ПАТРОН ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ СОСТАВОВ

Полезная модель относится к средствам ведения взрывных работ в горной промышленности при ручном заряжании скважин любой степени обводненности.
К настоящему времени известен патрон для заряжания обводненных скважин, содержащий оболочку из эластичного водонепроницаемого материала, заполненную гранулированным неводоустойчивым взрывчатым веществом (составом) и патрон снабжен наружной оболочкой из тканого полипропилена, причем обе оболочки сшиты между собой с образованием во внутренней оболочке отверстия диаметром 0,5-2,0 мм, при этом длина патрона в 3-7 раз превышает его диаметр [Свидетельство на полезную модель RU 21934 от 28.02.2001].
Однако приведенный патрон заполнен неводоустойчивым взрывчатым составом (ВС). Поэтому его применение для скважин с проточной водой возможно только в день зарядки из-за потерь BC за счет растворения.
С появлением на рынке водоустойчивых эмульсионных взрывчатых веществ различной номенклатуры было разработано несколько конструкций патронов. Так, например, известна конструкция по свидетельству на полезную модель [Свидетельство на полезную модель RU 26323 от 08.05.2002]. Патрон для эмульсионных взрывчатых веществ (ВВ), содержащих газогенерирующие добавки, включающий оболочку с торцевыми зажимами и ВВ, содержит воздушную камеру, размещенную в оболочке в любом месте по длине патрона.
Опыт производства и применения показал, что технически осуществимым вариантом этого решения является только конструкция с наличием свободного пространства с торца патрона для обеспечения возможности «роста» (увеличения объема) эмульсионного ВВ по ходу процесса газификации. При этом воздух из торца оболочки должен быть предварительно удален, иначе при «росте» заряда он раздует или разорвет оболочку.
Наиболее близкой полезной моделью того же назначения, прототипом к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является патент РФ «Патрон промышленных эмульсионных взрывчатых веществ» №92468 от 09.11.2009. Приведенный патрон для эмульсионных взрывчатых веществ содержит оболочку с торцевыми зажимами и аммиачную селитру в газифицированной обратной эмульсии (эмульсионной матрицы), при этом патрон содержит аммиачную селитру с размерами частиц не более 0,7 мм в газифицированной обратной эмульсии (эмульсионной матрицы) с катализатором и содержит компоненты в следующих соотношениях, мас. %: частицы аммиачной селитры 12-40, газифицированная обратная эмульсия (эмульсионная матрица) с катализатором - остальное до 100. Газифицированная обратная эмульсия (эмульсионная матрица) с катализатором содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.%: катализатор 0,1-5,0; масло индустриальное 3,5-9,0; эмульгатор 1,5-3,0; водный раствор аммиачной селитры с карбамидом - остальное до 100; газогенерирующая добавка 0,5-2,0 сверх 100.
Технический результат заявляемой полезной модели - увеличение водоустойчивости - достигается следующим образом.
Патрон промышленных эмульсионных взрывчатых составов, содержащий полимерную оболочку с торцевыми зажимами и частицы аммиачной селитры в газифицированной эмульсионной матрице, содержит мононитротолуол при следующем соотношении компонентов, мас. %: частицы (гранулы) аммиачной селитры 10,0-31,8; мононитротолуол 0,4 - 6,0; газифицированная эмульсионная матрица - остальное до 100, при этом размер частиц аммиачной селитры не более 6,1 мм.
Газифицированная эмульсионная матрица содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.%: селитра натриевая 0,1-5,4; масло индустриальное 3,5-9,5; эмульгатор 1,5-3,3; водный раствор аммиачной селитры - остальное до 100; газогенерирующая добавка 0,2-2,2 сверх 100.
Мононитротолуол (МНТ) содержит пара-мононитротолуол (п-МНТ) или орто-мононитротолуол (о-МНТ), или мета-мононитротолуол (м-МНТ), или их смеси, или имеет состав согласно нормативной документации.
МНТ может быть в виде твердых частиц, суспензии, или жидкости в зависимости от содержания п-МНТ, о-МНТ, м-МНТ и примесей (толуола и динитротолуола). Полимерная оболочка патрона имеет толщину 0,05-0,20 мм. Газогенерирующая добавка представляет собой 10% водный раствор нитрита натрия. Водоустойчивость предлагаемого патрона определяется стабильностью эмульсионной матрицы.
3
Для увеличения водоустойчивости патрона в составе его частично вместо твердой аммиачной селитры (АС) содержится нерастворимый в воде компонент - мононитротолуол. Среднее его содержание в предлагаемом патроне равно (0,4+6,0)/2=3,2 мас. %. Плотность пара-мононитротолуола 1,12 г/см [Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. 3-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1981, с.85, 14-я строчка сверху].
3
В этом случае объем, который будет занимать мононитротолуол массой 3,2 г, равен 3,2/1,12=2,86 см.
