Вибухова речовина

Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам (ВВ), изготовляемым непосредственно на местах ведения взрывных работ в горнорудной и нерудной. промышленности. Известны простейшие бестротиловые ВВ, состоящие из 94 - 95% гранулированной аммиачной селитры (АС) и 5 - 6% дизельного топлива (ДТ) или солярового масла, т.е. жидкого горючего. Эти ВВ изготовляются пропиткой гранул АС жидким горючим на месте применения (Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. - М.: Недра, 1988. - С.236 248). Однако эти ВВ обладают существенными недостатками, препятствующими их внедрению. Такие ВВ имеют низкую физическую стабильность, выражающуюся в миграции дизельного топлива в нижние слои ВВ. Верхняя часть заряда при заряжении скважин этим ВВ обедняется жидким горючим, а нижняя содержит его в избытке, что создает предпосылки для возникновения "отказов" и снижает полноту выделения энергии взрыва. При этом нарушение стехиометрического соотношения компонентов ведет при взрыве такого ВВ к существенному увеличению выброса вредных газов в атмосферу. Кроме того, жидкое горючее, в частности дизельное топливо или соляровое масло, является дефицитным и дорогостоящим компонентом (350грн./т). Известны также взрывчатые составы местного приготовления - углесодержащие гранулиты УП-1 и УП-2, разработанные ИГД им. Скочинского, ВостНИИ и ИПКАН РАН, включающие 85 - 93% аммиачной селитры (АС), 3 - 4% жидкого нефтепродукта (ЖНП), 2 - 10% угольного порошка, а в состав УП-2 входит также 2% пенополистерола (ППС) (Цирель С.В. К вопросу о выборе составов гранулированных ВВ местного приготовления // Уголь. - 1993. - №7. - С.22 - 25). Недостатками такого состава (УП-1) является неустойчивая детонация в зарядах диаметром менее 250мм и большой длины, а также применение высокозольных углей (39,5 - 42,5) Экибастузского месторождения. А применение пенополистерола в гранулах УП-2 приводит к заметному изменению стехиометрического соотношения компонентов по высоте колонки заряда вследствие существенной разницы удельного веса гранул ППС и АС (в 40 - 50 раз), что ведет к неконтролируемым низкоскоростным режимам детонации, снижению качества отбойки и увеличению выхода вредных газов. Кроме того, изготовление такого состава ВВ требует значительного количества дорогостоящего нефтепродукта. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому материалу является взрывчатый состав, изготовляемый на месте применения, содержащий в %: гранулированную аммиачную селитру 92,0 - 94,0, дизельное топливо до 2,0 и угольный порошок 4,0 - 6,0 в количестве, недостающем до стехиометрического соотношения жидкого горючего (Авт. св. СССР №1734457, кл. F42D3/04, 1990). Недостатком известного взрывчатого состава, взятого за прототип, является то, что присутствие жидкой добавки до 2% повышает слеживаемость и, как следствие, снижает физическую стабильность и детонационную способность. С другой стороны, поглощающая способность гранулированной аммиачной селитры (АС) составляет 3,2 - 3,4г ДТ на 100г АС и поэтому определенная часть селитры обедняется жидким дизельным топливом, другая же часть содержит его в избытке до 3,4%, что создает предпосылки для еще более неравномерного распределения общего горючего в окислителе после опудривания угольным порошком гранул селитры с различной омасленной поверхностью. Это в свою очередь также ведет к снижению скорости детонации и работоспособности зарядов до 20% и более, а иногда к выгораниям и "отказам". Более того, наличие дорогостоящего дизельного топлива до 2% повышает стоимость такого ВВ до 70грн./т. Вместе с тем, недостатком известного углегранулита является необходимость введения в этот состав углей, содержащих только 25 - 47% летучих веществ и 3 - 9% золы. Задачей изобретения является создание простейшего бестротилового взрывчатого состава, в котором путем введения в качестве горючего вторичных твердых отходов местной промышленности обеспечивается возможность более равномерного опудривания гранул аммиачной селитры, и тем самым исключаются низкоскоростные режимы детонаций, что повышает работоспособность этих ВВ при улучшении экологической чистоты взрыва и существенном снижении их стоимости. Данный технический результат достигается за счет того, что простейшее взрывчатое вещество содержит гранулированную аммиачную селитру (89%), угольный порошок Криворожской ТЭЦ от 5,0 до 6,5% и горючестабилизирующую добавку некормовые мучные отходы комбинатов хлебопродуктов (C4,16H6,3O2,62N0,13) в количестве, недостающем до стехиометрического соотношения угольного порошка (C6,75H7O0,75). Причем, для повышения стабильности, работоспособности, экологической чистоты взрыва и уменьшения стоимости этих ВВ, вводимая горючая бинарная смесь угольного порошка и мучных отходов приготовляется в соотношении от 1 : 0,7 до 