СОСТАВ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА И СПОСОБ ДОСТАВКИ В СКВАЖИНУ
COMPOSITION OF EXPLOSIVE AND METHOD OF DELIVERY TO WELL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к составам взрывчатых веществ. В частности, настоящее изобретение относится к составам взрывчатых веществ, пригодных для использования на слабых и влажных грунтах, и к способам доставки данных составов взрывчатых веществ в скважины.
Предшествующий уровень техники
В определенных ситуациях, особенно когда взрываемый грунт слабый и влажный, требуются составы взрывчатых веществ с особыми свойствами. Составы взрывчатых веществ, во-первых, не должны терять своих свойств от воздействия воды и, во-вторых, обладать пониженной мощностью. Составы взрывчатых веществ в виде эмульсий и водосуспензионных гелей часто имеют хорошую водостойкость и пригодны для использования в мокрых скважинах, но данные составы взрывчатых веществ, как правило, имеют слишком большую мощность для использования в слабом грунте.
Известны составы взрывчатых веществ, в которых для уменьшения энергии взрыва используются объемообразующие вещества. Объемообразующие вещества, содержащие, например, микросферический газоконденсат, перлит, шарики вспененного полистирола, органическое вещество растительного происхождения, например, плоды бобовых растений, рисовую шелуху и органические волокна, древесные опилки, древесную муку и древесную пульпу, использовались для уменьшения энергии взрыва (на единицу объема) составов взрывчатых веществ. Однако данные объемообразующие вещества часто дестабилизируют эмульсии, в результате чего происходит кристаллизация компонентов в эмульсии, приводящая к нежелательным и вредным изменениям взрывчатых свойств состава взрывчатого вещества. Данные объемообразующие вещества обладают: высокой степенью изменчивости физических (например, плотность, гранулометрический состав и т.д.) и химических (например, состав, совместимость и т.д.) характеристик, которые затрудняют хранение, обработку или использование; а также потенциальной разнородностью взрывчатых свойств.
В патенте WO 2013/131139 описываются составы взрывчатых веществ, включающие водную эмульсию окислительного компонента, компонент углеводородного топлива, содержащий эмульгатор, и объемообразующее вещество, представляющее собой горючие отходы в виде твердых частиц, не имеющих шероховатых поверхностей и острых кромок. Было обнаружено, что использование объемообразующего вещества в виде твердых частиц, не имеющих шероховатых поверхностей и острых кромок, не способствует кристаллизации эмульсии. Однако поиск и подготовка соответствующих отходов в таком виде может потребовать значительных затрат времени и усилий и практически осуществима и экономически не эффективна.
Было бы желательно разработать альтернативные составы взрывчатых веществ, пригодных для использования на слабых и влажных грунтах.
Краткое изложение существа изобретения
В первом варианте осуществления, настоящее изобретение относится к составу взрывчатого вещества для слабых и влажных грунтов. Состав взрывчатого вещества, включает взрывчатку, содержащую окислительный компонент в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле и объемообразующее вещество, содержащее дискретные частицы горючей субстанции. Горючая субстанция растворяется в воде, но в составе взрывчатого вещества замедляется перемещение горючей субстанции из дискретных частиц в окислительный компонент.
Во время создания изобретения, описанного в патенте WO 2013/131139, ожидалось, что объемообразующие вещества получали бы из материалов, которые не могли бы физически или химически взаимодействовать с эмульсией, описанной здесь, в противном случае объемообразующее вещество смогло дестабилизировать эмульсию (и наоборот), потенциально влияя на взрывчатые свойства состава. Таким образом, использование объемообразующего вещества в виде твердых частиц, не имеющих шероховатых поверхностей и острых кромок, не способствует распаду и кристаллизации капель эмульсии. Кроме того, объемообразующие вещества, полученные из отходов, например, пластмассы, в основном химически инертны по отношению к эмульсии (особенно в водной фазе, в которой содержится окислитель), но, как отмечалось выше, поиск и обработка данных отходов до формы, которая не дестабилизировала бы эмульсионное взрывчатое вещество, довольно затруднительна.
Авторы неожиданно обнаружили, что вещества, которые должны были химически взаимодействовать и потенциально дестабилизировать составы взрывчатых веществ (например, вызывая кристаллизацию окислителя в эмульсии или водосуспензионном геле), могут фактически использоваться в качестве объемообразующих веществ. В частности, авторы обнаружили, что объемообразующие вещества, содержащие растворимые в воде (и горючие) субстанции, при их соприкосновении потенциально вступают в химическую реакцию с эмульсией или водосуспензионным гелем, и фактически, могут использоваться в составах взрывчатых веществ, при условии замедления перемещения субстанции из объемообразующего вещества в окислительный компонент.
Изобретатели обнаружили, что использование водорастворимых (и горючих) субстанций в виде дискретных частиц замедляют перемещение субстанции из дискретных частиц в окислительный компонент, по меньшей мере, на время, в течение которого взрывчатка и объемообразующее вещество будут находиться в смешанном виде, практически до начала детонации. Кроме того, как описано ниже, дополнительные факторы могут далее замедлять в составе взрывчатого вещества перемещение субстанции из дискретных частиц в окислительный компонент. Таким образом, объемообразующее вещество в соответствии с настоящим изобретением не стремится дестабилизировать состав взрывчатого вещества, несмотря на равномерное смешивание объемообразующего вещества и взрывчатки.
В некоторых вариантах осуществления, горючая субстанция имеет отрицательный кислородный баланс. Как описано, использование объемообразующих веществ с отрицательным кислородным балансом предоставляет значительные дополнительные преимущества, например, минимизацию выброса дымовых газов.
В некоторых вариантах осуществления, горючая субстанция представляет собой вещество, применяемое в сельском хозяйстве, например, минеральное удобрение. Удобрения, как правило, легкодоступны, относительно дешевы и часто выпускаются в виде мелких сферических частиц или гранул, что делает их пригодными для использования в соответствии с настоящим изобретением и не всегда требует их дальнейшей обработки. Горючая субстанция выбирается, например, из группы, включающей: мочевину, сульфат аммония, диаммофос (DAP), известково-аммиачную селитру, аммофос (MAP) цинковый купорос, сульфат-нитрат аммония и их смеси.
В некоторых вариантах осуществления, объемообразующее вещество используется в виде дискретных частиц с гладкой внешней поверхностью. Данные частицы не имеют шероховатой поверхности и острых кромок, которые могут способствовать кристаллизации или иным образом дестабилизировать состав взрывчатого вещества. Такие частицы также более устойчивы к растворению компонентами эмульсии или водосуспензионного геля, что в дальнейшем замедляет перемещение горючей субстанции. Кроме того, использование объемообразующего вещества в виде дискретных частиц с гладкой внешней поверхностью повышает технологичность объемообразующего вещества (и состава взрывчатого вещества), например, упрощая его закладку или подачу иным образом.
