Водостійка вибухова речовина україніт-гр і спосіб її виготовлення (варіанти)

1. Водостійка вибухова речовина, що включає гранульовану аміачну селітру та поліетилен, яка відрізняється тим, що додатково містить поверхнево-активну речовину і/або високодисперсні кремнієвмісні порошки, оброблені рослинними оліями або нафтопродуктами, при наступному співвідношенні компонентів, % мас.: поліетилен 5,5-6,0 поверхнево-активна речовина 0,01-0,03 високодисперсні кремнієвмісні порошки, оброблені рослинними 1,5-2,0 оліями або нафтопродуктами аміачна селітра гранульована до 100,00. 2. Водостійка вибухова речовина за п. 1, яка відрізняється тим, що як поверхнево-активну речовину вона містить неіонну маслорозчинну поверхнево-активну речовину на основі жирів рослинного походження або оксіетильовані алкілфеноли. 3. Водостійка вибухова речовина за п. 1, яка відрізняється тим, що як високодисперсні кремнієвмісні порошки, оброблені рослинними оліями або нафтопродуктами, вона містить промпродукт-НМПП-4. 4. Спосіб виготовлення водостійкої вибухової речовини, що включає нанесення на гранульовану аміачну селітру капсулюючої речовини, яка містить поліетилен, шляхом розпилення її над поверхнею капсульованих гранул, який відрізняється тим, що капсулюючу речовину наносять у вигляді розчину поліетилену в галогенопохідних вуглеводнях з наступним 2 (19) 1 3 72108 4 нафтопродуктами, та наносять її у вигляді суспензії в галогенопохідних вуглеводнях з наступним віддуттям розчинника, після чого отримані гранули обробляють розчином поверхнево-активної речовини у тому ж розчиннику. 12. Спосіб виготовлення водостійкої вибухової речовини за п. 11, який відрізняється тим, що капсулююча речовина містить 1-3 % поліетилену. 13. Спосіб виготовлення водостійкої вибухової речовини за пп. 11, 12, який відрізняється тим, що як високодисперсні кремнієвмісні порошки, оброблені рослинними оліями або нафтопродуктами, до капсулюючої речовини додають промпродукт-НМПП-4 у кількості 0,51,5 %. 14. Спосіб виготовлення водостійкої вибухової речовини за пп. 11-13, який відрізняється тим, що при обробці отриманих гранул використовують 0,05-0,10 % розчин поверхнево-активної речовини у галогенопохідних вуглеводнях. 15. Спосіб виготовлення водостійкої вибухової речовини за пп. 11-14, який відрізняється тим, що як поверхнево-активну речовину застосовують неіонну маслорозчинну поверхнево-активну речовину на основі жирів рослинного походження або оксіетильовані алкілфеноли. Винахід відноситься до промислових вибухових речовин на основі аміачної селітри і може застосовуватись в обводнених свердловинах для відбою гірських порід. Широке впровадження вибухових речовин (ВР), що являють собою аміачну селітру, покриту вуглеводневим пальним [див. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества - 3е изд. - М.: Недра. - 1988. - С. 236-248; пат. РФ №1376508, МПК7 С06В 21/00, оп. 27.04.2000] стримується внаслідок їх низької водостійкості. Навіть в частково обводнених свердловинах селітра розчиняється з утворенням розчину щільністю понад 1,00кг/дм3. Цей розчин накопичується на дні свердловини, а вуглеводневий компонент, як правило дизельне паливо, підіймається нагору. Це призводить до нестійкої детонації, виділенню токсичних оксидів азоту і вуглецю при вибуху, а в ряді випадків і відказам зарядів ВР. Підвищити водостійкість таких сумішевих ВР можна шляхом обробки гранул селітри гідрофобними компонентами. Так, відома водостійка вибухова речовина ANFO, яка містить