ШАШКА-ДЕТОНАТОР ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ВЗРЫВАНИЯ
STICK-DETONATOR FOR INDUSTRIAL BLASTING

Изобретение относится к области средств промышленного взрывания и промышленных взрывчатых веществ, конкретно к области шашек-детонаторов из смесевых взрывчатых веществ, используемых преимущественно для промышленного взрывания при буровзрывных работах на горнодобывающих предприятиях. Заявляется литая промышленная шашка-детонатор (ШД) из литьевого взрывчатого вещества (ВВ), содержащего тротил и пентаэритрита тетранитрат (ТЭН), имеющая один или два сквозных канала и гнездо под капсюль-детонатор.
На сегодняшний день известен целый ряд литых смесевых шашек-детонаторов, применяемых или рекомендованных к применению в горнодобывающих отраслях. Это, например, шашки ТГ-500 (ОСТ 84-411-80), ТГФ-850Э (полезная модель RU №3642 от 21.03.96), ПДП-300, -400, -600 (полезная модель RU №13091 от 26.10.99) и другим ШД по полезным моделям RU №№8112, 12238, 22535, 36506, 41514, а также по изобретению патент RU №2177927, С06С 7/00, F42B 1/04, опубл. 10.01.2002 г.
Так, в RU №2177927 описана ШД, включающая цилиндрический корпус, в котором размещен заряд взрывчатого вещества со сквозным каналом и гнездом, входные отверстия которых соединены выемкой, при этом ШД изготовлена из смеси, содержащей 50-70 мас.% тротила и 50-30 мас.% высокодисперсного перекристаллизованного ТЭНа, залитой в корпус из полимерного материала, причем расстояния, измеряемые по диаметру шашки от ее цилиндрической поверхности до цилиндрических поверхностей сквозного канала и гнезда равны, а корпус представляет собой обечайку толщиной 0,5-3 мм со скругленными кромками на торцах и кольцевыми выступами на цилиндрической поверхности. Данное решение принято в качестве прототипа.
Все перечисленные решения, в том числе и по прототипу, конструктивно однотипны (имеют цилиндрическую форму, сквозной канал и гнездо под капсюль-детонатор неэлектрической системы инициирования - НСИ) и различаются рецептурой ВВ или оболочкой, в качестве которой используются бумага, пластиковый корпус или термоусадочная пленка. Они изготавливаются из ВВ, представляющих собой плавкие смеси тротила с гексогеном или ТЭНом. Аналогичные пентолитовые (из смеси тротила с ТЭНом) шашки-детонаторы производятся и за рубежом, например, компаниями "Максам" (Испания) и "Троян корпорейшен" (США).
Особенностью данных ШД является использование перекристаллизованного ТЭНа, относящегося к категории дорогостоящего материала. Применение ТЭНа обеспечивает надежное инициирование.
В настоящее время при изготовлении смеси тротил-ТЭН используется дисперсный сыпучий и перекристаллизованный ТЭН. Перекристаллизация в технологическом процессе изготовления ТЭНа осуществляется с целью удаления излишней кислоты (поверхностной и внутрикристаллитной) и получения сыпучего продукта. ТЭН является одним из мощных бризантных взрывчатых веществ, для производства которого имеется практически неограниченная сырьевая база, так как первичными материалами для его получения являются синтетические продукты.
Особенностью процесса производства ТЭНа является то, что исходный продукт пентаэритрит представляет собой твердое вещество с высокой температурой плавления. Дозировка твердого исходного компонента значительно труднее, чем дозировка жидкостей. Промышленное производство ТЭНа может быть осуществлено двумя способами: двухстадийным - с предварительным получением сульфата пентаэритрита и последующим превращением его в нитрат, и одностадийным - непосредственным получением нитрата пентаэритрита. И в том и в другом случаях процесс осуществляют путем добавления в соответствующий аппарат, наполненный серной или азотной кислотой, пентаэритрита. При этом последний растворяется в указанных кислотах. Процесс растворения предшествует реакции этерификации и, по-видимому, задает общую скорость. Хорошее перемешивание и наличие достаточно мелкого (не слипшегося в комочки) пентаэритрита является необходимым условием технологического оформления процесса этерификации. Данная технология используется для получения ТЭНа, отвечающего требованиям, предъявляемым к кристаллизованному тэну, в соответствии с которыми ТЭН должен иметь:
1) внешний вид - мелкокристаллический порошок белого цвета (допускается слабо-серый оттенок) без посторонних примесей, видимых на глаз, и без явных признаков подмочки;
2) температура плавления в пределах 138-140°С;
3) содержание влаги и летучих веществ не более 0,1%;
4) содержание нерастворимых в ацетоне при обыкновенной температуре примесей не более 0,1%;
5) зольность не более 0,2%, в том числе кремнезема не более 0,01%;
6) отсутствие свободных кислот;
7) стойкость, определенная по концентрации водородных ионов при 110°С в течение 8 часов, не ниже 5,5;
8) стойкость по иодокрахмальной пробе 1 час при 80°С.
Развитие органического синтеза позволило удешевить производство исходных продуктов для приготовления пентаэритрита - формальдегида и ацетальдегида, что и явилось стимулом для возникновения широкого производства ТЭНа. Формальдегид в настоящее время готовится в больших количествах из синтетического метанола. Ацетальдегид получается из ацетилена путем каталитической гидратации его в присутствии ртутных солей. Все же в настоящее время стоимость ТЭНа еще высока, и поэтому в мирной промышленности он применяется главным образом в капсюлях-детонаторах и идет для приготовления детонирующего шнура.
