Взрывчатый состав
EXPLOSIVE COMPOSITION

Изобретение относится к промышленным взрывчатым составам на основе аммиачной селитры, которые применяют на взрывных работах в карьерах и подземных рудниках (шахтах) горнодобывающих предприятий при разработке горных пород, в том числе содержащих сульфидные руды.
Из уровня техники известен ряд взрывчатых составов с использованием аммиачной селитры и нитросоединений ароматических углеводородов, включаемых в рецептуру как сенсибилизатор (замена тротила полностью или части его содержания) для снижения чувствительности взрывчатого состава к внешним воздействиям в виде кусочков (гранул) или в виде высокотемпературного плава с аммиачной селитрой.
Известен взрывчатый состав по патенту РФ №2216529 (опубл. 20.11.2003), содержащий гранулированную аммиачную селитру, динитротолуол, топливо.
Недостатками известного взрывчатого состава являются:
кp
- низкая детонационная способность - критический диаметр детонации d составляет 80-120 мм в картонной оболочке;
- низкая относительная работоспособность f по теплоте взрыва, которая составляет 0,743-0,55 от работоспособности граммонита 79/21;
- отсутствие стабилизатора (ингибитора), исключающее применение известного состава для разработки сульфидных руд.
- использование дизельного топлива, являющегося нефтепродуктом, характеризуется выделением резкого запаха при несанкционированном проливе в замкнутом объеме, токсичных веществ в виде диоксида серы, окиси углерода при горении, что снижает безопасность процессов изготовления и применения состава.
Указанные недостатки снижают эксплуатационные возможности известного взрывчатого состава в части применимости для разработки сульфидных руд и для разрушения крепких пород, снижают энергетические характеристики (критический диаметр детонации, реализуемую работоспособность в скважинах среднего и малого диаметра), увеличивают опасность процесса его изготовления и применения.
Известен взрывчатый состав по патенту РФ №2222518 (опубл. 27.01.2004), содержащий аммиачную селитру, эвтектическую смесь динитротолуола и динитроксилола, в качестве энергетической добавки -алюминий или ферросилиций, или ферросиликоалюминиевый или алюминиевокремневый сплав.
Недостатками известного взрывчатого состава являются:
- использование кристаллической (порошкообразной) аммиачной селитры, требующее не только энергоемкого измельчения основного компонента состава, но и дополнительного введения антислеживающей добавки (древесная мука), что значительно снижает технологичность, повышает трудоемкость и снижает безопасность процессов изготовления и применения состава;
- необходимость нагревания всего объема взрывчатого состава выше 30-40°С (температуры плавления эвтектической смеси динитротолуола и динитроксилола) для обеспечения равномерного смачивания кристаллических компонентов, что повышает энерго- и трудозатраты, снижает технологичность изготовления взрывчатого состава, увеличивает опасность работ;
- включение в состав значительного количества (4-8%) взрывчатого сенсибилизатора - эвтектической смеси динитротолуола и динитроксилола, что повышает стоимость известного состава и снижает безопасность при его изготовлении;
- отсутствие стабилизатора (ингибитора), исключающее применение известного состава для разработки сульфидных руд.
Указанные недостатки снижают технологичность, эксплуатационные возможности известного взрывчатого состава в части применимости для разработки сульфидных руд и увеличивают затраты и опасность процесса его изготовления и применения.
Известен, принятый за прототип, взрывчатый состав по патенту РФ №2701934 (опубл. 02.10.2019), содержащий аммиачную селитру в качестве окислителя, нитрованное углеводородное горючее в качестве сенсибилизатора, жидкое топливо, ингибитор.
