Запобіжна вибухова речовина

1. Запобіжна вибухова речовина, що містить рідкі нітроефіри, натрієву або калієву селітру, або їх суміш, пальне іонообмінної пари, інгібітор підпалюваності, амонійну селітру у вигляді суміші порошкоподібної та крупнодисперсної амонійної селітри, яка відрізняється тим, що як порошкоподібну амонійну селітру містить здрібнену неводостійку кристалічну амонійну селітру та (або) здрібнену водостійку кристалічну амонійну селітру, та (або) здрібнену неводостійку та непористу гранульовану амонійну селітру, та (або) здрібнену водостійку гранульовану амонійну селітру, та (або) здрібнену пористу гранульовану амонійну селітру при наступному співвідношенні інгредієнтів, мас.%: рідкі нітроефіри 8,0-15,0 амонійна селітра 1,0-33,0 пальне іонообмінної пари 10,0-33,0 інгібітор підпалюваності 3,0-12,0 натрієва або калієва селітра або їх суміш решта, при цьому співвідношення порошкоподібної та крупнодисперсної амонійної селітри становить від 5:95 до 95:5, а вміст частинок порошкоподібної амонійної селітри, розмір яких менше 0,5мм, становить не менше 15мас.%. 2. Запобіжна вибухова речовина за п. 1, яка відрізняється тим, що, як рідкі нітроефіри, містить су 2 (19) 1 3 Запропонована корисна модель відноситься до промислових вибухових речовин (ВР), а точніше до запобіжних вибухових речовин (ЗВР) для підривних робіт у вугільних шахтах, небезпечних по вибуху газу та (або) пилу. Такі ЗВР, які вміщують рідкі нітроефіри та амонійну селітру (А.С.) належать, переважно, до 5 та 6 класу, згідно класифікації, прийнятої в Україні (див. "Единые правила безопасности при взрывных работах», вид. «Норматив», Київ, 1992р., с.11). Відома подібна ЗВР 5 класу по патенту України на винахід №155. Конкретний зразок цієї ЗВРвугленіт 13П, виготовляють та використовують у промисловому масштабі. Згідно з технічними умовами ТУ 12.0174086-002-92 на вугленіт 1ЗП, він має наступний склад, мас.%: рідкі нітроефіри 1214; нітрат натрію 34,9-37,9; хлорид амонію 23,526,5; карбонат кальцію 4,5-5,5; натрієва сіль карбоксиметілцелюлози (NaKMЦ)1,5-2,5; водостійка А.С. 14,0-16,0; полістирол 2,0-3,0; стеарат кальцію 0,5-1,1; нітроцелюлоза 0,2-0,6. Згідно з технологічним регламентом виготовлення вугленіту 1ЗП, А.С. у складі цієї ЗВР використовують у змельченому (порошкоподібному) вигляді. Вугленіт 13П в цілому відповідає вимогам до ЗВР 5 класу по рівню запобіжності та стійкості до підпалювання, які визначають на підставі спеціальних випробувань (див. нормативний документ "Технические требования к патронированным ВВ 5 и 6 классов с повышенной устойчивостью к выгоранию и методики их испытаний", МакНДІ, Макіївка, 1984). Але при використанні вугленіту 1ЗП в умовах, коли можливий контакт оголеної бокової поверхні заряду з вибухонебезпечною метаноповітряною сумішшю, рівень запобіжності цієї ЗВР є недостатнім. Про це свідчать випадки підпалення метану вугленітом 13П у зазначених умовах, які при випробуваннях ЗВР моделюють підривом ЗВР у кутовій мортирі, розміщеній у вибухонебезпечній атмосфері. Недостатній рівень запобіжності у вказаних умовах є суттєвим недоліком сучасних ЗВР 5 класу і підвищення цього рівня без погіршення працездатності вважають важливим завданням вдосконалення цих ЗВР. Один із напрямів вирішення цього завдання запропонований в патенті України на корисну модель №37182, прийнятому за прототип. Згідно цьому патенту у ЗВР, побудованій по звичайній схемі сучасних нітроефіровміщуючих ЗВР, А.С. використано у вигляді суміші крупнодисперсної та порошкоподібної фракцій цього інгредієнту. Завдяки цьому досягається підвищення запобіжності при незмінній енергії вибуху і прийнятному рівню Інших показників ЗВР. Проведені дослідження підтвердили правильність основних положень патенту №37182. Проте поряд з цим виявились недоліки прототипу, а саме: 1. У прототипу запропоновано неоптимальне здрібнення А.