Взрывчатая смесь
Изобретение относится к водоустойчивым промышленным взрывчатым веществам. Взрывчатая смесь содержит 0,5-1,5 мас.% калиевой селитры, 7,0-9,0 мас.% динитронафталина, 7,0-9,0 мас.% тротила и аммиачную селитру (остальное). Изобретение направлено на повышение безопасности применения взрывчатой смеси за счет снижения чувствительности к механическим воздействиям и токсичности композиции, а также на повышение эффективности за счет высокой насыпной плотности. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к водоустойчивым промышленным взрывчатым веществам (ВВ), а именно аммиачно-селитренным, предназначенным для открытых и подземных работ, за исключением шахт и рудников, опасных по газу или пыли.
Среди известных взрывчатых смесей аммиачно-селитренные ВВ имеют наибольшее прикладное значение. Разнообразные условия применения ВВ в горной промышленности, строительстве и для многих других промышленных целей, а также в военной технике предъявляют жесткие требования к бризантным ВВ данного класса.
Взрывчатые вещества должны обладать большой мощностью, при этом быть безопасными в обращении, иметь достаточную чувствительность к начальному импульсу, быть стойкими при хранении и определенных условиях их применения.
Известно промышленное взрывчатое вещество Аммонит №6ЖВ (ГОСТ 21984-76), которое широко применяется в настоящее время для заряжания шпуров и скважин при ведении взрывных работ в горной промышленности.
Указанное промышленное ВВ Аммонит № 6ЖВ состоит из 79% окислителя - аммиачной селитры и 21% взрывчатого горючего - тротила или гранулотола марки А.
Несмотря на большие значения энергетических и детонационных характеристик и достаточно высокий уровень бризантности (14-15 мм) Аммонит №6ЖВ имеет ряд существенных недостатков. Это связано, в первую очередь, с низким уровнем безопасности при его изготовлении и использовании ввиду наличия в составе взрывчатой смеси существенного количества тротила, оказывающего вредное влияние на человека и окружающую среду (ПДК=0,5 мг/м3), а также обладающего относительно высокой чувствительностью к механическим воздействиям. Кроме того, производство тротила является экологически опасным производством. Исходя из этих соображений в развитых странах резко ограничено как производство, так и применение тротила в мирное время.
Использование высокого содержания дорогостоящего тротила приводит к повышению стоимости взрывчатого вещества.
Также известно введение в состав аммонитов калиевой селитры. Количество вводимой калиевой селитры обычно составляет не менее 10% (Б.Я.Светлов и др. Теория и свойства промышленных взрывчатых веществ, Москва, 1973, изд. «Недра», с.106). Однако введение такого количества калиевой селитры уменьшает бризантность и создает условия, при которых ВВ не функционирует от стандартных средств инициирования.
По своей технической сущности и достигаемому результату наиболее близкой к разработанной взрывчатой смеси является смесь, включающая аммиачную селитру и бризантное взрывчатое вещество, состоящее из динитронафталина и тротила (RU №2253643 С1, 04.06.2002, описание - табл.5, образец №39). Компоненты указанного образца содержатся в следующих количествах, мас.%: смесь динитронафталина с тротилом - 38,3, аммиачная селитра - 61,2. В известной смеси также содержится жидкое горючее - 0,5 мас.%, в качестве которого могут применяться жидкие нефтепродукты, растительные или каменноугольные масла с целью использования данной взрывчатой смеси в обводненных скважинах.
При использовании порошкообразного металлического и органического горючего технология конечного продукта становится более трудоемкой.
Во взрывчатом веществе по прототипу содержится значительное количество тротила (более 22 мас.% в смеси с динитронафталином в качестве горючего компонента, что соизмеримо с количеством тротила, содержащегося в Аммоните № 6ЖВ). Это повышает уровень его токсичности и снижает безопасность применения, а наличие в качестве одного из компонентов жидкого горючего усложняет технологию получения конечного продукта и повышает энергозатраты.
Содержание окислителя только в форме аммиачной селитры не позволяет регулировать кислородный баланс. При этом введение аммиачной селитры в двух агрегатных состояниях: в виде водного раствора и в виде твердого вещества значительно усложняет технологию, отрицательно влияет на характеристики ВВ, снижает энергию взрыва, а наличие даже небольшого количества влаги приводит к отказам и неполной детонации патронов.
Задачей настоящего изобретения является улучшение основных взрывотехнических свойств (бризантности, критического диаметра детонации, скорости детонации), повышение безопасности применения ВВ, уменьшение токсичности композиции, снижение потребления тротила и меньшая стоимость промышленного ВВ.
