Состав взрывчатого вещества для промежуточных детонаторов и способ изготовления этого взрывчатого вещества
COMPOSITION OF EXPLOSIVE FOR INTERMEDIATE DETONATORS AND METHOD OF MAKING SAID EXPLOSIVE SUBSTANCE

Изобретение относится к производству патронов промежуточных детонаторов для инициирования низкочувствительных промышленных взрывчатых веществ, а также для использования в качестве самостоятельных зарядов (скважинных и шпуровых) взрывчатых веществ для взрывания на земной поверхности и в забоях подземных выработок, в которых либо отсутствует выделение горючих газов или взрывчатой угольной (сланцевой) пыли, либо применяется инертизация призабойного пространства, исключающая воспламенение взрывоопасной среды при взрывных работах.
В частности, речь идет о промежуточных детонаторах зарядов промышленных взрывчатых веществ, которые в рамках настоящего изобретения в соответствии с конструкцией названы как "патронированный заряд" или "патрон взрывчатого вещества" или патрон". В частности изобретение касается состава ВВ для промежуточных детонаторов для патронов не предохранительных ВВ.
В связи с тем, что на карьерах порошкообразные ВВ практически полностью заменены значительно менее чувствительным гранулированными и водосодержащими ВВ, для их надежно инициирования стало необходимо применять промежуточные детонаторы. Штатные средства инициирования (капсюли-детонаторы, детонирующие шнуры) по мощности соответствуют требованиям инициирования более чувствительных порошкообразных ВВ.
На карьерах при взрывании скважинных и камерных зарядов предусматривается применение промежуточных детонаторов (далее - ПД) в виде патронов-боевиков из связки патронированных ВВ (аммонит 6ЖВ, скального аммонита и т.п.), обвязанных детонирующим шнуром, или из специальных шашек. С помощью ПД достигается надежная детонация трудновозбудимых гранулированных и водосодержащих ВВ в расчетном режиме. Шашки-детонаторы завертывают в бумагу и упаковывают в деревянные или картонные ящики. Хранят и перевозят в соответствии с правилами, относящимися к взрывчатым материалам II группы.
Используемые в настоящее время промышленные ВВ (гранулированные, эмульсионные, водногелевые) целенаправленно (по соображениям безопасности при изготовлении, хранении, перевозки и применении) создают нечувствительными к инициирующему импульсу первичных средств инициирования (капсюлей-детонаторов, детонирующих шнуров) - что соответствует классу 1, подклассу 1.5 группы совместимости «D» (классификация по ГОСТ 19433-88).
Для возбуждения детонации в зарядах таких ВВ используют промежуточные детонаторы: заряды небольшой массы (как правило, не более 1 кг), представляющие собой чувствительное к вышеуказанным первичным средствам инициирования ВВ (класс 1.1.D), размещенное в оболочку для сохранения формы такого заряда, снабженное устройствами для ввода и крепления первичных средств инициирования (полые гнезда для размещения в них капсюлей-детонаторов, каналы для размещения в них детонирующего шнура).
Таким образом, масса промежуточного детонатора (чувствительного к первичным средствам инициирования) составляет менее 1% от массы инициируемого основного заряда промышленного ВВ (не чувствительного к первичным средствам инициирования), что существенно снижает риски и повышает безопасность при изготовлении, хранении, перевозке и применении ВВ.
Известные капсюлечувствительные составы ВВ, используемые для заполнения оболочек промежуточных детонаторов зарядов некапсюлечувствительных промышленных ВВ, как правило, применяют прессованный тротил, либо составы на основе расплавленного тротила с добавлением в него порошков индивидуальных взрывчатых веществ (гексоген, ТЭН и др.) для повышения чувствительности к первичным средствам инициирования (так как литой тротил не чувствителен к первичным средствам инициирования). Изготовленные из указанных тротила, гексогена и ТЭНа промежуточные детонаторы необходимо хранить и перевозить с повышенными мерами безопасности, при существенном ограничении грузоподъемности транспортных средств, осуществляющих их перевозку. Это приводит к значительному удорожанию таких промежуточных детонаторов на месте применения.
