Вибуховий склад

1. Вибуховий склад, що включає аміачну селітру і водомасляну емульсію, яка складається з рідкого нафтопродукту, аміачної селітри, емульгатора і води, який відрізняється тим, що містить аміачну селітру в гранульованій або кристалічній формі або у вигляді суміші обох форм та водомасляну емульсію типу "олія у воді", у співвідношенні: аміачна селітра 90-94, водомасляна емульсія типу "олія у воді" - 10-6 відсотків за масою відповідно, при цьому водомасляна емульсія додатково містить C2 2 (19) 1 3 У патенті Японії [JP 8026877 А2, С06 В31/42, опубл. 31.01.1996р.] описаний вибуховий склад з застосуванням пористої аміачної селітри і рідкого нафтопродукту або іншого рідкого парафіну, або рідкої ароматичної динітрос-полуки і неорганічного пористого матеріалу, наприклад, перліту або кремнію з малою насипною вагою. Недоліком даної вибухової композиції є використання токсичних ароматичних динітросполук, а також застосування неорганічного пористого продукту, що не бере участь у реакції вибухового перетворення, але при цьому знижує значення показника питомої теплоти вибуху. Відомо використання вибухових складів типу «игданит» [Е.І.Єфремов, А.А.Вовк, Довідник по підривних роботах, Киш, «Наукова думка», 1983р., с 54], що включають окислювач - гранульовану аміачну селітру і рідке пальне - дизельне паливо, узятих відповідно по масі як 94,5% до 5,5% для забезпечення нульового кисневого балансу вибухової композиції. Недоліком даних вибухових складів є низька детонаційна здатність і фізична нестабільність заряду, пов'язана з незадовільним утриманням дизельного палива на поверхні гранул аміачної селітри. При використанні вибухового складу, що містить аміачну селітру і дизельне паливо, в умовах пневматичного заряджання спадних свердловин відбувається міграція дизельного палива в нижню частину свердловини, що приводить до зниження його вмісту у верхній частині свердловини. Це позначається на втраті енергії вибуху, сприяє підвищенню концентрації токсичних компонентів у газоподібних продуктах вибуху. У патентній літературі широко представлені рецептурні формули і способи одержання вибухових складів на основі водомасляних емульсій типу «вода в олії». У патенті РФ 2110506, С06 В45/00, опубл. 10.05.1998р. описаний емульсійний вибуховий склад типу «олія у воді». Емульсійні вибухові композиції є окремим класом водомістких промислових вибухових матеріалів. Це в основному «рухливі» суспензії, що містять аміачну селітру, рідкий нафтопродукт, емульгатор і воду. Для забезпечення необхідної чутливості до детонаційного імпульсу до складу даних вибухових композицій вводять сенсибілізуючі речовини у вигляді пористого матеріалу [див. патент США 4110134] або газогенеруючої добавки [див. патент США 4216040]. Технологія приготування водомасляних емульсій типу «вода в олії» вимагає застосування складного в експлуатації технологічного устаткування, а заливання вибуховим складом шпурів і свердловин провадиться за допомогою спеціальної зарядної техніки. Звичайно вибухові склади на основі емульсій типу «вода в олії» мають складний композиційний склад і високу споживчу ціну, а тому в ряді випадків не можуть конкурувати із сипучими вибуховими матеріалами. Відомо вибуховий склад [патент США 4872929, С06 G031/28, опубл. 10.10.1989р.], який 76687 4 являє собою суміш окислювача і пального. В якості окислювача використовують неорганічний нітрат, а в якості пального — водоемульсійну композицію, яка представляє собою суміш нерозчинного у воді вуглеводневого палива, наприклад, дизельний мазут, і розчинного у воді палива, наприклад, метанол, пропанол, формамид і ін., води і емульгатора для одержання емульсії типу «вода в олії». До причин, що перешкоджають використанню відомого винаходу з одержанням необхідного технічного результату, відноситься те, що у відомому складі використовують емульсію типу «вода в олії», до складу якої входять легкозаймисті матеріали і отрутні хімічні компоненти, а також електризація аміачної селітри і емульсії, що використовується. