Водосодержащий пороховой взрывчатый состав

 

Изобретение относится к области водосодержащих промышленных взрывчатых веществ на основе гелеобразной матрицы, сенсибилизированной пироксилиновым порохом. Согласно изобретению водосодержащий пороховой взрывчатый состав включает пироксилиновый порох или его смесь с баллиститным порохом, аммиачную селитру, натриевую селитру, органическое горючее, загуститель - полиакриламид, сшивающий агент - смесь бихромата калия и тиосульфата натрия, воду. Изобретение направлено на разработку водосодержащего взрывчатого состава с повышенной детонационной способностью, сенсибилизированного пироксилиновым порохом, обеспечение стабильности детонационных характеристик состава при длительном хранении, а также на упрощение технологии изготовления гелеобразного состава. 3 з.п.ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области водосодержащих промышленных взрывчатых веществ на основе гелеобразной матрицы, сенсибилизированной пироксилиновым порохом.

Известен водосодержащий взрывчатый состав [1], включающий взрывчатый сенсибилизатор 5-40 мас. %, неорганический окислитель 30-85 мас.%, воду 7-30 мас. %, загуститель 0.5-5 мас.% и структурирующую добавку 0.05-1.5 мас.%. В составе в качестве взрывчатого сенсибилизатора используется измельченное баллиститное топливо с давлением возбуждения детонации 1.5-6.0 ГПа или его смесь с измельченным пироксилиновым порохом. Баллиститные ракетные твердые топлива - это модифицированные высокоэнергетические топлива, содержащие алюминиево-магниевые сплавы и ВВ (гексоген, октоген, ЦК-динитропиперизин, динитроксидиэтилнитрамин).

Недостатком этого состава является низкая детонационная способность, обусловленная сравнительно небольшим содержанием сенсибилизатора, и в то же время высокая чувствительность к механическим воздействиям, обусловленная наличием в составе топлива высокоэнергетических компонентов, которые сами по себе обладают высокой чувствительностью к удару и трению.

Известен водосодержащий взрывчатый состав [2], взятый нами за прототип, включает (мас. %): баллиститный порох 15.0-20.0, аммиачную селитру 45.0-60.0, воду 9.0-13.0, загуститель 0.5-2.0, структурирующую добавку 0.05-0.1, остальное -пироксилиновый порох.

В качестве загустителя в этом составе используется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид, а в качестве структурирующей добавки - бихромат калия или квасцы хромовокислые, или сернокислое трехвалентное железо. Состав относительно безопасен в обращении и может использоваться при механизированном заряжании скважин. Он обладает высокой водоустойчивостью, продукты взрыва содержат малое количество ядовитых газов.

Недостатком этого состава является сложность технологии его изготовления, низкая детонационная способность и недостаточная стабильность детонационных характеристик в процессе хранения. Низкая детонационная способность этого состава обусловлена небольшим (30-40 мас.%) содержанием сенсибилизатора. Сложность технологии изготовления и недостаточная стабильность детонационных характеристик при хранении связаны с тем, что в качестве структурирующего агента применяется бихромат калия при использовании в качестве загустителя натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и хромовые квасцы или сернокислое железо при использовании в качестве загустителя полиакриламида. При использовании этих компонентов трудно надежно регулировать скорость структурирования геля. Даже при небольшом содержании структурирующего агента (0.1%) структурирование геля происходит в течение нескольких минут после введения соли трехвалентного железа или трехвалентного хрома, а при уменьшении содержания структурирующего агента состав не "сшивается". При быстрой "сшивке" при изготовлении зарядов в них образуется большое количество воздушных включений, снижающих детонационные характеристики. В том случае, если состав не структурирован, при хранении происходит его расслоение, кроме этого, неструктурированный гель проникает в поры пироксилинового пороха при хранении, что приводит к снижению детонационной способности состава.

Задачей настоящего изобретения является повышение детонационной способности, улучшение технологии изготовления гелеобразного состава, сенсибилизированного пироксилиновым порохом и обеспечение стабильности детонационных характеристик состава при длительном хранении.

