Безопасный эмульсионный или водногелевый патрон, способ изготовления безопасного эмульсионного или водногелевого патрона и способ активирования безопасного эмульсионного или водногелевого патрона (варианты)
SAFE EMULSION OR WATER-GEL CARTRIDGE, METHOD FOR PRODUCTION OF SAFE EMULSION OR WATER GEL CARTRIDGE AND METHOD FOR ACTIVATING SAFE EMULSION OR WATER GEL CARTRIDGE (VARIANTS)

Изобретение относится к производству патронов взрывчатых веществ для горных взрывных работ.
Современные эмульсионные (ЭВВ) и водногелевые (ВГВВ) промышленные взрывчатые вещества (ВВ), изготавливаемые в условиях предприятий, ведущих взрывные работы, в зависимости от рецептуры могут быть как восприимчивыми к инициирующему импульсу от первичных средств инициирования (капсюль-детонатор, детонирующий шнур и т.п.), так и не восприимчивыми к первичным средства инициирования, и вследствие этого требующие для возбуждения детонации применения промежуточных детонаторов (далее - ПД, «бустеров», «боевиков» - изделий из взрывчатых веществ, чувствительных к первичным средствам инициирования, и взрывчатых веществ, передающих детонационный импульс к основному инициируемому заряду).
Для повышения безопасности применения указанных ЭВВ и ВГВВ необходима замена ПД, традиционно изготавливаемых из твердых взрывчатых веществ (тротил, тротил-гексогеновые смеси или пентолитовые смеси и т.п.), на промежуточные детонаторы, изготовляемые из подобных (ЭВВ и ВГВВ) взрывчатых веществ, также изготовляемых на местах применения. Это позволит сократить перевозки готовых ПД по авто- и железным дорогам общего пользования, сократить количество хранимых ПД на стационарных складах взрывчатых материалов предприятий, ведущих взрывные работы - что, в целом, повысит уровень промышленной безопасности при обращении с ВВ.
Восприимчивые к первичным средствам инициирования ЭВВ и ВГВВ (далее - вещества класса 1.1), по специфике своего рецептурного состава, имеют более высокую стоимость в сравнении с ЭВВ и ВГВВ, не чувствительными к первичным средствам инициирования (далее - вещества класса 1.5). В этой связи для снижения стоимости взрывных работ основной заряд ЭВВ и ВГВВ формируют из веществ класса 1.5, а для ПД, который, как правило, составляет менее 1% массы основного заряда, используют ЭВВ и ВГВВ класса 1.1.
Известны взрывчатые составы ЭВВ и ВГВВ, чувствительные к инициирующему импульсу от капсюля-детонатора или от промежуточного детонатора (бустера) (соответственно, классы 1.1 и 1.5 - по ГОСТ 19433-88 "Грузы опасные"). А также заряды, представляющие собой различного рода оболочки, заполненные составами указанных ВВ.
Чувствительность к инициирующему импульсу таких ВВ достигается введением в их состав сенсибилизатора.
В качестве сенсибилизатора могут быть использованы:
- микроскопические газовые включения (образующиеся при механическом или химическом воздействии на исходную (матричную) эмульсию;
- различного рода пористые материалы (перлит, вермикулит, стеклянные микросферы, полимерные микросферы и т.п.);
- индивидуальные взрывчатые вещества (например, гексоген, тротил и т.п. в порошкообразном виде).
При этом исходная эмульсионная (или водногелевая) матрица изначально не обладает взрывчатыми свойствами (например, эмульсии и водные гели, относящиеся по классификации опасных грузов (Совета экспертов ООН) к серийному номеру «3375») и может быть отнесена к классу опасности «5.1» (окислитель) по ГОСТ 19433-88.
