Емульсійна вибухова речовина україніт – пп-2

Винахід відноситься до емульсійних вибухови х речовин і може бути використаний в гірничодобувній промисловості для руйнування гірських порід. Останнім часом широке застосування в гірничодобувній промисловості одержали емульсійні вибухові речовини (ЕВР), основу яких складають емульсійні композиції. Емульсійні композиції являють собою зворотні емульсії водних розчинів неорганічних нітратів у вуглеводневому середовищі. Емульсійні композиції мало чутливі до зовнішніх фізичних впливів і здатні детонувати тільки при введенні в них сенсибілізаторів. Відома ЕВР, що містить як сенсибілізатор зернений піроксиліновий порох [пат. РФ 2092473, МПК 6 С06В31/28, опубл. 10.10.97]. Вадою даної ЕВР є високий рівень небезпеки процесу одержання вибухової речовини. Відомі ЕВР, сенсибілізовані мікробульбочками азоту, які утворюються хімічним шляхом при реакції нітриту натрію (NaNО2) в слабокислому середовищі з різними речовинами [з. РСТ №89/02881, МПК 4 С06В45/00, 31/28, опубл. 06.04.89; з. ЄПВ №438896, МПК 5 С06В47/14, опубл. 31.07.91; пат. РФ №2024468, МПК 5 С06В31/28, опубл. 15.12.94; пат. РФ №2123488, МПК 6 С06В31/28, опубл. 20.12.98]. Вадою цих ЕВР є використання токсичного нітриту натрію (II клас небезпеки за ГОСТ 12.1.007-76). Крім цього, в слабокислому середовищі NaNO2 розкладається з утворенням не тільки азоту (N2), а й оксидів азоту (NOх) [Химическая энциклопедия. - Μ.: Бол. Рос. Энцик., 1992, т.3. - С.183], що робить поводження з ЕВР ще більш небезпечним. Більш безпечним є додавання в емульсійну композицію високо енергетичних порошків металів (алюмінію, кремнію чи феросиліцію) [пат. України №52403А, МПК 6 С06В31/28, 31/40, опубл. 16.12.2002]. Вказана ЕВР має достатню потужність для руйнування міцних і дуже міцних гірських порід, але характеризується слабкою чутливістю до ініціюючого імпульсу. Так, повнота детонації ЕВР спостерігається тільки при діаметрах 200мм і більше, що значно знижує обсяг її використання. Як відомо, головним чинником, від якого залежить величина критичного діаметру детонації емульсії, є ступінь її сенсибілізації газогенеруючими добавками або мікросферами [Иоффе В.Б., Жученко Е.И. Обеспечение промышленной безопасности при производстве и применении эмульсионных взрывчатых веществ на горных предприятиях. - М.: ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского, 2002. -С.77-79]. Безвідмовна детонація емульсій в діаметрах менше 100мм спостерігається лише при зменшенні щільності ЕВР внаслідок газифікації на 3-4%. Найбільш близькою по технічній суті й досягаемому результату до ЕВР, що заявляється, є емульсійна вибухова речовина, що включає емульсійну композицію і сенсибілізатор - спучений перлітний пісок [пат. України №17369А, МПК 6 С06В31/28, 31/40, опубл. 31.10.97]. При цьому емульсійна композиція складає 9798мас.%, а сенсибілізатор - 2-3мас.%, а емульсійна композиція містить нітрат амонію - 37,3-39,4мас.%, нітрат кальцію - 37,0-38,5мас.%, нафтопродукт - 6,3-7,0мас.%, оксиетильовані жири тваринного походження - 1,72,1мас.