Вибухова речовина для запобіжного заряду у полімерній оболонці

Запропоноване технічне рішення належить до вибухових речовин, призначених для заряджання їх у спеціальні безпечні оболонки, які мають високий рівень запобіжних властивостей у відношенні вибухонебезпечного середовища, утвореного сумішшю метану та повітря або вибухового вугільного пилу. Для використання у вугільних ша хта х допущені розроблені у Макіївському науково-дослідному інституті патрони вибухової речовини (ВР) ПВП-1 і СП-1. У цих патронах вибухова речовина знаходиться в поліетиленових оболонках, виконаних із двох ампул, а міжампульний простір заповнено водяним розчином аміачної селітри (6065%) та піноутворюючого (0,3-0,5%). Як вибухову речовину використовують амоніт ПЖВ-20 та вугленіт Э-6 [див. Поздняков З.Г., Росси Б.Д. Справочник по промышленным ВВ и средствам взрывания. - М.: Недра, 1977. -с.118120]. Під час вибуху водяний розчин селітри розкладається й окислює поліетилен оболонки патрона, збільшуючи тим самим фугасн у дію ВР. До недоліків цих патронів відноситься їх низька детонаційна здатність і невисокі запобіжні властивості. Це обумовлено низькою міцністю поліетиленової оболонки, що легко ушкоджується під час заряджання шпурів у результаті навмисних чи ненавмисних дій підривників. Міжампульний наповнювач виливається і не здійснює необхідного впливу на оболонку під час вибуху, а невисокий рівень запобіжних властивостей використовуваних вибухови х речовин і визначає недоліки патронів. Відомі також запобіжні патрони П12ЦБ-2М в поліетиленовій оболонці. У зібраному вигляді патрони складаються з поліетиленової оболонки, спорядженої запобіжною ВР 12ЦБ (запобіжна речовина VI класу, ТУ 84997-84), і поліетиленової кришки, вставленої в оболонку (див. ТУ 12.00173769.024-94). Оболонка має стикувальний вузол для з'єднання окремих патронів у суцільний монозаряд. Основним недоліком зазначених патронів є їх низька детонаційна здатність та невисока працездатність, а також підвищена здатність, на відміну від патронів запобіжної ВР, утворювати під час вибуху значну кількість отруйних газів, таких як окис вуглецю й аміак, які є результатом неповного розкладання поліетилену оболонки. Це призводить до спалахів і вигорянь ВР, що знижує безпеку й ефективність підривних робіт. Недоліки цих патронів, в основному, обумовлені застосовуваною ВР, у якості якої використовують вугленіт 12ЦБ. Останній являє собою нітроефіромістку вибухову речовину наступного складу, мас.%: нітроефіри (суміш нітрогліцерину з діетиленглікольдинітратом у співвідношенні від 70/30 до 60/40) 12,0±1,0 натрій азотнокислий 46,0±1,5 карбамід гранульований 23,0±1,5 кальцій вуглекислий 10,0±1,0 натрій хлористий 6,0±0,5 стеарат кальцію (понад 100%) 0,5±0,1 сіль натрієвакарбоксиметилцелюлози 3,0±1,0 бавовна коло дійна або колоксилін(понад 100%) 0,2±0,1. Аналіз складу показує, що останній містить велику кількість пальних компонентів: нітроефіри, карбамід, стеарат кальцію, натрієву сіль карбоксиметилцелюлози, бавовну колодійну або колоксилін і тільки один компонент - нітрат натрію є окислювачем. Це призводить до того, що кисневий баланс ВР є негативним: Кб » -2,85%. Якщо врахувати, що поліетиленова оболонка також є пальним матеріалом, якого приходиться від 10 до 12г на 100г вибухової речовини у патроні, то внаслідок недоліку кисню продукти вибуху містять велику кількість продуктів неповного окислювання вуглецю та водню, у тому числі отруйні і пальні