4
3
Так, например, известно взрывчатое вещество бризантное, тип «Е», №ООН 0241 - представляющее собой вещество, состоящее из воды в качестве основного ингредиента и больших частей нитрата аммония или других окислителей, некоторые или все из которых находятся в растворе. Другие составляющие могут включать нитропроизводные типа тринитротолуола, углеводороды или алюминиевый порошок. Они могут содержать инертные компоненты, такие как кизельгур, и примеси красителей и стабилизаторов. К этому же типу относится и аммония нитрата эмульсия (аммиачная селитра NHNO), суспензия или гель - промежуточное сырье для бризантных взрывчатых веществ, жидкое № ООН 3375 (UN 3375) - гигроскопична, при температуре 210°С и взаимодействии с серой, хлорной известью, кислотами, порошковыми металлами разлагается с выделением токсичных окислов азота; в случае загрязнения нитрата аммония органическими примесями или при пожаре разложение может перейти во взрыв. Или можно рассмотреть эмульсионную матрицу Сабтек (класс опасности груза - 5 (окисляющие вещества), подкласс - 5.1, согласно ГОСТ 19433 «Грузы опасные. Классификация и маркировка», серийный номер по списку ООН-3375.
Таким образом, при традиционной технологии производства зарядов ЭВВ (сенсибилизации эмульсии одним из указанных способов), транспортированию и хранению подлежат готовые взрывчатые вещества (например, ООН-0241).
При этом отнесение конкретного состава к «эмульсионной матрице ООН-3375 класс 5.1» или «эмульсионное взрывчатое вещество ООН-0241» определяет такой показатель, как «относительная плотность» (ОП). Под ОП понимают отношение фактической плотности эмульсии (или водного геля) к максимально возможной (теоретической) плотности эмульсии (или водного геля) конкретного химического состава, при одинаковых условиях окружающей среды (давление, температура). Критическим считается значение ОП менее 0,95, после чего эмульсионную матрицу (или водный гель) следует рассматривать как самостоятельное взрывчатое вещество класса «1» подклассов «1.1» или «1.5» - по ГОСТ 19433-88.
Транспортирование и хранение готовых взрывчатых веществ (ВВ) и зарядов из них сопряжено со множеством проблем:
1) Соблюдением безопасных расстояний:
- на людей и окружающие объекты - в случае аварийного взрыва ВВ;
- по непередаче детонации между вагонами (при транспортировании) и штабелями (при хранении) ВВ.
2) Выполнение специальных требований к конструкции и оборудованию транспортных средств осуществляющих перевозку ВВ.
3) Наличие специальной подготовки персонала, осуществляющего перевозку операции с ВВ.
4) Ограничения по нормам загрузки транспортных средств перевозимыми ВВ.
5) Проведение погрузочно-разгрузочных операций только на специальных площадках, спроектированных и оборудованных для работ с опасными грузами класса опасности «1».
6) Обеспечение вооруженной охраны от возможных посягательств на ВВ.
Применение зарядов эмульсионных или водногелевых взрывчатых составов осуществляется в виде патронов, заряженных этим составом и оснащенных капсюлем-детонатором. Так, известен эмульсионный или водногелевый патрон, содержащий гибкую трубчатую оболочку из полимерного материала с герметизированными торцами, внутри которой размещено эмульсионное или водногелевое взрывчатое вещество, при этом с одного герметизированного торца в теле трубчатой оболочки сформировано вдавливанием торцевой части трубчатой оболочки внутрь этой оболочки вытянутое вдоль оболочки продолговатой формы углубление, в котором размещен капсюль-детонатор (RU 2591868, F42B 3/087, F42D 1/08, опубл. 20.07.2016). Это решение принято в качестве прототипа для заявленных устройства и способов.
Известный патрон получают путем изготовления эмульсии при температуре +80…+85°С, в которую при механическом перемешивании вводят стеклянные микросферы, затем полученной смесью наполняют оболочки патронов. Полученные патроны остывают естественным путем. При этом получают патроны с относительной плотностью менее 0,95, что относит такие взрывчатые изделия к классу «1» подклассов «1.1» или «1.5» (по ГОСТ 19433-88).
