Запобіжна вибухова речовина

Запропоноване технічне рішення належить до вибухових речовин, призначених для проведення підривних робіт шпуровим способом у вибоях підземних виробок шахт, небезпечних за вибухами газу та вугільного пилу в умовах, при яких виключений контакт бічної поверхні шпурового заряду з метано-повітряним середовищем. У цих умовах для проведення підривних робіт згідно §223 «Єдиних правил безпеки при підривних роботах» допущені запобіжні вибухові речовини (ЗВР) V класу. В цей час на Україні до таких ЗВР відносяться вугленіти 13П и 13П/1 [див. Т У 12 .0174086 -002-92 ]. Вугленіт 13П/1 - вибухова речовина, яка містить суміш нітрогліцерину і діетиленглікольдінітрату, натрієву селітру, хлористий амоній, вуглекислий кальцій, пінополістирол, стеарат кальцію, натрієву сіль карбоксиметилцелюлози та колодійну бавовну. Основним недоліком цієї вибухової речовини є те, що вона містить у своєму складі 13,0% нітроефірів і 0,3% колодійної бавовни, які за токсичністю і небезпекою впливу на організм людини відносяться до 1-го і 2-го класів відповідно. Гранично припустима концентрація нітроефірів у повітрі робочої зони 0,02мг/м3, колодійної бавовни 0,70мг/м3. При зіткненні незахищених рук гірників з патронами вугленіту або при вдиханні пар нітроефірів виникають головні болі й учащається серцебиття. Також відома запобіжна вибухова речовина V класу - вугленіт 13П містить : Суміш нітрогліцерину з діетиленглікольдинітратом у співвідношенні від 60/40 до 70/30 10,0-14,0 Хлористий амоній 23 ,3 -25 ,6 Вуглекислий кальцій 4 ,0 -6 ,0 Аміачна селітра 10,7-21,0 Пінополістирол 2 ,0 -3,5 Натрієва сіль карбоксиметилцелюлози 1 ,5 -2 ,5 Стеарат кальцію 0 ,5 -1 ,0 Колоїдна бавовна 0 ,1 -0 ,3 Нітрат натрію решта Недоліком цієї ЗВР, визначеної за прототип, є, також, як і аналога, висока токсичність нітроефірів, що містяться в її складі. Унаслідок цього вугленіт 13П часто стає причиною скарг підривників на стан здоров'я. Крім того, він має обмежену роботоспроможність та високу вартість за рахунок дефіциту компонентів, які входять в його склад. У основу корисної моделі поставлено завдання зі створення такої запобіжної вибухової речовини, у якій за рахунок заміни частини нітроефірів аміачною селітрою, сенсибілізованою горючою добавкою, знижується в 2-3 рази її токсичність, а, отже, підвищується безпека робіт у шахтах та поліпшуються умови праці, а також знижується вартість та підвищується роботоспроможність. Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що запобіжна вибухова речовина, яка містить нітроефіри, аміачну селітру, хлористий амоній, нітрат натрію, натрієву сіль карбоксиметилцелюлози, стеарат кальцію, згідно з корисною моделлю, містить ароматичні нітросполуки у суміші з аміачною селітрою та колодійною бавовною у суміші з горючою добавкою при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: Суміш нітрогліцерину з діетиленглікольдинітратом у співвідношенні від 60/40 до 70/30 4 ,0 -8 ,0 Хлористий амоній 2 5 ,0 -3 2 ,0 Вуглекислий кальцій 4 ,0 -6 ,5 Горюча добавка 1 ,0 -2 ,5 Натрієва сіль карбоксиметилцелюлози 2 ,0 -3 ,0 Колодійна бавовна або колоксилін у суміші з ароматичними нітросполуками 1 ,0 -6 , 0 Нітрат натрію 2 8 ,6 -3 8 ,4 Аміачна селітра марки ЖВ решта, при цьому вміст ароматичних нітросполук в суміші складає 10,0-90,0%, колодійної бавовни або колоксиліну 90,0-10,0%, а як горючу добавку використовують пінополістирол, поліетилен, поліпропілен, поліуретан, полібутадієн, поліізобутилен, полівінілхлорид, целюлозу, фенолформальдегідну смолу, крохмаль, парафін, церезин, петролатум, стеарин, деревну муку, індустріальне масло або дизельне пальне, або їх суміш у будьякому співвідношенні. Експерименталь ні зразки ЗВР виготовлені у хіміч ному казенному об'єднанні ім. Г.