Так известен состав ВВ, содержащий механически смешанные гранулированную аммиачную селитру и дизельное топливо, при этом в готовую смесь добавлен в объеме, на 5-10% меньшем объема межгранульного пространства, порошок аммиачной селитры или смесь, состоящая из 79 мас. % порошка аммиачной селитры и 21 мас. % порошка тринитротолуола, или смесь, состоящая из 94 мас. % порошка аммиачной селитры и 6 мас. % порошка алюминия, или магния, или ферросилиция, (RU 2385854, С06В 31/28, С06В 21/00, С06В 45/32, опубл. 10.04.2010).
Из этого же источника известен способ изготовления взрывчатого вещества, заключающийся в механическом смешивании гранулированной аммиачной селитры с дизельным топливом с добавлением порошкообразного наполнителя, полученного смешиванием либо порошка аммиачной селитры и порошка тринитротолуола, или порошка аммиачной селитры и порошка алюминия, или магния, или ферросилиция.
Данное решение принято в качестве прототипа для заявленных объектов.
Приведенный состав ВВ относится к изготовлению состава увеличенной мощности. Однако, этому составу присущи те же недостатки, которые были рассмотрены для составов с включением индивидуальных взрывчатых веществ (гексоген, ТЭН и др.). Такие составы ВВ для промежуточных детонаторов необходимо хранить и перевозить с повышенными мерами безопасности. Такие особые условия так же требуют создание специализированных хранилищ для промежуточных детонаторов и соблюдение срока их годности. Если учесть, что проведение горновзрывных работ проводится на местах, не приспособленных для создания специализированных хранилищ, или требующих проведение работ по обустройству места расположения лагеря, то можно однозначно считать, что применение такого типа детонаторов с описанным ранее составом ВВ, приводит к повышенной стоимость проведения самих горновзрывных работ и увеличению времени на эти работы из-за необходимости проведения предварительных работ по созданию условий для хранения промежуточных детонаторов. Естественно, это приводит к значительному удорожанию таких промежуточных детонаторов на месте применения.
Кроме того, следует учитывать, что мощность описанного в патенте ВВ обусловлена дополнением базового состава порошковой смесью для заполнения межгранульного пространства, в состав которой введен порошок алюминия как компонент повышающий мощность взрыва. При этом присутствие алюминия необязательно, так как он может быть заменен любым другим, например, магнием, или ферросилицием. Применение алюминия в порошковой смеси обусловлено тем, что находящаяся в межгранульном пространстве порошковая смесь не заполняет полностью это пространство (незаполненный объем занимает примерно до 10%). В связи с этим между 10% гранул аммиачной селитры нет контактной связи (при полном заполнении пространства порошковой смесью у ВВ повышается слеживаемость). Этим и вызвана необходимость введения порошка алюминия, или магния, или ферросилиция с тем, чтобы при их возгорании "пробить" пространство между неконтактирующими гранулами аммиачной селитры.
Известные составы ВВ, в том числе и описанный в патенте, выпускаются в заводских условиях и хранятся на складе в значительных количествах, превышающих спрос. Несмотря на то, что в таких складских помещениях поддерживается определенная температура и влажность, с увеличением времени хранения состав ВВ начинает терять свои исходные качества по причине, например, слеживаемости компонентов или насыщения аммиачной селитры влагой из окружающей среды. Это отражается на качестве продукта и влияет на скорость детонации состава промежуточного детонатора. Например, аммиачная селитра достаточно гигроскопична и теряет свои исходные свойства по мере насыщения влагой даже в специально созданных условиях по влажности. Кроме того, на местах производства горновзрывных работ поступившая со склада завода-производителя партия промежуточных детонаторов может не сразу использоваться в производстве и поэтому должна храниться в специализированном хранилище по месту работ. Практика показывает, что не всегда удается создать в таких хранилищах те же климатические условия, что на складе завода-производителя. Слеживаемость компонентов состава ВВ - это результат длительного хранения продукта, находящегося в неподвижном состоянии. Принимаемые меры такие как, например, частичное заполнение межгранульного пространства порошковыми смесями позволяют замедлить процесс слеживаемости и только при том условии, что этот состав периодически встряхивают. Слеживаемость - способность сыпучих ВВ превращаться в связанную массу с потерей сыпучести, что значительно снижает детонационную способность. Для проявления процесса слеживаемости необходимо устранить первопричину.