Естественно, что хранение и транспортировка таких взрывчатых изделий должны сопровождаться рядом мероприятий, к которым относятся безопасное удаление от людей и окружающих объектов, исключение передачи детонации между вагонами при транспортировании и штабелями при хранении ВВ, использованию специализированных транспортных средств, проведение погрузочно-разгрузочных операций только на специальных площадках, спроектированных и оборудованных для работ с опасными грузами класса опасности «1» и т.д. Проведение указанных мероприятий имеет своей целью недопущение взрыва и нанесении вреда людям и окружающей обстановке. Такие мероприятия являются неотъемлемой составляющей, присущей использованию ВВ класса «1» и чрезвычайно затратны. Именно эти мероприятия являются элементом торможения процесса не только изготовления ВВ, но и его поставки к месту назначения, что приводит к снижению оперативности поставок в удаленные регионы, которые промышленно используют ВВ в своей работе. Если поставляемый полуфабрикат ВВ будет соответствовать классу 5, подклассу - 5.1, согласно ГОСТ 19433-88 «Грузы опасные. Классификация и маркировка», серийный номер по списку ООН-3375, то существенно сокращается время и затраты на транспортировку указанного полуфабриката ВВ к месту назначения с сохранением высокой безопасности как самого изделия, так и условий его перемещения.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении конструктивной и технологической безопасности эмульсионного или водногелевого патрона за счет уменьшения относительной плотности состава внутри патрона после доставки на место применения, непосредственно перед его использованием на взрывных работах.
Указанный технический результат для устройства достигается тем, что безопасный эмульсионный или водногелевый патрон, содержащий гибкую трубчатую оболочку из полимерного материала с герметизированными торцами, внутри которой размещено эмульсионное или водногелевое взрывчатое вещество, при этом с одного герметизированного торца в теле трубчатой оболочки сформировано вдавливанием торцевой части трубчатой оболочки внутрь этой оболочки вытянутое вдоль оболочки продолговатой формы углубление, в котором размещен капсюль-детонатор, снабжен инертной добавкой в виде компактированных полимерных микрочастиц, увеличивающих свой объем при нагревании, предварительно введенных в охлажденную эмульсию или водный гель при температуре ниже температуры начала расширения компактированных полимерных микрочастиц, при этом смесь эмульсии или водного с инертной добавкой выполнена с относительной плотностью более 0,95.
При этом для этого патрона в трубчатой оболочке эмульсия или водный гель составляет 99,5-96,5% масс. при содержании и полимерных микрочастиц 0,5-3,5% масс., причем в качестве полимерных микрочастиц инертной добавки могут быть использованы компактированные микросферы из полимерной оболочки с заключенным в нее газом.
Указанный технический результат для способа достигается тем, что способ изготовления безопасного эмульсионного или водногелевого патрона  заключается в изготовлении или применении эмульсионного или водногелевого состава, принудительном охлаждении этого состава до температуры ниже, температуры начала расширения используемых в качестве сенсибилизатора компактированных полимерных микрочастиц, объем которых зависит от окружающей их температуры, смешении охлажденного состава с этими полимерными микрочастицами и заполнении полученной смесью гибких трубчатой формы оболочек с герметизацией торцов оболочки.
Указанный технический результат для способа достигается тем, что способ активирования безопасного эмульсионного или водногелевого патрона, выполненного по п. 1, заключается в нагреве смеси эмульсии ли водного геля с инертной добавкой, помещенного в гибкую трубчатую оболочку из полимерного материала, до температуры выше, чем температура начала расширения компактированных полимерных микрочастиц инертной добавки и меньше температуры начала пластической деформации материала гибкой трубчатой оболочки патрона, для уменьшения относительной плотности эмульсионного или водногелевого взрывчатого вещества с инертной добавкой менее 0,95.
В этом способе, в качестве компактированных полимерных микрочастиц инертной добавки могут быть использованы микросферы из полимерной оболочки с заключенным в нее газом.
Указанный технический результат для способа достигается тем, что способ активирования безопасного эмульсионного или водногелевого патрона, выполненного по п. 1, заключающийся в помещении оболочки, заполненной эмульсионным или водногелевым взрывчатым веществом с инертной добавкой и с относительной плотностью более 0,95, помещают в потопленном состоянии в емкость, заполненную раствором с плотностью, меньшей плотности эмульсионного или водногелевого взрывчатого вещества с инертной добавкой и нагретого до температуры, превышающей температуру начала расширения полимерных микрочастиц инертной добавки, и выдерживают заполненную составом оболочку в этом растворе до всплытия заполненной составом оболочки на поверхность раствора за счет увеличения объема полимерных микрочастиц инертной добавки, приводящей к уменьшению относительной плотности менее 0,95.
Для этого способа в качестве раствора можно использовать водно-солевой раствор поваренной соли, а в качестве полимерных микрочастиц инертной добавки - компактированные микросферы из полимерной оболочки с заключенным в нее газом.
