Взрывчатый состав

Изобретение относится к порошкообразным взрывчатым веществам высокой мощности, которые могут быть использованы для взрывания крепких пород в обводненных проходческих и очистных забоях на подземных горных работах, не опасных по газу и пыли при взрывании шпуровыми зарядами. Предложенный взрывчатый состав содержит нитроэфиры, аммиачную селитру кристаллическую и гранулированную, металлическое горючее, стеарат кальция, коллодионный хлопок, соду кальцинированную и масло машинное при соответствующем соотношении компонентов. Изобретение направлено на создание взрывчатого состава, обладающего улучшенными эксплуатационными свойствами за счет повышения эффективности его взрывного действия и скорости детонации путем продления нахождения металлического горючего или продуктов его неполного окисления в реакционной зоне детонационной волны при одновременном повышении технологичности и обеспечении стабильности физических свойств в процессе хранения. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к порошкообразным взрывчатым веществам высокой мощности, которые могут быть использованы для взрывания крепких пород в обводненных проходческих и очистных забоях на подземных горных работах, не опасных по газу и пыли при взрывании шпуровыми зарядами.

В технике известны различные взрывчатые составы высокой мощности, например: детониты М, 6А, 10A- 15А-10, аммонит скальный №1, аммоналы [1, 2, 3]. Из перечисленных ВВ наибольшее практическое применение получил детонит М, т.к. он по совокупности свойств: по теплоте взрыва и восприимчивости к детонационному импульсу (передаче детонации между патронами) превосходит остальные [4]. По сравнению с детонитом 15А-10 - он менее чувствителен к механическим воздействиям, по сравнению с детонитами 6А и 10А - более мощный, по сравнению с аммонитом скальным №1 и аммоналами - имеет более высокую передачу детонации между патронами. Детонит М в соответствии с ГОСТ 21986-76 имеет следующий состав:

Таблица 1
Наименование компонентов	Содержание компонентов, %
Нитроэфиры	10±1,0
Селитра аммиачная, кристаллическая	78±2,0
Пудра алюминиевая	10,7±1,0
Стеарат кальция	1±0,3
Коллодионный хлопок	0,3±0,05
Сода кальцинированная (сверх 100%)	0,2-0,3
Масло машинное (сверх 100%)	0,2-0,3

При пересчете исходя из 100 мас.% общего состава содержание компонентов состава детонита М, принятого за прототип, будет следующим:

Нитроэфиры	8,95-10,95
Пудра алюминиевая	9,65-11,65
Стеарат кальция	0,69-1,29
Коллодионный хлопок	0,25-0,35
Сода кальцинированная	0,2-0,3
Масло машинное	0,2-0,3
Селитра аммиачная кристаллическая	Остальное

При всех своих достоинствах состав по прототипу обладает недостаточно высокой эффективностью взрывного действия (сумма фугасного и бризантного действия, характеризующая общую полезность при использовании взрывчатого вещества), недостаточно высокой скоростью детонации. Кроме того, состав имеет низкую технологичность в связи с необходимостью энергоемкого измельчения основного компонента (аммиачная селитра) и высокую слеживаемость из-за мелкодисперсности последнего. Все эти недостатки отрицательно отражаются на эффективном использовании данного взрывчатого состава, т.е. в итоге снижают его эксплуатационные свойства.

Задачей настоящего изобретения является разработка рецептуры взрывчатого состава с улучшенными эксплуатационными свойствами за счет повышения эффективности его взрывного действия и скорости детонации путем продления нахождения металлического горючего или продуктов его неполного окисления в реакционной зоне детонационной волны при одновременном повышении технологичности и обеспечении стабильности физических свойств в процессе хранения.

Поставленная задача решается предлагаемой рецептурой взрывчатого состава, который содержит нитроэфиры, аммиачную селитру, металлическое горючее, стеарат кальция, коллодионный хлопок, масло машинное, соду кальцинированную. Особенность заключается в том, что состав содержит кристаллическую и гранулированную аммиачную селитру, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нитроэфиры	9,0-11,0
Аммиачная селитра гранулированная	10,0-40,0
Металлическое горючее	9,7-11,7
Стеарат кальция	0,7-1,3
Коллодионный хлопок	0,25-0,35
Сода кальцинированная	0,2-03
Масло машинное	0,2-0,3
Аммиачная селитра кристаллическая	Остальное

При этом в качестве металлического горючего состав содержит алюминий, ферросилиций или сплавы: ферросиликоалюминиевый, алюминиевокремниевый.