І. Петровського на обладнанні, призначеному для випуску запобіжних вибухових речовин, які містять нітроефіри. Склади цих ЗВР і результати їх випробувань наведені в таблиці. 3 14 виготовлених і випробуваних зразків ЗВР 7 зразків відповідають технічним вимогам на запобіжні патроновані ВР V і VI класів, а 7 - не відповідають. У результаті випробувань було встановлено співвідношення інгредієнтів у складі запропонованої ЗВР, а також співвідношення нітросполук й аміачної селітри. Суміш останніх готували в барабані-змішувачі, усередині якого розташовані пластмасові кулі. При цьому співвідношення маси куль і амонійної маси складає 2:1. У барабан завантажували, наприклад, 180,0-190,0кг аміачної селітри марки ЖВ і 20,0-10,0кг тротилу. Час перемішування складає 60 хвилин. Амонійна маса, що містить від 90 до 95% аміачної селітри та 10-5% тротилу, чуттєва до капсуля-детонатора і її заряди діаметром 12-14мм стійко детонують. При меншому вмісті тротилу її детонаційна здатність різко зменшується. Збільшення тротилу більше, ніж на 10% дозволяє одержувати промислову ВР, яку можна використовувати самостійно. Отже, оптимальне співвідношення тротилу й аміачної селітри в амонійній масі - від 95/5 до 90/10. Амонійна маса, вологість якої не більше 0,1%, була використана при дослідженнях експериментальних зразків ЗВР. Нітроефіри являють собою суміш нітрогліцерину і діетиленглікольдинітрату, а їх співвідношення складає від 60/40 до 70/30, що прийнято з досвіду виготовлення таких ЗВР на заводі. При цьому встановлено наступне співвідношення інгредієнтів у складі запропонованої ЗВР: 1. Нітроефіри (суміш нітрогліцерину з діетиленглікольдинітратом у співвідношенні від 60/40 до 70/30) - 4,08,0%. Нижню границю визначено, виходячи з необхідної чутливості ВР до ініціюючого імпульсу і забезпечення передачі детонації. Верхню границю обумовлено високою детонаційною здатністю ВР і її впливом на запобіжні властивості при випробуваннях в кутовій мортирі. 2. Хлористий амоній - 25,0-32,0%. Нижня границя визначає необхідну кількість іонів Сl- для утворення з іонами Са+ і Na+ інгібіторів окислювання метану в продуктах вибуху ВР для забезпечення необхідних запобіжних властивостей, а верхню границю визначено працездатністю ВР. 3. Вуглекислий кальцій - 4,5-6,5%. Нижню границю визначено, виходячи з забезпечення необхідної підпалюючості, тобто нормованої стійкості ЗВР противигоряння, а верхню границю - впливом на праце- й детонаційну здатність ВР. 4. Горюча добавка - 1,0-2,5%. Нижню границю пального компонента визначено його внеском у загальну енергію вибуху ВР і працездатність, а верхню границю обумовлено допуском по отруйних газах (окис вуглецю), що утворюються в продуктах вибуху ВР у результаті неповного окислювання горючої добавки. 