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 фиг. 1 изображен вид патрона в сборе с капсюлем-детонатором и волноводом, продольное сечение;
фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, общий вид;
фиг. 3 - фаза погружения безопасного патрона в подогретый раствор;
фиг. 4 - фаза всплытия патрона в состоянии активации взрывчатой смеси.
Согласно настоящему изобретению рассматривается новая конструкция патрона взрывчатого вещества (фиг. 1 и 2) с герметичным устройством ввода капсюля-детонатора 1, применяемого для горных взрывных работ. Этот патрон может как вариант исполнения рассматриваться как промежуточный детонатор (ПД) для зарядов взрывчатых веществ, не восприимчивых к первичным средствам инициирования и вследствие этого требующих для возбуждения детонации применения промежуточных детонаторов. Так же этот патрон рассматривается как самостоятельное безопасное изделие, начиненное эмульсионным или водногелевым взрывчатым веществом 2, дополненным сенсибилизатором в виде компактированной микропористой добавки из инертного материала.
Патрон взрывчатого вещества (фиг. 1 и 2) с герметичным устройством ввода капсюля-детонатора 1 представляет собой трубчатую оболочку 3 из гибкого полимерного материала (отрезок полимерного рукава). Оболочка выполняется с герметизированными торцами. Внутри гибкой оболочки размещено эмульсионное или водногелевое промышленное взрывчатое вещество 2. При этом с одного герметизированного торца в теле трубчатой оболочки сформировано вытянутое вдоль оболочки продолговатой формы углубление 4 (выемка) для размещения капсюля-детонатора 1. Это углубление (выемка) сформировано вдавливанием торцевой части трубчатой оболочки внутрь этой оболочки в направлении вдоль ее длины. После размещения детонатора (капсюля детонатора) гибкая проводная подводка 5 (провода для подачи электроимпульса или волновод неэлектрической системы инициирования) от капсюля-детонатора прокладывается вокруг оболочки снаружи нее методом связывания или обвязывания для исключения соскакивания подводки с тела оболочки патрона.
Таким образом, исключена необходимость нарушения целости наружной оболочки патрона при введении капсюля-детонатора внутрь оболочки. Капсюль-детонатор размещается во внутреннюю полость, сформированную в процессе заполнения оболочки взрывчатым веществом. Предназначенные для заполнения патронов ЭВВ и ВГВВ сенсибилизированы способом добавления инертной добавкой в виде компактированных полимерных микрочастиц, обладающих возможностью увеличивать свой объем при нагревании, то есть при переходе через критическую температуру. В качестве таких полимерных микрочастиц можно использовать, например, полимерные микросферы, заполненные газом, марки Expancel "AkzotNobel", выпускаемой компанией Eka Chemicals АВ, Швеция - ["Техническая презентация микросфер Expancel", 01.10.2012]), которые активируется при внешнем воздействии определенного вида и интенсивности. Основное назначение указанного материала - полимерный концентрат для производства облегченных (низкоплотных) полимерных изделий термоэкструзионным способом. Существуют марки, способные расширяться при нагревании до температуры более +80°С (например, марка «Expancel 820 DU 40»).
При нагревании давление газа внутри компактированной микросферы увеличивается и термопластичная оболочка размягчается, что влечет за собой значительное увеличение объема микросферы, при этом газ остается внутри сфер. При расширении/увеличении объема микрочастиц добавки давление внутри оболочки патрона не будет разрушать оболочку патрона возникающим избыточным давлением, так как это давление внутри оболочки патрона будет сбрасываться за счет увеличения объема оболочки патрона (увеличение длины оболочки патрона за счет сокращения длины углубления для ввода капсюля-детонатора). Сохранением целости оболочки патрона также исключены реакции ВВ при контакте с разрушаемыми горными породами и водой. Это исключает потерю восприимчивости к детонации. Пример использования компактированных полых микросфер, заполненных газом, приводящим при повышении температуры к увеличению объема микросферы, является предпочтительным из-за коммерческой доступности и возможности гарантированного расчета степени увеличения объема этих микросфер.