Слеживаются чаще всего аммиачно-селитренные взрывчатые вещества из-за высокой гигроскопичности основного компонента ВВ - аммиачной селитры. При подсыхании или понижении температуры таких ВВ из пленочного раствора выделяются кристаллы селитры, которые связывают ранее свободные твердые частицы в прочный конгломерат. Степень слеживаемости зависит от исходной влажности и температуры взрывчатых веществ. Самоуплотнение влажного ВВ перед слеживанием может происходить и под действием капиллярных сил в пленочном растворе.
Слеживаемости способствуют внешние сдавливающие нагрузки, возникающие при патронировании ВВ с повышенной плотностью или при складировании непатронированных взрывчатых веществ многорядными штабелями. С увеличением размеров частиц и приданием им сферической формы уменьшается число точек контакта между ними, а следовательно, и возможность сращивания во время перекристаллизации из пленочного раствора.
Для предупреждения слеживаемости не допускают патронирования или упаковки непатронированных ВВ при температуре выше 32°С, ограничивают их влажность при выпуске и не допускают увлажнения и значительных перепадов температуры в процессе хранения.
Основываясь на сказанном становится видно, что патронированные ВВ отвечают исходным характеристикам (в частности, по скорости детонации) только в момент их выпуска и недлительного хранения при заданных температуре и влажности окружающей среды. Это в реальности имеет место быть, но не согласуется с установленной на заводе-производителе практикой отпуска этих патронированных ВВ потребителю.
В этой связи, является актуальной задача изготовления промежуточных детонаторов из невзрывчатых компонентов непосредственно на местах применения - минимизируя риски, связанные с транспортированием и хранением ВВ чувствительных к первичным средствам инициирования. При этом целесообразно уйти от применения гранулированной аммиачной селитры и использовать эту селитру в более мелкой фракции. При применении применения гранулированной аммиачной селитры (удобная форма выпуска на рынке) необходимо решить задачу по обволакиванию гранул топливом или, как это указано в прототипе, порошковой смесью с целью снижения возможного влагонасыщения селитры и заполнения межгранульного пространства для установления контактов между компонентами. Отход от традиционно схемы применения такой селитры позволит повысить качественные характеристики ВВ, заполняемость и плотность, которые позволили бы обеспечить высокую скорость детонации при использовании безопасных по отдельности компонентов для ВВ.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности и сохранности исходных качеств состава ВВ для патронов промежуточных детонаторов за счет использования компонентов в форме пасты и порошка.
Указанный технический результат достигается тем, что в составе взрывчатого вещества для промежуточных детонаторов, содержащем смешанные аммиачную селитру и жидкое топливо с добавлением в смесь порошка алюминия, в качестве аммиачной селитры используют измельченную до крупности частиц менее 100 мкм аммиачную селитру, в качестве порошка алюминия используют алюминиевую пудру, а в качестве жидкого топлива используют дизельное топлив, или минеральное нефтяное масло, или полиметилсилоксановую жидкость, или полиэтилсилоксановую жидкость, при этом в смеси компоненты находятся в следующем соотношении, мас. %:
жидкое топливо - 1,5-2,0
алюминий - 5-10
аммиачная селитра - остальное.
Указанный технический результат так же достигается тем, что способ изготовления взрывчатого вещества для промежуточных детонаторов, заключающийся в механическом смешивании 5-10% алюминиевой пудры и 1,5-2,0 жидкого топлива до получения гомогенизированной пастообразной смеси, в механическом размельчении гранул аммиачной селитры до получения порошка с размером частиц менее 100 мкм и механическом смешении указанной пасты и порошка аммиачной селитры в смесителе гравитационного типа до получения гомогенизированной смеси.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Согласно настоящего изобретения рассматривается новый состав ВВ для промежуточного детонатора (ПД), применяемого для горных взрывных работ. Этот состав может рассматриваться как безопасный, в том числе и при изготовлении промежуточных детонаторов для зарядов, не восприимчивых к первичным средствам инициирования, и, в следствие этого, требующих для возбуждения детонации применения ПД.
