ВЗРЫВНОЙ ПАТРОН

Полезная модель относится к взрывным патронам 7-го класса предохранительности, в частности к патронам диаметром 36-37 мм, применяемым в угольных шахтах, опасных по газу, или в разрабатываемых пластах, опасных по пыли, для взрывания в виде накладных зарядов: при пропуске угля (породы), застрявшего в углеспускных выработках и дроблении негабаритных кусков породы, при разрушении деревянных стоек, а также для взрывного способа распыления воды.
Из уровня техники известен взрывной патрон 7-го класса предохранительности ионит (ТУ 84-922-81. Вещества взрывчатые промышленные. Ионит предохранительный патронированный), содержащий заряд из предохранительного взрывчатого вещества на основе нитроэфиров, натриевой селитры, хлористого аммония, натриевой соли КМЦ стеарата кальция, талька, нитроклетчатки и соды кальцинированной, размещенный в снабженной влагоизолирующим покрытием бумажной оболочке, посредством заворота свободных концов которой перекрыты торцы заряда.
Известный патрон обладает низкими эксплуатационными характеристиками: невысокими предохранительными свойствами (по статистике при испытаниях в опытном штреке на соответствие 7-му классу предохранительности более чем в 80% опытах наблюдаются воспламенения метановоздушной среды 3 взрывными патронами в пучке массой 600 г); низкой детонационной способностью (передача детонации как между сухими взрывными патронами так и после выдержки их в воде осуществляется только при размещении патронов впритык - Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. - М, Недра, 1988. - с.297); имеющими место нарушениями целостности взрывных патронов из-за повышенной ломкости оболочки
заряда, выполненной из подпергамента, ненадежность перекрытия торцев заряда путем подгибания подпергамента с двух сторон с образованием так называемого "флажка" (Фиг.1), который нередко разворачивается, происходит высыпание материала заряда, открывается доступ воде внутрь заряда, и как следствие, наблюдаются частые отказы детонации. Кроме того, происходит снижение детонационной способности патрона из-за многослойности бумаги при выполнении "флажка" и имеющему место затеканию под него влагоизолирующей смеси с образованием пробки.
Задачей заявляемой полезной модели является создание взрывного патрона с улучшенными эксплуатационными характеристиками за счет оптимизации качественного и количественного состава заряда и предотвращения несанкционированного его контакта с окружающей средой до начала использования по назначению путем обеспечения целостности оболочки и повышения качества заделки торцев патрона.
2
2
2
Поставленная задача решается разработкой взрывного патрона, содержащего заряд из предохранительного взрывчатого вещества на основе нитроэфиров, натриевой селитры, хлористого аммония, натриевой соли КМЦ стеарата кальция, талька, нитроклетчатки и соды кальцинированной, размещенного в снабженной влагоизолирующим покрытием бумажной оболочке, посредством заворота свободных концов которой перекрыты торцы заряда. Особенность заключается в том, что торцы заряда выполнены конусообразно вогнутыми, заворот свободных концов оболочки выполнен в виде звездообразной складчатости, криволинейные ребра которой сходятся в центре каждого торца заряда с образованием выступающего элемента, запирающего внутренний объем оболочки, которая выполнена из бумаги для патронирования, взрывчатое вещество содержит в качестве нитроклетчатки - коллоксилин, натриевую соль КМЦ очищенную или техническую со степенью полимеризации не менее 400 и степенью замещения не менее 75, нитроглицерина в нитроэфирах 60-65%, при этом удельная поверхность частиц натриевой селитры - 600-900 см/г, хлористого аммония - 700-900 см/г, натриевой соли КМЦ - 2500-4000 см/г,
2
стеарата кальция - не менее 10000 см/г, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Нитроэфиры
8,5-9,5
Натриевая селитра
52,0-56,0
Хлористый аммоний
33,7-35,7
Натриевая соль КМЦ
0,8-1,2
Тальк
0,6-1,0
Стеарат кальция
0,4-0,6
Коллоксилин, свыше 100%
0,13-0,23
Сода кальцинированная,
свыше 100%
0,1-0,2
Количественные признаки заявляемой полезной модели являются оптимальными.
Снижение содержания нитроэфиров ниже 8,5% ведет к снижению передачи детонации между взрывными патронами на 1-2 см как у сухих, так и у патронов после выдержки в воде, а при увеличении их содержания выше 9,5% - снижаются предохранительные свойства (при испытаниях в опытном штреке в 5 опытах произошло 2 воспламенения метановоздушной среды 3 патронами в пучке массой 600 г с отражательной стенкой на расстоянии 20 см от мортиры).