окрім селітри і палива гідрофільний загущувач та гідрофобну сполуку [патент США №4933029, оп. 12.06.1990]. При контакті з водою гідрофобний компонент (пальмова кислота, стеарати металів) відштовхує воду від поверхні селітри, в той час як гідрофільний загущувач (гуаргам та похідні гуаргаму) одночасно утворює водостійкий бар'єр. Вадою цієї композиції є дефіцитність та висока ціна компонентів, які постачаються по імпорту. Крім того, ця композиція є водостійкою лише на протязі 24 годин, в той час як в реальних умовах кар'єрів гірничо-збагачувальних комбінатів Кривбасу від початку заряджання до вибуху проходить до 3 діб. В таких умовах забезпечити високу водостійкість аміачної селітри можуть полімерні покриття, які одночасно являють собою і вуглеводневе паливо і гідрофобну плівку. Найбільш близькою по сукупності ознак до запропонованого винаходу "Водостійка вибухова речовина "Україніт-ГР" є водостійка вибухова речовина, що включає гранульовану аміачну селітру та поліетилен [див. пат. РФ №2038346, МПК6 C05G 3/00, B01J 2/02, оп. 27.06.1995 прототип]. Відома вибухова речовина містить порошок поліетилену в суміші з поліетиленовим воском. Це дозволяє підвищити водостійкість вибухової речовини (час напіврозчинення досягає 4,5 діб), однак не забезпечує достатньо однорідного покриття. Вадою цієї ВР є також те, що вона має насипну щільність гранул не більше 0,8кг/дм3 і не змочується водою, останнє призводить до спливання гранул при їх заряджанні в обводнену свердловину і суттєвого зменшення щільності заряду, що знижує об'ємну концентрацію енергії і працездатність ВР. Відомий спосіб виготовлення водостійких гранул, що включає нанесення на них капсулюючої речовини шляхом розпилення її над поверхнею гранул, що капсулюються [див. пат. Японії №84-35875, МПК C05G3/00, оп. 1984]. Капсулююча речовина в вигляді розплаву суміші парафінового воску з пластифікатором дає низьку (протягом декількох десятків годин повне розчинення гранул) водостійкість гранул внаслідок високої водопроникності цієї суміші. Найбільш близьким по технічній суті та досягаємому результату до запропонованого способу виготовлення водостійкої вибухової речовини є спосіб, що включає нанесення на гранульовану аміачну селітру капсулюючої речовини, яка містить поліетилен, шляхом розпилення її над поверхнею гранул, що капсулюються [див. пат. РФ №2038346, МПК6 C05G 3/00, B01J 2/02, оп. 27.06.1995 - прототип]. При цьому капсулюючу речовину наносять у вигляді розплаву суміші поліетиленового воску з порошкоподібним поліетиленом. Вибухова речовина, виготовлена цим способом має більш високу водостійкість. Однак цей спосіб не забезпечує достатньо однорідного покриття. Крім того, виготовлені цим способом капсульовані гранули мають невелику щільність і не змочуються водою, що приводить до суттєвого зменшення щільності заряду внаслідок спливання гранул при їх заряджанні в обводнену свердловину, а також знижує об'ємну концентрацію енергії та працездатність ВР. 5 Задачею винаходу є створення водостійкої вибухової речовини шляхом зміни складу компонентів і технологічних параметрів процесу її виготовлення так, щоб забезпечити високу водостійкість, щільність заряду й об'ємну концентрацію енергії, що приведе до підвищення працездатності ВР. Стосовно водостійкої вибухової речовини поставлена задача вирішується тим, що водостійка вибухова речовина "Україніт-ГР", що включає гранульовану аміачну селітру поліетилен, відповідно до винаходу додатково містить поверхнево-активну