Состав для буровзрывных работ

Изобретение относится к взрывчатым веществам, используемым при проведении буровзрывных работ различного назначения в промышленности, в частности для отбойки блочного камня и разрушения различных объектов в щадящем режиме. Предложен взрывчатый состав, содержащий твердый окислитель - хлорат натрия, горючее - твердый углеводород в виде трубок, сот, ленты "коррекс", пленки и катализатор - хлорид натрия. В качестве твердых углеводородов состав может содержать полиэтилен, полипропилен, полистирол. Изобретение направлено на создание взрывчатого состава, обладающего меньшим разбросом по периоду индукции, большей надежностью и безопасностью при проведении взрывных работ по сравнению со штатными аналогами. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к взрывчатым материалам на основе хлоратов щелочных металлов, органических соединений и энергетических добавок, используемых при проведении буровзрывных работ различного назначения в промышленности, в частности для отбойки блочного камня и разрушения различных объектов (валунов, фундаментов, негабаритов и т.д.) в щадящем режиме.

В настоящее время в народном хозяйстве широко используются взрывчатые вещества, основу которых составляет аммиачная селитра [1]. Большинство из них обладает хорошими эксплуатационными свойствами. Известно применение взрывчатых веществ на основе хлоратов и перхлоратов калия, а также перхлората аммония в первую мировую войну во Франции, Англии и Германии для снаряжения минометных и бомбометных снарядов [2, 3]. Однако при использовании для отбойки блочного камня упомянутых выше составов выход готовой продукции составляет не более 20% [2] вследствие детонационного воздействия продуктов взрыва на породу. Для снижения вредного действия взрыва используются различные методы и средства, например, заряды рыхления с пониженными удельными расходами ВВ; конструкции зарядов мягкого нагружения с воздушными, водяными зазорами и промежутками, заполненные этими и другими инертными средами [3]. В последнее время при добыче блочного камня стараются использовать вещества, создающие давление в шпуре за счет реакции горения в дефлаграционном, а не детонационном режиме, либо в режиме низкоскоростной детонации. Использование составов (композиций) с пониженной скоростью детонации, например, Граниленов-1, -2, -3, Форситов решает эту проблему лишь частично: возрастает цена, возникают экологические проблемы и т.п.

Возврат на некоторых карьерах к применению черного пороха - вынужденная мера, ибо опасность обращения с ним общеизвестна. Несмотря на это, использование черного пороха, как и Граниленов, Форситов при добыче блочного камня объясняется их хорошими динамическим параметрами процесса физико-химического превращения - коротким временем срабатывания (от микросекунд до нескольких миллисекунд).

В настоящее время особый интерес представляют составы на основе хлората натрия (ХН) и жидких и твердых углеводородов (УВ) (например, дизельное топливо, минеральное масло, полиэтилен, полипропилен) в силу их дешевизны, возможности механизировать транспортные и зарядные операции; нет противопоказаний для непосредственного приготовления двухкомпонентных составов на шахте (карьере), что повышает уровень безопасности работ. Согласно проведенным предварительным термодинамическим расчетам работоспособность продуктов сгорания (RT) - основная составляющая в работе взрыва - состава на основе стехиометрической смеси ХН и УВ имеет RT≈720 кДж/кг. Большие значения RT могут быть получены при использовании композиции на основе перхлоратов, в первую очередь, перхлората аммония. Более широкое использование таких композиций было ограничено, в основном, из-за высокой стоимости, особенно на основе перхлората аммония [1]. В настоящее время они нашли применение только в Японии (карлиты) и частично во Франции (севрониты). Составы на основе хлоратов дешевле и безопаснее в обращении.

Другим преимуществом составов на основе перхлоратов и хлоратов является их более высокая плотность по сравнению со смесями на основе аммиачной селитры (плотность селитры - 1730 кг/м³, плотность хлората натрия - 2490 кг/м³ [4]).

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является состав для буровзрывных работ по патенту России №2152376 С1, 10.07.2000, МПК 7 С 06 В 29/08 [5]. Состав по данному патенту состоит из твердого окислителя - хлората натрия и горючих - жидких и твердых углеводородов при соотношении: жидкие углеводороды 7÷11,6 мас.%, твердые углеводороды 17,3÷20,9 мас.% и остальное хлората натрия. Состав в качестве жидких углеводородов содержит дизельное топливо, керосин или мазут, в качестве твердых углеводородов - полиэтилен, полипропилен или полистирол. Главным недостатком составов с применением жидких углеводородов и твердых углеводородов в виде порошка является возможность при превышении величины критического диаметра заряда перехода горения из режима дефлаграционного в детонационный с сильной бризантностью (дробящим эффектом). Другим недостаткам прототипа является повышенная гигроскопичность при хранении и связанный с этим переменный период индукции. Это чревато неодновременным срабатыванием зарядов и как следствие - отказом.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание композиции с меньшей зависимостью от условий хранения, меньшим разбросом по периоду индукции - большей надежностью при проведении взрывных работ, снижение себестоимости состава и повышение безопасности работ, сохранив преимущества прототипа.

