ПРОМЫШЛЕННОЕ ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО
INDUSTRIAL EXPLOSIVE SUBSTANCE

Изобретение относится к области промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) на основе порохов, используемых в качестве скважинных зарядов в горной промышленности и строительстве.
В качестве аналога рассмотрен пороховой состав (патент RU №2026276), который содержит, масс.%: гранулы баллиститного, твердого ракетного топлива 30-42, гранулы аммиачной селитры 15-39; приборное масло 1-2; зерненный пироксилиновый порох, содержащий, масс.%: спиртоэфирная смесь 10-25; дифениламин 1-2; вода 0,5-1,5 и пироксилин - остальное. При этом гранулы баллиститного твердого ракетного топлива содержат баллиститное твердое ракетное топливо на основе нитроглицерина или смеси НГЦ с диэтиленгликольдинитратом.
Недостатком данного порохового состава является большая вероятность экссудации нитроглицерина на поверхности гранул, что значительно повышает опасность при обращении.
В качестве аналога был выбран состав (патент RU №2330830), содержащий утилизируемое баллиститное ракетное твердое топливо в виде стружки с размером частиц от 2,0 до 50,0 мм, гранулотол и индустриальное масло в качестве флегматизатора. Данный состав нашел применение в скважинах любой степени обводненности, в том числе и проточной водой в горных породах с коэффициентом крепости по шкале Протодьяконова до 20.
Недостатками данного состава являются:
- несбалансированность состава по содержанию горючего и окислителя (отрицательный кислородный баланс), что приводит к образованию при взрыве токсичных продуктов взрывчатого превращения и невозможности обеспечения максимальной работоспособности ВВ;
- произвольное соотношение частиц заряда различного размера, что приводит к возникновению значительных воздушных полостей между ними и снижает энергетические характеристики состава в необводненных скважинах;
- ограничение сферы применения состава путем использования его в обводненных скважинах, так как эффективность в сухом виде значительно ниже, а выделение токсичных продуктов взрыва велико.
Данный состав обладает повышенной чувствительностью к удару и трению.
В качестве прототипа принято промышленное взрывчатое вещество, содержащее в качестве сенсибилизатора утилизируемые измельченные баллиститное ракетное топливо или баллиститный порох с размером частиц (0,01-60,0) мм, гранулированную или порошкообразную (измельченную) аммиачную селитру в качестве окислителя и жидкое горючее - дизельное топливо, мазут, минеральные масла (индустриальное, приборное), при соотношении компонентов аммиачной селитра - 19-98, смесь сенсибилизатора и жидкого горючего 81-2 (RU 2230724 C1, C06B 31/28, опубл. 20.06.2004).
Недостатком является высокая опасность использования промышленных взрывчатых веществ на основе баллиститных твердых ракетных топлив и порохов, содержащих нитроглицерин в связи с большой вероятностью экссудации нитроглицерина на поверхности пороховых элементов в результате длительного хранения, нестабильность взрывчатых характеристик, высокая экологическая опасность.
Техническим результатом является повышение уровня безопасности использования промышленного взрывчатого вещества, на основе баллиститных твердых ракетных топлив и порохов, содержащих нитроглицерин, за счет предотвращения экссудации нитроглицерина на поверхности пороховых элементов, обеспечение физической стабильности, повышение энергетических и экологических характеристик промышленных взрывчатых веществ за счет сбалансированности содержания окислителя и горючего, повышение объемной концентрации энергии заряда в необводненных скважинах за счет оптимизации размеров пороховых частиц, безопасно в обращении.
Технический результат достигается тем, что промышленное взрывчатое вещество, содержащее в качестве сенсибилизатора утилизируемые баллиститное ракетное твердое топливо или баллиститный порох, аммиачную селитру в гранулированном или измельченном виде в качестве окислителя и жидкое горючее, содержит баллиститный порох на основе нитроглицерина, сенсибилизатор в виде стружки размером от 1,0 мм до 20,0 мм, причем частиц, не превышающих 5,0 мм, не менее 60 мас.%, поверхность сенсибилизатора покрыта пленкой силиконового масла, в количестве 3…10% от массы сенсибилизатора, а в качестве жидкого горючего содержит индустриальное, приборное масло, рапсовое масло, мазут, или дизельное топливо при следующем соотношении, мас.%:
баллиститное твердое ракетное топливо или баллиститный порох,
покрытые пленкой силиконового масла
- 35-60
гранулированная или измельченная аммиачная селитра
- 40-65
жидкое горючее - индустриальное масло, приборное масло,
рапсовое масло, мазут или дизельное топливо
- 3-15 свыше 100%
Предложенный взрывчатый состав содержит измельченное утилизируемое баллиститное твердое ракетное топливо или баллиститный порох на основе нитроглицерина в качестве сенсибилизатора с размером частиц от 1,0 до 20,0 мм, в качестве флегматизатора силиконовое масло, гранулированную или измельченную аммиачную селитру в качестве окислителя, а в качестве жидкого горючего индустриальное масло, приборное масло, рапсовое масло, мазут или дизельное топливо.