речовину і/або високодисперсні кремнійвміщуючі порошки, оброблені рослинними оліями або нафтопродуктами, при наступному співвідношенні компонентів, % мас: поліетилен - 5,5-6,0; поверхнево-активна речовина 0,01-0,03; високодисперсні кремнійвміщуючі порошки, оброблені рослинними оліями або нафтопродуктами - 1,5-2,0; аміачна селітра гранульована - до 100,00. В переважному варіанті як поверхнево-активну речовину вона містить неіонну маслорозчинну поверхнево-активну речовину на основі жирів рослинного походження або оксиетильовані алкілфеноли; як високодисперсні кремнійвміщуючі порошки, оброблені рослинними оліями або нафтопродуктами, ВР містить промпродукт-НМПП4. Стосовно способу виготовлення водостійкої вибухової речовини по першому варіанту задача вирішується тим, що у способі виготовлення водостійкої вибухової речовини, що включає нанесення на гранульовану аміачну селітру капсулюючої речовини, яка містить поліетилен, шляхом розпилення її над поверхнею гранул, що капсулюються, відповідно до винаходу капсулюючу речовину наносять у вигляді розчину поліетилену в галогенопохідних вуглеводнів з наступною віддувкою розчинника, після чого отримані гранули обробляють розчином поверхнево-активної речовини у тому ж розчиннику. При цьому використовують 1-3% розчин поліетилену та 0,05-0,10% розчин поверхнево-активної речовини, в якості якої застосовують неіонну маслорозчинну поверхневоактивну речовину на основі жирів рослинного походження або оксиетильовані алкілфеноли. По другому варіанту задача вирішується тим, що у способі виготовлення водостійкої вибухової речовини, що включає нанесення на гранульовану аміачну селітру капсулюючої речовини, яка містить поліетилен, шляхом розпилення її над поверхнею гранул, що капсулюються, відповідно до винаходу до капсулюючої речовини додають високодисперсні кремнійвміщуючі порошки, оброблені рослинними оліями або нафтопродуктами, та наносять її у вигляді суспензії в галогенопохідних вуглеводнів з наступною віддувкою розчинника. При цьому капсулююча речовина містить 1-3% поліетилену, а як високодисперсні кремнійвміщуючі порошки, оброблені рослинними оліями або нафтопродуктами, до капсулюючої речовини 72108 6 додають промпродукт-НМПП-4 у кількості 0,51,5%. По третьому варіанту задача вирішується тим, що у способі виготовлення водостійкої вибухової речовини, що включає нанесення на гранульовану аміачну селітру капсулюючої речовини, яка містить поліетилен, шляхом розпилення її над поверхнею гранул, що капсулюються, відповідно до винаходу до капсулюючої речовини додають високодисперсні кремнійвміщуючі порошки, оброблені рослинними оліями або нафтопродуктами, та наносять її у вигляді суспензії в галогенопохідних вуглеводнів з наступною віддувкою розчинника, після чого отримані гранули обробляють розчином поверхнево-активної речовини у тому ж розчиннику. При цьому капсулююча речовина містить 1-3% поліетилену, а як високодисперсні кремнійвміщуючі порошки, оброблені рослинними оліями або нафтопродуктами, до капсулюючої речовини додають промпродукт-НМПП-4 у кількості 0,5-1,5%. При обробці отриманих гранул використовують 0,05-0,10% розчин поверхневоактивної речовини у галогенопохідних вуглеводнів і як поверхнево-активну речовину застосовують неіонну маслорозчинну поверхнево-активну речовину на основі жирів рослинного походження або оксиетильовані алкілфеноли. Обробка капсульованої аміачної селітри поверхнево-активними речовинами (ПАР), що мають вуглеводневий радикал і