При наличии достоинства прототипа в части возможности его использования при разработке горных пород, содержащих сульфидные руды, известный состав имеет следующие недостатки:
- содержание ингибитора в заявленных пределах в сочетании с другими компонентами и при отсутствии энергетической добавки снижает кислородный баланс ниже минус 1,3%, что приводит к невозможности применения состава на практике для разрушения крепких пород, а также обеспечивает пригодность состава исключительно для разрушения слабосульфидных руд;
- низкая относительная работоспособность f по теплоте взрыва, которая составляет 0,743-0,55 от работоспособности граммонита 79/21;
кp
- низкая детонационная способность - значительный критический диаметр детонации d, который составляет 70-105 мм в картонной оболочке для состава с приемлемым кислородным балансом от минус 1,3 до минус 3,7 (образец №6 таблицы), остальные образцы, приведенные в таблице имеют среднее значение кислородного баланса более минус 5% и не пригодны для практического использования;
- использование крупнодисперсного динитротолуола или динитронафталина или смеси одного из этих динитросоединений с тротилом при небольшом содержании нефтепродукта характеризуется сильным пылением, что снижает безопасность изготовления состава;
кp
- повышенное содержание (до 17, 6 мас. %) крупнодисперсного сенсибилизатора с размером частиц до 10-20 мм увеличивает стоимость изготовления состава, при этом малоэффективно в части снижения критического диаметра детонации d по сравнению с использованием жидкого сенсибилизатора (Промышленные взрывчатые вещества/ Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И - 3-е изд., переработ и доп.- М.: Недра, 1988 - С. 254, 288);
- узкая сырьевая база аммиачной селитры, не используется гранулированная плотная аммиачная селитра как моноселитра, в виду того, что используемое в качестве жидкого топлива дизельное топливо, являющееся нефтепродуктом, стекает с гранул, не впитываясь в них;
- использование дизельного топлива, являющегося нефтепродуктом, характеризуется выделением резкого запаха при несанкционированном проливе в замкнутом объеме, токсичных веществ в виде диоксида серы, окиси углерода при горении, что снижает безопасность процессов изготовления и применения состава.
Указанные недостатки повышают стоимость производства известного взрывчатого состава, увеличивают опасность процесса его изготовления и применения, а также снижают эксплуатационные характеристики (плотность, относительную работоспособность, детонационную способность)
Задачей заявляемого технического решения является разработка экономически привлекательного взрывчатого состава, обладающего повышенной эффективностью (относительной работоспособностью, обеспечиваемой повышением величины теплоты взрыва), повышенной детонационной способностью (меньшим критическим диаметром детонации) при одновременном достижении повышенной безопасности, обеспечиваемой предотвращением несанкционированных взрывов за счет создания условий, исключающих использования сенсибилизатора в твердом виде, а также обеспечения разрушения пород различной степени крепости и сульфидосодержания в соответствии с существующей потребностью путем оптимизированного сочетания содержания энергетической добавки и ингибитора.
Кроме того, заявляемый взрывчатый состав обладает расширенной сырьевой базой и повышенной экологичностью.
Поставленная задача решается предлагаемой рецептурой взрывчатого состава, который содержит аммиачную селитру в качестве окислителя, нитрованное углеводородное горючее в качестве сенсибилизатора, жидкое топливо, ингибитор. Особенность заключается в том, что состав дополнительно содержит энергетическую добавку, в качестве аммиачной селитры содержит гранулированную плотную аммиачную селитру и/или гранулированную пористую аммиачную селитру, в качестве углеводородного горючего содержит эвтектическую смесь, по меньшей мере, двух нитрованных ароматических углеводородов, в качестве жидкого топлива используют биотопливо в виде смеси моноалкильных эфиров жирных кислот при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гранулированная плотная аммиачная селитра
61,0-67,0
гранулированная пористая аммиачная селитра
21,0-25,0
или
гранулированная плотная аммиачная селитра
82,0-92,0
или
гранулированная пористая аммиачная селитра
82,0-92,0
эвтектическая смесь, по меньшей мере, двух
нитрованных ароматических углеводородов
2,0-2,4
смесь моноалкильных эфиров жирных
кислот
1,6-2,7
энергетическая добавка
3,0-11,5
ингибитор
0,3-2,5.
Возможность эффективного использования плотной аммиачной селитры, как моноселитры, обеспечивается сочетанием эвтектической смеси нитрованных ароматических углеводородов и биотоплива в виде смеси моноалкильных эфиров жирных кислот, имеющих способность впитываться в гранулы плотной селитры и реализовывать высокие энергетические характеристики заявляемого взрывчатого состава, что позволяет расширить сырьевую базу и область применения состава.
В частности, взрывчатый состав содержит в качестве, по меньшей мере, двух нитрованных ароматических углеводородов 45-55% динитротолуола и 45-55% динитроксилола или 40-45% динитротолуола, 40-45% динитроксилола и остальное - компонент или компоненты из ряда: мононитротолуол, мононитроксилол, тринитротолуол, тринитроксилол.