Размер частиц измельченного баллиститного пороха или баллиститного твердого ракетного топлива не превышает 5,0 мм, составляет не менее 60 мас.%, а максимальный размер частиц в количестве до 40 мас.% не превышает 20,0 мм.
Разработка состава ВВ проводилась с учетом обеспечения более высоких, по сравнению с прототипом, детонационных параметров при взрыве (теплоты взрыва, скорости детонации, критического диаметра детонации и др.), физической стабильности системы (исключение расслаивания компонентов), низкой чувствительности ВВ к механическим воздействиям (чувствительность к удару). Введение измельченного пороха позволило (см. таблицу) значительно повысить детонационные характеристики ВВ: до 12% увеличить теплоту взрыва и снизить критический диаметр детонации со (100…120) мм до (75-90) мм. Жидкие нефтепродукты, введенные в состав ВВ в качестве горючего, обеспечивают одновременно флегматизацию пороха и позволяют сохранить чувствительность к удару на уровне малочувствительных штатных ВВ - игданитов.
Состав изготавливают следующим образом.
Утилизируемое баллиститное ракетное твердое топливо или баллиститный порох перерабатывают в стружку, до размера частиц от 1,0 мм до 20,0 мм, в процессе измельчения поверхность стружки покрывается силиконовой пленкой (полидиметилсилоксановой жидкости), входящей в состав охлаждающего агента.
Необходимо отметить, что процесс выделение нитроглицерина происходит не только при хранении БТРТ и баллиститных порохов, но и при резании. Установлено, что именно проведения измельчения в смеси воды и силиконового масла позволяет образующейся силиконовой пленке надежно предотвращать попадание выделяющегося нитроглицерина в водный раствор во время механического измельчения, а также при дальнейших операциях с полученным ПВВ, что делает процесс безопасным. Именно данная пленка препятствует выделению нитроэфира из пороховой массы, получаемое ПВВ будет безопасно в обращении. При условии хранения и применения ПВВ этот фактор имеет решающее значение. Далее полученную стружку смешивают с предварительно приготовленной смесью гранулированной или измельченной аммиачной селитры и жидкого горючего. Такая последовательность операций смешения обусловлена необходимостью предотвращения снятия пленки силиконового масла с пороховых частиц вследствие высокой гигроскопичности аммиачной селитры. В качестве жидкого горючего используют индустриальное масло ГОСТ 20799, или приборное масло, или рапсовое масло, или мазут, или дизельное топливо, которые с точки зрения функционирования в составе взрывчатого вещества и химии взрывных процессов являются эквивалентами. Кроме того, добавляемые нерастворимые в воде жидкие горючие (индустриальное масло ГОСТ 20799, приборное масло, рапсовое масло, мазут или дизельное топливо) способны обволакивать частицы пленкой, снижая слеживаемость, гигроскопичность аммиачной селитры. Вследствие чего понижается скорость поглощения влаги этим веществом, т.е. выполняют роль технологической добавки. Кроме того, они в количестве сверх 100% корректируют показатели кислородного баланса.
Технологический процесс изготовления предлагаемого ВВ осуществляется с использованием существующего оборудования (резательные станки, вальцы и т.д.).
Ниже в таблице приведены физико-химические и взрывчатые характеристики составов предлагаемого ПВВ по сравнению с аналогами.
Примеры:
Состав 1 40/60
Баллиститное твердое ракетное топливо
или балиститный порох, в виде стружки,
покрытой пленкой силиконового масла
- 40
(силиконовое масло 3-10% от массы)
Аммиачная селитра
- 60
Жидкое горючее
- 3-15 свыше 100%
Состав 2 50/50
Баллиститное твердое ракетное топливо
или балиститный порох, в виде стружки,
покрытой пленкой силиконового масла
- 50.