Конкуренция предприятий-изготовителей выдвигает на повестку дня задачу удешевления ШД. Это подтверждается также и результатами маркетинговых исследований, которые свидетельствуют, что предприятия-потребители обычно отдают явное предпочтение более дешевым шашкам, несмотря на то, что их доля в общей стоимости используемых промышленных ВВ невелика.
Поскольку технологические процессы производства ШД близки между собой, то основным инструментом удешевления ШД может служить удешевление материала шашки (ВВ). Стоимость смесевых шашек определяется, в первую очередь, ценой ВВ-наполнителя (гексогена и тэна), весьма дорогостоящего.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции за счет замены дорогостоящего высокодисперсного перекристаллизованного ТЭНа неперекристаллизованнным ТЭНом при сохранении всех взрывных свойств, предъявляемых в качестве нормативных показателей к ШД. Это позволит существенно снизить себестоимость новых шашек-детонаторов и тем самым повысить их конкурентоспособность.
Согласно предлагаемому техническому решению указанный технический результат достигается тем, что ШД выполнена из литьевой смеси тротила и неперекристаллизованного ТЭНа. В частности, в этом неперекристаллизованном ТЭНе поверхностная кислота может быть нейтрализована в ходе технологической промывки после завершения процесса нитрации и выгрузки готового кислого продукта из аппарата нитрации.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фигуре 1 показана шашка-детонатор стандартной конструкции.
Шашка-детонатор для промышленного взрывания (фиг.1) содержит один или два сквозных канала 1 и гнездо 2 под капсюль, изготавливается заливкой из смесевого ВВ, содержащего 50-70 мас.% тротила и 50-30 мас.% пентаэритрита тетранитрат (ТЭН), не прошедшего стадию перекристаллизации, в цилиндрическую оболочку из полимерного материала или многослойной бумаги толщиной 0,5-3,0 мм.
В настоящее время при изготовлении смеси тротил-ТЭН используется дисперсный сыпучий и перекристаллизованный ТЭН. Перекристаллизация в технологическом процессе изготовления ТЭНа осуществляется с целью удаления излишней кислоты (поверхностной и внутрикристаллитной) и получения именно сыпучего продукта.
С другой стороны, в технологических процессах изготовления литьевых рецептур при периодическом способе производства сыпучесть используемых компонентов не является критичным показателем. Также не представляется критичным и наличие меж- и внутрикристаллитной кислоты для ТЭНа, который не предназначен для длительного (более 10 дней) хранения в качестве индивидуального продукта.
Поэтому для такой шашки простейшим путем могло бы быть применение неперекристаллизованного ТЭНа. В этом случае из технологического процесса исключается значительная по своим материальным затратам фаза перекристаллизации кислого ТЭНа в ацетоне, которая заменяется нейтрализацией (промывкой) водным содовым раствором кислого продукта от поверхностной кислоты.
Исследования, выполненные авторами, показали, что применение данного продукта в составе литьевой рецептуры тротил-ТЭН не приводит к ухудшению физической и химической стабильности шашки, не изменяет ее взрывчатых характеристик (таблица 1 - сравнительная оценка некоторых физико-химических и взрывчатые показатели шашек), восприимчивости к инициирующему импульсу (таблица 2 - оценка восприимчивости шашки-детонатора к инициирующему импульсу от штатных средств инициирования) и текучести состава для технологии свободной заливки.
Таблица 1
Наименование показателя
Значение для шашек (среднее из трех измерений)
штатная
опытная с кислым ТЭНом
1. Внешний вид
Литая шашка желтого цвета
2. Плотность шашки, г/см<sup>3</sup>,
1,58
1,58
3. Массовая доля компонентов, %
Тротил
50±5
50±5
ТЭН
50±5
50±5
4. Скорость детонации (при плотности 1,58 г/см<sup>3</sup>), м/с,
7490
7500
5. Теплота взрыва, ккал/кг
1019
1004
6. Чувствительность к удару по ГОСТ 4545:
нижний предел в приборе 2, мм
70
70
частость взрывов в приборе 1, %
45
44
7. Чувствительность к трению на приборе К-44-3, нижний предел, кгс/см<sup>2</sup>
4000
4000
Таблица 2
Шашка-детонатор
Количество шашек по каждому вариант
Количество испытаний от средства инициирования по каждому варианту
Результаты испытаний
Неэлектрическая система инициирования Рионель
Детонирующий шнур ДШЭ-6
Штатная
15
9
6
Полная детонация
Заявляемая
Проведенные исследования послужили достаточным основанием для работ по созданию промышленного образца литой шашки-детонатора из взрывчатой смеси тротил-ТЭН неперекристаллизованный, стабилизированный путем нейтрализации кислоты на его поверхности. ТЭН вещество нейтральное и на металлы не действует, но при продолжительном взаимодействии со щелочами и кислотами он разлагается. В связи с этим представляется целесообразным, как вариант, в неперекристаллизованном ТЭНе нейтрализовать поверхностную кислоту (в поверхностном слое ТЭНа), например, в ходе технологической промывки после завершения процесса нитрации и выгрузки готового кислого продукта из аппарата нитрации.
Использование заявляемого изобретения позволит снизить себестоимость шашек-детонаторов, увеличить рентабельность их производства и удешевить проведение буровзрывных работ на горнодобывающих предприятиях.