Поставленная задача решается тем, что состав, включающий пироксилиновый порох или его смесь с баллиститным порохом в соотношении от 2:1 до 20:1, аммиачную селитру, воду, полиакриламид и сшивающий агент, дополнительно содержит растворимое в воде органическое горючее и натриевую селитру, а в качестве сшивающего агента содержит смесь бихромата калия с тиосульфатом натрия при следующем содержании компонентов, мас.%: Порох пироксилиновый или смесь его с баллиститным порохом - 40.0-65.0 Натриевая селитра - 6.0-15.0 Органическое горючее - 4.0-10.0 Вода - 10.0-25.0 Полиакриламид - 0.3-2.0 Бихромат калия - 0.01-0.1 Тиосульфат натрия, - 0.02-0.2 Аммиачная селитра - Остальное При этом в качестве растворимого в воде органического горючего используется карбамид, или нитрат метиламина, или этиленгликоль, или глицерин.

Предлагаемый состав может дополнительно содержать 10.0-30.0 мас.% гранулированной аммиачной селитры.

Сущность изобретения заключается в том, что для достижения высокой детонационной способности увеличено содержание пороха в составе до 40-65 мас.% и в него дополнительно введено органическое горючее. Сочетание этих двух признаков приводит к тому, что состав устойчиво детонирует от капсюля детонатора 8 или от детонирующего шнура при диаметре заряда до 12 мм. При содержании пороха менее 40% инициирования детонации в этих условиях не происходит, а при содержании пороха более 65% жидкая гелеобразная масса не может заполнить полностью пространство между зернами пороха. При этом резко снижается детонационная способность состава. Результаты испытаний образцов 'составов, выполненных по предлагаемому патенту, показали, что выбор растворимого в воде горючего не оказывает существенного влияния на детонационные характеристики при изменении содержания горючего в составе в пределах 4.0-10.0 мас.%.

Введение в состав натриевой селитры повышает его морозостойкость, улучшает его детонационные характеристики и снижает количество ядовитых газов в продуктах взрыва, тем самым улучшая экологическую обстановку при проведении взрывных работ.

Предлагаемое содержание компонентов в гелеобразной матрице обеспечивает оптимальные концентрации горючего и окислителя, находящихся в виде водного раствора, необходимые для получения максимальных значений детонационных параметров состава.

При использовании в качестве желатинизатора полиакриламида, а в качестве структурирующих агентов смеси бихромата калия с тиосульфатом натрия реологические характеристики гелеобразующей матрицы легко регулируются и обеспечивают высокую детонационную способность состава при длительном хранении, при этом значительно упрощается технологический процесс его изготовления. Скорость реакции взаимодействия бихромата калия с тиосульфатом натрия в гелеобразной среде легко регулируется в широких пределах изменением содержания компонентов, вязкости геля, РН среды и температуры. Время структурирования может меняться при этом в пределах от нескольких минут до нескольких суток.

Согласно [3] максимальные детонационные характеристики водосодержащего состава на основе пироксилинового пороха достигаются в случае максимального заполнения пустот между зернами пороха жидкостью. В том случае, когда в пустотах, кроме жидкости, присутствуют пузырьки воздуха, детонационные характеристики состава существенно снижаются. С другой стороны, снижение детонационных характеристик может происходить из-за проникновения жидкости внутрь зерен пироксилинового пороха, имеющего пористую структуру. Таким образом, содержание компонентов в гелеобразующей матрице должно обеспечивать ей реологические свойства, необходимые и достаточные для заполнения пустот между зернами пороха и предотвращающие проникновение жидкости внутрь зерен пороха при хранении. Соответственно вязкость матрицы при смешении ее с порохом и в процессе формирования заряда должна быть небольшой, чтобы обеспечить всплывание пузырьков газа, вытесняемого из пространства между зернами пороха. Скорость структурирования при этом также должна быть невелика, чтобы пузырьки воздуха успели выйти из состава до ее завершения. В то же время реологические свойства структурированного геля должны предотвращать проникновение жидкой фазы состава внутрь пороховых зерен, а содержание структурирующих компонентов должно обеспечить стабильность реологических свойств при длительном хранении.