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є вибуховий склад, що включає аміачну селітру в якості окислювача і рідке або тверде паливо або їхню суміш, зокрема водомасляна емульсія, яка містить рідкий нафтопродукт або його суміш з петролатумом 4,1-8,5, аміачну селітру 60,-69,0, емульгатор -1,02,0, воду 12-16, технологічні добавки 0,001-0,01 відсотків за масою відповідно, а також порошкове органічне паливо, металевий порошок, інші інгредієнти [Патент RU № 2230724 «Вибухова суміш», публ. 20.06.2004, бюл. № 17], обраний за прототип. До причин, що перешкоджають ви/користанню відомого винаходу з одержанням необхідного технічного результату, відноситься те, що у відомому складі використовують емульсію типу «вода в олії», яка містить легкозаймисті й отрутні рідкі хімічні компоненти, такі як метанол, нропанол, формамид, етиленгліколь, а також небезпечні в зв'язку з високою чутливістю до удару і тертя вибухові речовини - тринітротолуол (TNT), пентаеритриттетранітрат (PETN), інші технологічні добавки (див. Табл.). Основним недоліком даного вибухового складу є висока ймовірність електризації аміачної селітри й емульсії в повітряному потоці при пневматичному заряджанні свердловин. Електризація обумовлена діелектричними властивостями аміачної селітри і емульсії типу «вода в олії», тобто здатністю таких речовин накопичувати заряди статичної електрики на своїй поверхні. Застосування даного вибухового складу при підземних підривних роботах може призвести до створення аварійної ситуації, включаючи виникнення пожежі і несанкціонованого вибуху. Зрив і винос повітряним потоком нафтопродукту або водомасляної емульсії в умовах пневматичного заряджання вибуховим складом свердловин зв'язаний з їхньою слабкою адгезією до поверхні аміачної селітри. Недоліком відомого вибухового складу є багатокомпонентність вибухової суміші і необхідність застосування аміачної селітри певної насипної щільності, необхідної геометричної форми і пористості з заданим розміром гранул, яка у промисловому масштабі не виробляється. До недоліків також відноситься необхідність додаткового (понад 100%) уведення до його 5 складу продуктів, таких як перлітовий пісок, скляні або силікатні мік-росфери, нітрит натрію (див. п.6 формули винаходу) для підвищення її чутливості до початкового детонаційного імпульсу і забезпечення повноти вибухового перетворення. Велика витрата водомасляної емульсії, яка використовується для його приготування в межах 36-81% від маси готового продукту (см. Табл.4) вимагає використання спеціальної дорогої техніки для здійснення механізованого заряджання шпурів і свердловин у практиці ведення підривних робіт. Задача полягає в створенні вибухового складу, призначеного для здійснення підривних робіт методом свердловинних і шпурових зарядів. Технічний результат підвищення детонаційної здатності, фізичної стабільності, зниження електризації при транспортуванні, збереженні і пневматичному заряджанні шпурів і свердловин, зменшення токсичності вибухового складу, вихідних речовин і газоподібних продуктів вибуху при збереженні високих вибухо-технічних параметрів шляхом використання вибухового складу, що включає аміачну селітру і водомасляну емульсію, а його особливість полягає в тім, що в якості окислювача склад містить аміачну селітру в гранульованій або кристалічній формі, або суміші обох форм у будь-якому співвідношенні, а в якості рідкого пального водомасляну емульсію «олія у воді» при наступному співвідношенні компонентів, у відсотках за масою: аміачна селітра- 90-94, емульсія типу «олія у воді» - 10-6. При цьому водомасляна емульсія додатково містить карбамід та складається з наступних речовин: рідкий нафтопродукт - 75-60, карбамід —10-15, аміачна селітра—7-12, похідні алкілполіетиленгліколевих ефірів або поліоксиетильо-ваних ефірів ізотридецилового спирту, або моноі діалкілфенілоксиполіетиле-нгліколевих ефірів, або поліоксиетильованих ефірів жирних спиртів - 0,21,0 вода—7,8-12,0 відсотків за масою відповідно. Окисну фазу в складі, що заявляється, представляє аміачна селітра, яку використовують у формі гранул або кристалів, або їхньої суміші в будь-якому співвідношенні по масі, що дозволяє регулювати щільність і детонаційні характеристики вибухового складу і розширити область його застосування. Особливо важливим для досягнення технічного результату є те, що вибуховий склад містить водомасляну емульсію типу «олія у воді» («пряму» водомасляну емульсію), в яку у якості горючого компоненту введений рідкий