С. порошкоподібної фракції ЗВР, яке зменшує його стабільність зростає схильність ЗВР до слежалості (твердіння) при оберіганні, особливо у випадку використання у складі ЗВР неводос 52269 4 тійкої порошкоподібної А.С. (дивись приклади 1, 2, 3 і для порівняння 12, 13, 14 у таблиці). 2. У сфері забезпечення виробництва ЗВР сировиною в Україні сталися зміни, які обумовили доцільність використання для виготовлення порошкоподібної фракції А.С., поряд с сировиною, запропонованою у прототипу, також неводостійкої кристалічної А.С., неводостійкої та непористої гранульованої А.С., а також пористої гранульованої А.С., що не було передбачено у патенті №37182. Вказані недоліки не дозволяють у прототипу досягнути технічного результату, який досягнутий у заявленої корисної моделі і полягає у підвищенні стабільності ЗВР шляхом оптимізації дисперсності порошкоподібної фракції А.С., а також у розширенні сировинної бази для виготовлення вказаної ЗВР. В основу заявленої корисної моделі покладене завдання створення такої ЗВР. Це завдання вирішено тим, що: 1. ЗВР, що містить рідкі нітроефіри, натрієву або калієву селітру, або їх суміш, пальне іонообмінної пари, інгібітор підпалюваності, А.С. у вигляді суміші порошкоподібної та крупнодисперсної А.С., згідно корисної моделі, як порошкоподібну А.С., містить здрібнену неводостійку кристалічну А.С. та (або) здрібнену водостійку кристалічну А.С., та (або) здрібнену неводостійку та непористу гранульовану А.С., та (або) здрібнену водостійку гранульовану А.С., та (або) здрібнену пористу гранульовану А.С. при наступному співвідношенні інгредієнтів, мас.%: рідкі нітроефіри 8,0-15,0 амонійна селітра 1,0-33,0 пальне іонообмінної пари 10,0-33,0 інгібітор підпалюваності 3,0-12,0 натрієва або калієва селітра або їх суміш решта, і при цьому співвідношення порошкоподібної та крупнодисперсної А.С. становить від 5:95 до 95:5, а вміст частинок порошкоподібної амонійної селітри, розмір яких менше 0,5мм, становить не менше 15мас.%. 2. ЗВР за п.1, згідно корисної моделі, як рідкі нітроефіри, містить суміш нітрогліцерину з діетіленглікольдінітратом у співвідношенні від 60:40 до 70:30. 3. ЗВР за п.1, згідно корисної моделі, як пальне іонообмінної пари містить хлорид амонію або сульфат амонію, або їх суміш. 4. ЗВР за п.1, згідно корисної моделі, як інгібітор підпалюваності містить речовину, вибрану із ряду: карбонат кальцію, фосфогіпс, суміш карбонату кальцію з фосфогіпсом. 5. ЗВР за п.1, згідно корисної моделі, як крупнодисперсну амонійну селітру містить неводостійку та непористу гранульовану А.С., та (або) водостійку гранульовану А.С., та (або) пористу гранульовану А.С. 6. ЗВР за п.1, згідно корисної моделі, додатково містить енерговидільну добавку, вибрану із ряду: полістирол або пінополістирол, та (або) поліпропілен, та (або) поліетилен, і при цьому вміст цієї добавки становить 0,1-5,0мас.%. 7.3ВР за п. 1, 5 згідно корисної моделі, додатково містить водостійку добавку, вибрану із ряду: NaKMЦ, борошно злаків, суміш NaKMЦ, з борошном злаків, поліакриламід, і при цьому вміст цієї добавки становить 0,3-5,0мас.%. 8. ЗВР за п.1, згідно корисної моделі, додатково містить стеарат кальцію або цинку при його вмісті 0,1-1,5мас.%. 9. ЗВР за п.1, згідно корисної моделі, додатково містить нітроцелюлозу при її вмісті 0,11,0мас.%. Ознаки п.1 є необхідними у всіх випадках реалізації заявленої ЗВР. Тому п.1 є незалежним. Ознаки пп. 2, 3, 4, 5 конкретизують речовини, які можливо використати, як інгредієнти, охарактеризовані у п.1 узагальнюючими поняттями. Тому пп.2, 3, 4, 5 є залежними. Ознаки пп. 6,7,8,9 характеризують додаткові складові частини заявленої ЗВР, які необхідні в окремих випадках використання цієї ЗВР. Відповідно, вони також є залежними. Між суттєвими ознаками заявленої ЗВР та обумовленими ними технічними результатами існують наступні причинно-наслідкові зв’язки. Рідкі нітроефіри у складі заявленої ЗВР є сенсибілізатором і визначають детонаційну спроможність даної ЗВР. Їх найчастіше