В настоящее время известны составы ВВ типа динамонов, представляющие собой тонкоизмельченную смесь аммиачной селитры с горючим (нефтепродукт, древесные опилки, торф и т.п.). Эти составы чувствительный к первичным средствам ишнщирования, но обладают низкой инициирующей способностью - недостаточной, для их применения в качестве промежуточного детонатора промышленных ВВ класса 1.5.D.
Известны взрывчатые вещества содержащие в своем составе гранулированную аммиачную селитру, нефтепродукт и алюминиевый порошок. Эти составы достаточно мощны, но не капсюлечувствительны (относятся к классу 1.5.D).
Сочетая в себе преимущества вышеописанных составов ВВ, предлагается состав взрывчатого вещества, состоящий из тонкоизмельченных компонентов: 1,5-2,0% жидкого горючего (например: дизельного топлива, или минерального нефтяного масла, или полиметилсилоксановой жидкости, или полиэтилсилоксановой жидкости) и 5-10% порошка алюминия (алюминиевой пудры, предпочтительно, марок «ПАП-1» или «ПАП-2»), аммиачной селитры-остальеное.
В общем случае этот состав содержит смешанные аммиачную селитру и жидкое топливо с добавлением в смесь порошка алюминия, отличающийся тем, что в качестве аммиачной селитры используют измельченную до крупности частиц менее 100 мкм аммиачную селитру, в качестве порошка алюминия используют алюминиевую пудру, а в качестве жидкого топлива используют дизельное топлив, или минеральное нефтяное масло, или полиметилсилоксановую жидкость, или полиэтилсилоксановую жидкость, при этом в смеси компоненты находятся в следующем соотношении, мас. %:
жидкое топливо - 1,5-2,0
алюминий - 5-10
аммиачная селитра - остальное.
2
2
В качестве алюминиевой пудры используется пудра марки "ПАП-1" и "ПАП-2". Например, пудра алюминиевая марки "ПАП-1" - мелкоизмельченные частицы А1 (алюминия), в виде тонких пластинок, покрытых жировым слоем, размер которых варьируется 0,25 - 1 мкм (алюминиевый порошок - 100-1000 мкм). Отличие марки "ПАП-1" и "ПАП-2" не значительны, разница в размерах частиц. Этот показатель определяют косвенно - как способность пудры образовывать пленки на поверхности воды. Например, 1 грамм пудры "ПАП-2" покрывает 10000 см поверхности поды, а «ПАП-1» всего лишь 7000 см. Пудра алюминиевая относится к категории веществ легковоспламеняющихся. Но при добавлении ее в состав какого либо другого состава, это свойство нейтрализуется: воспламенение проходит только при наличии средства инициирования. Поэтому включение этого компонента в состав ВВ приводит к повышению его воспламеняемости при сохранении безопасности.
Гранулы аммиачной селитры имеют размер от 1 до 4 мм, что обеспечивает скорость детонации до 2570 м/с. При добавлении алюминия скорость детонации существенно увеличивается. А в рамках настоящего изобретения используется порошок аммиачной селитры с размером частиц не менее 100 мкм (при уменьшении ниже указанного размера порошок аммиачной селитры превращается в пудру или пыль, которая относится к категории особо взрывоопасных веществ). В связи с этим уже при смешивании обеспечивается высокая гомогенизация смеси. Частицы алюминиевой пудры в силу адгезии облепливают частицы аммиачной селитры, образуя не каждой такой частице покрытие, которое при возгорании сильно поднимает температуру горения, вызывающую ускоренную реакция аммиачной селитры. Однако, при таком сухом смешивании между частицами проявляется трение, которое негативно может сказаться на безопасности процесса.
В рамках настоящего изобретения перед введением в состав порошка аммиачной селитры образуют пасту из перемешанной гомогенизированной смеси топлива (дизельного или минерального нефтяного масла, что, как правило, всегда имеется в достатке на площадках подготовки к взрывным работам; либо поиметилсилоксановой, либо полиэтилсилоксановой жидкости) и алюминиевой пудры. В этой смеси топливо формирует гидросвязку частиц пудры, снижая их относительное смещение и трение между частицами. Образуется вязкая композиция, позволяющая прилипать частицам пудры к порошкообразной аммиачной селитре. При смешивании такой вязкой композиции с порошком аммиачной селитры происходит обволакивание частиц порошка, прилипание частиц пудры у частицам порошка и образование пленочной оболочки на частицах аммиачной селитры. При этом вся смесь становится вязко инертной и гомогенизированной по составу. Это позволяет при инициировании (поджиге) сформировать быстро распространяющийся фронт горения с выделением газов в темпе нарастания, переходящую в сверхзвуковой процесс - детонацию.