Максимальное содержание пороха в составе достигает 65 мас.%. Соответственно минимальное содержание гелеобразной матрицы составляет 35 мас.%. При меньшем содержании жидкой фазы полости между пороховыми зернами ею заполняются неполностью.

Для проверки взрывчатых характеристик были изготовлены образцы, состав которых приведен в табл.1,2 и 3.

Способ изготовления гелеобразной матрицы заключается в следующем.

Навеска нитрата аммония высыпается в отмеренное количество воды при перемешивании, затем также при перемешивании добавляется смесь нитрата натрия с полиакриламидом и горючее. В качестве горючих используются карбами, или нитрат метиламина, или этиленгликоль, или глицерин. Всю массу при постоянном перемешивании нагревают до температуры 50-60^oС и оставляют до полного набухания и растворения полиакриламида. В полученную таким образом гелеобразную матрицу вводят навеску пороха и навески бихромата калия и тиосульфата натрия. Полученную смесь тщательно перемешивают.

Определялась бризантность составов по ГОСТ 5984-79. Инициирование детонации осуществлялось капсюлем-детонатором 8. Средняя величина обжатия свинцовых столбиков определялась по данным 2-3 опытов. Определение бризантности проводили через 48 ч после изготовления и для сравнения после хранения зарядов в течение 6 мес при комнатной температуре. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Из табл. 1 видно, что детонационные свойства состава, изготовленного по рецептуре прототипа, ниже, чем предлагаемого состава. Предлагаемый состав во всех случаях обладает более высокой бризантностью, которая практически не меняется при хранении, по крайней мере, в течение 6 мес.

В табл. 2 приведены примеры, показывающие, что замена части пироксилинового пороха на баллиститный в соотношении от 2:1 до 20:1 обеспечивает составу высокие детонационные характеристики.

В табл. 3 приведены результаты испытаний образцов состава, в который дополнительно введено 10-30 мас.% гранулированной аммиачной селитры. Во всех случаях состав сохраняет высокие детонационные свойства.

Таким образом, совокупность признаков, указанных в пункте 1 формулы изобретения, обеспечивает достижение технического результата.

Литература
1. Кривошеев Н.А., Жегров Е.Ф. и др. Водосодержащий пороховой взрывчатый состав. Патент РФ 2076089 по заявке 94031683 от 1994.08.30, МПК С 06 В 25/26.

2. Кривошеев Н.А., Жегров Е.Ф. и др. Пороховой состав. Патент РФ 2026272 по заявке 4952835 от 1991.06.03. МПК С 06 В 25/24.

3. Апин А. Я. О детонации порохов. В сб. Опыт использования пироксилиновых порохов на инженерных работах. Изд. АН УССР, Киев, 1952, с. 82-96.

Формула изобретения

1. Водосодержащий пороховой взрывчатый состав, включающий пироксилиновый порох, баллиститный порох, аммиачную селитру, загуститель, сшивающий агент и воду, отличающийся тем, что он содержит натриевую селитру, растворимое в воде органическое горючее, при этом пироксилиновый порох или его смесь с баллиститным порохом содержатся в соотношении 2:1-20:1, в качестве загустителя содержит полиакриламид, а в качестве сшивающего агента - смесь бихромата калия и тиосульфата натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Порох пироксилиновый или его смесь с баллиститным порохом - 40,0-65,0
Натриевая селитра - 6,0-15,0
Органическое горючее - 4,0-10,0
Полиакриламид - 0,3-2,0
Бихромат калия - 0,01-0,1
Тиосульфат натрия - 0,02-0,2
Вода - 10,0-25,0
Аммиачная селитра - Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он содержит в качестве растворимого в воде органического горючего карбамид, нитрат метиламина, этиленгликоль или глицерин.

3. Состав по п.1 или 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гранулированную аммиачную селитру.

4. Состав по п.3, отличающийся тем, что он содержит гранулированную аммиачную селитру в количестве 10-30 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2