полярну групу, забезпечує змочування полімерної поверхні гранул водою, оскільки ПАР орієнтуються на межі поділу поліетилен - вода полярною групою до води. Це призводить до підвищення щільності заряду (rз) при введені капсульованої селітри в обводнену свердловину і, як наслідок, до підвищення об'ємної концентрації енергії та працездатності ВР. Введення до складу капсульованої селітри високодисперсних кремнійвміщуючих порошків, оброблених рослинними оліями або нафтопродуктами, які мають високу щільність, також підвищує щільність заряду. Крім того, кремнійвміщуючі порошки, наприклад феросиліцій, при високій температурі (понад 900°С) можуть вступати у вторинні реакції вибухового перетворення і взаємодіють з парами води з виділенням додаткової енергії. Все це призводить до підвищення об'ємної концентрації енергії та працездатності ВР. Вихідними компонентами для виготовлення водостійкої вибухової речовини є: - аміачна селітра гранульована (ГОСТ 2-85); - поліетилен високого тиску (ГОСТ 16337-77); - неіонна маслорозчинна поверхнево-активна речовина на основі жирів рослинного походження амолін (ТУ У 24.6-19439711-003-2002), яка по фізико-хімічним показникам має відповідати наступним нормам (таблиця 1): Показник Зовнішній вигляд при температурі (50±1)°С Олієподі 7 72108 В'язкість кінематична при температурі 100°С, мм2/с не менше Щільність при температурі (50±1)°С, кг/м3 Кислотне число мг КОН/г, не більше Температура застигання, °С не більше - оксиетильовані алкілфеноли загальною формулою: С9Н19-C6H4O-(-СН2-О-СН2-)n Н, де n дорівнює від 6 до 12 - неоноли (ТУ 2483-07705766801-98); - високодисперсні кремнійвміщуючі порошки, обробленні рослинними оліями або нафтопродуктами - промпродукт-НМПП-4 (ТУ У 24987206-005-2000, зміна №1, зареєстровано Держстандартом України 05.09.2002 №085/005620/01), який по фізико-хімічним показникам має відповідати наступним нормам (таблиця 2): 8 В реактор з капсулюючою речовиною коричневого кольору розчином поліетилену в перхлоретилені, додають необхідну кількість 20 промпродукту-НМПП-4 і перемішують вміст 900-1050 до утворення стійкої реактора суспензії, що не розшаровується. Гранули аміачної 25 селітри загружають в апарат псевдозрідженого 25 шару і на них насосом - дозатором розпилюють отриману суспензію. Перемішування гранул, що капсулюються, здійснюють стиснутим повітрям до повної відгонки розчинника. Приклад виготовлення водостійкої вибухової речовини по варіанту 3. В реактор з капсулюючою речовиною розчином поліетилену в перхлоретилені, додають необхідну кількість промпродукту-НМПП-4 і перемішують вміст реактора до утворення стійкої суспензії, що не Склади водостійкої ВР "Україніт-ГР", обробленої П Таблиця 2 Компоненти і Номери складів, Норма Прототип, показники % мас. Сипуча маса від сірого до чорного 3 1 2 4 5 Зовнішній вигляд при температурі (20±1)°С властивостей кольору Селітра аміачна 94 2,0 94,745 94,49 94,23 93,97 93,7 Вміст вологи, % не більше гранульована 3 Насипна щільність при температурі (20±1)°С, кг/м , не більше 1500 Суміш Вміст силіцію (кремнію), %, не менше поліетиленового 6 55 Фракційний склад: Прохід крізь сітку з діаметром отворів 1мм, %поліетилену 100 воску і Газовиділення при контакті з водою при температурі (20±1)°С на Поліетилен високого Відсутність 5,250 5,50 5,75 6,0 6,2 протязі 1години, см3/ кг год. тиску Амолін 0,005 0,01 0,02 0,03 0,0 Запропоновану водостійку вибухову речовину Неонол виготовляють різними способами. По цим ПОКАЗНИКИ способам були виготовлені та випробувані зразки Теплота вибуху, Q, складів вибухової речовини з різним 3690 3826 4002 3976 3911 386 кДж/кг співвідношенням компонентів. Склади та їх Кисневий баланс, КБ, властивості відповідно способам виготовлення -1,86 + 0,95 0,0 -0,93 -1,77 -2,8 % приведені в таблицях 3 (варіант 1), 4 (варіант 2) та Об'єм газів вибуху, V, 5 (варіант 3). 