Поставленная задача решается тем, что взрывчатая смесь, включающая аммиачную селитру и бризантное взрывчатое вещество, состоящее из динитронафталина и тротила, дополнительно содержит калиевую селитру при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Калиевая селитра | 0,5-1,5 |
| Динитронафталин | 7,0-9,0 |
| Тротил | 7,0-9,0 |
| Аммиачная селитра | остальное |
В качестве тротила указанная смесь может содержать гранулотол марки А.
В предложенном составе ВВ жидкое горючее полностью исключено, а селитренная часть в отличие от известного состава представлена двумя ингредиентами - калиевой и аммиачной селитрой.
В составе взрывчатого вещества в качестве окислителя используется водоустойчивая гранулированная или кристаллическая аммиачная селитра (ГОСТ 14702-79), выполняющая также роль антистатической добавки, предотвращающей накопление зарядов статического электричества, что повышает безопасность изготовления и применения взрывчатой смеси.
Введение калиевой селитры - калия азотнокислого (ГОСТ 19790-74) в количестве 0,5-1,5 мас.%, то есть в количестве значительно меньшем по сравнению с прототипом увеличивает бризантность, создает условия функционирования ВВ от стандартных средств инициирования, а также позволяет использовать калиевую селитру в качестве дополнительного окислителя при корректировке кислородного баланса для снижения количества продуктов взрыва.
В качестве взрывчатого горючего используются тротил (ГОСТ 411778) или гранулотол марки А (ГОСТ 25857-83), являющийся одновременно горючим, сенсибилизатором и энергонесущим компонентом заявляемой взрывчатой смеси.
В качестве дополнительного взрывчатого горючего используется динитронафталин (ГОСТ 6599-76), введение которого в состав ВВ за счёт снижения количества тротила позволяет повысить безопасность транспортирования, хранения ВВ и ведения взрывных работ за счёт более высокой ПДК и низкой чувствительности к механическим воздействиям, т.е. компонент одновременно выполняет функции и флегматизатора.
По сравнению с прототипом смесь является низкотротильным ВВ и его производят по специальной технологии путём смешения аммиачной селитры, технического динитронафталина, тротила и калиевой селитры.
При этом исходные компоненты должны отвечать определённым требованиям в отношении их влажности и гранулометрического состава. После смешения готовый порошок аммонита патронируют. Технология взрывчатого состава проста, не требует сложного оборудования и легко осуществима в действующих производствах соответствующего профиля и не требует значительных затрат. Тогда как прототип требует организацию и создание новых технологических процессов и проведения дополнительных экспертиз промышленной безопасности как при производстве, так и при применении.
Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется нижеприведёнными экспериментальными данными.
В таблице 1 приведены рецептуры взрывчатых композиций по примерам конкретного выполнения, а в таблице 2 - их взрыво-технические и энергетические характеристики в сравнении с прототипом, в таблице 3 - результаты контрольных испытаний ВВ с содержанием калиевой селитры в заявленных граничных значениях и при содержании калиевой селитры за пределами этих значений.
Известно, что механический эффект от взрыва для бризантных ВВ оценивают по дробящему действию, проявляющемуся в непосредственной близости к заряду. Дробящее действие бризантных ВВ связано со скоростью детонации и насыпной плотностью, а введение в состав ВВ калиевой селитры существенно увеличивает его насыпную плотность до 1120 кг/м3 по сравнению с прототипом (см. таблицу 2 описания изобретения).
Результаты испытаний, представленные в таблице 2, показывают, что, в отличие от прототипа, шашки из заявляемого состава обладают меньшей чувствительностью к механическим воздействиям, и при этом композиция по изобретению не уступает прототипу по основным энергетическим и детонационным свойствам.
Сопоставительный анализ технических характеристик ВВ различных составов на основе аммонита, приведенных в таблице 3, показывает, что введение калиевой селитры только в заданных соотношениях обеспечивает получение нового положительного эффекта. Увеличение или уменьшение количества калиевой селитры в составе ВВ отрицательно влияет на основные характеристики взрывчатого вещества, а именно уменьшает бризантность и создает условия, при которых ВВ не функционирует от стандартных средств инициирования.
Заявленный многокомпонентный состав ВВ позволяет получить оптимальный кислородный баланс, который обеспечивает необходимые параметры функционирования патронов диаметром 32 мм, в т.ч. обеспечение нормативного показателя по бризантности и возможности безотказного инициирования. Данные показатели для патронов этого типа являются определяющими.
Самый близкий аналог рассматриваемого патрона - это патрон диаметром 32 мм из аммонита 6ЖВ. Недостатком этого аналога является наличие в составе тротила (21%), что является основным его недостатком по причине высокой опасности, экологическому воздействию на окружающую среду.
Технический эффект в данном изобретении достигается за счёт выбранных компонентов, их количественного соотношения, обеспечивающих оптимальные значения полноты химического превращения, кислородного баланса, стабильности компонентного состава. То есть в изобретении приведен иной, не известный ранее компонентный состав.