Снижение содержания нитроглицерина в нитроэфирах ниже 60% приводит зачастую к отказам детонации, особенно для патронов после выдержки в воде, а увеличение его содержания выше 65% ведет к снижению предохранительных свойств взрывных патронов (наблюдались 1-2 вспышки в 5 опытах при испытаниях в опытном штреке).
Снижение содержания натриевой селитры ниже 52,0% ведет к снижению передачи детонации между патронами, а увеличение ее содержания выше 56,0% снижает предохранительные свойства патрона
Снижение содержания хлористого аммония ниже 33,7% снижает предохранительные свойства патрона, а повышение его содержания выше 35,7% ведет к снижению детонационной способности.
Снижение содержания натриевой соли КМЦ ниже 0,8% приводит к снижению передачи детонации между замоченными в воде патронами, а увеличение ее содержания выше 1,2% снижает передачу детонации между сухими патронами.
Снижение содержания талька ниже 0,6% ведет к снижению передачи как между сухими, так и замоченными в воде патронами, а увеличение его содержания выше 1,0% снижает предохранительные свойства патрона.
Снижение содержания стеарата кальция ниже 0,4% приводит к ухудшению водоустойчивости заряда, а увеличение его содержания выше 0,6% ведет к флегматизации заряда и ухудшению детонационной способности взрывных патронов.
Замена коллодионного хлопка (прототип) на коллоксилин лаковый марок ВВ, ПСВ, ЛМ по ГОСТ Р 50461-92 в заявляемых пределах позволила создать в составе заряда коллоидные системы нитроэфиров с более стойкими к внешним воздействиям структурами, в которых отсутствуют признаки экссудации нитроэфиров, и тем самым повысить предохранительные свойства патрона.
Снижение содержания коллоксилина ниже 0,13% приводит к появлению экссудации нитроэфиров, а повышение его содержания выше 0,23% ведет к появлению в заряде "жучков". "Жучки" представляют собой комочки коллоксилина размерами от 1,0 до 5,0 мм, пластифицированные нитроэфирами. В детонационной волне такие частицы, выгорая, способны воспламенить метановоздушную среду.
Для повышения детонационной способности взрывных патронов в предлагаемой полезной модели оболочка заряда выполнена из бумаги для патронирования по ГОСТ 6662-73, более эластичной по сравнению с подпергаментом (прототип).
Приведенный в заявляемой полезной модели дисперсный состав компонентов оптимален и определен на основе экспериментальных отработок в лабораторных и производственных условиях. Отклонение от указанных пределов по удельной поверхности частиц, хотя бы по одному компоненту, ведет к потере предохранительных и детонационных свойств патрона.
2
2
3
3
2
Снижение удельной поверхности частиц ниже 600 см/г для натриевой селитры и ниже 700 см/г для хлористого аммония ведет к переуплотнению заряда до 1,3 г/см (верхний предел плотности - 1,2 г/см), а отсюда - к повышению концентрации энергии в единице объема и потере предохранительных свойств взрывных патронов, а увеличение удельной поверхности частиц ионообменной пары солей - натриевой селитры и хлористого аммония - выше 900 см/г - влечет за собой резкое снижение предохранительных свойств за счет повышения реакционной способности пары из-за присутствия в ней пылевидных фракций (по анализу содержание фракции менее 100 мкм для натриевой селитры достигает 10, а хлористого аммония - до 40 мас.%).
Подобранная тонина помола натриевой соли КМЦ способствует более качественному опудриванию гидрофильных компонентов и защищает заряд в обводненных условиях взрывания.
2
2
Снижение удельной поверхности частиц как очищенной, так и технической натриевой соли КМЦ ниже 2500 см/г приводит к снижению передачи детонации между замоченными патронами, а ее увеличение выше 4000 см/г- - ведет к снижению детонации между сухими патронами за счет флегматизации заряда.
2
Снижение удельной поверхности частиц стеарата кальция ниже 10000 см/г ведет к снижению передачи детонации между выдержанными в воде патронами.
Использование в составе заряда натриевой соли КМЦ со степенью полимеризации менее 400 не обеспечивает детонационную способность замоченных в воде патронов. Натриевая соль КМЦ со степенью полимеризации менее 400 обладает низкой скоростью набухания в воде при попадании взрывных
патронов в обводненные условия - не создается защитный гелевый "каркас" по внутренней поверхности оболочки взрывного патрона, защищающий от размокания заряд.