використовують у складі сучасних ЗВР з високим рівнем запобіжності (наприклад ЗВР 5 та 6 класів). Хлорид або сульфат амонію або їх суміш (пальне) та нітрат натрію або калію або їх суміш (окислювач) створюють іонообмінну пару, яку найчастіше використовують у складі сучасних ЗВР і яка забезпечує прийнятну працездатність цих ЗВР при збереженні їх високої запобіжності. Функції інших інгредієнтів заявленої ЗВР наступні: - енерговидільна добавка - висококалорійне вуглеводневе паливо - підвищує енергію вибуху. Її уводять до складу заявленої ЗВР у випадку, коли потрібно підвищити працездатність ЗВР і це припустимо по іншим факторам, наприклад, по умовам забезпечення заданого рівня запобіжності; - водостійка добавка підвищує водостійкість ЗВР, тобто її здатність детонувати при підриві в обводнених свердловинах. У таких умовах речовини цієї добавки при змочуванні водою створюють зовнішній шар водонепроникної маси, який перешкоджає подальшій фільтрації води у глиб заряду ЗВР, і тим самим, зменшує флегматизацію ЗВР водою. Підвищують водостійкість ЗВР також стеарат кальцію або цинку, але по іншому механізму - за рахунок їх гідрофобності. Питання про те, чи слід уводити до складу ЗВР ці обидва інгредієнти, чи досить тільки одного із них, чи вони взагалі непотрібні, вирішують окремо для кожного конкретного випадку, у залежності від ступеню обводненності вибоїв де використовують ЗВР. Нітроцелюлоза у складі заявленої ЗВР, призначена для розчинення у рідких нітроефірах, які при цьому густішають, і це перешкоджає їх ексудації. Відповідно, нітроцелюлоза у складі ЗВР потрібна тільки у тому випадку, коли інші інгредієнти 52269 6 ЗВР самі не в змозі удержати на своєї поверхні уведену кількість нитроефірів. Основна функція А.С. у складі заявленої ЗВРсуттєве підвищення енергії вибуху. Останнє має місце, як безпосередньо, завдяки вибуховим властивостям, А.С., так і опосередковано, через використання кисню, який постачає А.С., як додатковий окислювач. Крім того, А.С. підвищує швидкість детонації та водостійкість ЗВР. Ці закономірності були встановлені на ВР, які вміщували порошкоподібну А.С. (див., Зенин В.И. и др. "Влияние аммиачной селитры и древесной муки на свойства ВВ повышенной предохранительное" Сб.научн. трудов Мак НИИ, вид. Мак НД, Макіївка, 1989). Відносно впливу дисперсності А.С. на властивості ВР, відомі закономірності, встановлені для ВР амонітного типу, сенсибілізованих тротилом (див., наприклад, П.А. Парамонов "Антигризутные свойства крупнодисперсных аммиачноседитренных ВВ", сб. "Взрывное дело" №63/20, М., Недра, 1967). Ці закономірності полягають у наступному. Дисперність А.С. впливає на енергію вибуху, швидкість детонації та водостійкість ВР, а також, що є дуже важливим, на рівень запобіжності при випробуванні у кутовій мортирі. При цьому, чим більш дрібною є А.С. або, - якщо А.С. складена із кількох фракцій різної крупності, - чим більше вміст дрібних фракцій, тим, за інших рівних умов, вище виділення енергії вибуху, швидкість детонації, водостійкість, але нижче рівень запобіжності і навпаки. Тому, здавалось би, що для підвищення запобіжності слід просто замінити порошкоподібну А.С. у складі подібних ЗВР, на крупнодисперсну. Проте, як показали наші досліди, у заявленому інтервалі вмісту А.С., зробити так неможливо, оскільки це різко погіршує водостійкість ЗВР. Але, якщо у складі заявленої ЗВР, використати не одну тільки крупнодисперсну А.С., а її суміш з порошкоподібною А.С., можливо одержати ЗВР з достатньою водостійкістю і, у той же час, суттєво підвищити її запобіжність, при тієї ж енергії вибуху цієї ЗВР, що і було досягнуто у прототипу. Вказані вище зв’язки ознак заявленої ЗВР з обумовленими ними технічними результатами є відомими. Проте подальші дослідження прототипу показали, що заявлена дисперсність його порошкоподібної фракції А.С. (вміст частинок А.С. розміром менше 0,5мм не менше 80мас.