В некоторых вариантах осуществления, объемообразующее вещество используется в виде мелких сферических частиц или гранул. Мелкие сферические частицы или гранулы представляют собой два вида частиц, которые легко приобретают нужную форму на обычном технологическом оборудования и, как правило, обладают гладкой внешней поверхностью и относительно стабильным размером частиц. Кроме того мелкосферические и гранулированные материалы широко используются в промышленности взрывчатых веществ, например данные мелкосферические и гранулированные объемообразующие вещества способны храниться в обычных бункерах и доставляться с помощью обычных транспортных устройств.
В некоторых вариантах осуществления, дискретные частицы объемообразующего вещества имеют средний размер частиц от 1 мм до 4 мм (например, от 2 до 3 мм). Данный размер частиц схож с размерами мелких сферических частиц нитрата аммония, широко используемого в промышленности взрывчатых веществ. Объемообразующее вещество с таким размером частиц может быть храниться и подвергаться обработке на оборудовании, используемом в настоящее время для хранения и обработки гранулированного нитрата аммония.
В некоторых вариантах осуществления, окислительный компонент взрывчатки (например, водная фаза эмульсионного взрывчатого вещества) может представлять собой пересыщенный раствор окислителя. Данный пересыщенный раствор не способен растворять любые дополнительные вещества (при постоянной температуре), поэтому потенциально замедляет перемещение горючей субстанции из объемообразующего вещества в окислительный компонент.
В некоторых вариантах осуществления, окислительный компонент для взрывчатки может, например, представлять собой окислитель, выбранный из группы, состоящий из: нитрата аммония, натриевой селитры, известково-аммиачной селитры, перхлората аммония и их смесей. В вариантах осуществления, где взрывчатка представляет собой эмульсию типа «вода в масле», нефть и может представлять собой углеводород.
В некоторых вариантах осуществления, состав содержит от 50 вес. % до 99 вес. % взрывчатки. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления, состав содержит от 1 вес. % до 50 вес. % объемообразующего вещества. Составы, содержащие более 50% взрывчатки, обычно считаются водостойкими, а предпочтительными составами являются составы, содержащие более 60% взрывчатки. Как будет ясно из дальнейшего обсуждения, увеличение водостойкости делает составы взрывчатых веществ более подходящими для влажных грунтов.
В некоторых вариантах осуществления, требуется активирующий компонент для активации (или дальнейшей активации) состава взрывчатого вещества. В некоторых вариантах осуществления, активирующий компонент может представлять собой компонент снижающий плотность, например химическую газообразующую добавку (напр. соль щелочного металла и кислоту, в результате чего в ходе реакции выделяется азот).
Во втором варианте осуществления, настоящее изобретение относится к способу доставки состава взрывчатого вещества в скважину (напр. скважину в слабом и влажном грунте). Способ включает смешивание взрывчатого вещества, включающего окислительный компонент в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле, с объемообразующим веществом, содержащим дискретные частицы горючего вещества и водорастворимую субстанцию, образование состава взрывчатого вещества и подачу состава взрывчатого вещества в скважину.
В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно содержит добавление активирующего компонента к составу взрывчатого вещества. Состав взрывчатого вещества, например, может активироваться добавления активирующего компонента к составу взрывчатого вещества (до или после смешивания взрывчатки и объемообразующего вещества, как описывается далее) перед подачей в скважину.
В некоторых вариантах осуществления, взрывчатка и дискретные частицы объемообразующего вещества перед смешиванием хранятся в разных отсеках обычной мобильной установки. Дискретные частицы объемообразующего вещества могут, например, хранится в отсеке мобильной установки, обычно предназначенном для гранул нитрата аммония. Как будет ясно из дальнейшего обсуждения, дискретные частицы (в частности, мелкие сферические частицы или гранулы, обладающие гладкой внешней поверхностью) будут аналогичным образом соединяться с гранулированным нитратом аммония и легко транспортироваться, с меньшей вероятностью загрязнения отсека после использования. Однако даже если небольшое количество объемообразующего вещества остается в отсеке, пока объемообразующее вещество не подверглось активации гранулированным нитратом аммония, то небольшой остаток объемообразующего вещество вряд ли приведет к образованию потенциально взрывоопасной смеси при добавлении впоследствии гранулированного нитрата аммония.
Напротив, многие объемообразующие вещества известного уровня техники обладают слабой однородностью гранулометрического состава и поэтому не обладают простой (или надежной) способностью к транспортировке. Кроме того, поскольку многие объемообразующие вещества известного уровня техники активируются гранулированным нитратом аммония, то, если они хранятся в отсеке мобильной установки, обычно предназначенном для гранул нитрата аммония, то всегда следует тщательно очищать отсек после использования, в противном случае добавление гранулированного нитрата аммония в отсек может привести к образованию потенциально взрывоопасной смеси.
Например, состав взрывчатого вещества, используемого в способе по второму варианту осуществления настоящего изобретения, может представлять собой состав взрывчатого вещества по первому варианту осуществления настоящего изобретения.
В третьем варианте осуществления, настоящее изобретение представляет собой способ снижения выброса дымовых газов. Способ включает подачу состава взрывчатого вещества в скважину, где состав взрывчатого вещества содержит дискретные частицы водорастворимой горючей субстанции с отрицательным кислородным балансом, и где дискретные частицы распределены в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле.
Например, состав взрывчатого вещества, используемого в способе по третьему варианту осуществления настоящего изобретения, может представлять собой состав взрывчатого вещества по первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Описание вариантов осуществления изобретения
Рассмотрен состав взрывчатого вещества для слабых и влажных грунтов. Состав взрывчатого вещества, включает взрывчатку, содержащую окислительный компонент в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле и объемообразующее вещество, содержащее дискретные частицы горючей субстанции. Горючая субстанция растворяется в воде, но в составе взрывчатого вещества замедляется перемещение горючей субстанции из дискретных частиц в окислительный компонент.
Также раскрывается способ доставки состава взрывчатого вещества в скважину, например, в скважину в слабом и влажном грунте. Способ включает смешивание взрывчатого вещества, включающего окислительный компонент в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле, с объемообразующим веществом, содержащим дискретные частицы горючего вещества и водорастворимую субстанцию, образование состава взрывчатого вещества и подачу состава взрывчатого вещества в скважину. Как будет показано ниже, способы по настоящему изобретению могут также использоваться в некоторых случаях для твердых и не влажных грунтов.
Настоящее изобретение относится к составам взрывчатых веществ, пригодным для использования на слабых и влажных грунтах. Составы взрывчатых веществ для слабых грунтов требуют меньше энергии для смещения грунта, чем для твердых грунтов, и одним из способов снижения энергии взрыва состава является включение в него объемообразующего вещества. Объемообразующие вещества снижают энергию взрыва за счет увеличения объема состава и, несмотря на окисление при взрыве, могут быть или не быть источником топлива для взрыва.
Составы взрывчатых веществ для влажных грунтов должны обладать некоторой водостойкостью, которая может передаваться составу эмульсией типа «вода в масле» или водосуспензионным гелем (которые имеют присущую им водостойкость). Состав взрывчатого вещества по настоящему изобретению включает взрывчатку, содержащую окислительный компонент в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле.