1 : 1,25. Между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатам существует причинно-следственная связь. Так, изготовление простейшего взрывчатого состава, включающего в качестве окислителя гранулированную аммиачную селитру, а в качестве горючего угольный порошок и горючестабилизирующую добавку - некормовые мучные отходы комбинатов хлебопродуктов в отношении к порошку угля от 1 : 0,7 до 1 : 1,25 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Угольный порошок 5,0 - 6,5 Некормовые отходы комбинатов хлебопродуктов 6,22 - 4,6 Гранулированная аммиачная селитра Остальное позволяет получить однородный неслеживаемый, а следовательно, физически более стабильный состав, не допуская при этом низкоскоростных режимов детонации зарядов, выгорания или "отказов" таких составов с более высокой работоспособностью, полученной за счет более качественного и равномерного распределения твердых частиц горючего, т.е. качественного опудривания поверхности гранул селитры. Это способствует более полной реакции окисления, а следовательно, повышению таким образом энергетики (теплоты) взрыва при существенном снижении выбросов вредных газов в атмосферу и стоимости этого взрывчатого состава. Таким образом, настоящее изобретение решает поставленную задачу создания высокоэффективного простейшего взрывчатого вещества, изготовляемого на местах применения на основе местных горючих добавок, а именно: угольного порошка Криворожской ТЭЦ и некормовых мучных отходов Криворожских комбинатов хлебопродуктов. Существенными отличительными признаками изобретения являются: использование в качестве горючестабилизирующей добавки новых экономически чистых некормовых отходов комбинатов хлебопродуктов (C4,16H6,3O2,62N0,13), обладающих качественно новым свойством; оптимальное соотношение компонентов бинарной горючей смеси угольного порошка (C6,75H7O0,75) и экологически чистых некормовых отходов комбинатов хлебопродуктов (C4,16H6,3O2,62N0,13) от 1 : 0,7 до 1 : 1,25; оптимальное содержание окислителя (гранулированной аммиачной селитры) и горючего, каким является новая бинарная смесь, составляет, мас.%: Угольный порошок 5,0 - 6,5 Некормовые отходы комбинатов хлебопродуктов 6,22 - 4,6 Гранулированная аммиачная селитра Остальное Благодаря вышеуказанному отличию: работоспособность предлагаемых смесей, т.е. показатель действия взрыва (п) и объем воронки взрыва (V) выше, нежели в зарядах с применением в качестве горючей добавки дизельного топлива и угольного порошка соответственно: п на 13,6 16,6% и V на 32,4 - 45,5%, что обуславливает возможность его применения с новым назначением, т.е. отбойки более крепких пород крепостью f = 14 - 16 по шкале проф. М.М. Протодьяконова, наиболее часто встречающихся на карьерах Кривбасса; введение некормовых отходов комбинатов хлебопродуктов фракцией 0 - 2мм в количестве 6,5% позволяет достигнуть плотности заряда 0,989г/см за счет максимального заполнения совместно с угольным порошком межгранульного пространства и давления колонки заряда через 3 суток; предлагаемые простейшие стабилизированные взрывчатые смеси типа гранулит ПСВС на основе гранулированной АС и новой горючей бинарной смеси некормовых отходов и угольного порошка сохраняют стехиометрическое соотношение между этими компонентами от момента приготовления до ее взрывания (в течение 30 суток), т.к. исключается вымывание или миграция жидкой добавки в скважине; улучшается экологическая чистота взрыва, т.к. предлагаемые граиулиты ПСВС снижают выбросы ядовитых газов по сравнению со штатным аммонитом и прототипом соответственно: по CO на 50% и 32, по NO + NO2 на 18 - 20% и 9 - 13%; исключается необходимость доставки с заводов значительных объемов неводоустойчивых дорогостоящих ВВ, связанная со значительными транспортными затратами и загрузкой железнодорожного транспорта перевозками взрывчатых материалов; снижаются затраты на хранение заводских ВВ, а следовательно, повышается безопасность при ведении взрывных работ. В целом предлагаемое ВВ обеспечивает: 1) высокую физическую стабильность и повышение работоспособности заряда до 20% за счет исключения жидкой горючей добавки (повышающей слеживаемость ВВ) путем введения новой твердой горючестабилизирующей добавки - некормовых мучных отходов комбинатов хлебопродуктов до 4,6 - 6,22%, что не только не оказывает флегматезирующего действия на аммиачную селитру, а, напротив, стабилизирует его состав, снижая склонность к слеживаемости и способствует улучшению детонационных характеристик, что предопределяет возможность расширить область применения нового ВВ; 2) улучшение экологической чистоты взрыва, т.