения, транспортирования и применения ВВС и его вариантов. ВВС и его варианты работоспособны в сухих, увлаженных и обводненных скважинах для отбойки пород любой крепости. Они сохраняют сыпучесть в течение гарантийного срока, обладают хорошей потопляемостью при заряжании обводненных скважин и безопасны при заряжании сухих скважин.

Формула изобретения

1. Водосодержащий взрывчатый состав, включающий жидкую фазу на основе неорганического окислителя и бризантное взрывчатое вещество, отличающийся тем, что в качестве жидкой фазы на основе неорганического окислителя он содержит 45-65%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя, а в качестве бризантного взрывчатого вещества - гексоген и/или октоген при следующем соотношении компонентов, мас.%: 45-65%-ный Водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя - 5 - 25 Гексоген и/или октоген - 95 - 75 2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он содержит флегматизированный гексоген.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганического окислителя он содержит аммиачную, или кальциевую, или натриевую селитру, или их смесь в любом соотношении.

4. Состав по п. 1 или 3, отличающийся тем, что 45-65%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя содержит 0,5-3 мас.% поверхностно-активного вещества.

5. Водосодержащий взрывчатый состав, включающий жидкую фазу на основе неорганического окислителя и бризантное взрывчатое вещество, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аммиачную селитру, в качестве жидкой фазы на основе неорганического окислителя он содержит 45-65%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя, а в качестве бризантного взрывчатого вещества - гексоген и/или октоген при следующем соотношении компонентов, мас.%: 45-65%-ный Водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя - 9 - 17 Гексоген и/или октоген - 58 - 68
Аммиачная селитра - 32 - 18
6. Состав по п.5, отличающийся тем, что в качестве аммиачной селитры он содержит пористую, или плотную гранулированную, или кристаллическую, или порошкообразную аммиачную селитру, или их смесь.

7. Состав по п.5, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбамид в количестве 2-10 мас.% от содержания аммиачной селитры.

8. Состав по п.5, отличающийся тем, что он содержит гексоген флегматизированный.

9. Состав по п.5, отличающийся тем, что в качестве неорганического окислителя он содержит аммиачную, или кальциевую, или натриевую селитру, или их смесь в любом соотношении.

10. Состав по п.5 или 9, отличающийся тем, что 45-65%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя содержит 0,5-3 мас.% поверхностно-активного вещества.

11. Водосодержащий взрывчатый состав, включающий жидкую фазу на основе неорганического окислителя и бризантное взрывчатое вещество, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аммиачную селитру и жидкий нефтепродукт, в качестве жидкой фазы на основе неорганического окислителя он содержит 45-65%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя, а в качестве бризантного взрывчатого вещества - гексоген и/или октоген при следующем соотношении компонентов, мас.%:
45-65%-ный Водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя - 0,5 - 17
Гексоген и/или октоген - 4,5 - 66
Аммиачная селитра - 91 - 18
Жидкий нефтепродукт - 0,1 - 5,2
12. Состав по п.11, отличающийся тем, что в качестве аммиачной селитры он содержит пористую, или плотную гранулированную, или кристаллическую, или порошкообразную аммиачную селитру, или их смесь.

13. Состав по п. 11, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбамид в количестве 2-10 мас.% от содержания аммиачной селитры.

14. Состав по п.11, отличающийся тем, что он содержит гексоген флегматизированный.

15. Состав по п. 11, отличающийся тем, что в качестве неорганического окислителя он содержит аммиачную, или кальциевую, или натриевую селитру, или их смесь в любом соотношении.

16. Состав по п.11 или 15, отличающийся тем, что 45-65%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя содержит 0,5-3 мас.% поверхностно-активного вещества.

17. Состав по п.11, отличающийся тем, что он содержит аммиачную селитру и жидкий нефтепродукт в виде взрывчатого вещества с кислородным балансом, близким к нулю.

18. Состав по п. 11 или 17, отличающийся тем, что в качестве жидкого нефтепродукта он содержит дизельное топливо и/или минеральные масла.

РИСУНКИ

Рисунок 1