Любая вода в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле может использоваться в составе взрывчатых веществ по настоящему изобретению, при условии, что она подходит для использования (вместе с объемообразующим веществом) в слабых и влажных грунтах. Специалист в данной области техники способен выбрать соответствующий водный компонент в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле для использования в настоящем изобретении, на основе таких факторов, как характеристики грунта, подвергаемого взрыву, и желаемый результат взрыва.
Окислительный компонент взрывчатки представляет собой водный компонент в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле, который содержит окислитель. Например, в случае использования воды в нефтяной эмульсии, окислительный компонент представляет собой периодическую водную фазу. Окислитель, по настоящему изобретению, выбирается из любых известных окислителей, которые пригодны для использования по назначению состава взрывчатого вещества. Например, окислитель может представлять собой нитрат аммония, натриевую селитру, известково-аммиачную селитру, перхлорат аммония и их смеси. Как правило, окислитель представляет собой нитрат аммония.
В некоторых вариантах осуществления, окислительный компонент представляет собой пересыщенный раствор окислителя, который может способствовать замедлению перемещения горючей субстанции из дискретных частиц объемообразующего вещества в окислительный компонент, просто потому, что окислительный компонент не в состоянии (или не совсем в состоянии) растворять любые дополнительные вещества (при данной температуре).
В вариантах осуществления, где взрывчатка представляет собой эмульсию типа «вода в масле», компонентом нефтяной эмульсии может быть любое подходящее масло. Например, может использоваться углеводородное топливо, обычно применяемое в эмульсионном взрывчатом веществе. Подходящие масла включают в себя топливные масла, например минеральные или дизельные масла.
Как правило, нефтяной компонент эмульсионного взрывчатого вещества представляет собой сплошную фазу, которая может способствовать замедлению перемещения горючей субстанции из дискретных частиц объемообразующего вещества в окислительный компонент или наоборот, просто потому, что нефтяной компонент создает физический, гидрофобный барьер или слой между двумя компонентами (при данной температуре). По сути, нефтяной компонент отделяет горючую субстанцию от окислительного компонента.
В вариантах осуществления, где взрывчатка представляет собой эмульсию типа «вода в масле», эмульсия может также включать эмульгатор для образования и последующей стабилизации эмульсии. Эмульгатор, например, может представлять собой любой тип эмульгаторов, обычно используемых с эмульсионными взрывчатыми веществами. Подходящие эмульгаторы, например, выбираются из группы эмульгаторов, которые получаются в результате реакции конденсации между полиизобутелен-янтарным ангидридом (PIBSA) и аминами или алканоламинами. Еще один подходящий эмульгатор представляет собой сорбитанмоноолеат или тому подобное. Допускается применение одного эмульгатора или комбинации эмульгаторов. При наличии, эмульгатор обычно составляет от 0,3 до 3,5 вес. % (например, 0,5-1,5 вес. %) эмульсии.
Состав взрывчатого вещества по настоящему изобретению также включает объемообразующее вещество, состоящее из дискретных частиц горючей водорастворимой субстанции.
Используется здесь, термин «горючая субстанция» означает субстанцию, которая сгорает во время взрыва. Горючая субстанция не обязательно служит топливом при взрыве, но сгорает, и в вариантах осуществления, в которых горючая субстанция имеет отрицательный кислородный баланс, может действовать как поглотитель кислорода, произведенного окислителем. Поскольку она представляет собой объемообразующее вещество, то сама горючая субстанция не взрывается, а поглощается взрывом.
Использование объемообразующего вещества в виде дискретных частиц замедляют перемещение водорастворимой субстанции из дискретных частиц в окислительный компонент, особенно за время, в течение которого, объемообразующее вещество и взрывчатка контактируют перед детонацией. Таким образом, несмотря на их образование из водорастворимых субстанций, которые, как ожидалось, будут взаимодействовать и потенциально дестабилизировать взрывчатку, объемообразующие вещества, в соответствии с настоящим изобретением, не дестабилизируют взрывчатку, даже когда взрывчатка и объемообразующее вещество равномерно смешаны друг с другом. Открытие, лежащее в основе настоящего изобретения, позволяет использовать новый класс веществ в качестве объемообразующих веществ, а именно класс субстанций, которые растворимы вводе (и пригодны для использования в качестве объемообразующего вещества).
Не вдаваясь в теорию, авторы постулируют, что перемещение субстанции из объемообразующего вещества в окислительный компонент замедляется из-за ограниченной способности субстанции, когда он содержится в дискретных частицах, взаимодействовать с окислительным компонентом при смешивании. Ряд других факторов, которые описаны здесь более подробно, также могут способствовать замедлению перемещения субстанции, содержащейся в дискретных частицах, в окислительный компонент. Более того, в конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, ряд данных факторов способствует созданию оптимальных составов взрывчатых веществ для конкретных применений (напр., короткое или длительное время ожидания, относительная слабость и влажность взрываемого грунта и т.д.).
Использование объемообразующего вещества в виде дискретных частиц горючей субстанции, в некоторых вариантах осуществления, образует источник медленного горения топлива в составе взрывчатого вещества и уменьшает выброс дымовых газов. Как описано здесь, размер дискретных частиц объемообразующего вещества, по меньшей мере, на порядок больше, чем любые капли окислителя во взрывчатке (дискретные частицы объемообразующего вещества обычно имеют размер частиц в миллиметрах, в то время как любая капля окислителя в ANE (эмульсия нитрата аммония), например, имеет микронный размер). Не вдаваясь в теорию, авторы постулируют, что благодаря образованию источника медленного горения топлива в составе взрывчатого вещества, объемообразующие вещества, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, (особенно с отрицательным кислородным балансом) могут обеспечивать избыток топлива в месте, где во время детонации реакция NOx является преобладающей, и данный избыток топлива образует альтернативные реакции с водой и СОх, продукты которых более желательны, чем газы NOx. Опять же, не вдаваясь в теорию, процесс получения эмульсии таков, что нитрат аммония растворяют при нагреве (15°С или выше точки кристаллизации). Эмульсия образуется при смешивании каким-либо образом горячего окислителя и горячего топлива (обычно около 65°С) Эмульсию затем охлаждают и температура продукта при охлаждении, как правило, находится ниже точки его кристаллизации и, следовательно, происходит перенасыщение окислителя. Причина отсутствия кристаллизации и образования твердых частиц заключается в том, что для кристаллизации необходимо преодолеть лапласово давление под искривленной поверхностью капли. Капли окислителя в эмульсии находятся в дискретной фазе, а топливная фаза представляет собой сплошную фазу.
Горючая субстанция в дискретных частицах объемообразующего вещества растворима в воде. Однако в составе взрывчатого вещества замедляется перемещение субстанции из дискретных частиц в окислительный компонент. Это предотвращает (или, по меньшей мере, значительно замедляет) дестабилизацию состава взрывчатого вещества, например, за счет кристаллизации окислителя (или других компонентов) в окислительном компоненте. Специалист в данной области техники вправе выбирать для любого данного применения подходящую горючую субстанцию для использования в качестве объемообразующего вещества, а также форму дискретных частиц (например, в виде мелких сферических частиц или гранул). Относительно простые тесты или полевые испытания проводятся для определения пригодности конкретной субстанции для данного применения (например, будет ли она работать в качестве горючего объемообразующего вещества во время взрыва), а также определения замедления перемещения субстанции из дискретных частиц в окислительный компонент за приближенный к практике период времени, после смешивания с взрывчаткой.