В качестве полимерных микрочастиц, которые можно использовать в качестве добавки, обладающей функцией увеличения своего объема до частиц диаметром в 2-5 раз больше, чем диаметр нерасширенных микросфер, можно использовать термопластичные термически расширяющиеся микросферы, содержащие полимерную оболочку, выполненную из мономеров с этиленовой ненасыщенностью, капсулирующую пропеллент, причем указанные мономеры с этиленовой ненасыщенностью содержат от 40 до 70 мас. % акрилонитрила, от 5 до 40 мас. % метакрилонитрила, от свыше 10 до 50 мас. % мономеров, выбранных из группы, состоящей из эфиров акриловой кислоты, эфиров метакриловой кислоты и их смесей, и указанный пропеллент содержит, по меньшей мере, один представитель из метана, этана, пропана, изобутана, н-бутана и неопентана (RU 2432201, B01J 13/14, опубл. 27.10.2011).
3
start
Плотность полученных по этому патенту расширенных микросфер может составлять, например, от 0,005 до 0,06 г/см. Расширение осуществляется нагреванием расширяющихся микросфер до температуры выше T. Верхний температурный предел определяется моментом, когда микросферы начинают разрушаться, и зависит от конкретного состава полимерной оболочки и пропеллента. В большинстве случаев подходящей является температура от 80°С до 150°С. Плотность расширенных микросфер может регулироваться выбором температуры и времени нагревания. Расширение может быть осуществлено любым подходящим способом нагревания в любом подходящем устройстве, как описано, например, в ЕР 0348372, WO 004/056549 или WO 2006/009643.
Расширяющиеся полимерные частицы, к которым относятся и компактированные полимерные микросферы, могут быть получены полимеризацией этиленненасыщенных мономеров в присутствии пропеллента. Подробные описания различных расширяющихся микросфер и их получение можно найти, например, в патентах US 3615972, 3945956, 4287308, 5536756, 6235800, 6235394 и 6509384, 2004/0176486, 2005/0079352, GB 1024195, ЕР 486080, ЕР 1288272, WO 2004/072160, JP 1987-286534, 2005-213379 и 2005-272633.
При этом, кроме полых микросфер, могут использоваться полимерные микрочастицы без полостей и заполнения газом, которые при нагреве изменяют свою моноструктуру в сторону расширения и вспучивания. Например, можно отметить такой порошкообразный полимерный компонент - суспензионный полистиролом, содержащий в своем составе легкокипящую жидкость - изопентан. Частицы такого полистирола при нагревании до температуры 80-100°С размягчаются и увеличиваются в объеме в 10-30 раз за счет вскипания изопентана (этот вид полистирола используется для получения полистирольного пенопласта). При нагреве частицы полистирола вспучиваются, увеличиваясь в диаметре с 0,2-2 до 3-15 мм, и увеличивают объем смеси, в которой они присутствуют. После завершения твердения частицы из пенополистирольных гранул остаются во вспученном состоянии.
Таким образом, учитывая многообразие технологий получения полимерных микросфер, обладающих свойством увеличивать свой объем при нагревании позволяет не конкретизировать марку используемых конкретно в изделии полимерных микрочастиц.
Как известно, отнесение конкретного состава к «эмульсионной матрице ООН-3375 класс 5.1» или «эмульсионное взрывчатое вещество ООН-0241» определяет такой показатель, как «относительная плотность» (ОП). Критическим считается значение ОП менее 0,95, после чего эмульсионную матрицу следует рассматривать как взрывчатое вещество класса «1» подклассов «1.1» или «1.5» - по ГОСТ 19433-88.
Если эмульсионный или водногелевый состав внутри перевозимых зарядов будет иметь относительную плотность более 0,95, то при таком значении ОП заряд будет считаться материалом класса опасности «5.1» ООН-3375 - окислитель, не взрывчатое вещество.
Для достижения такого результата в эмульсионный или водногелевый состав вводят инертную добавку в виде компактированных полимерных микрочастиц, увеличивающих свой объем при нагревании. При этом эту добавку вводят именно в охлажденную эмульсию или водный гель (при температуре состава ниже температуры начала расширения полимерных микрочастиц). В этом случае безопасный полуфабрикат эмульсионного или водногелевого взрывчатого вещества с инертной добавкой получается выполненным с относительной плотностью более 0,95. Существенным в этом процессе является то, что введение полимерных микрочастиц в состав и нахождение этих микрочастиц в патроне находится при температуре, которая не провоцирует расширение компактированных микрочастиц.