гази. Таким чином, основний недолік відомих патронів, визначених за прототип, зв'язаний з тим, що для запобіжного патрона використовується вибухова речовина, яка містить велику кількість пальних компонентів, у результаті чого має негативний кисневий баланс. У основу корисної моделі поставлено завдання зі створення такої вибухової речовини для запобіжного заряду в полімерній оболонці, у якому зменшення кількості пальних компонентів і зміна складу і кількості окислювачів підвищує детонаційну здатність заряду вибухової речовини і поліпшує його кисневий баланс. Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що вибухова речовина для запобіжного заряду в полімерній оболонці, яка містить суміш нітрогліцерину з діетиленглікольдинітратом, карбамід, стеарат кальцію, колодійну бавовну або колоксилін, хлористий натрій, вуглекислий кальцій, згідно з корисною моделлю, додатково містить хлористий амоній й аміачну селітру в суміші з нітросполукою ароматичного ряду при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: суміш нітрогліцерину з діетиленглікольдинітратом при співвідношенні від 60/40 до70/30 3,00¸8,50 натрій (калій) азотнокислий 30,00¸42,00 карбамід 5,00¸7,50 кальцій (магній) вуглекислий 4,00¸6,00 нітросполука ароматичного ряду 0,50¸5,00 амоній хлористий 18,00¸28,00 бавовна колодійна або колоксилін 0,05¸0,30 аміачна селітра решта, при цьому аміачну селітру використовують марки ЖВК (ЖВГ) або пористу, а кисневий баланс вибухової речовини складає від +1,0 до +10,0%. Для інгредієнтів запропонованої ВР, яку призначено для запобіжного заряду в полімерній оболонці, встановлені наступні межі. Нітроефіри 3,0-8,5%. Нижню межу встановлено виходячи з необхідності додання ВР чутливості до ініціюючого імпульсу електродетонатора. Верхню - виходячи з умов додання заряду необхідних запобіжних властивостей. Амоній хлористий 18,0-28,0%. Нижня межа визначена з умови додання заряду необхідних запобіжних властивостей, а вер хня - одержання необхідної працездатності. Карбамід 5,0-7,5%. Нижня межа обумовлена необхідністю додання заряду стійкості проти вигоряння, а верхня - виходячи зі зменшення кількості отруйних газів, у тому числі аміаку, в продуктах вибуху ВР. Вуглекислий кальцій (магній) 4,0-6,0%. Нижню межу установлено виходячи з необхідності додання ВР стійкості проти вигоряння, а верхню - з умови забезпечення високої детонаційної здатності заряду та працездатності ВР. Нітросполука ароматичного ряду (нітротолуол, динітротолуол, тринітротолуол й ін., їх суміші) 0,5-5,0%. Нижню межу обумовлено дотриманням позитивного кисневого балансу ВР, а вер хню - стійкістю детонації заряду. Колодійна бавовна (колоксилін) 0,05-0,30%. Нижню межу обумовлено желатинізацією нітроефірів у складі, а верхню - надійністю їх утримання в масі ВР під час її патронування в оболонку. Натрій (калій) азотнокислий 30,0-42,0%. Нижню межу обумовлено одержанням під час вибуху необхідної кількості інгібітору в продукта х вибуху, а верхню - забезпеченням потрібного кисневого балансу. Аміачна селітра 9,0-35,0%. Нижню межу обумовлено забезпеченням необхідної працездатності ВР, а верхню - одержанням позитивного кисневого балансу і необхідною детонаційною здатністю ВР. Дані межі компонентів ВР, призначеної для заряджання в полімерні оболонки патронів, які виконано з поліетилену, полістиролу чи поліпропілену, встановлено в результаті випробувань ряду експериментальних зразків, склади яких наведено в таблиці. Таблиця Компоненти