Например, стабильность эмульсии или водосуспензионного геля в присутствии дискретных частиц объемообразующего вещества может измеряться испытанием на стеклянном стержне (описанном ниже) с частицами, которые дают результат испытания нас стержне равный 6 или выше при смешивании с взрывчаткой в течение соответствующего периода времени обычно подходящего для использования в соответствии с настоящим изобретением.
Для испытания на стеклянном стержне приготавливали смеси, содержащие соответствующие пропорции взрывчатки и дискретных частиц объемообразующего вещества, затем 10 мм стеклянный стержень погружали в смесь под углом 45 градусов на глубину около 20 мм. Это позволяло смеси покрыть одну сторону стеклянного стержня. Стеклянным стержнем затем слегка постукивали для удаления избытка объемообразующего вещества и/или эмульсии/водосуспензионного геля. Стеклянный стержень подносили к источнику света стороной, покрытой эмульсией/водосуспензионным гелем и рассматривали таким образом, чтобы видеть свет, проходящий через стеклянный стержень. Эмульсию/водосуспензионный гель затем трижды слегка растирали вдоль стеклянного стержня и измеряли долю кристаллов:
8 = отсутствие кристаллов,
7 = небольшое количество кристаллов,
6 = половина эмульсии/водосуспензионного геля: половина кристаллов,
5 = главным образом кристаллы с некоторым количеством эмульсии/водосуспензионного геля,
4 = только кристаллы без эмульсии/водосуспензионного геля.
Смесь можно подвергать постоянной оценке на долю образования кристаллов через известные промежутки времени, чтобы оценить ее пригодность для любого заданного времени ожидания.
Объемообразующее вещество, включает дискретные частицы горючей субстанции. Дискретные частицы могут иметь любые используемые на практике размеры и форму при условии замедления перемещения субстанции в окислительный компонент и действия частиц как объемообразующее вещество в составе взрывчатого вещества. В некоторых вариантах осуществления, дискретные частицы объемообразующего вещества обладают гладкой внешней поверхностью, то есть они по существу не имеют шероховатых поверхностей и острых кромок, которые способствуют кристаллизации компонентов в окислительном компоненте (напр., в водной фазе эмульсии). Таким образом, физическое взаимодействие между частицами объемообразующего вещества и окислительным компонентом менее всего способствует дестабилизации состава взрывчатого вещества.
Объемообразующее вещество используется, например, в виде мелких сферических частиц или гранул. Данные мелкие сферические частицы и гранулы обычно имеют относительно гладкие внешние поверхности и формируются с использованием хорошо известных технологий. Кроме того, мелкие сферические частицы и гранулы представляют собой два типа частиц, которые обычно используются в промышленности взрывчатых веществ и используют объемообразующее вещество в таких формах, которые допускают его хранение и обработку на стандартном оборудовании. Однако в альтернативных вариантах осуществления, объемообразующее вещество может, например, представлять собой тонкозернистый сыпучий материал.
В некоторых вариантах осуществления, объемообразующие вещества используются в виде в виде мелких сферических частиц или гранул сельскохозяйственного назначения. Мелкие сферические частицы сельскохозяйственного назначения, например, дешевле в производстве, чем другие формы гранул (например, гранулы взрывчатки) и обычно не имеют пор на поверхности (т.е. они имеют более гладкие поверхности, чем гранулы взрывчатки, что способствует дальнейшему замедлению перемещения горючей субстанции в окислительный компонент).
Дискретные частицы объемообразующего вещества, например, имеют закругленную (напр., по существу сферическую) форму, которая придает отличные свойства текучести и облегчает закладку, перекачку, транспортировку с помощью шнека объемообразующего вещества и т.д. В соответствии с другим вариантом (или дополнительно) частицы, например, имеют цилиндрическую, кубическую, прямоугольную или неправильную форму с гладкими поверхностями и закругленными кромками.
Дискретные частицы объемообразующего вещества могут иметь любой размер, который позволяет использовать их в составе взрывчатого вещества. Если размер частиц слишком мал, то они уже не относятся к дискретным частицам и не способны медленно гореть, что увеличивает риск выброса дымовых газов. С другой стороны, если размер частиц слишком велик, то это приводит к расщеплению состава взрывчатого вещества и нежелательным взрывным свойствам. В некоторых вариантах осуществления, дискретные частицы имеют средний размер (напр., диаметр) до примерно 1 мм, 2 мм, 3 мм или 4 мм. Например, дискретные частицы могут иметь средний размер от 1 до 4 мм, от 2 до 4 мм, от 3 до 4 мм, от 2 до 3 мм или 3 и 4 мм. Дискретные частицы объемообразующего вещества, имеющие средний размер от 2 до 3 мм в диаметре, схожи по размеру с гранулами нитрата аммония (например, используемыми для получения ANFO). Следовательно, частицы объемообразующего вещества такого размера совместимы с загрузочным оборудованием и т.д., используемым в настоящее время для транспортировки гранул нитрата аммония, и использование такого объемообразующего вещества не требует новых конфигураций оборудования или нового оборудования.
Дискретные частицы объемообразующего вещества могут быть твердыми или могут иметь пустоты. Частицы, имеющие компактную структуру и лишенные каких-либо значительных полостей, имеют относительно высокую плотность и, следовательно, вряд ли способны активировать состав взрывчатого вещества. Однако частицы, имеющие значительные полости, обладают относительно низкой плотностью и, следовательно, с большей вероятностью способны активировать состав взрывчатого вещества. В некоторых вариантах осуществления, желательно использовать такое объемообразующее вещество, которое, при смешивании с взрывчаткой, не активирует состав взрывчатого вещества и не вызывает взрыв. Это действует как страховка, предотвращающая случайный запуск неконтролируемого взрыва. Хотя, в таких вариантах осуществления, состав взрывчатого вещества подлежит отдельной активации (напр., во время его закачки в шпуры и инициирования газовыделения эмульсии с последующим снижением ее плотности, как будет описано ниже), причем этот дополнительный этап выполняется в интересах безопасности.
3
3
3
3
3
3
3
3
Плотность дискретных частиц объемообразующего вещества зависит от типа горючей субстанции и формы выпуска (например, плотность мелкосферической и гранулированной мочевины составляет от 0,73 до 0,78 г/см, а плотность мелкосферического и гранулированного сульфата аммония составляет от 0,8 до 0,9 г/см). В некоторых вариантах осуществления, дискретные частицы объемообразующего вещества имеют плотность от 0,7 до 1,4 г/см, например, от 0,8 до 1,3 г/см, от 0,9 до 1,2 г/см, от 1,0 до 1,4 г/см или от 0,7 до 1,0 г/см. Например, дискретные частицы объемообразующего вещества могут иметь среднюю плотность около 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3 или 1,4 г/см.