3
3
3
Плотность гранулированной АС изменяется в пределах 1,35-1,5 г/см[Поздняков З.П., Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. Изд. 2. перераб. и доп.М., «Недра» 1977, с.133, 10-11-я строчки снизу]. Средняя плотность - равна (1,35+1,5)/2=1,43 г/см. При этом мононитротолуол объемом 2,86 см вытеснит гранулированную аммиачную селитру в предлагаемом патроне в среднем на величину по массе, равную 2,86×1,43=4,1 г или 4,1 мас. %.
Среднее содержание частиц аммиачной селитры в прототипе равно (12+40)/2=25 мас. %. У предлагаемого патрона среднее содержание частиц АС составляет (10+31,8)/2=20,9 мас. %. В среднем содержание частиц АС в компонентном составе патрона при переходе от прототипа к предлагаемому патрону уменьшается на 25-20,9=4,1 мас. %, что соответствует количеству замещенной аммиачной селитры.
2
2
3
2
3
Определим средний размер (диаметр) частиц аммиачной селитры (АС) в прототипе. Он равен 0,7/2=0,35 мм. При этом средняя поверхность частиц диаметром 0,35 мм составляет π0,35=0,384 мм, а объем равен (l/6)π0,35=0,0224 мм. Удельная поверхность частицы АС у прототипа по отношению к его объему составляет 0,384/0,0224=17,1 мм/мм.
2
3
3
3
2
3
У предлагаемого патрона средний размер частиц АС равен 6,1/2=3,05 мм. При этом средняя поверхность частиц диаметром 3,05 мм составляет π3,05=29,2 мм, а объем равен (1/6)π3,05=14,8 мм. В этом случае удельная поверхность приведенных частиц патрона по отношению к их объему составит 29,2/14,8=1,97 мм/мм.
Следовательно, у предлагаемого патрона удельная поверхность частиц меньше удельной поверхности частиц АС прототипа в 17,1/1,97=8,7 раз. А чем меньше твердой поверхности в эмульсионной матрице, тем она стабильнее и выше водоустойчивость.
Поэтому предлагаемый патрон обеспечивает увеличение водоустойчивости эмульсионного состава по сравнению с прототипом за счет содержания (добавления) нерастворимого в воде компонента (мононитротолуола) взамен растворимых в воде частиц АС при уменьшении удельной поверхности всех частиц АС.
Предлагаемая полезная модель пояснена рисунками, представленными на Фиг. 1 и 2. Патрон промышленных эмульсионных взрывчатых составов содержит оболочку (1), см. Фиг. 1, с торцевыми зажимами (2), частицы (3) аммиачной селитры, см. Фиг. 2, в газифицированной эмульсионной матрице (4) и мононитротолуол (5). Патрон содержит компоненты в следующих соотношениях, мас. %: частицы (3) аммиачной селитры 10,0-31,8; мононитротолуол (5) - 0,4-6,0; газифицированная эмульсионная матрица (4) - остальное до 100, при этом размер частиц (3) аммиачной селитры не более 6,1 мм.
Газифицированная эмульсионная матрица (4) содержит компоненты в следующих соотношениях, мас. %: селитра натриевая 0,1-5,4; масло индустриальное 3,5-9,5; эмульгатор 1,5-3,3; водный раствор аммиачной селитры - остальное до 100; газогенерирующая добавка 0,2-2,2 сверх 100. Мононитротолуол (МНТ) содержит пара-мононитротолуол или орто-мононитротолуол, или мета-мононитротолуол, или их смеси, или имеет состав согласно нормативной документации.
Для изготовления оболочки (1) используют полимерный материал толщиной от 0,05 до 0,2 мм.
Водоустойчивость патронов определяли по величине электрической емкости состава с использованием методики [Эмульсия порэмита. Технические условия ТУ 84-07511904-648-94, п.4.7, с. 17-18]. Хранили патроны в течение 12 месяцев. Затем нижнюю часть оболочки патрона, где осаждалось наибольшее количество гранул АС, надрезали. Диаметр патрона был равен 90 мм, масса 4 кг. Из надреза патрона пробоотборником отбирали взрывчатый состав массой 200 г.и измеряли электрическую емкость материала. Для этого в пробоотборник погружали датчик измерения емкости и снимали показания с цифрового табло. Датчик очищали от состава после каждого замера. Чем меньше электрическая емкость, тем больше водоустойчивость патрона. Полученные экспериментальные данные приведены в следующей таблице «Сравнительные экспериментальные данные по определению водоустойчивости патронов».
Из приведенной таблицы видно, что водоустойчивость (электрическая емкость) прототипа изменяется от 143 до 150 пФ, а предлагаемого патрона промышленных эмульсионных взрывчатых составов электрическая емкость меньше и изменяется от 126 до 129 пФ. А чем меньше электрическая емкость состава патронов, тем больше его водоустойчивость.
Предлагаемая полезная модель (патрон промышленных эмульсионных взрывчатых составов) обеспечивает заявленный технический результат - увеличение водоустойчивости.
В зависимости от требований потребителя патроны могут выпускаться диаметром от 60 до 220 мм, длиной 400-600 мм, массой от 1 до 20 кг.