Изготавливают безопасный эмульсионный или водногелевый патрон следующим образом. Сначала изготавливают или применяют из готового эмульсионный или водногелевый состав, который принудительно охлаждают до температуры ниже температуры начала расширения используемых в качестве сенсибилизатора полимерных микрочастиц, объем которых зависит от окружающей их температуры. Затем смешивают охлажденный состав с этими компактированными полимерными микрочастицами и заполняют полученной смесью гибкие трубчатой формы оболочки с обязательной герметизацией торцов оболочки.
Техническая сущность получения безопасного патрона заключается в выполнении последовательности технологических операций:
1) Получение эмульсионной или водногелевой матрицы соответствующей ООН-3375 известного состава [Колганов Е.В., Соснин В.А. Эмульсионные промышленные взрывчатые вещества. 1-я книга («Составы и свойства». 592 с.). 2-я книга («Технология и безопасность». 336 с.). г. Дзержинск Нижегородской области, издательство ГосНИИ «Кристалл», 2009], по одному из известных способов эмульгирования [Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 397 с.].
2) Принудительное охлаждение полученной матрицы до температуры ниже, температуры начала расширения компактированных полимерных микрочастиц (например, ниже +80°С).
3) Смешении охлажденной матрицы ООН-3375 с компактированными полимерными микрочастицами (например, Expancel "AkzotNobel") и заполнение полученной смесью гибких трубчатой формы оболочек с герметизированными торцами.
4) Транспортирование и хранение изготовленных описанным способом оболочек, заполненных смесью класса опасности 5.1 («окислитель») в соответствии с требованиями, относящимися к этому классу опасности.
Полученный таким образом патрон относится к категории безопасного для транспортировки и хранения, что позволяет существенно ускорить процесс его доставки к местам промышленных разработок с применением взрывчатых зарядов.
Термообработка патрона, с целью активации содержащейся внутри него смеси за счет увеличения объема компактированных микрочастиц добавки, осуществляется до установки в патрон средств инициирования (капсюля-детонатора и волновода).
Для активации безопасного эмульсионного или водногелевого патрона описанной конструкции осуществляют нагревание смеси эмульсии или водного геля с инертной добавкой, находящейся внутри патрона, до температуры выше, чем температура начала расширения компактированных полимерных микрочастиц инертной добавки и меньше температуры начала пластической деформации материала гибкой трубчатой оболочки. Это позволяет уменьшить относительную плотность смеси эмульсии или водного геля с компактированной инертной добавкой, находящейся внутри патрона, получив значения относительной плотности менее 0,95. Последующее изменение плотности смеси эмульсии или водного геля с компактированными полимерными микрочастицами получается за счет увеличения объема компактированных полимерных микрочастиц нагреванием смеси.
Техническая сущность перевода безопасного патрона в патрон, готовый к использованию, заключается в активации смеси, находящейся внутри патрона (внешним воздействием определенного вида и интенсивности: например, нагреванием патронов до температуры выше, чем температура начала расширения компактированных полимерных микрочастиц (например, выше +80°С), не нарушая целости оболочки патрона, на месте потребления, непосредственно перед применением.
Полученный активированный состав ВВ внутри патрона может применяться по назначению (использование в качестве накладных, шпуровых или скважинных зарядов как в качестве основного заряда (смеси, активируемые до состояния класса опасности «1.5»), так и в качестве промежуточного детонатора («бустера», при активации до состояния класса опасности «1.1»).
При этом масса вещества в оболочке заряда не изменяется. Изменяется только его плотность (уменьшается) и увеличивается длина заряда (за счет уменьшения длины выемки под установку капсюля-детонатора компенсируя увеличение объема заполняемого оболочку заряда ЭВВ).
Пример реализации предлагаемого способа производства патронов ЭВВ.
Эмульсионная матрица известного состава [Колганов Е.В., Соснин В.А. Эмульсионные промышленные взрывчатые вещества. 1-я книга («Составы и свойства». 592 с.). 2-я книга («Технология и безопасность»), г. Дзержинск Нижегородской области, издательство ГосНИИ «Кристалл», 2009], приведена в таблице 1:
Также может использоваться состав, описанный в RU 2123488 или изготовленный любым из известных способов, механически перемешивается с компактированными полимерными микрочастицами Expancel "AkzotNobel" любым из известных способов [Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004].