Объемообразующее вещество в составе взрывчатого вещества по настоящему изобретению содержит дискретные частицы водорастворимой горючей субстанции. Горючая субстанция пригодна для использования, в соответствии с настоящим изобретении, если она: (а) растворима в воде (напр., имеет растворимость в воде более 1 г/100 мл, 10 г/100 мл, 20 г/100 мл или 40 г/100 мл); (b) действует как объемообразующее вещество в составе взрывчатого вещества; и (c) выполнена в виде дискретных частиц. Специалист в данной области техники способен применить типовые испытания для определения пригодности конкретной субстанции для использования в качестве объемообразующего вещества.
Поскольку она представляет собой объемообразующее вещество, то горючая субстанция сама по себе не взрывается, а поглощается взрывом. Обычно горючая субстанция представляет собой субстанцию с отрицательным кислородным балансом. Такие субстанции снижают энергию взрыва за счет увеличения объема состава, но также поглощают кислород, который замедляет образование NOx. Например, дискретные частицы некоторых горючих субстанций, обсуждаемые ниже (например, мочевина), являются источником медленного горения топлива, и, если имеет место реакция с образованием NOx во время взрыва, то тогда имеется избыток С и Н, которые ведут к реакции другого типа с образованием СОх и воды.
Хотя горючие субстанции, имеющие положительный кислородный баланс потенциально и могут использоваться в соответствии с настоящим изобретением, но такой состав взрывчатого вещества, скорее всего, будет впитывать топливо и, следовательно, приведет к образованию NOx и выбросу дымовых газов. Опять-таки, можно провести относительно простые испытания с использованием таких горючих субстанций и определить наличие выброса дымовых газов, а, при их наличии, определить превышение выброса дымовых газов над нормативными требованиями по площадке.
Горючая субстанция, используемая для образования дискретных частиц в объемообразующем веществе, может представлять собой вещество, применяемое в сельском хозяйстве, например, минеральное удобрение. Следует отметить, что такие субстанции относительно дешевы, доступны и часто поставляются в виде мелких сферических частиц или гранул, который особенно подходит для использования в соответствии с настоящим изобретением. Было обнаружено, что некоторые из этих субстанций способствуют снижению (или даже предотвращению) образования выброса дымовых газов.
Горючая субстанция, используемая для образования дискретных частиц в объемообразующем веществе, может, например, представлять собой мочевину, сульфат аммония, диаммофос или их смеси. Другие горючие субстанции, которые могут использоваться, но имеют положительный кислородный баланс, включают в себя: аммофос, известково-аммиачную селитру, цинковый купорос или их смеси.
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, состав взрывчатого вещества содержит эмульсию типа «вода в масле» и объемообразующее вещество в виде мелких сферических частиц или гранул минерального удобрения, например, мочевины или сульфата аммония. Было обнаружено, что данные составы взрывчатых веществ обладают соответствующей водостойкостью и энергией взрыва, подходящими для использования в слабых и влажных грунтах, а также выделяют очень мало или вообще не дают выброса дымовых газов во время взрывных работ.
На регулирование пропорции взрывчатки к дробящему взрывчатому веществу в составе взрывчатого вещества влияет прочность и водостойкость состава взрывчатого вещества. Например, пропорция объемообразующего вещества выбирается таким образом, чтобы она уменьшала теоретическую энергию состава взрывчатого вещества примерно на 20-30%, по сравнению с составом, содержащим гранулы нитрата аммония или ANFO вместо объемообразующего вещества. Как будет ясно из дальнейшего обсуждения, уменьшение теоретической энергии делает такие составы взрывчатых веществ более подходящими для слабых грунтов.
Пропорции взрывчатки и объемообразующего вещества в составе взрывчатого вещества выбираются исходя из условий на месте проведения взрывных работ на площадке. Как отмечено выше, увеличение пропорции взрывчатки относительно объемообразующего вещества увеличивает энергию взрыва и водостойкость состава, но может привести к положительному кислородному балансу состава (результатом чего будет выброс дымовых газов). Желательно, чтобы состав содержал взрывчатку и объемообразующее вещество в такой пропорции, в результате которой состав обладал бы отрицательным кислородным балансом. Специалист в данной области техники способен рассмотреть соответствующие факторы (и, возможно, провести некоторые полевые испытания), чтобы определить соответствующие пропорции взрывчатки и объемообразующего вещества в составе взрывчатого вещества по настоящему изобретению, для его использования в конкретном месте.
В некоторых вариантах осуществления, состав содержит от 50 вес. % до 99 вес. % взрывчатки. Обычно состав взрывчатого вещества обладает хорошей водостойкостью, если он содержит 60% или более водосуспензионного геля или эмульсионного взрывчатого вещества. В некоторых вариантах осуществления состав содержит свыше 60 вес. % взрывчатки, например, примерно 65, 70, 75, 80, 85, 90 или 95% (по весу) взрывчатки (или в пределах любых интервалов между ними).
Соответственно, состав взрывчатого вещества содержит от 1 вес. % до 50 вес. % объемообразующего вещества. Например, состав может содержать примерно 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 или 50% (по весу) объемообразующего вещества (или в пределах любых интервалов между ними).
Хотя взрывчатка и объемообразующее вещество, могут использоваться предварительно смешанными, но обычно предполагается их раздельное хранение и объединение только при закладке в шурф (с другими веществами, например, активирующим компонентом, добавляемым одновременно). Обычно дискретные частицы горючей субстанции по существу равномерно распределены в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле, что позволяет горючей субстанции иметь постоянные свойства. Однако, в некоторых вариантах осуществления, преимущества достигаются за счет использования состава взрывчатых веществ, в котором дискретные частицы горючей субстанции, по существу, не равномерно распределены в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле. Например, может иметь место ситуация, в которой часть шурфа проходит через 25 м твердого грунта с 5 м воды на середине. Состав взрывчатых веществ по настоящему изобретению может использоваться до определенной глубины для влажного и слабого грунта, а затем состав меняют на традиционную эмульсию, активируемую газом для более твердого грунта, возвращаясь к составу для более слабого грунта, находящегося над слоем твердого грунта. Хотя частицы при загрузке являются однородными, то во всей колонке взрывчатого вещества это не так. Другим примером служит загрузка к стенкам шпура, а затем заполнение середины колонки взрывчатого вещества чем-то другим, например плотным или суспензионным ANFO. Общими преимуществами изобретения являются большая гибкость и возможность использования продуктов с более высокой энергией при возникновении геологических проблем, которые не могут быть решены продуктом с низкой энергией.
В вариантах осуществления, где объемообразующее вещество малоспособно или вообще не способно активировать состав взрывчатого вещества, то состав может дополнительно содержать активирующий компонент. Может использоваться любой активирующий компонент, который совместим с другими компонентами состава взрывчатого вещества и который не способен отрицательно воздействовать на его взрывные свойства. Подходящие активирующие компоненты выбираются специалистом в данной области техники исходя настоящего раскрытия и других свойств компонентов состава взрывчатого вещества, стадии добавления активирующего компонента и желаемого результата взрыва.