Низкотротильная взрывчатая смесь, соответствующая данному изобретению, проверена с получением положительных результатов при отбойке горных пород различной крепости (с коэффициентом крепости до 20 по шкале М.М.Протодъяконова).
Заряжание скважин осуществлялось ручным способом по существующей технологии ведения взрывных работ с использованием штатных систем инициирования зарядов. Взрывчатая смесь не пылит, не слеживается, стабильна в процессе хранения и применения.
Настоящее взрывчатое вещество под техническим названием Аммонит №6ЖВ-ДНН реализуется для промышленного применения. Термин «аммонит» принят в соответствии с требованиями нормативной документации для отнесения к определенной группе взрывчатых материалов промышленного назначения.
| Таблица 1 | ||||
| Компоненты взрывчатой смеси | Содержание в составе, % (массовая доля) | |||
| Прототип | Примеры выполнения | |||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Калиевая селитра | - | 1,5 | 1,0 | 0,5 |
| Динитронафталин | * | 9,0 | 8,0 | 7,0 |
| Тротил или гранулотол марки А | 38,3 | 7,0 | 8,0 | 9,0 |
| Аммиачная селитра | 61,2 | 82,5 | 83,0 | 83,5 |
| Примечание: * - в прототипе динитронафталин (ДНН) указан в смеси с тротилом (ДНН+тротил) |
| Таблица 2 | ||||
| Основные взрыво-технические и энергетические характеристики | прототип | Составы из табл.1, по примерам | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Бризантность, мм (ГОСТ 5984-80) | 13 | 14,5 | 14,7 | 14,7 |
| Чувствительность к механическим воздействиям: | ||||
| - чувствительность к удару в приборе №2, нижний предел, мм; (ГОСТ 4545-88) | 500 | 510 | 510 | 510 |
| - чувствительность к трению на приборе К-44-Ш, | ||||
| нижний предел давления прижатия, кгс/см2 (ГОСТ Р 50835-95) | 3365 | 3420 | 3433 | 3435 |
| Насыпная плотность, кг/м3 | 820 | 1120 | 1120 | 1120 |
| Скорость детонации, км/с | 4,2 | 3,6 | 3,8 | 3,9 |
| Критический диаметр детонации открытого заряда, мм | 20 | 12 | 12 | 12 |
| Восприимчивость к детонационному импульсу | Не нормируют | Безотказно детонирует от промышленных средств взрывания, допущенных к постоянному применению |
| Таблица 3 | ||||
| Результаты контрольных испытаний аммонита 6ЖВ-ДНН ТУ 7276-002-54900763-2007 при различном содержании калиевой селитры | ||||
| Наименование компонентов | Содержание компонентов, % | Кислородный баланс, % | Бризантность, мм | |
| 1 | Аммиачная селитра | 82,5 | ||
| Калиевая селитра | 1,5 | +0,05 | 14,8 | |
| ТНТ+ДНН | 16,0 | |||
| 2 | Аммиачная селитра | 83,25 | ||
| Калиевая селитра | 0,75 | -0,09 | 15,2 | |
| ТНТ+ДНН | 16,0 | |||
| 3 | Аммиачная селитра | 83,5 | ||
| Калиевая селитра | 0,5 | -0,06 | 14,2 | |
| ТНТ+ДНН | 16,0 | |||
| 4 | Аммиачная селитра | 83,6 | ||
| Калиевая селитра | 0,4 | -0,26 | 11,0 | |
| ТНТ+ДНН | 16 | |||
| 5 | Аммиачная селитра | 83,8 | ||
| Калиевая селитра | 0,2 | +0,2 | 13,0 | |
| ТНТ+ДНН | 16,0 | |||
| 6 | Аммиачная селитра | 82,0 | ||
| Калиевая селитра | 2,0 | +0,15 | 13,0 | |
| ТНТ+ДНН | 16,0 | |||
| 7 | Аммиачная селитра | 80,0 | ||
| Калиевая селитра | 4,0 | +0,5 | 12,9 | |
| ТНТ+ДНН | 16,0 | |||
| 8 | Аммиачная селитра Калиевая селитра |
77,0 7,0 |
+1,1 | 12,2 |
| ТНТ+ДНН | 16,0 | |||
| 9 | Аммиачная селитра | 74,0 | ||
| Калиевая селитра | 10,0 | +1,72 | 11,9 | |
| ТНТ+ДНН | 16,0 |
1. Взрывчатая смесь, включающая аммиачную селитру и бризантное взрывчатое вещество, состоящее из динитронафталина и тротила, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит калиевую селитру при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Калиевая селитра | 0,5-1,5 |
| Динитронафталин | 7,0-9,0 |
| Тротил | 7,0-9,0 |
| Аммиачная селитра | Остальное |
2. Взрывчатая смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве тротила она содержит гранулотол марки А.