Для решения поставленной задачи предлагается состав для буровзрывных работ, содержащий твердый окислитель - хлорат натрия, твердый углеводород в виде трубок, сот, ленты "коррекс", пленки и дополнительно содержит хлорид натрия в качестве катализатора при соотношении компонентов, мас.%:

твердый углеводород в виде трубок, сот, ленты "коррекс", пленки	- 4,3÷19,8
хлорид натрия	- 5÷15;
хлорат натрия	остальное

Замена хлората натрия на хлораты калия или кальция и соответственно хлорида натрия на хлориды калия или кальция должно привести к аналогичным результатам. Поскольку хлорат натрия является более распространенным и дешевым продуктом, то дальнейшие данные приводятся только для композиции на основе хлората натрия. Выбор определенного состава (доли хлорида натрия в композиции) проводился с учетом данных, полученных при исследовании скоростей горения как при атмосферных условиях, так в манометрической бомбе (имитация натурных условий), с учетом термодинамики процесса. В зависимости от класса углеводорода работоспособность смеси может изменяться не более чем на 15%, причем у парафинов (общая формула C_nH_2n+2) выше, а у ароматических углеводородов (общая формула С_nН_n) ниже, чем у олефинов (общая формула C_nH_2n). Изменение работоспособности заряда за счет изменения класса углеводорода также проявляется на скорости горения. Ниже, в таблице 1 приведены данные сравнительных испытаний на лабораторной установке при атмосферных условиях, а в таблице 2 - в манометрической бомбе. Для получения более достоверных данных все испытания как минимум дублировались.

Таблица 1 Влияние содержания NaCl в композиции хлората натрия с полиэтиленом на линейную скорость горения
NaCl, мас.%	о	4.8	9.1	13.1	20	30
U, mm/c	1.01	1.01	0.96	1.02	0.85	0.83
Z	1.0	1.0	0.95	1.02	1.05	0.92

В первой строке таблицы представлены данные по содержанию хлорида натрия в композиции. Во второй строке - экспериментальные данные по влиянию хлорида натрия на линейную скорость горения. В последней строке таблицы представлены данные Z - отношение экспериментально измеренной скорости горения к расчетной, определенной по величине коэффициента избытка окислителя (из апроксимирующего уравнения после обработки массива экспериментальных данных). Из [4] следует, что введение в хлорат натрия хлорида натрия не только снижается гигроскопичность, но и стоимость состава, тем самым улучшая его эксплуатационные характеристики: Однако увеличение содержания хлорида натрия свыше 15% нерентабельно как из-за снижения линейной скорости горения, так и из-за заметного падения энергетики процесса (см. таблицу 2).

Таблица 2 Влияние содержания хлорида натрия в композиции на динамические и энергетические параметры процесса
NaCl, мас.%	0	4.8	9.1	13.1
τинд, сек	0,32	0,23	0,20	0,11
RT. кДж/кг	472	447	430	403
RTi/RT0	1.00	0.95	0.91	0.85

Из таблицы видно, что увеличение содержания хлорида натрия в композиции приводит к сокращению периода индукции (вторая строка), т.е. к улучшению динамических характеристик состава. Вместе с тем, увеличение содержания свыше 15% приводит к заметному (15 и более %) снижению энергетики, что должно привести к перерасходу состава (3 и 4 строки таблицы) при эксплуатации на карьере. Как и для результатов таблицы 1 эксперименты как минимум дублировались. Данные по энергетике следует рассматривать как качественные в силу отсутствия надлежащей теплоизоляции и аттестации манометрической бомбы. Поскольку испытания проводились в идентичных условиях, то выводы по качественному влиянию на энергетику процесса следует считать оправданными.

Таблица 3. Влияние класса углеводорода на линейную скорость горения смеси с хлоратом натрия (содержание хлорида натрия 13,1 мас.%)
Класс УВ	Полиолефины	Полиолефиы с ароматическим ядром	Парафины
Концентрация, мас.%	4,3	9,1	19,8	4,4	8,7	19,8	4,3	8,9	19,8
U, мм/с	0,64	1,02	0,99	0,51	0,97	0,72	0,64	1,04	0,95

Возможность технического осуществления изобретения не вызывает сомнения, так как

1 - все компоненты состава производятся отечественной промышленностью без ограничений,

2 - технология получения смесей практически аналогична технологии получения смесей с перхлоратом аммония, но более безопасна.

На предложенных составах были проведены натурные испытания и отработана технология их изготовления.

Источники информации

1. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. - М.: Недра, 1973. - 320 с.

2. Лигоцкий Д.Н. // Потери гранита при добыче и обработке: Проблемы теории проектирования карьеров: Межвуз. Сб. науч. тр. СПб, 1995. с 76-77.

3. Котов Л.Р., Куценко Я.С., Кулакевич Я.С. и др. Шланговые заряды для отбойки гранитных блоков // Физические проблемы разрушения массивов горных пород. Сборник трудов Международной научной конференции, Москва, 1999 г., 7-11 сентября, с 217-218.

4. Шрайбер С.С. Производство бертолетовой соли и других хлоратов. - М: ГОНТИНКТП, 1938. - 367 с.

5. Патент России №2152376 от 10.12.1998 г.

1. Состав для буровзрывных работ, содержащий твердый окислитель - хлорат натрия, горючее - твердый углеводород, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорид натрия в качестве катализатора, а твердый углеводород он содержит в виде трубок, сот, ленты "коррекс", пленки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Твердый углеводород в виде трубок, сот, ленты "коррекс", пленки	4,3-19,8
Хлорид натрия	5,0-15
Хлорат натрия	Остальное

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых углеводородов он содержит полиэтилен, полипропилен, полистирол.