Перед смешиванием с компактированными полимерными микрочастицами эмульсию принудительно охлаждают до температуры ниже температуры начала вспучивания компактированных полимерных микрочастиц.
При этом массовое соотношение перемешиваемых компонентов: эмульсия (98,5-96,5) % масс. и микрочастицы Expancel (1,5-3,5) %.
Полученной смесью заполняют оболочки. Заполненные оболочки укладывают в тару и транспортируют к месту применения. При этом может осуществляться промежуточное хранение упаковок с заполненными смесью оболочками.
Возможен другой способ активирования безопасного патрона. Например, патрон, то есть его оболочку, заполненную смесью эмульсии или геля с инертной добавкой, как транспарентный для тепла материал, помещают в потопленном состоянии в заполненную раствором с плотностью, меньшей плотности смеси эмульсии или водного геля с инертной добавкой, емкость, в которой раствор нагрет/разогрет до температуры, превышающей температуру начала расширения полимерных микрочастиц инертной добавки. И выдерживают оболочку в этом растворе до всплытия оболочки, заполненной указанной смесью, на поверхность раствора за счет увеличения объема полимерных микрочастиц инертной добавки, приводящей к уменьшению относительной плотности смеси менее 0,95. Всплытие означает, что плотность состава внутри патрона стала менее плотности раствора в который он погружен.
Например, упаковки с заполненными оболочками вскрываются. Заполненные смесью оболочки помещаются в ванну-термостат 6, заполненную водно-солевым раствором 7 (фиг. 3) (например, поваренной соли NaCl) при температуре +85…+90°С и выдерживаются в ней при постоянной температуре до момента начала всплытия патронов вследствие уменьшения их плотности (фиг. 4). При этом плотность (следовательно и концентрацию) водно-солевого раствора в ванне-термостате создают большую, чем плотность ЭВВ в активированном состоянии (чувствительном к инициирующему импульсу от ПД или первичных средств инициирования).
Оболочки с неактивированной смесью будут находиться в таком растворе в потопленном состоянии.
3
3
Для указанного в таблице 1 состава эмульсии плотность активного состояния ЭВВ будет соответствовать значениям 1,15 г/см и менее. Следовательно, плотность водно-солевого раствора должна быть не менее 1,15 г/см (что соответствует водному раствору с содержанием 21% масс. и менее NaCl).
По мере прогрева и раскрытия компактированных полимерных микрочастиц, плотность смеси внутри оболочек будет уменьшаться. Всплывшие заполненные - «патроны» достают из ванны-термостата (ручным или механизированным способом), при необходимости - обмывают их поверхность от остатков водно-солевого раствора и просушивают, наносят этикетки в соответствии с требованиями технической документации и укладывают в транспортную тару, после чего отправляют к месту применения.
Таким образом, особенностью заявленного изобретения являются:
- патроны-оболочки наполнены невзрывчатой смесью, состоящей из эмульсии (или геля) и компактированных (не вспученных) полимерных микросфер. При этом перед смешиванием эмульсию (или гель) принудительно охлаждаем до температуры ниже температуры начала вспучивания микросфер. Смесь становится взрывчатым веществом после активации - нагревании и выдержке при температуре начала вспучивания микросфер;
- активацию проводят на месте применения патронов;
- перевозке и хранению подлежат только неактивированные патроны.
Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть использовано для безопасного проведения взрывных работ в промышленности. Особенностью изобретения является то, что за счет изменения объемной концентрации компонентов можно получить взрывчатое изделие, безопасное для хранения и транспортировки. А перед применением изделие может быть активировано простыми способами, позволяющими уменьшить риск возникновения взрыва. Таким образом, изобретение позволяет повысить конструктивную и технологическую безопасность эмульсионного или водногелевого патрона за счет изменения относительной плотности в сторону ее увеличения выше критического значения нормы с возможностью последующего уменьшения относительной плотности смеси, заполняющей патрон до значения, делающего чувствительной эту смесь к инициирующему импульсу от первичных средств инициирования (капсюль-детонатор, детонирующий шнур) или промежуточного детонатора (ПД).