Промышленное взрывчатое вещество
INDUSTRIAL EXPLOSIVE

Предложенное техническое решение принадлежит к непредохранительным взрывчатым веществам (ВВ), предназначенным для применения при взрывных работах на открытой поверхности и в подземных условиях. Преимущественная область применения - на местах ведения взрывных работ для изготовления промежуточных детонаторов, предназначенных для инициирования скважинных зарядов из простейших ВВ типа ANFO на основе аммиачной селитры и жидкого или твердого горючего.
Известны литые или прессованные промежуточные детонаторы для инициирования скважинных зарядов низкочувствительных ВВ типа ANFO. К ним относятся шашки-детонаторы из бризантных ВВ тротила Т-400Г или его смеси с гексогеном ТГ-500 (см. Поздняков З.Г., Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. - М.: Недра, 1977. - 252 с.). В подземных условиях и частично на открытых разработках в качестве промежуточных детонаторов применяют промышленные ВВ II класса из аммонита №6ЖВ в патронах диаметром 32…36 мм, который представляет собой порошкообразное ВВ из смеси аммиачной селитры и тротила (см. ГОСТ 21984-76. Вещества взрывчатые промышленные. Аммониты водоустойчивые. Технические условия).
Основным недостатком вышеперечисленных ВВ, применяемых для изготовления промежуточных детонаторов является то, что они имеет достаточно высокую чувствительность к механическим воздействиям, которая в случае воздействия на них машин и механизмов при заряжании скважин может привести к несанкционированному преждевременному взрыву. Вследствие этого при взрывных работах с использованием промежуточных детонаторов их бризантных ВВ или промышленных ВВ II класса наблюдаются аварии и травматизм. Кроме того, следует отметить, что данные ВВ требуют соответствующих мест хранения и соблюдения правил транспортировки к месту ведения взрывных работ, что вызывает дополнительные расходы и требует привлечение специальной охраны мест хранения ВВ. Поэтому для изготовления промежуточных детонаторов необходимы ВВ, которые были бы нечувствительны к удару и трению и их можно было бы изготавливать на местах ведения взрывных работ. При этом, не организуя специальных камер и складов для хранения ВВ с соответствующей охраной.
Наиболее близким ВВ для изготовления промежуточных детонаторов к ВВ, которое предлагается согласно данному изобретению является согласно Пат. США №3718512 от 27.02.1973 смесь порошкообразной аммиачной селитры с нитрометаном в соотношении, мас. %:
аммиачная селитра
65-88,0
нитрометан
12,0-35,0.
Это ВВ выбрано за прототип. Оно применяется для изготовления промежуточных детонаторов и может быть изготовлено непосредственно на месте ведения взрывных работ на карьерах (см. Желтоножко А.А., Закусило В.Р., Закусило Р.В., Швидько П.В. Новые промежуточные детонаторы на основе нитрометана и аммиачной селитры для инициирования скважинных зарядов, Весник КПИ, Серия Горная, К., НУТУ «КПИ», Вып.17, с.92-97). Согласно этой работе предлагается применять следующие соотношения аммиачной селитры и нитрометана для промежуточных детонаторов: аммиачная селитра 75-80%, нитрометан – 20-25%.
Следует отметить, что ряд фирм США выпускают специальные бинарные взрывчатые вещества для взрывных работ под общим названием «Kinepak». Они представляют собой ВВ, состоящие из двух частей: одна часть порошкообразная аммиачная селитра, герметично упакованная в пластиковую полимерную оболочку, вторая часть - нитрометан, который налит в пластмассовый цилиндр со специальным сливным устройством в виде полой иглы. С ее помощью прокалывают оболочку упаковки аммиачной селитры и выдавливают нитрометан во внутрь. Нитрометан пропитывает аммиачную селитру и смесь превращается в эффективное взрывчатое вещество согласно Пат. США №3718512 от 27.02.1973 г. Существует несколько разновидностей таких ВВ, которые можно использовать как промежуточные детонаторы для инициирования скважинных зарядов ВВ. «Kinepouch» состоит из полимерного пакета размером 11,4 см × 12,7 см × 3,8 см, в котором герметично запатронирована порошкообразная аммиачная селитра массой 330 г.В пластиковом цилиндре диаметром 3 см длиной 17,1 см находится нитрометан в количестве 104 г. Таким образом, при их смешении соотношение аммиачной селитры и нитрометана составляет соответственно 76% и 24%. Это ВВ легко взрывается от капсюля-детонатора и имеет скорость детонации около 6000 м/с, то есть может использоваться в качестве промежуточного детонатора скважинных зарядов, заряженных ANFO. Существует «Kinestik» этот промежуточный детонатор состоит из двух полимерных цилиндров, один для аммиачной селитры диаметром 3,5 см и длиной 20,3 см, содержащий 165 г мелкодисперсной порошкообразной аммиачной селитры. Второй цилиндр диаметром 2,54 см и длиной 12,4 см, содержит 51 г нитрометана, который с помощью иглы выдавливается в цилиндр с аммиачной селитрой. После пропитки аммиачной селитры нитрометаном получается ВВ, в котором соотношение аммиачной селитры - нитрометан составляет 76,4% : 23,6%.
