ПОДРЫВНОЙ ЭМУЛЬСИОННЫЙ ЗАРЯД

Полезная модель относится к средствам ведения взрывных работ в горной промышленности и применяется для ведения взрывных работ при ручном заряжании на земной поверхности и в забоях подземных выработок, не опасных по газу или пыли, для взрывания крепких и средней крепости пород любой обводненности и проточности, а также в качестве промежуточных детонаторов для подрыва промышленных взрывчатых веществ во всех климатических районах Российской Федерации.
К настоящему времени известен патрон для заряжания обводненных скважин, содержащий оболочку из эластичного водонепроницаемого материала, заполненную гранулированным неводоустойчивым взрывчатым веществом (ВВ) 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 ВВ. Поэтому его применение для скважин с проточной водой возможно только в день зарядки из-за потерь ВВ за счет растворения.
С появлением на рынке водоустойчивых эмульсионных ВВ различной номенклатуры было разработано несколько конструкций патронов. Так, например, известна конструкция [Свидетельство на полезную модель RU 26323 от 08.05.2002]. Патрон для эмульсионных 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 для эмульсионных взрывчатых веществ» [Патент на полезную модель RU 46810 от 01.02.2005]. Приведенный патрон для эмульсионных взрывчатых веществ содержит газогенерирующие добавки, оболочку с торцевыми зажимами, ВВ, гранулированную аммиачную селитру в газифицированной обратной (матричной) эмульсии, равномерно распределенной по всему объему патрона, при этом масса гранулированной аммиачной селитры составляет от 28 до 32% от общей массы эмульсионных ВВ в патроне.
Однако, патроны (заряды) прототипа после хранения их более 12 месяцев не передают детонацию между собой.
При использовании газифицированной матричной эмульсии возникают проблемы снижения детонационной способности прототипа в течение его хранения [Колганов Е.В., Соснин В.А. Эмульсионные промышленные взрывчатые вещества. 1-я книга (Составы и свойства), г. Дзержинск, ГосНИИ «Кристалл», 2009 г., с. 173]. С течением времени происходит переконденсация пузырьков, то есть рост более крупных пузырьков газа за счет слияния мелких.
Размер газовых включений влияет на детонационную способность патронов. Переконденсация газовых включений, которая протекает при хранении ВВ, увеличивает размер газовых пузырьков, что приводит к снижению детонационной способности взрывчатого вещества.
Технический результат заявляемой полезной модели - передача детонации между двумя зарядами на расстояние не менее 1,0 см после 12 месяцев хранения - достигается тем, что подрывной эмульсионный заряд, содержащий оболочку с торцевыми зажимами и матричную эмульсию, дополнительно содержит полые микросферы диаметром не более 150 мкм, при этом заряд содержит компоненты в следующих соотношениях, мас. %:
полые микросферы
0,3-5,7;
матричная эмульсия
остальное до 100,
причем матричная эмульсия содержит компоненты в следующих соотношениях, мас. %:
масло индустриальное
1,5-7,5;
эмульгатор
3,0-5,0;
водный раствор аммиачной и натриевой
селитры
остальное до 100.
В качестве полых микросфер используют газонаполненные микросферы.
Полые микросферы обеспечивают гарантированный размер газовых пузырьков. Поэтому предлагаемая полезная модель обеспечивает более эффективную передачу детонации между зарядами за счет гарантированного размера газонаполненный микросфер. За фронтом проходящей ударной волны происходит разрушение оболочек микросфер.
Газовые пузырьки после разрушения полых микросфер адиабатически сжимаются. При этом в них повышаются давление и температура. Таким образом, сжатые микросферы являются «горячими точками» для инициации химической реакции в эмульсионной матрице.
Диаметр полых микросфер более 150 мкм при одинаковом объемном их содержании в матричной эмульсии приводит к уменьшению количества «горячих точек», а, следовательно, к ухудшению передачи детонации между двумя зарядами. Если содержание полых микросфер менее 0,3 мас. %, то уменьшение количества «горячих точек» значительно. При величине содержания микросфер более 5,7 мас. % возрастает существенно количество инертного материала в виде ее оболочки. Среднее значение микросфер в заряде (0,3+5,7)/2=3 мас. %. При этом среднее содержание матричной эмульсии в заряде равно 100-3=97 мас. %.