к. новая добавка является экологически чистой, причем полнота энергии взрыва возрастает, а объем выбросов токсичных газов наиболее низкий при весовом соотношении угольного порошка Донецко-Днепровского к некормовым мучным отходам комбинатов хлебопродуктов от 1 : 0,7 до 1 : 1,25%; 3) существенное повышение эффективности взрывных работ, снижение затрат на их осуществление, что дает в итоге экономию 0,1грн. на один кубический метр отбиваемых горных пород. Введение некормовых зерновых отходов комбинатов хлебопродуктов и угольного порошка можно осуществлять двумя способами: а) опудриванием исходной селитры с загрузкой и перемешиванием последовательно горючих компонентов в автосистемах в течение 20 минут до получения однородной смеси с последующей перегрузкой готовой смеси и на стационарных пунктах в зарядные машины типа М3 - 8; б) дозированной и последовательной подачей с перемешиванием в течение 15 - 20 минут твердых горючих добавок и аммиачной селитры до получения однородной смеси с помощью передвижных смесительных устройств или зарядно-смесительных машин, допущенных Госнадзорохрантруда Украины. Оба способа отличаются технологичностью и возможностью обеспечения визуального контроля качества приготовляемой смеси как на месте перегрузки, так и в месте разгрузки зарядной машиной. Опытные испытания заявляемого состава, проводимые в полигонных условиях склада "Южный" предприятия "Кривбассвзрывпром" показали, что предлагаемое простейшее взрывчатое вещество, изготовляемое на местах применения, включающее в качестве горючестабилизирующей добавки некормовые мучные отходы Криворожского комбината хлебопродуктов, удовлетворяет требованиям и позволяет получить более качественную смесь с равномерным и последовательным опудриванием гранул аммиачной селитры горячей добавкой, повысить работоспособность этого взрывчатого вещества, улучшить экологическую чистоту взрывов, существенно снизить стоимость 1т взрывчатого вещества (табл.1, 2). Пояснения к табл.1 и 2. Рецептурные смеси опытных образцов взрывчатого вещества, приведенные в табл.1, определялись расчетным путем, а именно: угольный порошок принимали в интервалах 0 9,0%, а некормовых мучных отходов остальное как недостаток горючего до полного окисления аммиачной селитры. Результаты эспериментальных взрывов, приведенные в табл.2, убедительно показывают, что введение угольного порошка Криворожской ТЭЦ и горючестабилизирующей добавки некормовых мучных отходов комбинатов хлебопродуктов (C4,16H6,3O0,62N0,13) в количестве недостающем до стехиометрического соотношения угольного порошка (C6,75H7O0,75) в отношении мучные отходы : угольный порошок от 1 : 0,7 до 1 : 1,25 при следующих соотношениях компонентов, мас.%: Угольный порошок 5,0 - 6,5 Некормовые мучные отходы 6,22 - 4,6 Гранулированная аммиачная селитра Остальное позволяет повысить скорость этого ВВ до 3,85 4,1км/с (образцы 3 - 6 табл.2) против 1,65 - 2,9км/с в известной смеси, что составляет больше на 32,75% и 41,38% нежели в известном составе соответственно. Кроме того, новое ВВ имеет и более высокую работоспособность. Например состав №5 имеет объем воронки взрыва 5,02м3 (против 3,45м3, у известного состава), что больше на 45,5% нежели в известном составе. Еще более убеждаемся в эффективности нового ВВ, сравнивая показатели действия взрыва, численно равный: n = R/W, где R - радиус воронки взрыва, м; W - глубина заложения заряда, которая составляла для всех зарядов, включая известный состав W = 1,1м. В результате показатель действия взрыва нового ВВ увеличился для составов 3, 4, 5 и 6 в сравнении с известным составом на 7,89%; 13,66%; 16,61% и 6,41% соответственно. Более наглядно эффективность работы новых составов №1 - 8 в сравнении с известным ВВ по данным табл.2 может быть представлено на рисунке. На чертеже показано, изменение работоспособности ВВ, объем воронки взрыва-I и показатель действия взрыва-II в зависимости от рецептурного состава ВВ, изготовляемых на местах применения. Таким образом, введение вышеуказанных твердых горючих добавок в простейших взрывчатых веществах позволяет существенно увеличить энергетику взрыва этого ВВ, за счет качественного и равномерного опудривания поверхности гранул селитры и как следствие, создание стехиометрического соотношения между горючим и окислителем от момента приготовления этого ВВ до взрыва, что благоприятствует более полной реакции окисления. В результате взрывы таких экспериментальных зарядов сопровождались существенным снижением выбросов вредных газов до 6,0 19,5л/кг в пересчете на окись углерода (против 56,0л/кг у известного ВВ). В табл.2 и на представленном рисунке наглядно видны и авторы уточняют согласно первоначальных материалов заявки границы состава нового смесевого ВВ, так как уменьшение некормовых мучных отходов ниже 4,6% и угольного порошка менее 5,0% существенно снижает эффективность нового ВВ, а увеличение некормовых мучных отходов более 6,22% и угольного порошка более 6,5% не только ухудшает работоспособность такого состава, а и экономично не оправдано.