Особенностью такой смеси является ее высокая плотность, которая исключает образование межгранульных полостей и определяет формирует очень высокую скорость детонации.
Экспериментально установлено, что указанный состав ВВ - чувствителен к первичным средствам инициирования, а помещенный в полиэтиленовую оболочку диаметром 40 мм длинной 200 мм и инициируемьш от капсюля-детонатора -вызывает устойчивую детонацию заряда AN-FO (механическая смесь 94% гранулированной аммиачной селитры и 6% дизельного топлива) размещенного в картонной оболочке диаметром 240 мм. Для сравнения инициирующей способности предлагаемого состава, проведены сравнительные испытания: инициируя идентичные заряды ANFO пентолитовой шашкой «ПТ-П 300» и вышеописанным зарядом. При этом экспериментально установлено, что измеренные скорости детонации, развиваемые указанным составом ANFO идентичны как при применении пентолитовой шашки, так и предлагаемого состава.
Также экспериментально установлено, что предлагаемый состав ВВ, помещенный в пластиковые оболочки диаметром 28 мм и 50 мм, инициируемый капсюлем-детонатором, развивает скорость детонации 4800 и 5100 м/с, соответственно, осуществляется передача детонации между торцами указанных зарядов передается на расстояние 15 и 30 мм соответственно (таблица 1).
В то же время этот состав ВВ, созданного для патрона согласно настоящего изобретения, относится к сильновязким композициям с повышенным внутренним трением. Это позволяет, с одной стороны, заполнять оболочку патрона при ее нахождении в приспособлении, а с другой стороны, заполненная этим ВВ оболочка после того, как ее извлекли из приспособления, долгое время не теряет своей объемной формы, в частности, не изменяется поперечное сечение углубления. Это позволяет изготавливать на месте оболочки с ВВ и оставлять их на недлительное хранение без введения в углубления капсюлей-детонаторов. Последние вставляются в патрон непосредственно перед его применением, как промежуточного детонатора в основном заряде (непосредственно перед закладкой основного заряда в скважину).
Особенностью разработанного состава ВВ для патронов является то, что технология его изготовления позволяет изготавливать этот состав ВВ непосредственно по месту производства взрывных работ. Ниже описан простой алгоритм действий по изготовлению этого состава ВВ. Смешение компонентов осуществляется в следующей последовательности:
- готовится паста: смешивается расчетное количество алюминиевой пудры (марка "ПАП-1") и полиметилсилоксановой жидкости (марка "ПМС-5") в соотношении 75% (пудра) и 25% (ПМС-5);
- гранулированная аммиачная селитра (по ГОСТ 2-2013) на кулачковой (молотковой) мельнице (или любого другого типа) размалывается до крупности менее 100 мкм, кулачковая мельница на выходе снабжена ситом, удерживающим крупную фракцию отправляя ее на додрабливание;
- порошок селитры и паста загружаются в смеситель гравитационного типа (без перемешивающего органа - чтобы исключить попадание смеси в подшипниковые узлы и исключить защемление продукта и его возможный взрыв) - типа "пьяная бочка" или "бетономешалка" (называемая изготовителем "купажный барабан") и производится их смешение до однородности (время смешения устанавливается опытным путем исходя из конструктивных особенностей конкретного применяемого смесителя).
Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть использовано для безопасного проведения взрывных работ в подземных выработках и шахтах, опасных по взрыву пыли и газов. Особенностью заявленного изобретения является то, что компоненты состава ВВ используются в порошковой форме и в форме пудры, что позволяет повысить плотность заряда, обеспечить высокое контактное взаимодействие компонентов и исключить необходимость применения специальных мер по обеспечению заданных температур и влажности, предусмотренных при хранении ВВ на складах. Это позволяет изготавливать простым способом механического смешивания заряды для промежуточных детонаторов непосредственно по месту производства подрывных работ.