Активирующий компонент может представлять собой компонент, уменьшающий плотность (особенно, когда объемообразующее вещество используется в форме твердых мелких сферических частиц или гранул). В некоторых вариантах осуществления, компонент снижающий плотность, может представлять собой химическую газообразующую добавку, например, соль щелочного металла (т.е., натриевую селитру или нитрит калия) и кислоту, в результате чего в ходе реакции нитрит ионов, аммоний ионов (из эмульсии или водосуспензионного геля) и кислоты выделяется газообразный азот. В альтернативных вариантах осуществления компонент, снижающий плотность, может представлять собой стеклянные или пластиковые микрошарики или окклюдированный воздух.
3
3
Активирующий компонент может добавляться в любое время. Например, активирующий компонент добавляется к взрывчатке или объемообразующему веществу, причем данная смесь впоследствии может добавляться к другому типу взрывчатки и объемообразующего вещества. Кроме того, активирующий компонент может добавляться к смеси взрывчатки с объемообразующим веществом. Однако, поскольку активирующий компонент более взрывоопасен, то активирующий компонент обычно добавляют к составу взрывчатого вещества (или компоненту состава взрывчатого вещества) во время введения состава в шурф (или немного ранее). В вариантах осуществления, в которых активирующий компонент представляет собой щелочной металл и кислоту, то при смешивании эти соединения образуют газообразный азот, тем самым снижая плотность состава взрывчатого вещества. В идеальном случае плотность состава снижают до менее чем 1,15 г/см, например от 0,80 до 1,15 г/см, за счет подбора подходящего количества активирующего компонента для смешивания с составом.
В конкретных вариантах осуществления к эмульсии нитрата аммония (например, в статический смеситель) добавляют кислоту (например, уксусную кислоту), а затем к подкисленной эмульсии на основе нитрата аммония добавляют 20-30% раствора натриевой селитры. Нитрит ионы протонируются, а затем вступают в реакцию с аммоний ионами, образуя газообразный азот. Генерация газа обычно завершается в течение 20-60 минут. Количество используемого раствора натриевой селитры определяет конечную плотность состава взрывчатого вещества. Затем добавляются дискретные частицы объемообразующего вещества, а полученную смесь затем закачивают (напр., шнеком) в шурф.
Состав взрывчатого вещества также может добавляться к другим субстанциям во время хранения (например, в виде отдельных компонентов), или во время его транспортировки в шурф. Например, улучшенные или модифицированные свойства составов взрывчатых веществ, в соответствии с настоящим изобретением, могут быть получены путем включения в состав ANFO, микрошариков или смазочного материала (напр., воды).
Хотя настоящее изобретение относится к составам взрывчатых веществ, пригодных для слабых и влажных грунтов и, следовательно, обладающих относительно слабой силой взрыва, то в некоторых вариантах осуществления является желательным включение в состав взрывчатого вещества гранул нитрата аммония. Гранулы нитрата аммония не являются объемообразующим веществом и повышают силу взрыва, но их включение в состав взрывчатого вещества по настоящему изобретению (то есть в дополнение к описанным здесь взрывчатке и объемообразующему веществу) может придать требуемые свойства получаемому составу взрывчатого вещества. Например, включение гранул нитрата аммония немного увеличивает энергию взрыва, но в то же время уменьшает образование NOx. Добавление нитрата аммония или взрывчатой смеси нитрата аммония и дизельного топлива желательно там, где имеет место более твердый грунт или, например, требуется результат с большим вспучиванием.
Состав взрывчатого вещества в соответствии с настоящим изобретением доставляется в буровую скважину со слабым и влажным грунтом любым подходящим способом с учетом всех соответствующих факторов (особенно техники безопасности). Состав взрывчатого вещества (или его компоненты) можно транспортировать любым обычным способом, например, перекачкой или транспортировкой с помощью шнека с добавлением дополнительных компонентов при необходимости.
Обычно взрывчатку и дробящее взрывчатое вещество хранят по отдельности, а состав взрывчатого вещества подают в буровую скважину, сначала смешав взрывчатку, содержащую окислительный компонент в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле, с объемообразующим веществом, содержащим дискретные частицы горючей субстанции, с образованием состава взрывчатого вещества, а затем доставляют состав взрывчатого вещества в скважину.
Как обсуждалось выше, может возникнуть необходимость активировать состав взрывчатого вещества (напр., активирующим компонентом) непосредственно до или при транспортировке в скважину. Для точного смешивания активирующего компонента с составом взрывчатого вещества активирующий компонент обычно добавляют перед транспортировкой состава взрывчатого вещества в скважину.
В некоторых вариантах осуществления, взрывчатка и дискретные частицы объемообразующего вещества перед смешиванием хранятся по отдельности в разных отсеках типовой мобильной установки (MPU), обычно используемой в промышленности взрывчатых веществ. Как отмечено выше, в некоторых вариантах осуществления, дискретные частицы объемообразующего вещества могут иметь такие же размеры и форму, что и гранулы нитрата аммония, и поэтому такие дискретные частицы объемообразующего вещества могут храниться в отсеке мобильной установки, обычно предназначенном для гранул нитрата аммония.
Следует отметить, что использование нового состава взрывчатого вещества со свойствами, делающими его пригодным в слабых и влажных грунтах, с использованием существующего оборудования принесет огромную пользу промышленности. Поскольку дискретные частицы объемообразующего вещества обычно имеют хорошую текучесть и не имеют мелких частиц, то отсек MPU, который использовался для хранения объемообразующего вещества, будет легко очищаться после использования, тем самым существенно облегчая потенциальные проблемы с загрязнением. Кроме того, поскольку дискретные частицы наполнителя обычно не активируются гранулами нитрата аммония при смешивании некоторых из этих частиц с гранулами нитрата аммония, то вероятность воспламенения ими, топлива для гранул нитрата аммония или достаточной степени активации с образованием потенциально взрывоопасной смеси с нитратом аммония чрезвычайно мала. Таким образом, грузовики с MPU могут использоваться для любого способа размещения и легко переоборудоваться для перевозки любого набора компонентов состава взрывчатого вещества.
В конкретном варианте осуществления изобретения, составы взрывчатых веществ доставляются на место производства взрывных работ обычными грузовиками с MPU, в котором компоненты размещены в секциях, обычно используемых для хранения компонентов традиционных эмульсий AN. Как будет ясно из дальнейшего обсуждения, MPU обычно имеет три секции, причем первая и самая маленькая секции обычно содержат дизельное топливо, которое традиционно содержит около 6% компонента ANFO. Вторая секция обычно используется для хранения гранул нитрата аммония для сухого добавления, а третья секция предназначена для хранения эмульсии на основе нитрата аммония (или водосуспензионного геля).
Состав взрывчатого вещества подается шнеком MPU, который улучшает смешивание дискретных частиц объемообразующего вещества с взрывчаткой, компонентом снижающим плотность (при необходимости), идеально смешиваясь с составом взрывчатого вещества до того, как состав взрывчатого вещества будет подан в шпур. Если компонентом снижающим плотность, является соль щелочного металла, то тогда раствор соли вводится через входное отверстие в поток эмульсии до того, как состав взрывчатого вещества будет доставлен шнеком в шпур.