982 964 970 978 981 987 дм3/кг Приклад виготовлення водостійкої вибухової Розчинність селітри речовини по варіанту 1. 27 7,0 4,9 4,7 4,5 4,5 при контакті з водою В реакторі з рубашкою для нагріва та через троє діб, % мішалкою розчиняють поліетилен у Щільність заряду у перхлоретилені і отримують капсулюючу речовину заводненій 0,72 0,78 0,79 0,80 0,81 0,8 потрібної концентрації. Дозу гранульованої свердловині, rз,кг/дм3 аміачної селітри загружають в апарат псевдозрідженого шару і насосом-дозатором Об'ємна концентрація 2657 2984 3162 3181 3168 313 розпилюють на гранули селітри капсулюючу енергії ВР, Е, кДж/дм3 речовину. Перемішування гранул, що Повнота детонації капсулюються, здійснюють стиснутим повітрям до відкритого заряду повна повна повна повна повна повн повної відгонки розчинника. діаметром 200мм В іншому реакторі без підігріву готують розчин поверхнево-активної речовини в перхлоретилені необхідної концентрації. Отриманий розчин насосом-дозатором розпилюють на Склади водостійкої ВР "Україніт-ГР" з промпродуктом закапсульовані гранули селітри, які знаходились в апараті псевдозрідженого шару. Перемішування Компоненти і показники Номери ск Прототип закапсульованих гранул з розчином ПАР властивостей 1 2 здійснюють стиснутим повітрям до повної відгонки Селітра аміачна 94 93,50 93,00 розчинника. гранульована Приклад виготовлення водостійкої вибухової Суміш поліетиленового 6 речовини по варіанту 2. воску і поліетилену Поліетилен високого тиску 5,25 5,50 Показник 9 72108 10 Як відомо [див. Демидюк Г.П. К вопросу о 1,25 1.50 1,75 2,00 2,25 критерии оценки взрывных свойств ВВ для горных ПОКАЗНИКИ „Физико-технические проблеми Q, кДж/кг 3690 4016 работ. 4164 4169 4133 4117 КБ, % -1,86 +0,65 разработки полезных ископаемых.", 1967, №1 - С. -0,26 -1,19 -2,17 -3,13 потужність вибухової V, дм3/кг 982 951 43-52], 955 максимальна 959 961 963 речовини (об'ємна концентрація енергії Е, Розчинність, % 27 2,6 2,0 1,9 1,8 1,8 3 кДж/дм ) залежить не тільки від теплоти вибуху (Q, 0,72 0,74 0.75 0,76 0,77 rз, кг/дм3 3 0,77 кДж/кг), а і від щільності заряду (rз, кг/дм ): Е, кДж/дм3 2657 2972 3123 3168 3182 3170 E = Q×rз (1) Повнота детонації повна повна повна повна повна повна Крім того, бризантна дія вибуху залежить від тиску детонації (Рд), який визначає середній тиск в Таблиця 5 свердловині (Рс): 5/2 Рс=0,5Р ×rз (2) Склади водостійкої ВР "Україніт-ГР" з промпродуктом - НМПП-4,добробленої ПАР, і їх властивості В свою чергу тиск детонації залежить від щільності вибухової речовини (rвр): Компоненти і показники Номери складів, % мас. компонентів Прототип, % мас. Рд =20,25 rвр властивостей 1 3 4 5 (3) [Крысин Р.С. Домничев В.Н. Современные Селітра аміачна 94 93,495 взрывчатые вещества местного приготовления. 