(силиконовое масло 3-10% от массы)
Аммиачная селитра
- 50
Жидкое горючее
- 3-15 свыше 100%
Состав 3 60/40
Баллиститное твердое ракетное топливо
или балиститный порох, в виде стружки,
покрытой пленкой силиконового масла
- 60
(силиконовое масло 3-10% от массы)
Аммиачная селитра
- 40
Жидкое горючее
- 3-15 свыше 100%
Таблица
Наименование показателя
Аналог (2330830)
Состав 1 40/60
Состав 2 50/50
Состав 3 60/40
1
2
3
4
5
Баллиститное твердое ракетное топливо
90±1%
Баллиститное твердое ракетное топливо или баллиститный порох в виде стружки (покрытой силиконовым маслом)
40%
50%
60%
Гранулотол
10±1%
-
-
-
Силиконовое масло - флегматизатор в % от массы сенсибилизатора
-
3-10
3-10
3-10
Аммиачная селитра
-
60%
50%
40%
1
2
3
4
5
Жидкое горючее, сверх 100% (индустриальное масло, приборное масло, рапсовое масло, мазут или дизельное топливо)
1±0,2%
3-15%
3-15%
3-15%
Теплота взрыва, кДж/кг
3970-4400
4500-5000
4500-5000
4500-5000
Объем газообразных продуктов взрыва, л/кг
850-900
850-900
850-900
850-900
Кислородный баланс, %
-(30…35)
-15…+5
-15…+5
-15…+5
Плотность насыпная, г/см<sup>3</sup>
0,85-0,9
0,89-0,91
0,89-0,91
0,89-0,91
Плотность в водонаполненном состоянии, г/см<sup>3</sup>
1,15-1,17
1,15-1,2
1,15-1,2
1,15-1,2
Скорость детонации (в сухом состоянии), м/с
4500-5000
4700-5200
4700-5200
4700-5200
Критический диаметр детонации:
- открытого заряда в сухом состоянии, мм;
100-120
75-90
75-90
75-90
- открытого заряда в водонаполненном состоянии, мм
80-100
60-80
60-80
60-80
Работоспособность по ГОСТ 4546-81:
- в сухом состоянии, см<sup>3</sup>
330-380
300-350
300-350
300-350
- в водонаполненном состоянии, см<sup>3</sup>
400-450
370-420
370-420
370-420
Бризантность по ГОСТ 5984-80, мм
20-24
20-25
20-25
20-25
Чувствительность к удару по ГОСТ 4545:
- частость взрывов в приборе №1, %
12-24
20-28
20-28
20-28
Чувствительность к трению по ОСТ В -84-895-83
: - нижний предел, МПа
218-250
280-295
280-295
280-295
Температура вспышки при времени задержки 60 с, °C
181-183
185-189
185-189
185-189
Минимальная энергия воспламенения, Дж, не менее
1
1
1
1
Из таблицы видно, что наличие в качестве флегматизатора - силиконового масла на поверхности стружки в указанных количествах обеспечивает достаточную безопасность в обращении с предлагаемыми составами промышленных взрывчатых веществ, наличие аммиачной селитры позволяет достигнуть высокой сбалансированности в составе взрывчатых веществ отношения жидкое горючее - окислитель, за счет чего повышается энергетическая эффективность и лучшая экологичность таких промышленных взрывчатых веществ. Приведенные выше соотношения относительных содержаний в составе взрывчатых веществ в виде стружки различных размеров обеспечивают оптимальное использование объема зарядов взрывчатых веществ, что позволяет рационально использовать объем заряда и увеличить энергосодержание заряда.
Как видно из таблицы, большинство расчетных и экспериментальных характеристик не ниже по сравнению с прототипом. При этом важно отметить существенно меньший кислородный баланс предлагаемых промышленных взрывчатых веществ, что обеспечивает им более высокую работоспособность, за счет несколько большей скорости детонации и большего общего количества газообразных продуктов детонации, а также их улучшенную экологичность, за счет снижения количества образующихся вредных газов в продуктах детонации.
Взрывчатый состав по своим характеристикам предназначен для производства взрывных работ на земной поверхности, при отбойке горных пород с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодьяконова до 20 методом скважинных зарядов в температурном диапазоне окружающей среды от минус 50 до плюс 50°C, в скважинах любой степени обводненности, в том числе с проточной водой. Испытания предлагаемого ВВ в натурных условиях показали, что зарядка скважин осуществляется без осложнений, перераспределения компонентов во взрывчатом веществе при транспортировке, хранении и испытаниях не происходит. При инициировании зарядов от штатных средств инициирования отказов не зафиксировано. По эффективности действия (детонационным параметром, дроблению пород) предлагаемое ВВ существенно превосходит аналоги.