Водосодержащее морозоустойчивое взрывчатое вещество

 

Изобретение относится к области промышленных взрывчатых веществ, используемых в горнодобывающей, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности, и может быть использовано при утилизации взрывчатых веществ ракетной и артиллерийской техники. Взрывчатое вещество содержит окислитель, воду, загуститель, структурирующие добавки, криогенную добавку и взрывчатый сенсибилизатор, в качестве которого использованы любые марки измельченных порохов, топлив, взрывчатых веществ или их смесь с размером частиц 0,1-30,0 мм, в качестве криогенной добавки - гликоли или их смесь с неорганическими окислителями в соотношении 40:60 соответственно, а в качестве структурирующих добавок - сшивающие агенты и катализатор отверждения при следующем соотношении, мас.%: окислитель - 80,0-35,0; взрывчатый сенсибилизатор - 5,0-50,0; криогенная добавка - 0,5-6,0; загуститель - 0,5-5,0; сшивающие агенты - 0,01-0,5; катализатор отверждения - 0,5-2,0; вода - остальное до 100%. Вещество обладает широким диапазоном эксплуатации в области положительных и отрицательных температур, высокой эксплуатационной надежностью. 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области промышленных взрывчатых веществ, используемых в горнодобывающей, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности для проведения различных сложных работ с применением энергии взрыва, и может быть использовано при утилизации взрывчатых веществ ракетной и артиллерийской техники.

Известен водосодержащий пороховой взрывчатый состав по патенту России N 2076089, кл. C 06 B 25/24 от 30.04.94, включающий взрывчатый сенсибилизатор, неорганический окислитель, воду, загуститель и структурирующую добавку. В качестве взрывчатого сенсибилизатора предлагается баллиститное ракетное твердое топливо с давлением возбуждения детонации 1,5 - 6,0 ГПа или его смесь с пироксилиновым порохом.

Существенными недостатками аналога являются: - невозможность использования в качестве сенсибилизатора артиллерийских порохов, которые в настоящее время составляют основную часть подлежащей утилизации продукции; - ограниченность использования баллиститных ракетных твердых топлив давлением возбуждения детонации 1,5 - 6,0 ГПа, т. е. значительная часть твердых топлив также не может быть использована; - невозможность эксплуатации и хранения в зимних условиях.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения является водосодержащий взрывчатый состав по патенту США N 3321344, кл. C 06 B 1/04 (НКИ 149-56) от 23.05.67, включающий неорганический окислитель, воду, загуститель, структурирующую добавку, добавки, снижающие температуру кристаллизации окислителя (криогенные добавки) и взрывчатый сенсибилизатор. В качестве взрывчатого сенсибилизатора могут быть использованы взрывчатые вещества, например тринитротолуол, RDX, ТЭН или бездымные пороха.

Существенными недостатками прототипа являются: невозможность эксплуатации и хранения при температурах ниже минус 23,3^oC (-10^o F); использование большого количества (1 -15 мас.%) малоэффективных криогенных добавок - мочевины и хлорида натрия; ограниченность используемых веществ в качестве сенсибилизатора, а также невозможность использования других видов взрывчатых сенсибилизаторов, например топлив или смесей нескольких взрывчатых сенсибилизаторов.

Кроме того, введение большого количества солей металлов ведет к уменьшению газообразования и полноты детонации, и, соответственно уменьшению идеальной работы взрыва и работоспособности взрывчатой композиции.

Используемые в качестве сшивающих агентов сульфат алюминия и нитрат хрома обладают низкой скоростью катализа, что ведет при хранении к расслаиванию системы, седиментации твердых частиц, и, соответственно, к ухудшению эксплуатационных характеристик взрывчатой композиции.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение универсального взрывчатого вещества, высокоэффективного по детонационным характеристикам, безопасного в обращении и обладающего работоспособностью в области низкоотрицательных температур.

Одновременно ставились задачи: - расширение сырьевой базы; - увеличение ассортимента экономически выгодных взрывчатых материалов, пригодных для использования в любой отрасли промышленности.