Так же, как и в прототипе, нитроэфиры являются сенсибилизаторами, коллодионный хлопок - загустителем нитроэфиров, аммиачная селитра является окислителем, металлическое горючее - высокоэнергетическая добавка, позволяющая повысить теплоту взрыва и детонационные характеристики, сода кальцинированная - стабилизатор химической стойкости, масло машинное - технологическая добавка, улучшающая патронируемость состава, стеарат кальция - гидрофобная добавка, замедляющая увлажняемость состава, вместо стеарата кальция может использоваться стеарат цинка.

При проведении экспериментальных исследований был зарегистрирован неизвестный до сих пор факт повышения скорости детонации и эффективности взрывного действия состава, в котором компоненты совпадают с компонентами состава по прототипу, но один из них имеет две степени дисперсности (кристаллическую и гранулированную). Данный экспериментальный факт необычен, т.к. общеизвестно, что увеличение размера частиц аммиачной селитры в составе ведет к снижению скорости детонации и других детонационных характеристик взрывчатого вещества.

В таблице 2 приведены данные по скорости детонации патронов диаметром 36 мм в зависимости от содержания гранулированной аммиачной селитры в составе. В экспериментах кристаллическая аммиачная селитра использовалась с удельной площадью поверхности 800-900 см²/г. Скорость детонации по сравнению с прототипом растет с увеличением доли гранулированной аммиачной селитры до 40 мас.%, а затем падает.

Таблица 2
Содержание гранулированной аммиачной селитры, мас.%	Скорость детонации, м/с
0 (прототип)	4200
20	4280
30	4500
40	4700
50	4600
60	4100

Эффективность взрывчатого вещества определяется по методике, разработанной ВостНИИ по степени обжатия свинцового крешера продуктами детонации заряда через массивную наковальню, и отражает наиболее реальную картину работы взрыва взрывчатого вещества, близкую к натурным условиям [5]. Эксперименты проводились в массивном цементном блоке, в котором мощность взрывчатого вещества реализуется максимально. При замене части кристаллической аммиачной селитры на гранулированную в количестве до 40 мас.% растет эффективность действия взрывчатого вещества, т.е. максимальная его полезность при использовании в практике взрывного дела (Таблица 3).

Повышение эффективности, на наш взгляд, происходит за счет того, что окислительно-восстановительные процессы в реакционной зоне детонационной волны протекают не мгновенно, а в несколько стадий.

На первой стадии окисляются частицы металла за счет кислорода кристаллической аммиачной селитры, затем окисляются кислородом гранулированной аммиачной селитры частицы металла, не успевшие окислиться на первом этапе, или его продукты неполного окисления (AlOH, Al₂O и др.). Т.е. такое поэтапное выделение кислорода продлевает нахождение металлического горючего или продуктов его неполного окисления в реакционной зоне детонационной волны, что положительно сказывается на полноте окисления энергетической добавки, повышении температуры и объема (при этой температуре) газообразных продуктов, а следовательно, и на тепловыделении в детонационной волне, ответственной за эффективность взрывного действия взрывчатого вещества.

В данном случае многостадийность перехода исходных веществ в продукты взрыва приводит к увеличению эффективности заявляемого состава. Кристаллическая аммиачная селитра несет функцию "буферного вещества", является связующим мостиком между нитроэфирами и гранулированной аммиачной селитрой. Примером использования "буферного вещества" для повышения детонационных характеристик являются скальные аммониты [1], в которых "буферным веществом" является тротил.

Эффект прироста мощности более ощутим при использовании менее реакционноспособных металлических горючих. Например, ферросилиций обладает меньшей реакционной способностью, чем алюминий, казалось бы, при равных условиях эксперимента полнота окисления его должна быть ниже, ниже и эффективность взрывчатого вещества на его основе.

Но при дозированном выделении кислорода он полностью успевает прореагировать в зоне химических реакций и позволяет на его основе достичь более высокой эффективности взрывчатого вещества, чем на основе алюминия по прототипу. Эффект проявляется именно при комбинации селитры разной дисперсности. При использовании только гранулированной селитры снижается общая реакционная способность взрывчатого вещества, что проявляется в существенном падении скорости и передачи детонации, отрицательно сказывается на полноте протекания химической реакции, а следовательно, и эффективности. При использовании только кристаллической аммиачной селитры выделившийся на первой стадии кислород окислителя расходуется полностью в первичных реакциях, т.е. до того момента, когда весь алюминий готов вступить в реакцию.