Ипользование в составе заряда натриевой соли КМЦ со степенью замещения не менее 75 обусловлено тем, что марки натриевой соли КМЦ с меньшей степенью замещения обладают меньшей растворимостью за счет того, что в них понижено содержание основного вещества Пониженная скорость растворения не позволяет вовремя создать защитный "каркас" и тем самым обеспечить устойчивую передачу детонации между взрывными патронами в условиях обводненности. Марки натриевой соли КМЦ со степенью замещения менее 75 содержат большее количество кислот, чем марки со степенью замещения более 75, что снижает безопасность производства и применения нитроэфиросодержащих составов зарядов.
Возможность использовать как очищенную, так и техническую натриевую соль КМЦ позволяет, при введении последней в состав заряда снизить себестоимость изготовления патронов за счет ее более высокой технологичности при подготовке (операции сушки и измельчения занимают в 1,2-2 раза меньше времени, чем у очищенной). Важную роль при выборе данного компонента играет тот факт, что сырьевая база очищенной натриевой соли КМЦ находится в Узбекистане (г.Наманган).
Характеристики предлагаемой полезной модели и прототипа представлены в Таблице.
Таблица.
Наименование компонентов, мас.%
Заявляемое
и характеристик
техническое
Прототип
решение
1
2
3
Нитроэфиры (67-70% нитроглицерина)
-
9,0-11,0
Нитроэфиры (60-65% нитроглицерина)
8,5-9,5
-
Натриевая селитра
52,0-56,0
52,0-56,0
Хлористый аммоний
33,7-35,7
33,2-36,2
Натриевая соль КМЦ
0,8-1,2
0,8-1,2
Тальк
0,6-1,0
0,6-1,0
Стеарат кальция
0,4-0,6
0,4-0,6
Коллоксилин, свыше 100 %
0,13-0,23
-
Коллодионный хлопок, свыше 100 %
-
0,13-0,15
Сода кальцинированная, свыше 100 %
0,1-0,3
0,1-0,3
Материал оболочки взрывного патрона
Бумага для патронирования
Подпергмант
Предохранительные свойства взрывного патрона:
- количество воспламенений /
Количество опытов при взрывании
в метановоздушной среде 3
Патронов в пучке массой 600 г с
Отражательной стенкой на
0/5
3/5
Расстоянии 20 см
Передача детонации между патронами, см:
- сухими
4-5
Впритык
- после выдержки в воде
2-3
Впритык
Сравнение заявляемого патрона с прототипом показывает, что предложенный патрон отличается иным материалом оболочки; иной формой заделки торцев патрона (Фиг.2); иным компонентным и количественным составом заряда из предохранительного взрывчатого вещества; более тонкой дисперсностью ряда входящих в заряд сыпучих компонентов; более высокими предохранительными свойствами и более высокой детонационной способностью.
2
2
2
При патронировании на автомате материал заряда при помощи шарошек удаляется с обоих торцев на одинаковую глубину по оси патрона с образованием конусообразной вогнутости для создания эффекта кумулятивной струи из продуктов детонации. Образцы в виде патронов в оболочке из бумаги для патронирования диаметром 36-37 мм с содержанием в составе заряда нитроэфиров 8,5-9,5% с 60-65% нитроглицерина, натриевой селитры 52,0-56,0% с удельной поверхностью частиц 600-900 см/г, хлористого аммония 33,7-35,7% с удельной поверхностью частиц 700-900 см/г, натриевой соли КМЦ 0,8-1,2% со степенью полимеризации не менее 400 и степенью замещения не менее 75, талька 0,6-1,0%, стеарата кальция 0,4-0,6% с удельной поверхностью частиц не менее 10000 см/г, коллоксилина 0,13-0,23% и соды кальцинированной 0,1-0,2% прошли неоднократные контрольные испытания в ВостНИИ (г.Кемерово). Испытания показали, что патроны по всем показателям соответствуют требованиям, предъявляемым к патронам 7-го класса предохранительности и позволяют решить поставленную задачу, а также расширить арсенал взрывных патронов указанного класса, удовлетворить давно существующую потребность в патронах с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Все элементы заявляемого патрона изготавливаются промышленностью и не являются дефицитными. Предложенный взрывной патрон готовится ФНПЦ «Алтай» к внедрению в промышленное производство для серийного выпуска.