%. Це ЕВР має високу водостійкість і достатню потужність при дробленні не дуже міцних гірських порід. Основною вадою прототипу є невисока чутливість ЕВР до ініціюючого імпульсу: критичний діаметр детонації становить лише 150мм. Підвищення чутливості ЕВР потребує введення значної кількості спученого перлітного піску, який відбирає тепло з зони реакції, що суттєво знижує потужність вибуху. Задачею винаходу є створення емульсійної вибухової речовини, яка б мала підвищену чутливість до ініціюючого імпульсу та забезпечувала відбійку порід у свердловинах діаметром від 100мм і віще з мінімальною кількістю токсичних газів вибуху. Поставлена задача вирішується тим, що емульсійна вибухова речовина Україніт-ПП-2, що включає емульсійну композицію і сенсибілізатор, відповідно до винаходу як сенсибілізатор містить добавку газогенеруючу ГГД-У при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: емульсійна композиція - 98,5-99,5; добавка газогенеруюча ГГД-У - 0,5-1,5. При цьому емульсійна композиція містить, мас.%: нітрат амонію 41-64 нітрат кальцію 15-35 емульгатор „Україніт" 6-9 воду до 100, але не менш 15 Добавка газогенеруюча ГГД-У згідно з ТУ У 24.6-19436711-005-2004 являє собою 3-10% розчин неорганічних пероксидів (переважно перекису водню), який для стабілізації містить аміачну селітру. Вживання неорганічних пероксидів як сенсибілізаторів відомо [з патенту US №4081299 МПК С06В33/14, публ. 28.03.1978]. Проте використання неорганічних пероксидів у наведенному патенті здійснено для вибухови х суспензій (паст на водній основі), які являють собою неоднорідну суміш водного розчину селітр з твердим пальним та іншими нерозчинними компонентами. Підвищення чутливості таких суспензій до детонації при введенні неорганічних пероксидів пов'язано тільки з підвищеною окислюючою здатністю пероксидів водню, натрію та літію без зміни щільності вибухової речовини за рахунок її газифікації. Як відомо, при контакті пероксидів лужних металів с багатьма органічними сполуками, останні здатні до спалаху, а розпад перекису водню при нагріванні та впливі електромагнітного випромінювання може призвести до вибуху. [Химическая энциклопедия. - Μ.: Большая российская энциклопедия, 1992, т.3. - С тр.971- 972] На відміну від [патенту US №4081299] сенсибілізація емульсійної композиції газогенеруючою добавкою ГГД-У пов'язано не з окислюючою здатністю водного розчину неорганічних пероксидів, а з газифікацією однорідної високов'язкої емульсії пухирцями кисню, який виділяється при контакті газогенеруючої добавки з емульсійною композицією, наприклад: H2O2= Н2О+1/2О2 . Останнє призводить до утворення в об'ємі емульсії так званих "гарячих крапок", в яких при проходженні ударної хвилі виникають ефекти кавітації, що призводять до різкого збільшення температури (1000°С) і підвищення чутливості вибухової речовини. Стабільність розчинів перекису водню максимальна при кислотній реакції середовища (рН=3,5-4,5). [Химическая энциклопедия. - Μ.: Сов. Энциклопедия.- 1988, т.1. - С.779.]. Для керованого розкладу пероксидів, надання вибухобезпечності при транспортуванні ГГД-У та виготовленні вибухової речовини, добавка газогенеруюча містить аміачну селітру, яка в водному розчині гідролізує по рівнянню: ΝΗ4ΝΟ3+Н2О ΝΗ4ΟΗ+ΗΝΟ3. В результаті гідролізу добавка газогенеруюча набуває кислотного характеру. = Тільки при контакті добавки газогенеруючої ГГД-У з емульсійною композицією, що має нейтральну або слаболужну реакцію, має місце розклад пероксидів і газифікація емульсії. Останнє можна контролювати по зменшенню щільності вибухової речовини (таблиця). У склад емульсійної композиції входить емульгатор „Україніт" (ТУ У 19436711-002-96), який являє собою 