нафтопродукт у вигляді дизельного палива, мінеральної олії, мазуту або їхньої сумішіі. Для підтримки стабільності даного рідкого горючого середовища введений карбамід, високу розчинність якого забезпечує аміачна селітра й одночасно підвищує енергетичний потенціал суміші. У якості емульгатора використовують похідні алкілполіетиленгліколевих ефірів або поліоксиетильованих ефірів ізотридецилового спирту, або моноі діалкілфенілоксиполіетиленг-ліколевих ефірів, або поліоксиетильованих ефірів жирних спиртів, наприклад, розгалужений 2-бутил-і-октанол, щоу 76687 6 заявленому кількісному співвідношенні забезпечують високу стабільність вибухового складу. Завдяки внутрішній фізичній структурі даної емульсії запобігається її поділ на вихідні компоненти. Висока детонаційна здатність вибухового складу обумовлена тим, що во-домасляна емульсія типу «олія у воді» за рахунок гідратації поверхневого шару гранул або кристалів аміачної селітри проникає в їхню внутрішню структуру. Тверді частки аміачної селітри в результаті впливу на них рідкого пального — горючої водомінеральної фази здобувають здатність абсорбувати й утримувати компоненти водомасляної емульсії. Завдяки рівномірному розподілу горючого компонента в структурі окисної фази забезпечуються оптимальні умови по повноті протікання реакції вибухового перетворення. Висока безпека і низька токсичність пропонованого вибухового складу обумовлена відсутністю в рецептурі композиції ароматичних і інших нітросполук, що входять до складу прототипу, а також застосуванням водомасляної емульсії типу «олія у воді», у якій рідка горюча фаза диспергована у великому обсязі водомінерального розчину, який є електролітом і має високу електропровідність. З цієї причини при роботі з пропонованим вибуховим складом відсутнє утворення і накопичення зарядів статичної електрики на його поверхні, у тому числі і в умовах пневматичного заряджання шпурів і свердловин. У той же час установлено, що даний вибуховий склад стійко детонує від проміжного детонатора масою 200 грам у тонкостінних полімерних оболонках діаметром 100мм і в свердловинах слабкого ґрунту діаметром 80мм. Для порівняння сумішева промислова вибухова речовина типу «игданит» в аналогічних умовах випробувань має критичний діаметр детонації відповідно 180мм і 150мм. Відповідно до прототипу вибуховий склад стійко детонує у відкритих зарядах діаметром 120-150мм. Прийняте співвідношення по масі аміачної селітри і водомасляної емульсії типу «олія у воді» забезпечує одержання найкращих значень показників, що характеризують фізичну стабільність, швидкість детонації і токсичність продуктів вибуху для даного вибухового складу (див. приклади). Прийняте співвідношення по масі компонентів водомасляної емульсії типу «олія у воді» забезпечує одержання стійкої вододисперсійної системи з оптимальними значеннями енергетичного потенціалу. Таким чином, всі ознаки, наведеш у формулі винаходу, необхідні і достатні для одержання необхідного технічного результату. У таблиці представлені результати виміру швидкості детонації і значення концентрації токсичних речовин у газоподібних продуктах вибуху (газова шкідливість) для пропонованого вибухового складу в порівнянні з відомими вибуховими складами. 7 Дані, що підтверджують можливість здійснення винаходу з одержанням вищевказаного технічного результату, полягають у наступному. Вибуховий склад, що заявляється, являє собою механічну суміш окислювача - аміачної селітри з рідким пальним - водомасляною емульсією типу «олія у воді» у співвідношенні компонентів, у відсотках за масою: аміачна селітра - 90-94, водомасляна емульсія типу «олія у воді»10-6. До складу емульсії входять: рідкий нафтопродукт (нафтові олії, мазут, дизельне паливо), аміачна селітра, карбамід, емульгатор і вода в співвідношенні 75-60:7-12:10-15:0,2-1:7,8-12 у відсотках за масою відповідно. Вибуховий склад готують поетапно в такий спосіб. Для одержання водомасляної емульсії типу «олія у воді» в апарат з механічною мішалкою, який обігрівається, завантажують визначену кількість води, аміачної селітри і карбаміду. У приготовлений розчин уводять емульгатор і задану кількість суміші рідкого нафтопродукту при температурі 2050°С, перемішують до утворення стійкої емульсії. Потім в окремий