Таким образом, известное ВВ можно получать на месте ведения взрывных работ и использовать в качестве промежуточного детонатора для инициирования скважинных зарядов ANFO. Это ВВ обладает высокими детонационными свойствами (критический диаметр детонации 5-8 мм), обладает высокой чувствительностью к детонации, может взрываться от штатного капсюля-детонатора №8, его скорость детонации около 6000 м/с. Оно достаточно безопасное в обращении, имеет низкую чувствительность к удару и трению. Однако это ВВ имеет и целый ряд недостатков.
К недостаткам следует прежде всего отнести то, что нитрометан невозможно синтезировать и получить на местах ведения взрывных работ. Его производство достаточно сложное и требует специального химического оборудования. Поэтому нитрометан закупается у производителя. Цена его высокая и гораздо выше, чем у тротила. Кроме того, нитрометан летучая и горючая жидкость, требующая специальной тары при перевозке и хранении. Все эти недостатки усложняют применение нитрометана, а с учетом его высокой цены требуют больших финансовых затрат на производство промежуточных детонаторов на местах ведения взрывных работ.
3
В основу изобретения поставлена задача разработки промышленного ВВ для промежуточных детонаторов, изготавливаемых на местах ведения взрывных работ для инициирования скважинных зарядов простейших ВВ типа ANFO. Эта задача решается путем частичной или полной замены нитрометана на компонент, имеющий простое производство на местах ведения взрывных работ, не летучий, не опасный, то есть не сильно горючий, и его можно было бы легко использовать для приготовления ВВ, из которого можно было бы изготавливать промежуточные детонаторы по технологии описанной выше, то есть в виде бинарных смесей. В качестве такого компонента для бинарных ВВ или для других ВВ и промежуточных детонаторов, предложен высококонцентрированный 80-85% водный раствор нитрата моноэтаноламина. Для получения такого раствора используются моноэтаноламин и 57% азотная кислота. При смешении эквимолекулярных частей моноэтаноламина и азотной кислоты получается хорошо растворимый в воде нитрат моноэтаноламина. Получение раствора возможно в любом реакторе, оборудованном мешалкой из металла, устойчивого к действию разбавленной азотной кислоты. Реакция образования нитрата моноэтаноламина абсолютно безопасная. После того как в реакторе образовался раствор нитрата моноэтаноламина, его направляют на выпаривание воды до нужной концентрации нитрата моноэтаноламина. При выпаривании достигается концентрация 80-85% нитрата моноэтаноламина, что соответствует плотности раствора при 20°С равной 1,36-1,38 г/см. Полученный раствор нитрата моноэтаноламина идет на изготовление промышленного ВВ и промежуточных детонаторов.
Поставленная задача получения промышленного ВВ для промежуточных детонаторов решается за счет того, что промышленное взрывчатое вещество, содержащее порошкообразную аммиачную селитру, нитрометан, тротил, согласно изобретения отличается тем, что содержит 80-85%-й раствор нитрата моноэтаноламина и его поглотитель в смеси с горючей добавкой при следующем соотношении компонентов, мас. %:
аммиачная селитра
62-80
нитрат моноэтаноламина (80-85% раствор)
12-28
поглотитель
2,0-6,0
горючая добавка
2,5-11,0,
при этом в качестве поглотителя используют сухие порошки кизельгура, перлита, вермикулита или их смесь в любом соотношении, а в качестве горючей добавки: древесную муку, угольную пыль, муку злаков, крахмал, декстрин, порошок или пудру алюминия, магния, кремния или их сплавы в смеси в любом соотношении.
Для выбора оптимальных соотношений компонентов заявленного состава ВВ были изготовлены экспериментальные образцы подобных ВВ для исследования их детонационных свойств и чувствительности к удару. Составы этих ВВ приведены в табл. 1 вместе с аналогами и прототипом тех ВВ, которые используются для изготовления промежуточных детонаторов для инициирования скважинных зарядов из низкочувствительных ВВ типа ANFO.
* - натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы.
В табл. 2 приведены их взрывчатые и детонационные свойства вышеприведенных ВВ
Исследование результатов испытаний экспериментальных образцов ВВ показало, что чувствительность их гораздо ниже, чем у аналогов и прототипа. Однако они несколько уступают по детонационным свойствам прототипу, но это связано с тем, что содержание моноэтаноламина нитрата в составе существенно ниже, чем нитрометана у ВВ прототипа. Однако все опытные составы ВВ по своим детонационным свойствам превосходят широко применяемое ВВ аммонит №6ЖВ. Вместе с тем, если регулировать содержание поглотителя и горючей добавки таким образом, чтобы поддерживалась высокая плотность ВВ и его энергия взрыва, то можно достичь показателей детонационных свойств на уровне прототипа. Так состав №5 имеет детонационные свойства лишь немногим уступающему прототипу, но при этом он абсолютно не чувствителен к механическим воздействиям, не содержит нитрометана и его стоимость значительно ниже, чем у прототипа. Кроме того, производство его простое и может быть осуществлено на местах ведения взрывных работ без привлечения специального химического оборудования, которое задействовано в производстве нитрометана. Таким образом, для предлагаемого ВВ для промежуточных детонаторов установлены следующие пределы содержания компонентов в составе.
