Вибухова запобіжна 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. ТУ 12.0174086 - 002 - 92). Вугленіт 13П/1 — вибухова речовина, яка містить суміш нітрогліцерину і ді-етиленглікольдінітрату, натрієву селітру, хлористий амоній, вуглекислий кальцій, пінополістирол, стеарат кальцію, натрієву сіль карбоксиметилцелюлози та колодійну бавовну. Основним недоліком цієї вибуховуї речовини є те, що вона містить у своєму складі 13,0% нітроефірів і невелику кількість (0,3%) колодійної бавовни, які за токсичністю і небезпекою впливу на організм людини відносяться відповідно до 1-го і 2-го класів. Гранично припустима концентрація нітроефірів у повітрі робочої зони 0,02мг/м3, колодійної бавовни - 0,70 мг/м3. При зіткненні незахищених рук гірників з патронами вугленіту або при вдиханні пар нітроефірів виникають головні болі й учащається серцебиття. Відома також запобіжна вибухова речовина V класу вугленіт 13П містить : Суміш нітрогліцерину з діетиленглікольдінітратом 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 карбоксиметилцелюлозы 1,5-2,5 Стеарат кальцію 0,5-1,0 Колоїдна бавовна 0,1-0,3 Нітрат натрію Інше Недоліком цієї ЗВР, визначеної за прототип, є, також як і аналога, висока токсичність нітроефірів, що містяться в її складі. Унаслідок цього вутленіт 13П часто стає причиною скарг підривників на стан здоров'я. У основу винаходу поставлено завдання зі створення такої запобіжної вибухової речовини, у якій за рахунок заміни частини нітроефірів аміачною селітрою, сенсибілізованою тротилом, знижується в 2-3 рази її токсичність, а, отже, підвищується безпека робіт у шахтах. Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що запобіжна вибухова речовина, яка містить нітроефіри, аміачну селітру, хлористий амоній, нітрат натрію, пінополістирол, натрієву сіль карбоксилметилцелюлози, стеарат кальцію та колодійну бавовну, відповідно до винаходу, містить тротил у суміші з аміачною селітрою при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Суміш нітрогліцерину з діетиленгликольдінітратом у співвідношенні від 60/40 до 70/30 4,0- 8,0 Хлористий амоній 25,0 - 32,0 Вуглекислий кальцій 4,0 - 6,0 Пінополістирол 1,5 - 2,5 Натрієва сіль карбоксиметилцелюлози 2,0 - 3,0 Колодійна бавовна 0,03 - 0,05 Нітрат натрію 28,6 - 38,4 Суміш тротилу з аміачною селітрою марки ЖВ інше, при цьому вміст тротилу в суміші складає 5,0 - 10,0%, а аміачної селітри марки ЖВ 90,0-95,0%. Експериментальні зразки ЗВР виготовлені у хімічному 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. З 14 виготовлених і випробуваних зразків ЗВР 7 зразків відповідають технічним вимогам на запобіжні патроновані ВР V і VT класів, а 7 - не відповідають. У результаті випробувань було встановлено співвідношення інгредієнтів у складі запропонованої ЗВР, а також співвідношення тротилу й аміачної селітри, суміш яких називається амотолом. Амотол готували в барабанізмішувачі, усередині якого розташовані пластмасові кулі. При цьому співвідношення маси куль і амотолу складає 2:1. У барабан завантажували 180,0 - 190,0кг аміачної селітри марки ЖВ і 20,0 - 10,0кг тротилу. Час перемішування складає 60 хвилин. Амотол, що містить від 90 до 95% аміачної селітри та 10 - 5% тротилу, чуттєвий до капсуля-детонатора і його заряди діаметром 12 — 14 мм стійко детонують. При меншому вмісті тротилу його детонаційна здатність різко зменшується. Збільшення тротилу більше 10% дозволяє одержувати промислову ВР, яку можна використовувати самостійно. Отже, оптимальне співвідношення тротилу й аміачної селітри в амотолі від 95/5 до 90/10. Амотол, вологість якого не більш 0,1%, було використано при дослідженнях експериментальних зразків ЗВР. Нітроефіри являють собою суміш нітрогліцерину і діетиленглікольдінітра-ту, 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 діетиленглікольдінітратом 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 СГ 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 - 4,0 - 6,0. Нижню границю визначено виходячи з забезпечення необхідної підпалюючості, тобто нормованої стійкості ЗВР проти вигоряння, а верхню границю - впливом на праце-й детонаційну здатність ВР. 4. Пінополістирол — 1,5 — 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 пінополістиролу. 