Если содержание масла индустриального в матричной эмульсии менее 1,5 мас. %, то не образуется эмульсия; если - более 7,5 мас. %, то значительно растет стоимость заряда. А для эмульгатора: если содержание менее 3,0 мас. %, то не образуется эмульсия; а если - более 5,0 мас. %, то существенно растет стоимость заряда. Среднее значение содержания масла индустриального в матричной эмульсии равно (1,5+7,5)/2=4,5 мас. %, а в пересчете на весь заряд будет составлять (97/100)4,5=4,36 мас. % Кислородный баланс (КБ) минеральных масел (индустриального масла) равен минус 346 [Поздняков З.П., Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. Изд. 2, перераб. и доп. М., Недра, 1977, с. 20. Таблица 1, 14-я строчка снизу].
Вклад масла индустриального в КБ предлагаемого заряда равен (-346)(4,36/100)=-15,09%.
Предлагаемая полезная модель пояснена рисунками, представленными на Фиг. 1 и Фиг. 2. Подрывной эмульсионный заряд (см. Фиг. 1) содержит оболочку (1) с торцевыми зажимами (2), матричную эмульсию (3, см. Фиг. 2) и полые микросферы (4). В качестве полых микросфер (4) используют стеклянные или полимерные газонаполненные микросферы. В качестве оболочки (1) используют полимерный материал толщиной от 0,05 до 0,2 мм.
Способность к передаче детонации на расстояние подрывных эмульсионных зарядов определяли по методике [ГОСТ 14839.15-69. Взрывчатые вещества промышленные. Метод определения способности к передаче на расстояние]. Стандарт распространяется на промышленные взрывчатые вещества и устанавливает метод определения способности их к передаче детонации на расстояние между двумя зарядами.
Метод испытания основан на возбуждении детонации одного заряда взрывом другого заряда, находящегося на некотором расстоянии.
В один из зарядов погружали электродетонатор, который был углублен в заряд на всю его длину.
Заряды укладывали на твердом ровном грунте так, чтобы ось одного заряда служила продолжением оси другого. Для совпадения осей зарядов рейкой цилиндрической формы углубляли грунт на 2-4 мм.
Между торцами зарядов помещали шаблон соответствующего размера, к которому плотно прижимали заряды. Затем, не сдвигая с места заряды, шаблон удаляли. После укладки зарядов взрывали заряд-боевик и отмечали, произошла ли передача детонации ко второму - пассивному заряду.
О передаче детонации судят по наличию углубления в том месте грунта, где был расположен пассивный заряд и по отсутствию остатков невзорвавшегося взрывчатого вещества.
Заряд считают выдержавшим испытания, если при трех подрывах будет получена передача детонации от взрыва заряда (боевика) к другому заряду и если оба заряда полностью взорвутся. Для проведения испытаний по определению передачи детонации на расстояние между зарядами после их выдержки в воде, заряды погружали в воду на глубину 1 м от нижнего торца заряда и выдерживали в течение 1 часа. Температура воды была, равной 15-20°С. Время с момента окончания выдержки заряда в воде до их подрыва не превышало 30 мин.
Из таблицы «Сравнительные экспериментальные данные по определению расстояния по передаче детонации между двумя зарядами после 12 месяцев их хранения» видно, что передачи детонации между двумя зарядами у прототипа нет, а у предлагаемого подрывного эмульсионного заряда передача детонации между зарядами диаметром 32 мм составила не менее 1,0 см, диаметром 36 мм - не менее 2,0 см, диаметром 60 мм - не менее 2,5 см и диаметром 90 мм - не менее 3,0 см.
Следовательно, предлагаемая полезная модель (подрывной эмульсионный заряд) обеспечивает заявленный технический результат - передачу детонации между двумя зарядами на расстояние не менее 1,0 см после хранения их в течение 12 месяцев.
В зависимости от требований потребителя заряды могут выпускаться диаметром от 32 до 90 мм, массой от 0,25 кг до 3 кг.