Аммиачная селитра - 62,0-80%. Нижний предел установлен, исходя из условий обеспечения, приемлемого кислородного баланса ВВ, а верхний предел из условий обеспечения высокой теплоты взрыва ВВ.
Моноэтаноламин нитрат (80-85% раствор) 12-28%. Нижний предел установлен, исходя из необходимости обеспечения приемлемых детонационных свойств ВВ, а верхний, исходя из физической стабильности состава ВВ и экономической целесообразности.
Поглотитель 2,0-6,0%. Нижний предел установлен, исходя из обеспечения необходимой стабильности состава ВВ и равномерного содержания по всему составу моноэтаноламина нитрата, а верхний предел, исходя из приемлемого уровня детонационных свойств.
Горючая добавка 2,5-11,0%. Нижний предел установлен, исходя из приемлемого уровня энергии взрыва ВВ, а верхний, исходя из-за необходимости соблюдения приемлемого кислородного баланса ВВ.
Изготавливают предлагаемое ВВ для промежуточных детонаторов следующим образом.
Приготавливают 80-85% раствор моноэтаноламина нитрата, как уже описывалось выше, и смешивают его с уже приготовленной смесью порошкообразных компонентов аммиачной селитры, поглотителя и горючей добавкой в лопастном механическом смесителе типа «Купер». Для обеспечения оптимального процесса смешения компонентов ВВ принят следующий технический регламент.
Сухие порошкообразные компоненты с влажностью 0,1-0,15% просеивают через сито №14 и засыпают в механический лопастной смеситель емкостью на 300 кг в следующих пропорциях:
селитра аммиачная
63,0% (189,0 кг)
поглотитель - перлит
3,0% (9,0 кг)
горючая добавка: NaКМЦ (натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы)
2,5% (7,5 кг)
и порошок алюминия типа ПП-1
- 5,5% (16,5 кг).
Сыпучие порошкообразные компоненты перемешивают в течение 5-6 минут до получения однородной смеси. Затем в порошкообразную смесь добавляют жидкую добавку 85% раствор моноэтаноламина нитрата, который добавляют отдельными порциями при постоянном перемешивании состава. Отмеряют 85%-й раствор моноэтаноламина нитрата объемным способом через известную его плотность. Так в смеситель подают 78 кг (26%) 85%-го раствора моноэтаноламина нитрата для получения ВВ. Для этого отмеряют объем раствора 56,52 литра, который порциями заливают в механический смеситель. Смешивание состава ВВ происходит в течение 25-30 мин. До получения равномерной пластичной массы. Затем готовую смесь выгружают и патронируют на специальных шнековых машинках в полиэтиленовый рукав длиной 0,5 м диаметром 60 мм массой 2 кг. Концы рукава с запатронированным ВВ тщательно клипсуют алюминиевыми клипсами. После чего готовые заряды транспортируют к заряжаемым скважинам.
Кроме того, для этого состава ВВ не исключена возможность изготовления промежуточных детонаторов, как бинарных ВВ. В этом случае порошкообразная смесь аммиачной селитры, поглотителя и горючей добавки патронируют в полиэтиленовый рукав, а раствор нитрата моноэтаноламина в специальный шприц-тюбик с иглой. Так для 2,0 кг промежуточного детонатора в рукав оболочку патронируют 1,48 кг порошкообразной смеси аммиачной селитры, поглотителя и горючей добавки, а в шприц-тюбик наливают 377 мл раствора, то есть 0,52 кг 85%-го раствора нитрата моноэтаноламина. На месте заряжания скважин в карьере берут оболочку с порошкообразной смесью прокалывают ее шприц-тюбиком и через полую иглу выдавливают раствор нитрата моноэтаноламина во внутрь оболочки. После этого раствор нитрата моноэтаноламина пропитывает порошкообразную смесь, фиксируется в ней поглотителем и обеспечивает аммиачной селитре приемлемую детонационную способность и чувствительность к первичным средствам взрывания, например, детонирующему шнуру ДШЭ-12.
Использование предлагаемого взрывчатого вещества для изготовления промежуточных детонаторов, с помощью которых осуществляют инициирование скважинных зарядов из низкочувствительных ВВ типа ANFO, позволит вследствие отказа от промежуточных детонаторов из бризантных ВВ обеспечить снижение чувствительности к механическим воздействиям ВВ, достичь упрощения его производства. Кроме того, промежуточные детонаторы для своего изготовления требуют невзрывчатые безопасные при хранении и обращении компоненты, которые по сравнению с тротилом или нитрометаном не горючи и не токсичны. Все это позволит существенно повысить эффективность и безопасность взрывных работ на карьерах и рудниках, где используют непредохранительные ВВ для инициирования низкочувствительных скважинных зарядов ВВ на основе гранулированной аммиачной селитры.