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 - 0,03 - 0,05%. Ця технологічна добавка желатинизує нітро-ефіри й утримує їх у складі ВР, виключаючи ексудацію. Нижня і верхня границі обумовлені досвідом виробництва ВР, які містять ефіри. 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. Амотол (суміш аміачної селітри ЖВ і тротилу у співвідношенні від 90/10 до 95/5) - 20,0 - 30,0%. Він забезпечує необхідний рівень працездатності й детонаційних властивостей ВР. Верхню границю визначено його впливом на запобіжні властивості ВР, а нижню границю обумовлено нормами праце- й детонаційної здатності ВР. Таким чином, обґрунтування границь допуску інгредієнтів, що входять до запропонованого складу ЗВР, дозволило обрати оптимальний склад: нітроефіри -5,0%, хлористими амоній - 26,0%, нітрат натрію - 32,8%, вуглекислий кальцій - 5,0%, колодійна бавовна - 0,05%, натрієва сіль карбоксиметилцелюлози - 2,0%, пінополістирол - 2,0%, амотол (95/5) — 27,15%, 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 (колоксилін «нх») протирається через сито № 3.2. Нітроефіри перед використанням відстоюють для відділення води. Амотол використовували після його здрібнювання в барабані-змішувачі, а пінополістирол марки ПСВ-С готували згідно ТУ В6 - 0576161498. Змішування інгредієнтів ЗВР із нітроефіром здійснювали в механічних лопатевих змішувачах за наступною технологією: Кількість компонентів, які завантажували у змішувач, наступна: Натрієва селітра 127,920 кг Хлористий амоній 101,400 кг Вуглекислий кальцій 19,500 кг Натрієва сіль карбоксиметилцелюлози 7,800 кг Пінополістирол 7,800 кг Колодійна бавовна 0,195 кг Амотол 105,885 кг У змішувачі суміш обробляється 9 хвилин. Потім протягом 6 хвилин у змішувач окремими порціями заливають 19,5 кг нітроефіру й обробляють суміш ще 20 хвилин. Відключення і вивантаження суміші зі змішувача відбувається протягом 8 хвилин. Отриману масу в кількості 390,0 кг патронували в паперові гільзи діаметром 36 мм, а потім вологоізоллювали сумішшю парафіну і петролатуму. Через два тижні після виготовлення були проведені випробування. Дані випробувань наведеного складу приведені в таблиці. Результати випробувань показали, що склад задовольняє вимогам, які пред'явлено до запобіжних вибухових речовин V класу і може бути використаний замість штатної ВР вугленіта 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. Таблиця Компоненти ВР №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 №9 №10 №11 №12 №13 Опыта 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 8,0 9,0 8,0 3,0 8,0 8,0 4,0 5,0 32,61 29,51 26,.65 22,38 23,80 25,10 25,10 25,10 27,85 25,10 22,04 25,10 26,65 26,00 Вуглекислий кальцій 5,0 5,0 4,0 4,0 5,0 5,0 5,0 5,0 6,0 5,0 3,0 5,0 4,0 5,0 Пінополістирол 1,5 1,5 2,5 2,5 2,5 2,5 1,5 3,0 1,5 2,5 3,0 1,5 2,5 2,0 Натрієва сіль карбоксиметилцелюлози 2,0 1,5 1,5 1,5 2,0 2,0 3,0 1,5 2,5 2,0 3,0 3,0 1,5 2,0 Колодійна бавовна 0,03 0,05 0,05 0,03 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 Нітроефіри Хлористий амоній Нітрат натрію 34,86 Амотол (суміш аміачної селітри та тротилу) 38,44 35,58 28,61 29,31 20,00 20,00 25,72 36,98 33,34 (95/5) (90/10) (90/10) (90/10) (95/5) 31,40 31,40 31,40 34,10 31,40 29,96 31,4 35,58 29,95 25,95 24,95 20,00 30,95 30,95 25,95 25,72 (95/5) (90/10) (90/10) (95/5) (90/10) (95/5) (85/15) (85/15) 32,80 27,15 (95/5) Вибухові показники Передача детонації, см: сухі патрони мокрі патрони 5,00 2,00 5,00 3,00 7,00 4,00 8,00 5,00 7,00 5,00 7,00 5,00 10,00 6,00 15,00 8,00 12,00 7,00 5,00 1,00 12,00 8,00 12,00 8,00 10,00 6,00 8,00 5,00 1,82 1,87 1,78 1,51 1,57 1,61 1,48 1,41 1,47 1,67 1,15 1,37 1,44 1,47 канальна мортира кутова мортира >Ь0 >і,о >1,0 1,0 1,0 0,6 0,8 0,2 0,8 0,3 1,0 0,15 1,0 0,6 0,8 0,05 1,0 0,05 0,8 0,2 1,0 0,2 Працездатність відн. вуглЛЗП 0,80 0,87 0,95 1,2 1,2 1,18 1,22 1,15 1,15 1,25 1,25 1,2 1,05 Відповід. Невідповід. Не відп. Відповід. Відповід. Підпалюючість, П50, м Запобіжні властивості, кг Відповідність вимогам до ЗПР V класу ВідВідповід. повід. 1,0 0,4 1,0 ОД 0,8 0,1 1,24 Невід- Від- Невідповід. повід. повід. Не Не від- Невідвідп. повід. повід. Відповід.