%) не є оптимальною. Кращі результати були отримані при менш тонкому здрібненні А.С., при якому вміст частинок розміром менше 0,5мм становить не менше 15мас.%. При такому здрібненні зменшується схильність ЗВР до слежалості (твердіння) при зберіганні, тобто підвищується її стабільність, особливо у випадку використання порошкоподібної А.С., здрібненої із неводостіких різновидностей А.С. - гранульованої неводостійкої та непористої А.С., гранульованої пористої А.С., кристалічної неводостійкої А.С. Інші показники заявленої ЗВР при цьому залишаються на рівні, що відповідає вимогам до ЗВР 5 та 6 класу (дивись приклади 415 у таблиці). 7 52269 8 Таблиця інгредієнти та показники прикладів нітроефіри номери прикладів 1 (ПТ*) 2 11,5 25,0 5,0 2,5 2,0 9,0 6,0 0,5 0,3 38,2 11,5 25,0 5,0 2,5 2,0 9,0 6,0 0,5 0,3 19,1 19,1 хлорид амонію сульфат амонію карбонат кальцію фосфогіпс пінополістірол поліетілен поліпропілен борошно злаків поліакріламід NаКМЦ 3* 4* 5* ПАС-1* ПАС-2* ПАС-3* ПАС-4* ПАС-5* стеарат кальцію нітроцелюлоза натрієва селітра калієва селітра ПД* сухих патронів, см 7-8 ПД* мокрих патро4-5 нів, см запобіжність у ку5 товій мортирі, клас підпалюваність, 1,38 П50, г швидкість детона2,28 ції, км/с стан патронів ЗВР МС* 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 вміст інгредієнтів 11,5 8,0 15.0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 11,5 11,5 11,5 11,5 11,5 25,0 10,0 33,0 15,0 30,0 30,0 30,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 - 30,0 15,0 5,0 3,0 12,0 2,5 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 2,5 5,0 0,1 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 0,5 2,5 5,0 2,0 0,5 2,5 2,5 2,5 2,0 1,0 2,0 2,0 5,0 0,3 1,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 9,0 16,5 9,5 0,5 4,0 8,0 8,0 8,0 1,0 9,0 9,0 9,0 9,0 0,5 0,5 2,0 2,0 6,0 1,5 2,0 6,0 2,0 6,0 1,5 16,5 - 19,0 1,5 6,0 1,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,1 0,5 1,0 1,5 0,3 0,1 1,0 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 23,2 24,6 44,7 20,9 41,7 41,7 35,1 38,2 37,7 37,2 43,5 38,2 40,3 - 24,6 20,8 значення показників 5 8 5-6 4-5 4-5 5 4-5 8-10 5 5-6 6-7 6-7 2 4 2-3 2 2 3-4 3 5-6 3-4 3-4 3-4 5 5 5 5 6 6 6 6 6 5 5 5 5 5 1,36 1,41 1,38 1,29 1,54 1,49 1,47 1,50 1,49 1,35 1,48 1,41 1,46 1,44 2,26 2,25 1,69 2,27 1,67 1,72 1,70 1,69 1,74 2,28 2,15 2,11 2,21 2,17 С* С* Н/С* Н/С* Н/С* Н/С* Н/С* Н/С* Н/С* Н/С* Н/С* Н/С* Н/С* Н/С* Примітки: 1. Риски у графах означають, що інгредієнт відсутній, або показник не визначався. 2. * - ПТ - прототип; 3 - гранульована неводостійка та непориста А.С.; 4 - гранульована водостійка А.С.; 5 - гранульована пориста А.С.; ПАС-1 - порошкоподібна А.С., здрібнена із кристалічної неводостійкої А.С.; ПАС-2 - із кристалічної водостійкої А.С.; ПАС-3 - із гранульваної неводостійкої та непористої А.С.; ПАС-4 - із гранульованої водостійкої А.С.; ПАС-5 - із пористої гранульованої А.С.; ПД - передача детонації; МС - малослежалі патрони; С - слежалі патрони; Н/С - не слежалі патрони. Викладене має суттєве практичне значення, оскільки дозволяє використати для виготовлення заявленої ЗВР непередбачені у прототипу вказані неводостійки різновидності А.С., тобто розширити сировинну базу цієї ЗВР. Вказані вище оптимальна дисперсність порошкоподібної фракції А.С. і можливість використання у складі заявленої ЗВР, на відміну від прототипу, також нових інгредієнтів, встановлені на підставі результатів досліджень, проведених при створенні заявленої ЗВР, є новими і свідчать про відповідність цієї ЗВР, як корисної моделі, умовам патентоспроможності. Нові ознаки заявленої ЗВР у сукупності з її іншими ознаками, забезпечують вказаний вище технічний результат, який є завданням створення заявлені ЗВР - підвищення стабільності цієї ЗВР, а також розширення її сировинної бази. Можливість здійснення заявленої корисної моделі доведена на спеціально виготовлених зразках (прикладах). Для виготовлення прикладів використовували наступні речовини: - як порошкоподібну А.