Сравнение заявляемого состава с прототипом показало, что хотя они и имеют одинаковые компоненты, но заявляемая рецептура отличается наличием аммиачной селитры двух видов дисперсности (в прототипе - только один вид - кристаллическая), т.е. предложение обладает новизной.

Сравнение заявляемой рецептуры взрывчатого вещества не только с прототипом, но и с другими составами показало, что в технике неизвестен взрывчатый состав с металлическим горючим, в котором бы имела место замена части кристаллической аммиачной селитры на гранулированную. А именно такая замена обусловила достижение технического результата - продлить нахождение металлического горючего или продуктов его неполного окисления в реакционной зоне детонационной волны и позволила решить поставленную задачу.

Такое решение явно не вытекает из существующего уровня техники и не было очевидным для специалистов, что дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем.

Изготовление состава производится известным в технике способом и на известном оборудовании. Необходимость же наличия взрывчатого состава с более высокими эксплуатационными свойствами не вызывает сомнений. Таким образом, предложение имеет третий признак изобретения - промышленную применимость.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были изготовлены пять рецептур, три из которых показали оптимальные результаты (Таблица 3).

Примечание: Значения в числителе для заявляемого состава с алюминием, в знаменателе - с ферросилицием.

Составы №1 и №5 обладают незначительным повышением эффективности. Кроме того, состав №5 имеет заметно пониженную передачу детонации между патронами.

Составы №№2, 3 и 4 с заявленными пределами по содержанию гранулированной аммиачной селитры по мощности превосходят прототип как в составах с алюминием, так и в составах с ферросилицием. По передаче детонации и другим эксплуатационным характеристикам заявляемый состав находится на уровне требований, предъявляемых ГОСТ 21986-76.

По сравнению с прототипом заявляемый состав требует меньше энергозатрат на изготовление, т.к. часть аммиачной селитры используется в виде гранул, и менее склонен к слеживаемости. Следует особо отметить, что замена части кристаллической аммиачной селитры на гранулированную позволяет использовать в составе не только алюминий, но и менее реакционноспособный ферросилиций, а также другие сплавы кремния: ферросиликоалюминиевый и алюминиевокремниевый. Эффективность заявляемого состава на их основе выше эффективности прототипа. Сплавы кремния с железом и алюминием в отличие от алюминия не дефицитны, более дешевы и менее горючи и чувствительны к искре.

Заявляемая рецептура взрывчатого состава прошла опытную проверку в условиях опытно-промышленного стенда и готовится к внедрению в производство.

Источники информации

1. Поздняков З.Г, Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. - М.: Недра, 1977 г.

2. Рооси Б.Д, Поздняков З.Г. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. - М.: Недра, 1971 г.

3. Ерамасов Е.А, Анаскин Н.А. Дорошков В.А. Авторское свидетельство №1619663 от 08.09.90 г.

4. Перечень взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывного дела, допущенных ГОСГОРТЕХНАДЗОРОМ России к постоянному применению. Издательство МРГУ, 1996 г.

5. Руднев А.Ю., Удовиченко В.П., Петров Е.А. и др. Отработка методик определения работоспособности промышленных ВВ. "Материалы и технологии XXI века", Москва: ИЭИ "Химмаш", 2000 г.

1. Взрывчатый состав, содержащий нитроэфиры, аммиачную селитру, металлическое горючее, стеарат кальция, коллодионный хлопок, масло машинное, соду кальцинированную, отличающийся тем, что он содержит кристаллическую и гранулированную аммиачную селитру при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитроэфиры	9,0-11,0
аммиачная селитра гранулированная	10,0-40,0
металлическое горючее	9,7-11,7
стеарат кальция	0,7-1,3
коллодионный хлопок	0,25-0,35
сода кальцинированная	0,2-0,3
масло машинное	0,2-0,3
аммиачная селитра кристаллическая	остальное.

2. Взрывчатый состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлического горючего он содержит алюминий, ферросилиций, ферросиликоалюминиевый или алюминиевокремниевый сплав.