механічний змішувач завантажують задану кількість аміачної селітри і при перемішуванні дозують необхідну кількість аміачної селітри і водомасляної емульсії типу «олія у воді». Суміш перемішують до одержання однорідної маси. Винахід ілюструється прикладами. Приклад 1 (негативний) Готують вибуховий склад зазначеним способом при співвідношенні аміачної селітри і водомасляної емульсії 95:5 у відсотках за масою. Для приготування беруть 5,6кг гранульованої аміачної селітри і поміщають в апарат-змішувач, потім протягом 5-10 хвилин додають 0,29кг емульсії типу «олія у воді». Масу перемішують протягом 10-20 хвилин, після чого поміщають у поліетиленову трубу діаметром 100мм і довжиною 700мм і підривають за допомогою відомих засобів ініціювання з використанням стандартного проміжного детонатора масою 200 грам. Вимірюють швидкість. Отримані результати представлені в таблиці 1. При даному співвідношенні окислювача і рідкого пального різко падають параметри вибуху відсутність повноти детонації, критичний діаметр детонації вище 100мм Приклад 2 (позитивний). Зазначеним способом готують вибуховий склад при співвідношенні аміачної селітри і емульсії типу «олія у воді» 90:10 у відсотках за масою відповідно. Для його приготування беруть 5,6кг гранульованої аміачної селітри і поміщають в апарат-змішувач, потім протягом 5-Ю хвилин додають 0,62кг емульсії. Масу перемішують протягом 10-20 хвилин, після чого поміщають у поліетиленову трубу діаметром 100мм і довжиною 700мм і підривають за допомогою відомих засобів ініціювання з використанням стандартного проміжного детонатора масою 200 грам. Вимірюють швидкість детонації і концентрацію 76687 8 токсичних речовин у газоподібних продуктах вибуху (газова шкідливість). Отримані результати представлені в таблиці 1. Приклад 3 (позитивний). Зазначеним способом готують вибуховий склад при співвідношенні аміачної селітри і водомасляної емульсії типу «олія у воді» у співвідношенні 94:6 у відсотках за масою відповідно. Для приготування вибухового складу беруть 5,6кг гранульованої аміачної селітри і поміщають в апарат-змішувач відомої конструкції, протягом 5-10 хвилин додають 0,36кг емульсії. Масу перемішують протягом 10-20 хвилин, після чого поміщають у поліетиленову трубу діаметром 100мм і довжиною 700мм і підривають за допомогою відомих засобів ініціювання з використанням стандартного проміжного детонатора масою 200 грам. Вимірюють швидкість детонації і концентрацію токсичних речовин у газоподібних продуктах вибуху (газова шкідливість). Отримані результати представлені в таблиці 1. Приклад 4 (позитивний). Зазначеним способом готують вибуховий склад при співвідношенні аміачної селітри і водомасляної емульсії типу «олія у воді» у співвідношенні 90:10 у відсотках за масою відповідно. Для приготування вибухового складу беруть 5,6кг кристалічної аміачної селітри і поміщають в апарат-змішувач відомої конструкції, протягом 5-Ю хвилин додають 0,62кг емульсії. Масу перемішують протягом 10-20 хвилин, після чого поміщають у поліетиленову трубу діаметром 100мм і довжиною 700мм і підривають за допомогою відомих засобів ініціювання з використанням стандартного проміжного детонатора масою 200 грам. Вимірюють швидкість детонації і концентрацію токсичних речовин у газоподібних продуктах вибуху (газова шкідливість). Отримані результати представлені в таблиці 1. Приклад 5 (позитивний). Зазначеним способом готують вибуховий склад при співвідношенні аміачної селітри і водомасляної емульсії типу «олія у воді» у співвідношенні 94:6 у відсотках за масою відповідно. Для приготування вибухового складу беруть 5,6кг кристалічної аміачної селітри і поміщають в апарат-змішувач відомої конструкції і протягом 510 хвилин додають 0,36кг емульсії. Масу перемішують протягом 10-20 хвилин, після чого поміщають у поліетиленову трубу діаметром 100мм і довжиною 700мм і підривають за допомогою відомих засобів ініціювання з використанням стандартного проміжного детонатора масою 200 грам. Вимірюють швидкість детонації і концентрацію токсичних речовин у газоподібних продуктах вибуху (газова шкідливість). Отримані результати представлені в таблиці 1. Приклад 6 (позитивний). Для приготування вибухового складу беруть 2,8кг гранульованої аміачної селітри і 2,8кг кристалічної