Как описано в настоящем документе, особенности и варианты осуществления настоящего изобретения способны уменьшить выброс дымовых газов. В этом отношении, настоящее изобретение предлагает способ снижения выброса дымовых газов, включающий подачу состава взрывчатого вещества в скважину, где состав взрывчатого вещества содержит дискретные частицы водорастворимой горючей субстанции с отрицательным кислородным балансом, и где дискретные частицы распределены в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле. Состав взрывчатого вещества, используемый в данном способе, может представлять собой состав взрывчатого вещества по первому варианту осуществления настоящего изобретения.
В некоторых вариантах осуществления, дискретные частицы равномерно распределены в эмульсии типа «вода в масле» или водосуспензионном геле. В некоторых вариантах осуществления, дискретные частицы отделены от окисляющего компонента эмульсии типа «вода в масле» масляной фазой.
В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно содержит добавление активирующего компонента к составу взрывчатого вещества. Например, состав взрывчатого вещества активируется путем добавления активирующего компонента к взрывчатке перед его смешиванием с объемообразующим веществом и подачей в скважину.
В некоторых вариантах осуществления, взрывчатка и дискретные частицы объемообразующего вещества перед смешиванием хранятся в разных отсеках мобильной установки. Например, дискретные частицы объемообразующего вещества могут храниться в отсеке мобильной установки, обычно предназначенном для гранул нитрата аммония.
В некоторых вариантах осуществления, состав взрывчатого вещества подается в скважину во время взятия буровых образцов.
В соответствии с настоящим изобретением и способом доставки в шпуры составы взрывчатых веществ особенно пригодны при взрывных работах на слабых и мягких грунтах. Однако составы взрывчатых веществ также пригодны в тех случаях, когда необходимо минимизировать воздействие взрыва на соседние заряды. Например, заряды подвергаются воздействию вывала грунта из-за целого ряда факторов, например, из-за сбросового выступа, нагрузки от взрывного повреждения, полученного при взрыве предыдущего заряда. Данный вывал делает грунт менее крепким и допускает самопроизвольное смещение некоторой части состава взрывчатого вещества, что потенциально может привести к переполнению шпуров. Вследствие этого существует больший риск нестабильности стен, обвала, разубоживание руды и плохие параметры взрывных работ, например, повышенное образования дыма и разлет осколков горной породы при взрыве. Одним из способов уменьшения данных рисков является контурное бурение последнего ряда шпуров, который граничит со следующим шпуром с составом взрывчатого вещества меньшей энергии. Этот способ образует искусственную трещину, которая лучше контролируется и снижает описанные риски. Из-за существующих требований к применению взрывчатки с меньшей энергией хорошо подходит состав взрывчатого вещества в соответствии с настоящим изобретением. Изобретение также обладает преимуществом в том случае, когда значение имеет уменьшение выбросов дымовых газов, поскольку взрывчатые составы, в которых объемообразующее вещество имеет отрицательный кислородный баланс, обычно образуют минимальный объем дымовых газов, особенно вредных газов NOx (часто образуемых при активации состава газообразным азотом).
Примеры составов взрывчатых веществ в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения описаны ниже.
Примеры
Пример 1 - Стабильность и водостойкость
Гранулированный сульфат аммония и гранулированную мочевину (20 вес. % состава взрывчатого вещества) смешивали с типовой нитрат аммониевой эмульсией типа «вода в масле» (80 вес. % состава взрывчатого вещества, рецептуру см. ниже в Таблице 1) и химически выделяли газ, используя смесь раствора натриевой селитры (25 вес. %) и раствора уксусной кислоты (50 вес. %) с целью получения составов взрывчатых веществ в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Стабильность и водостойкость данных составов взрывчатых веществ измеряли и сравнивали со стабильностью и водостойкостью той же эмульсии типа «вода в масле», но которая смешивалась с АСДТ в соотношении 60 и 40 вес %, соответственно и химически выделяли газ, используя смесь раствора натриевой селитры (25 вес. %) и раствора уксусной кислоты (50 вес. %). Полученные результаты приведены ниже.
Статическая водостойкость каждого состава взрывчатого вещества измерялась следующим образом. В пластиковую банку емкостью 500 мл добавляли 300 г каждой смеси, отмечая ручкой на внешней стороне банки уровень верхней части состава. К верхней части состава взрывчатого вещества добавляли 150 мл воды. Со временем вода впитывалась в состав взрывчатого вещества, что приводило к набуханию смеси. Вода пропитывала смесь, и она становилась непрозрачной. Высота (в сантиметрах), на которую смесь набухла выше линии уровня, представляет собой величину набухания. Глубина в сантиметрах, на которую вода пропитала смесь, представляет собой величину пропитывания. Статическая водостойкость контролировалась через регулярные интервалы в течение 2 недель.
Стабильность каждого состава взрывчатого вещества измерялась путем мониторинга уровня кристаллизации в эмульсии в зависимости от времени. Это достигалось выполнением испытания на стеклянном стержне, описанном выше.
Наблюдалось улучшение водостойкости двух составов взрывчатых веществ, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, по сравнению со стандартом, что указывает на то, что составы взрывчатых веществ, в соответствии с настоящим изобретением, являются, по меньшей мере, такими же водостойкими и стабильными, как и обычные водостойкие взрывчатые вещества. Составы, в соответствии с настоящим изобретением, по меньшей мере, такие же стабильные, как и стандартный состав.
Во время испытаний на стеклянном стержне в течение 2 недель не наблюдалось никаких свидетельств усадки гранул мочевины и сульфата аммония составах взрывчатых веществ в соответствии с настоящим изобретением.
Пример 2 - Скорость детонации
Испытание VOD проводили по рецептуре для стандартного состава нитрат аммониевой эмульсии (100 вес. %) и сравнивали с составом в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения (Пример 2А), с той же рецептурой состава эмульсии (80 вес. %), смешанный с гранулированной мочевиной (20 вес. %). Обе смеси активировали химически добавлением 0,03 вес. % раствора натриевой селитры и 0,03 вес. % раствора уксусной кислоты (50 вес. %). Трубы диаметром 100 мм или 150 мм заполняли смесью, а рецептура и скорость детонации приведены ниже:
Как следует из таблицы, состав взрывчатого вещества, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, имеет значительно более низкую энергию и сопоставимую, но немного более низкую VOD, в сравнении со стандартным составом взрывчатого вещества ANE при диаметре заряда, равном 100 или 150. Как следует из таблицы, это различие увеличивается при меньшем диаметре из-за разницы в энергии между двумя составами (поскольку оба состава приближаются к критическому диаметру). Следует отметить, что эти результаты могут быть сопоставлены с составами, в соответствии с настоящим изобретением, имеющими более низкое вспучивание и энергию, чем стандартные составы взрывчатых веществ ANE.