С. - спеціально здрібнені до потрібної дисперсності різновидності А.С., які запропоновані для виготовлення порошкоподібної А.С. При цьому, як порошкоподібна А.С. для виго 9 52269 товлення прикладів заявленої ЗВР, використана фракція А.С., у якої найбільшій розмір її частинок не перевищує 1мм, а вміст частинок розміром менше 0,5мм становить 15мас.%. Для виготовлення прикладів 2, 3 та прототипу використана фракція А.С., у якої найбільшій розмір її частинок також не перевищує 1мм, а вміст частинок розміром менше 0,5мм становить 80мас.%. - як крупнодисперсну А.С. - неводостійку та непористу гранульовану А.С. по ГОСТ-2, водостійку гранульвану А.С. марки ЖВГ по ГОСТ 14702, пористу гранульовану А.С. по ТУ 2143-635. - як всі інші інгредієнти підготовлену сировину з виробництва вугленіту 1ЗП. Випробування приклада проводили по загальноприйнятим методикам. Рецептура та результати випробувань прикладів наведені у таблиці. Як видно із таблиці, всі приклади відповідають існуючим нормам до ЗВР 5 або 6 класу, при чому як у середині, так і на межах заявлених інтервалів вмісту інгредієнтів. Інтервали вмісту інгредієнтів, мас.%, встановлені на підставі наступних даних, Нітроефіри 8,015,0. Нижня межа встановлена по умовам забезпечення необхідного рівня передачі детонації, верхня - по умовам безпеки виробництва. Пальне іонообмінної пари 10,0-33,0. Нижня межа встановлена по умовам створення необхідної кількості інгібітору підпалення метану, верхня - по умовам забезпечення прийнятної флегматизації ЗВР. Амонійна селітра 1,0-33,0. Нижня межа вибрана по умовам техніко-економічної доцільності, верхня забезпечення необхідного рівня запобіжності та підпалюваності ЗВР. Інтервали вмісту усіх інших інгредієнтів, прийняті у заявленої ЗВР, є звичайними і загальноприйнятими для таких речовин у складі нітроефіровміщуючих ЗВР, подібних до заявленої. Заявлену ЗВР можна виготовляти по існуючий технології виробництва нітроефіровміщуючих ЗВР на наявному в Україні відповідному обладнанні. Комп’ютерна верстка А. Рябко 10 При цьому, використовуючи особливості складу заявленої ЗВР, доцільно існуючу технологію її виготовлення доповнити наступним. Рівень запобіжності цієї ЗВР та, однозначно пов’язана з ним, швидкість детонації, а також водостійкість ЗВР, залежать від співвідношення порошкоподібної та крупнодисперсної фракцій А.С. Тому, якщо у процесі виробництва, зміниться у небажаному напрямі якійсь із цих показників ЗВР, можливо, у деяких межах, оперативно компенсувати це відповідною зміною співвідношення порошкоподібної та крупнодисперсної фракцій А.С. і, таким чином, по суті, додатково підвищити стабільність вказаної ЗВР. Технологічно зробити це дуже просто - зміною співвідношення наважок фракцій А.С., які загружають у змішувач при виготовленні ЗВР або суміші фракцій А.С. Перше має місце у випадку, якщо фракції А.С., уводять до складу виготовляємої ЗВР, як окремі інгредієнти, одночасно з іншими її інгредієнтами і все це змішують разом. При цьому створюється суміш усіх загружених інгредієнтів, у тому числі суміш фракцій А.С. Друге має місце у випадку, якщо фракції А.С. змішують окремо і, вже у вигляді готової суміші, уводять до складу виготовляємої ЗВР. Вибір того чи іншого варіанту технології виготовлення ЗВР залежить від наявних умов виробництва, конкретної рецептури виготовляємої ЗВР та вимог до виготовляємої ЗВР. При оперативному контролі рівня запобіжності виготовляємої ЗВР краще користуватись не прямими показниками цього рівня, отриманими при випробуванні у кутовій мортирі, а показником швидкості детонації, оскільки це простіше, дешевше і дає більш надійні результати. Таким же чином, у залежності від вказаних вище факторів, стеарат також може бути уведений до складу ЗВР як окремий інгредієнт або у суміші з порошкоподібною або з порошкоподібною та з крупно дисперсною А.С. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601