5. Натрієва сіль карбоксиметилцелюлози - 2,0-3,0%. Ця добавка забезпечує ЗВР необхідну водостійкість. Нижню границю обумовлено нормою для відстані передачі детонації між мокрими патронами ВР, а верхню обмежено флегматизуючою дією на продукти вибуху ВР. 6. Колодійна бавовна або колоксилін - 0,1-6,0%. Ця технологічна добавка желатинизує нітроефіри. Нижня границя забезпечує утримання у складі ВР нітроефірів, виключаючи ексудацію; верхня - забезпечує збіль шення енергії вибуху ВР. 7. Нітрат натрію - 28,6-38,4%. Він є джерелом кисню для окислювання пальних компонентів. Нижню границю встановлено, виходячи з норми на запобіжні властивості й працездатність ВР, а верхню границю - з необхідної кількості інгібітору в продуктах вибуху ВР. 8. Суміш аміачної селітри ЖВ і ароматичних нітросполук у співвідношенні від 90/10 до 95/5) - 20,0-30,0%. Вона забезпечує необхідний рівень працездатності й детонаційних властивостей ВР. Верхню границю визначено її впливом на запобіжні властивості ВР, а нижню границю обумовлено нормами праце- й детонаційної здатності ВР. Як ароматичні нітросполуки використовують нітротолуол, динітротолуол, тринітротолуол, нітронафталін, динітронафталін, тротилове масло або їх суміш. Таким чином, обґрунтування границь допуску інгредієнтів, що входять до запропонованого складу ЗВР, дозволило обрати оптимальний склад: нітроефіри - 5,0%, хлористий амоній - 26,0%, нітрат натрію - 32,8%, вуглекислий кальцій - 5,0%, колодійна бавовна або колоксилін - 0,3%, натрієва сіль карбоксиметилцелюлози 2,0%, пінополістирол - 2,0%, аміачна селітра - 25,6%, тротил - 1,3%, який виготовлено і наведено як приклад. Готують запропоновану запобіжну вибухову речовину так. Натрієву селітру і хлористий амоній подрібнюють у барабанах тонкого помелу і просушують до вологості не більше 0,15%. Стеарат і вуглекислий кальцій просівають через сито. Вологість натрієвої солі карбоксиметилцелюлози не повинна перевищувати 4,5%. Колодійна бавовна або колоксилін «нх» протирається через сито №3,2. Нітроефіри перед використанням відстоюють для відділення води. Амотол використовують після його здрібнювання в барабані-змішувачі, а пінополістирол марки ПСВ-С готують згідно ТУ В6 - 05761614-98. Змішування інгредієнтів запобіжної вибухової речовини з нітроефіром здійснюється в механічних лопатевих змішувачах за наступною технологією: Кількість компонентів, які завантажуються у змішувач, наступна: Натрієва селітра 127,92кг Хлористий амоній 101,40кг Вуглекислий кальцій 19,50кг Натрієва сіль карбоксиметилцелюлози 7,80кг Пінополістирол 7,80кг Колодійна бавовна 1,17кг Аміачна селітра 99,84кг Тринітротолуол 5,07кг. У змішувачі суміш обробляється 9 хвилин. Потім протягом 6 хвилин у змішувач окремими порціями заливають 19,5кг нітроефіру й обробляють суміш ще 20 хвилин. Відключення і вивантаження суміші зі змішувача відбувається протягом 8 хвилин. Отриману масу в кількості 390,0кг патронують масою по 0,2кг у паперові гільзи діаметром 36мм, які вологоізолюють сумішшю парафіну і петролатуму, і масою по 0,6кг у полімерні оболонки діаметром 36мм монозаряди. Через два тижні після виготовлення були проведені випробування. Дані випробувань наведеного складу приведені в таблиці. Результати випробувань показали, що запропонована ВР задовольняє вимогам, які пред'явлено до запобіжних вибухових речовин V класу і може бути використана замість штатної запобіжної вибухової речовини вугленіту 13П, який містить 13% нітроефірів і тому є більш токсичною речовиною. Зменшення токсичності запропонованої запобіжної вибухової речовини дозволить підвищити безпеку її використання в підземних умовах вугільних шахт.