35% розчин неіоногенних поверхнево-активних речовин на основі жирів рослинного або тваринного походження в дизельному паливі. Наведений склад емульсійної композиції дає можливість отримати ЕВР, яка має близький до нуля кисневий баланс і максимальну теплоту вибуху. Це дозволяє в залежності від міцності гірських порід одержувати ЕВР достатньої потужності і чутливості до ініціюючого імпульсу при мінімальних витратах і відсутності токсичних газів вибуху. У таблиці наведені склади ЕВР і їх властивості. При розробці ЕВР виходили з того, що оптимальним вмістом компонентів є таке їхнє співвідношення, при якому буде мати місце близький до нуля кисневий баланс реакції вибуху (сте хіометричне співвідношення компонентів у вибухо вій суміші). В цьому випадку має Таблиця Склади EBP Україніт-ПП-2 та їх властивості Номери складів 1 2 3 1 2 3 4 5 Емульсійна композиція, в тому числі: 98,0 99,7 99,5 99,0 Нітрат амонію 37,3 69,5 64,0 52,3 Нітрат кальцію 39,0 10,0 15,0 25,0 Нафтопродукт 6,5 Оксиетильовані жири тваринного походження 2,2 Емульгатор "Україніт" 5,5 6,0 7,5 Вода 15,0 15,0 15,0 15,0 Спучений перлітний пісок 2,0 Газогенеруюча добавка ГГД-У 0,3 0,5 1,0 Показники властивостей Кисневий баланс, % -0,3 +1,80 +1,62 -0,18 Теплота вибуху, кДж/кг 2830 2820 2870 2940 Об'єм газів вибуху, л/кг 777 924 892 843 Зменшення щільності ЕВР після введення сенсибілізатора, % 1,9 2,5 4,0 7,2 Критичний діаметр, мм 150 120 100 90 Компоненти, мас. % Прототип 4 6 98,5 41,0 35,0 9,0 15,0 1,5 5 7 98,0 35,5 40,0 9,5 15,0 2,0 -2,15 2960 762 -2,52 2930 730 8,1 80 8,8 80 виділятися максимальна теплота і у продуктах вибуху не містяться токсичні оксиди (NOх і CO). Розрахунок кисневого балансу, теплоти вибуху і об'ємів газів вибуху здійснювали по відомим методикам [Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества.- Μ: Недра, 1988. -С.26-45]. Зменшення щільності ЕВР після сенсибілізації знаходили гравіметричним методом і обчислювали за формулою: %= m1 - m2 × 100, m1 де m 1 - маса стакану об'ємом 250мл з ЕВР до введення добавки газогенеруючої ГГД-У; m 2 - маса стакану об'ємом 250мл з ЕВР через 60 хвилин після введення добавки газогенеруючої ГГД-У. Витримку ЕВР після сенсибілізації здійснювали при температурах 10-12°С, що відповідає температурному режиму у свердловині. Критичний діаметр знаходили за ГОСТ 14839.19 метод А при випробуванні зарядів у паперовій або поліетиленовій оболонці на полігонах ВАТ "ПВП «Кривбасвибухпром»" і ДержНДІХП, м.Шостка. Як можна бачити з таблиці оптимальними є склади 2-4, які мають підвищену чутливість до ініціюючого імпульсу у порівнянні з прототипом і більшу теплоту вибуху. При зменшенні вмісту газогенеруючої добавки (склад 1) маємо недостатню чутливість ЕВР (критичний діаметр 120мм) і теплоту вибуху, а також суттєвий додатній кисневий баланс (+1,80%), що свідчить про утворення в продуктах вибуху оксидів азоту (NOх). Підвищення вмісту газогенеруючої добавки (склад 5) практично не змінює чутливість ЕВР і робить кисневий баланс досить від'ємним (-2,52), що свідчить про утворення в продуктах вибуху чадного газу (СО); не призводить до збільшення теплоти вибуху та екологічно і економічно недоцільно. Таким чином, запропонована емульсійна вибухова речовина Україніт-ПП-2 має підвищену чутливість до детонуючого імпульсу і здатна руйнувати гірські породи при мінімальній кількості токсичних газів вибуху.