92,99 92,48 91,97 91,46 гранульована Днепропетровск: „Наука и образование", 1998. - С. Суміш поліетиленового 6 128-129]. воску і поліетилену Таким чином, підвищення щільності Поліетилен високого тиску 5,25 5,50 5,75 6,00 6,25 капсульованої аміачної селітри за рахунок Промпродукт-НМПП-4 1,25 введення до її складу промпродукта - НМПП-4 і 1,50 1,75 2,00 2,25 Неіона поверхневоу 0,005 щільності заряду 0,02заводненій свердловині за 0,01 0,03 0,04 активна речовина рахунок обробки капсул поверхнево-активними ПОКАЗНИКИ речовинами забезпечує підвищену потужність Q, кДж/кг 3690 4004 водостійкої ВР, 4152 заявляється, порівняно з 4148 4119 4105 що КБ, % -1,86 +0,56 прототипом. -0,35 -1,30 -2,29 -3,41 V, дм3/кг 982 949 956 960 З 951 даних таблиць 3, 958 5 видно, що 4, як Розчинність, % 27 2,5 запропонована вибухова речовина 1,7 по 1,9 1,8 1,7 по концентрації енергії 0,72 0,79 водостійкості, так і0,83об'ємної0,84 0,82 0,84 rз, кг/дм3 прототип. 3460 Е, кДж/дм3 2657 3163 значно перевищує3446 3401 3448 Співвідношення аміачної селітри і поліетилену Повнота детонації повна повна повна повна повна повна обумовлено необхідністю отримання водостійкої плівки при близькому до нуля чи невеликому розшаровується. В апарат псевдозрідженого від'ємному кисневому балансі. Так, при вмісті шару загружають гранули аміачної селітри і на них поліетилену менше 5,5% (склади 1, 6 табл. 3; насосом-дозатором розпилюють отриману склад 1 табл. 4 і склад 1 табл.5) маємо додатний суспензію. Перемішування гранул, що КБ, що свідчить про утворення в продуктах вибуху капсулюються здійснюють стиснутим повітрям до високотоксичних оксидів азоту, а концентрації ПАР повної відгонки розчинника. Після цього їх менше 0,01% (склади 1, 6 табл. 3; склад 1 табл. 5) обробляють розчином поверхнево-активної і промпродукта - НМПП-4 (склад 1 табл. 4; склад 1 речовини в перхлоретилені. Перемішування табл. 5) не забезпечує достатньо високої закапсульованих гранул з розчином ПАР водостійкості та об'ємної концентрації енергії. здійснюють стиснутим повітрям до повної відгонки Вміст поліетилену вище 6% (склади 5, 10 табл. розчинника. 3, склад 5 табл. 4 і склад 5 табл. 5) призводить до Розрахунки теплоти вибуху (Q), кисневого значного зростання від'ємного значення кисневого балансу (КБ) й об'єму газів вибуху (V), наведених у балансу, що свідчить про виділення при вибуху таблицях 3, 4, 5 здійснювали за відомими чадного газу (СО). Збільшення концентрації ПАР методиками [Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., вище 0,03% (склади 5, 10 табл. 3, склад 5 табл. 5) і Романов А.И. Промышленные взрывчатые промпродукту - НМПП-4 вище 2,0% (склад 5 вещества. - 3-е изд. - М: Недра, 1988, с. 26-45]. табл.4 і склад 5 табл.5) не призводить до Розчинність селітри у воді знаходили по суттєвого росту водостійкості та об'ємної відношенню кількості селітри в об'ємі води до концентрації енергії і економічно недоцільно. наважки сухого продукту в перерахунку на За результатами контрольних випробувань, NH4 NO3. Кількість NH4NO3 у воді знаходили проведених ДержНІІХП м. Шостка, водостійка аналітично формаліновим методом за ГОСТ 2-85. вибухова речовина «Україніт-ГР» являє собою Щільність заряду у заводненій свердловині (rз) вибухову речовину II класу і призначена для знаходили наступним чином. Наважку води масою ведення підривних робіт свердловинними 10г заливали в мірний циліндр ємністю 50мл, потім зарядами в свердловинах будь-якої обводненості в циліндр всипали наважку 10г капсульованої на денній поверхні, а також у вибоях підземних аміачної селітри. і вимірювали точно об'єм, який виробок, безпечних щодо газу і пилу, у породах займає селітра у водневому середовищі; по середньої і вище середньої міцності в будь-яких відношенню маси селітри до займаємого об'єму кліматичних умовах. 3 розраховували rз (г/мл = кг/дм ). Промпродукт-НМПП-4