аміачні селітри і поміщають в апарат 9 76687 змішувач відомої конструкції, протягом 5-10 хвилин додають 0,62кг емульсії типу «олія у воді». Масу перемішують протягом 10-20 хвилин, після чого поміщають у поліетиленову трубу діаметром 100мм і довжиною 700мм і підривають за допомогою відомих засобів ініціювання з використанням стандартного проміжного детонатора масою 200 грам. Вимірюють швидкість детонації і концентрацію токсичних речовин у газоподібних продуктах вибуху (газова шкідливість). Отримані результати представлені в таблиці 1. Приклад 7 (позитивний). Для приготування вибухового складу беруть 2,8кг гранульованої аміачної селітри і 0,36кг кристалічної аміачної селітри і поміщають в апарат-змішувач спеціальної конструкції, протягом 5-Ю хвилин додають 0,3кг емульсії типу «олія у воді». Масу перемішують протягом 10-20 хвилин, після чого поміщають у поліетиленову трубу діаметром 100мм і довжиною 700мм і підривають за допомогою відомих засобів ініціювання з використанням стандартного проміжного детонатора масою 200 грам. Вимірюють швидкість детонації і концентрацію токсичних речовин у газоподібних продуктах вибуху (газова шкідливість). Отримані результати представлені в таблиці 1. Приклади 8-13 (позитивний). Готують шість зразків вибухового складу по прикладах 2-7. Вибухові склади додатково продувають стисненим повітрям, імітуючи умови технологічного процесу пневматичного заряджання продуктом шпурів і похилих свердловин. Далі вибухові склади поміщають у поліетиленові труби діаметром 100мм і довжиною 700мм і підривають за допомогою відомих засобів ініціювання з використанням стандартного проміжного детонатора масою 200 грам. Вимірюють швидкість детонації і концентрацію 10 токсичних речовин у газоподібних продуктах вибуху (газова шкідідливість). Отримані результати представлені в таблиці 1. Приклад 14(негативний) Зазначеним способом готують вибуховий склад при співвідношенні аміачної селітри з водомасляною емульсією типу «олія у воді» 85:15 у відсотках за масою відповідно. Для приготування беруть 5,6кг гранульованої аміачної селітри і поміщають в апарат-змішувач відомої конструкції. Далі протягом 5-Ю хвилин додають 1,0кг водомасляної емульсії і перемішують масу протягом 10-20 хвилин. Отриманий склад поміщають у поліетиленову трубу діаметром 100мм і довжиною 700мм і підривають за допомогою відомих засобів ініціювання з використанням стандартного проміжного детонатора масою 200 грам. Вимірюють швидкість детонації. Отриманий результат представлений у таблиці 1. При даному співвідношенні окисної фази і горючого компонента різко падають параметри вибуху - відсутність повноти детонації. Як випливає з порівняння даних таблиці 1, вибуховий склад, що пропонується, по величині і швидкості детонації не поступається вибуховому складу відповідно до прототипу й іншим відомим промисловим вибуховим речовинам, таким як Игданит і Граммонит 79/21, а по показнику «газова шкідливість» помітно перевершує їх. Таким чином вибуховий склад, що заявляється, призначений для використання в промисловості. Перевагою даного винаходу є те, що при роботі зі складом, що заявляється, відсутнє утворення і накопичення зарядів статичної електрики на його поверхні, зниження токсичності і компонентів вибухового складу і газоподібних продуктів вибуху, висока детонаційна здатність. Таблиця 1 Номер приклада 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Співвідношення компонентів АСг/ВМЕ=95/5 АСг/ВМЕ=90/10 АСг/ВМЕ=94/6 АСк/ВМЕ=90/10 АСк/ВМЕ=94/6 50% АСг+50% АСк/ВМЕ=90/10 50% АСг+50% АСк/ВМЕ=94/6 АСг/ВМЕ=90/10* АСг/ВМЕ=94/6* АСк/ВМЕ=90/10* АСк/ВМЕ=94/6* 50% АСг+50% АСк/ВМЕ=90/10* 50% АСг+50% АСк/ВМЕ=94/6* АСГ/ВМЕ=85/15 Швидкість детонації, Газова шкідливість, м/сек л/кг Немає повноти детонації 3200 38 3050 41 3350 36 3200 40,5 3200 37 3100 39 3150 3000 3300 3100 3150 38,5 41 37 41,5 38 3000 39,5 Немає повноти детонації *приклади з додатковою продувкою вибухового складу стисненим повітрям примітка АСГ – аміачна селітра грану льована АСк- аміачна селітра кристалічна ВМЕ - «пряма» водомасляна емульсія 11 76687 прототип Патент США 4872929 Игданит Граммонит 79/21 Комп’ютерна верстка О. Чепелев 12 м/сек 3000 2500 2900 Підписне м/сек 45 66 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