Пример 3 - Скорость детонации (VOD) при увеличении объема смеси
Испытание VOD проводили по рецептуре для стандартного состава нитрат аммониевой эмульсии (100 вес. %) и сравнивали с составом в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Партию нитрат аммониевой эмульсии (ANE) готовили для использования при приготовлении смеси гранулированной мочевины с эмульсией (см. Смеси 1-4 ниже) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Эмульсию готовили добавлением смеси нитрата аммония (80 вес. %) и воды (20 вес. %) в емкость из нержавеющей стали объемом 2000 мл. Соль и воду нагревали до 80°С для растворения нитрата аммония. В отдельный лабораторный стакан из нержавеющей стали объемом 1000 мл добавляли эмульгатор на основе PIBSA (15 вес. %), минеральное масло / дизельное топливо (85 вес. %). Данную смесь нагревали до 70°С и получали монодисперсную жидкость. Топливную смесь перемешивали лопаткой диаметром 64 мм, смонтированной на вертикальной мешалке. К топливной смеси добавляли раствор окислителя, продолжая перемешивание в вертикальной мешалке. Полученная эмульсия имела соотношение окислителя и топлива 94:6, соответственно. После добавления окислителя получали эмульсию с малой вязкостью. Применяли дальнейшее улучшение структуры и в результате получали эмульсию вязкостью 32000 спз, определенную на вискозиметре Брукфильда при 20 об/мин и с использованием шпинделя №7. Продукт охлаждали перед смешиванием с мочевиной.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения приготавливали четыре смеси. В смеси №1 базовую эмульсию смешивали с гранулированной мочевиной с весовым соотношением 60:40 до тех пор, пока не получали равномерного распределения гранул в эмульсии. В смеси №2 базовую эмульсию смешивали с гранулированной мочевиной с весовым соотношением 65:35 до тех пор, пока не получали равномерного распределения гранул в эмульсии. В смеси №3 базовую эмульсию смешивали с гранулированной мочевиной с весовым соотношением 70:30 до тех пор, пока не получали равномерного распределения гранул в эмульсии. В смеси №4 базовую эмульсию смешивали с гранулированной мочевиной с весовым соотношением 80:20 до тех пор, пока не получали равномерного распределения гранул в эмульсии.
3
Смеси подкисляли уксусной кислотой и добавляли нитритный щелок до тех пор, пока смесь не достигала номинальной плотности 1,10 г/см (~ 0,08 вес. % натриевой селитры в общей смеси). Продукт загружали в трубы из ПВХ диаметром 100 мм, 125 мм и 150 мм. Состав инициировали с помощью различных ускорителей для проверки чувствительности. Скорость детонации измеряли двухточечным методом.
Результаты приведены в Таблице 4 и показывают, что состав нормально детонирует с одним фунтом ускорителя, если эмульсия, гранулы мочевины и химическая газообразующая добавка используются в раскрытых количествах. Для всех смесей, негазированная смесь, загруженная в трубу диаметром 150 мм, не инициировалась ускорителем весом один фунт, что указывает на неспособность мочевины активировать ANE. Смеси 1 и 2 детонировали («дет.») при весе ускорителя 50 грамм, но не при весе ускорителя в 20 грамм. Смеси 3 и 4 детонировали при весе ускорителя 20 грамм, но не при весе ускорителя в 10 грамм.
Пример 4 - Снижение выброса дымовых газов
Серия опытов с использованием смесей, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, включая TITAN 9000 (80 вес. %), имеющейся в продаже нитрат аммониевой эмульсии и гранулированной мочевины (20 вес. %), проводилась в шахте со слабой вскрышей.
3
Гранулированную мочевину загружали в бункер MPU, обычно предназначенный для гранул AN (т.е. перед смешиванием с TITAN 9000 ANE и активирующим компонентом), при этом установка грузовика калибровалась с учетом небольшой разницы в плотности между гранулой мочевины и гранулой AN. Гранулированную мочевину равномерно распределяли по всей эмульсии непосредственно перед подачей в скважину. Составы взрывчатых веществ химически активировали раствором натриевой селитры и раствором уксусной кислоты (50 вес. %) до плотности в приборе с открытой чашке, составляющей от 0,9 до 1,15 г/см.
Первое испытание включало загрузку 12 т (приблизительно) данного состава в ряд влажных и сухих шпуров с регистрацией следующих параметров: визуального контроля качества состава; скорости газообразования; VoD; генерацию дымовых газов для данного состава; и сравнение этих параметров с результатами, полученными при использовании стандартных составов взрывчатых веществ, используемых в шахте. Скорость газообразования была ожидаемой при VoD от 4300 и 4800 м/с, и несколько ниже, чем у стандартной взрывчатки (4500-5000 м/с). При срабатывании заряда из смешанного с мочевиной ANE выброса дымовых газов не наблюдалось.
Второе испытание включало загрузку 60 тонн (приблизительно) данного состава в шурфы глубиной 5-13 метров. Отслеживался VOD, а шпуры в основном были мокрыми. Скорость газообразования была ожидаемой при VOD от 3900 и 4600 м/с. Выброс дымовых газов не наблюдался.
Третье испытание включало загрузку 54 тонн (приблизительно) данного состава в 145 шурфов глубиной 16-19 метров. Отслеживался VOD, а шпуры в основном были сухими. Скорость газообразования была ожидаемой при VOD от 3600 и 5100 м/с. Выброс дымовых газов не наблюдался.
Четвертое испытание включало загрузку 54 тонн (приблизительно) данного состава в 118 шурфов глубиной 16-27 метров, причем 22 шурфа имели глубину 25-27 метров. Все шурфы, где измеряли VOD, имели глубину 25-27 метров и были сухими. Скорость газообразования была ожидаемой при VOD от 4600 и 5100 м/с. Выброс дымовых газов не наблюдался.
3
Пятое испытание включало загрузку 70 тонн (приблизительно) данного состава в 145 шурфов. Все шурфы, где измеряли VOD, имели глубину 13-15 метров и имели разную сухость и влажность. Семь шпуров, где VOD не измерялась, загружались составом с плотностью в 0,85 г/см. Проводился мониторинг образования оползня в данных шпурах, которого не наблюдалось. VOD составляла от 5100 и 5200 м/с. Выброс дымовых газов не наблюдался.
Данные испытания со всей очевидностью показывают, что составы, в соответствии с настоящим изобретением, могут использоваться в буровых скважинах, необязательно, со слабыми и влажными грунтами, при условии, что не требуется максимальная энергия взрыва (например, при предварительном расщеплении).
Хотя здесь и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, но их следует рассматривать во всех отношениях как иллюстративные, и следует принимать во внимание, что возможны модификации в пределах сущности и объема изобретения.
В пунктах формулы изобретения, за исключением случаев, когда контекст требует иного понимания, термин «содержит» или его варианты, например «включает» или «включающий», используется в смысле включения, т.е. для указания наличия указанных признаков, а не для исключения их наличия или добавления дополнительных признаков в различных вариантах осуществления изобретения.
Соответственно, следует понимать, что любая публикация известного уровня техники, упомянутая здесь, не является признанием того, что публикация является частью общих знаний в отрасли техники, к которой относится данное изобретение.