В частности, источником смеси моноалкильных эфиров жирных кислот являются различные растительные масла, например, рапсовое масло и/или подсолнечное масло и/или пальмовое масло, и/или льняное масло или любое другое, более доступное в конкретном регионе.
В частности, взрывчатый состав в качестве энергетической добавки содержит алюминий или ферросилиций, или ферросиликоалюминиевый или алюминиевокремневый сплав.
Предлагаемый взрывчатый состав позволяет использовать более реакционноспособный алюминий или менее реакционноспособные альтернативные вещества в виде энергетической добавки в соответствии с существующей потребностью.
В частности, взрывчатый состав в качестве ингибитора содержит мел или карбамид или уротропин.
В частности, взрывчатый состав дополнительно, сверх 100 мас. %, содержит воду или водный раствор окислителя или водный раствор ингибитора в количестве, составляющем 0,1-0,8 от содержания энергетической добавки.
Указанное дополнение может быть полезно в случае необходимости большего снижения электризуемости и пыления взрывчатого состава в условиях низкой температуры и/или низкой влажности окружающей среды.
Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый взрывчатый состав отличается от прототипа расширенной альтернативой приемлемых для использования видов аммиачной селитры, наличием энергетической добавки, иным нитрованным углеводородным горючим; экологичным жидким топливом в качестве компонента; расширенным перечнем веществ, пригодных к применению в составе в качестве ингибитора; иным количественным содержанием компонентов.
Из уровня техники неизвестно техническое решение поставленной задачи, в котором бы имело место предложенное сочетание признаков.
Соотношение компонентов в заявляемом взрывчатого составе является оптимальным и выбрано из соображений обеспечения необходимого уровня всего комплекса рассматриваемых параметров. Выход за заявляемые пределы ведет к ухудшению тех или иных характеристик.
Рецептуры взрывчатого состава, экспериментальные результаты определения взрывчатых и детонационных характеристик, расчетные величины теплоты взрыва исследуемых образцов предлагаемого состава и состава по прототипу приведены в таблице.
Как следует из результатов проведенных испытаний образцов заявляемого состава (таблица), изготовленных по пяти рецептурам, три из рецептур являются оптимальными (образцы 2-4).
Состав образца 1 обладает излишним количеством жидкой фазы для смачивания твердой фракции, способной к расслоению в заряде, большим критическим диаметром детонации, не позволяющим полностью реализовать энергетический потенциал состава в зарядах малого и среднего диаметра, характеризуется сильно отрицательным кислородным балансом, исключающим использование данного состава при подземных работах.
Состав образца 5 обладает недостаточным количеством энергетической добавки, малым содержанием жидкой фазы для смачивания твердой фракции, малым содержанием ингибитора, большим критическим диаметром детонации, не позволяющим полностью реализовать энергетический потенциал состава в зарядах малого и среднего диаметра, сильно положительным кислородным балансом, что не позволяет использовать данный состав при подземных работах и при разрушении сульфидных пород.
В таблице приведен взрывчатый состав, где в качестве энергетической добавки взят ферросилиций - ФС75. По сравнению с алюминием, ферросиликоалюминиевым и алюминиевокремниевым сплавами ферросилиций является менее калорийным горючим. Поэтому составы, где в качестве энергетической добавки используют или алюминий, или ферросиликоалюминиевый, или алюминиевокремниевый сплавы, будут иметь более высокие показатели и по теплоте взрыва и по детонационным характеристикам.
Входящие в рецептуру компоненты изготавливаются промышленностью. Заявляемый взрывчатый состав приготавливается известным в технике способом путем смешения компонентов в смесителях любого типа, используемых в отрасли при производстве гранулированных аммиачно-селитренных взрывчатых составов, в смесительно-зарядных машинах гравитационного принципа действия, а также оснащенных шнековой системой подачи компонентов. При этом предпочтительно смешивать сначала аммиачную селитру с комбинацией эвтектической смеси нитрованных ароматических углеводородов и биотоплива, а затем - с остальными компонентами.
Таким образом, предложенный взрывчатый состав практически реализуем, технологичен и позволяет удовлетворить существующую потребность в решении поставленной задачи.