Поставленная техническая задача решена разработкой универсального морозостойкого взрывчатого вещества, содержащего окислитель, воду, загуститель, структурирующие добавки, добавки, снижающие температуру кристаллизации окислителя (криогенную добавку) и взрывчатый сенсибилизатор, в котором в качестве взрывчатого сенсибилизатора использованы любые марки измельченных порохов, топлив, взрывчатых веществ или их смесь с размером частиц 0,1 - 30,0 мм, в качестве криогенной добавки - гликоли или их смесь с неорганическими окислителями в соотношении 40:60 соответственно, а в качестве структурирующих добавок - сшивающие агенты и катализатор отверждения.

Для обеспечения работоспособности в области низкоотрицательных температур компоненты введены при следующем соотношении, мас.%: Окислитель - 80,0 - 35,0 Взрывчатый сенсибилизатор - 5,0 - 50,0 Добавки, снижающие температуру кристаллизации окислителя (криогенная добавка) - 0,5 - 6,0 Загуститель - 0,5 - 5,0
Сшивающие агенты - 0,01 - 0,5
Катализатор отверждения - 0,5 - 2,0
Вода - Остальное
В табл. 1 даны примеры составов криогенных добавок.

В табл. 2 - 4 - примеры реализации предлагаемых составов взрывчатого вещества.

На фиг. 1 - зависимость кислородного баланса от соотношения баллиститного пороха и аммиачной селитры (Б.П./А.С).

На фиг. 2 приведена зависимость теплоты взрыва от соотношения баллиститного пороха и аммиачной селитры (Б.П./А.С.)
В качестве окислителя преимущественно используется самое дешевое из кислородсодержащих соединений - аммиачная селитра. Кроме того, роль окислителя в определенной степени играют входящие в состав взрывчатого вещества пороховые элементы и нитраты других щелочных металлов.

Основной задачей используемых окислителей является полное разложение входящих в состав элементов до полных окислов, чтобы воспрепятствовать образованию ядовитых газов типа окиси углерода (угарного газа) и др. По принципу Ле-Шателье в композиции должно быть столько активного кислорода, чтобы обеспечивалось достижение уравнения nO = 2с + 11/2 + 213Al.

На фиг. 1 видно, что введение баллиститных порохов различных марок до 50% обеспечивает требуемый кислородный баланс от - 10 до + 20%. Настоящее количество окисляющих элементов компенсируется введением в состав определенного количества воды и инертных добавок.

В качестве взрывчатого сенсибилизатора предлагается использовать различные виды измельченных порохов, топлив, взрывчатых веществ или их смесь с размером частиц 0,1 - 30,0 мм. Экспериментально доказано, что использование частиц размером, большим чем 30 мм, например 40-50 мм, приводит к несоответствию взрывчатого вещества технологическим требованиям, а при эксплуатации - к неполной детонации или отказу.

Для снижения температуры кристаллизации окислителя использованы криогенные добавки (см. таблицу N 1), обладающие высокой растворимостью в воде и в насыщенных растворах окислителей, с низкой температурой затвердевания в смеси с раствором окислителя, невысоким отрицательным кислородным балансом и высокой температурой кипения.

Введение до 6% указанных в таблице N 1 смесей позволило снизить температуру замерзания взрывчатого вещества до минус 40^oC и менее, что резко расширяет температурный диапазон эксплуатации предлагаемого взрывчатого вещества и делает его практически универсальным.

Для загущения композиции введены полиакриламид или его заменители в виде натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, гуаргама и др.

Для образования водоустойчивой гелеобразной композиции в состав предлагаемого взрывчатого вещества введены сшивающие агенты (структурирующие добавки) для поперечной сшивки макромолекул загустителя - это соли поливалентных металлов Fe⁺³, Cr⁺³, а также бихромат калия с сульфатом натрия в количестве 0,05 - 0,5%.

В качестве катализатора отверждения предлагается дифениламин в количестве 0,5 - 2,0%.

Большинство порохов и топлив мало чувствительны к детонационному импульсу. Такой недостаток указанных порохов устранен дополнительным введением в состав взрывчатого вещества невзрывчатого сенсибилизатора - активатора детонационного импульса - окислов тяжелых металлов II-VI группы.

Так, введение в состав самого пассивного с точки зрения возбуждения детонации артиллерийского пороха ДГ-3 2-5% окиси цинка позволяет снизить критический диаметр детонации с 25-30 мм до 1-2 мм и значительно повысить чувствительность его к детонационному импульсу. В этом отношении могут быть использованы также окислы свинца, титана и др. металлов.