і властивості ВР Нітроефіри Нітрат натрію Хлористий амоній Карбонат кальцію Карбамід (сечовина) Нітросполуки ароматичного ряду Бавовна колодійна (колоксилін) Аміачна селітра Властивості ВР Кисневий баланс, % Рівень запобіжних властивостей ВР відповідає класу Рівень запобіжних властивостей патрона в полімерній оболонці відповідає класу Кількість додаткової енергії, яка виділяється в результаті окислення оболонки патронів з поліетилену, кДж/кг Склад ВР для патронів з полімерних оболонок на основі NaNO3-NH4Cl-CaCO3 1 2 3 4 5 5,0 4,0 6,5 3,0 8,5 35,5 30,0 39,0 40,0 41,0 25,0 18,0 27,0 27,5 28,0 5,0 6,5 6,0 5,0 5,0 6,0 8,0 7,0 5,0 5,5 1,35 5,0 1,0 0,5 5,5 0,15 0,15 0,20 0,10 0,30 22,00 28,35 13,30 23,90 9,00 +3,30 V +1,00 V +1,17 V +6,20 V +1,42 V V V V V V 427,4 127,1 148,8 788,3 179,9 Виходячи з установлених меж вмісту інгредієнтів у складі запропонованої ВР для патронів у полімерній оболонці, виявлено оптимальний склад: нітроефіри - 5,00%, нітрат натрію - 35,50%, хлористий амоній - 25,00%, карбонат кальцію -5,00%, карбамід - 6,00%, нітросполука ароматичного ряду - 1,35%, колодійна бавовна - 0,15%, аміачна селітра -22,00%. Склад одержують так. Спочатку готують дрібнодисперсну суміш аміачної селітри з нітросполукою. Для цього змішування аміачної селітри і, наприклад, тротилу здійснюють у барабані з пластмасовими кулями діаметром 60мм. Співвідношення маси куль і маси суміші порошкоподібних речовин складає 2:1. Суміш обробляють кулями під час обертання барабана протягом не менше 60-65 хвилин. Потім суміш аміачної селітри і тротилу вивантажують з барабана і направляють на змішування з іншими компонентами, які перед змішуванням ретельно підготовлюють: сушать до вологості не більш 0,1% і просівають через сито №15 для одержання фракцій діаметром не більше 240-260мкм. Далі їх засипають у механічний лопатевий змішувач ємністю 300кг у наступних пропорціях: Компоненти Нітрат натрію Хлористий амоній Карбонат кальцію Карбамід Тротил Аміачна селітра Колодійна бавовна Оптимальний варіант 106,6кг (35,50%) 75,0кг (25,00%) 15,0кг (5,00%) 18,0кг (6,00%) 4,05кг (1,35%) 66,0кг (22,00%) 0,45кг (0,15%) Сухі компоненти перемішують протягом 5-6 хвилин. Далі до них додають протягом 5-6 хвилин рідкі нітроефіри окремими порціями, які відмірені об'ємним мірником. Як тільки в змішувач заливають 15,0кг нітроефірів, його включають на 15-20 хвилин і перемішують сухі компоненти з рідкими (нітроефірами) до їх рівномірного розподілу. Після змішування отриману масу вивантажують і патронують у патрони з полімерною оболонкою із поліетилену або поліпропілену товщиною 0,5-0,7мм, діаметр яких 32-36мм і маса 0,6 або 1,0кг. Кожний патрон герметизують кришкою, що вставляється з боку вільного торця патрона за допомогою мастики з поліізобутилену (герметик). Отримані патрони запобіжної ВР і на їх основі запобіжні заряди мають наступні показники (для оболонки з поліетилену): Показники Оптимальний варіант Теплота вибуху, кДж/кг запобіжної ВР 2101,20 заряду 2528,40 Працездатність заряду відносно 1,05 вугленіту 13П (Р13П=1,0) Віднесено до Рівень запобіжних властивостей V класу Таким чином, використання запропонованої вибухової речовини для запобіжних патронів у полімерній оболонці дозволить без зниження рівня їх запобіжних властивостей підвищити працездатність, як мінімум, на 5,0%, що, у свою чергу, істотно підвищить ефективність підривних робіт у вугільних ша хта х, де в даний час використовується вугленіт 13П.