Дополнительное введение в состав взрывчатого вещества пористых элементов в виде стеклянных или полимерных микросфер в количестве 2-4% также достаточно эффективно улучшает его взрывчатые характеристики, способствуя распространению детонации по заряду взрывчатого вещества и обеспечивает полную детонацию. Увеличение количества не изменяет детонационных характеристик предлагаемого взрывчатого вещества.

Солевые растворы, в частности растворы аммиачной селитры, весьма активно корродируют металлы, и изготовление смесей на их основе требует подбора оборудования из коррозионно-стойкого материала. Предложено в состав взрывчатого вещества дополнительно ввести поверхностно-активные вещества, например индустриальное или трансформаторное масло в количестве 2-4%. Экспериментально установлено, что введение антикоррозионной добавки в состав неорганического окислителя улучшает реологические характеристики состава.

Положительным фактором, улучшающим выходные характеристики взрывчатого вещества, является то обстоятельство, что взрывчатый сенсибилизатор используется во флегматизированном виде.

Состав готовится в смесителях, затем выгружается в полиэтиленовые рукава требуемых типоразмеров (патронируется). Обладает широким диапазоном эксплуатации в области положительных и отрицательных температур, высокой эксплуатационной надежностью.

Предлагаемое водосодержащее морозоустойчивое взрывчатое вещество опробовано изготовлением в опытно-заводских условиях и натурными испытаниями на карьерах "Пермнефтегеофизики".

На состав взрывчатого вещества оформлены технические условия. Решением Госгортехнадзора России взрывчатое вещество допущено к испытаниям в условиях карьеров Пермской и Свердловской областей.

Источники информации
1. Патент Российской Федерации N 2076089, МКИ C 06 B 25/24, 25/26, опубл. 27.03.97, БИ N 9.

2. Патент США N 3321344, МКИ C 06 B 1/04, НКИ 149-56, 1967 г. (прототип).

Формула изобретения

1. Водосодержащее морозоустойчивое взрывчатое вещество, включающее окислитель, взрывчатый сенсибилизатор, криогенную добавку, загуститель, структурирующие добавки и воду, отличающееся тем, что в качестве взрывчатого сенсибилизатора оно содержит измельченные пороха, топлива, взрывчатые вещества или их смесь с размером частиц 0,1-30,0 мм, в качестве криогенной добавки - гликоли или их смесь с неорганическими окислителями, а в качестве структурирующих добавок - сшивающие агенты и катализатор отверждения при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окислитель - 80,0 - 35,0
Взрывчатый сенсибилизатор - 5,0 - 50,0
Криогенная добавка - 0,5 - 6,0
Загуститель - 0,5 - 5,0
Сшивающие агенты - 0,01 - 0,5
Катализатор отверждения - 0,5 - 2,0
Вода - Остальное
2. Вещество по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит невзрывчатый сенсибилизатор в виде окислов металлов II-VI групп Периодической системы, выбранных из оксидов цинка, свинца, меди.

3. Вещество по п. 2, отличающееся тем, что в качестве невзрывчатого сенсибилизатора оно содержит пористые элементы в виде стеклянных или полимерных микросфер в количестве 2-4 мас.%.

4. Вещество по п.1, отличающееся тем, что в качестве гликолей оно содержит алкилгликоль, выбранный из этилен- или диэтиленгликоля.

5. Вещество по п.1, отличающееся тем, что в качестве криогенной добавки оно содержит смесь алкилгликоля с нитратами щелочных или щелочноземельных металлов, выбранных из нитратов калия и кальция, в соотношении 40 : 60 соответственно.

6. Вещество по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит антикоррозионную добавку, выбранную из индустриального или трансформаторного масла, в количестве 2-4 мас.%.

7. Вещество по п.6, отличающееся тем, что оно содержит антикоррозионную добавку в виде смеси с неорганическим окислителем.

8. Вещество по п.1, отличающееся тем, что оно содержит взрывчатый сенсибилизатор во флегматизированном виде.

9. Вещество по п.1, отличающееся тем, что в качестве катализатора отверждения оно содержит дифениламин для продольной и поперечной сшивки загустителя.

10. Вещество по п.1, отличающееся тем, что в качестве сшивающих агентов оно содержит хроматы, бихроматы и сульфаты щелочных или щелочноземельных металлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6