Способ получения водосодержащего взрывчатого вещества

Способ получения водосодержащего взрывчатого вещества

Реферат

 

Изобретение относится к производству водосодержащих взрывчатых веществ и может быть использовано в горной промышленности при отбойке обводненных горных пород. Сущность изобретения заключается в том, что используют загущенный водный раствор окислителя с температурой ниже температуры начала кристаллизации, плавление тротила проводят в присутствии поверхностно-активного вещества, а затем в смесь дополнительно вводят минеральное масло и перемешивают не менее 10 мин, при этом поверхностно-активное вещество вводят в количестве 0,001- 0,008%, а минеральное масло - в количестве 0,2 - 1,7% от массы взрывчатого вещества. Предложенный способ позволяет получить водоустойчивое водосодержащее взрывчатое вещество с повышенной детонационной способностью, а также повысить производительность зарядки.

Изобретение относится к технологии производства водосодержащих взрывчатых веществ и может быть использовано для отбойки обводненных горных пород.

С целью повышения водоустойчивости и детонационной способности в состав водосодержащих взрывчатых веществ вводят загустители, в качестве которых применяют водорастворимые синтетические или природные полимеры. Достижение необходимой водоустойчивости за счет увеличения количества загустителя технически и экономически нецелесообразно, поэтому линейные молекулы полимеров сшивают с помощью структурообразующих добавок. Однако использование структурообразующих добавок значительно усложняет технологию загущения и изготовления водосодержащих взрывчатых веществ. Кроме того, структурообразующие агенты - высокотоксичные вещества. Перспективным направлением в области повышения водоустойчивости и детонационной способности водосодержащих взрывчатых веществ является использование тротила, входящего в состав взрывчатого вещества, расплавы которого посредством поверхностно-активных веществ можно закрепить на водорастворимых кристаллах аммиачной селитры.

Известен способ получения водосодержащего взрывчатого вещества (см. Поздняков З. Г., Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. Изд.2, перераб. и доп. - М.: Недра, 1977, с.78-79), в котором для повышения водоустойчивости раствор окислителя в процессе приготовления загущают с помощью карбоксиметилцеллюлозы, гуаргама или другого загустителя, а во время заряжания в заряд вводят структурообразующий агент.

Водосодержащее взрывчатое вещество, приготовленное с использованием данного способа, характеризуется недостаточной водоустойчивостью, так как введение структурообразующего агента в процессе зарядки не позволяет добиться его равномерного распределения по объему заряда, в результате чего образуются незащищенные участки, доступные для проникновения внешней воды.

Кроме того, при добавлении структурообразующего агента взрывчатое вещество быстро теряет текучесть, что усложняет процесс перекачивания и заряжания смеси.

Известен также способ получения водосодержащего взрывчатого вещества (см. Попов Г.П., Артемьев В.А., Борзенков Л.А. Стабильность зарядов акватола /Безопасность труда в промышленности. - 1990, -N 7. - с.70-72), включающий приготовление при нагревании загущенного водного раствора окислителя, введение при перемешивании в полученный раствор гранулированного тротила, его плавление и подачу взрывчатого вещества в скважину.

Водосодержащее взрывчатое вещество, полученное по известному способу, имеет недостаточную водоустойчивость по причине того, что гидрофобные пленки расплавленного тротила не могут закрепиться на гидрофильных кристаллах аммиачной селитры. Также пленки расплавленного тротила, обладающего высоким поверхностным натяжением, при понижении температуры взрывчатого вещества собираются в капли, ухудшается контакт горючего с окислителем, в результате чего снижается детонационная способность взрывчатого вещества. Кроме того, при перекачивании водосодержащего вещества в скважину при соприкосновении с холодными стенками зарядного шланга тротил застывает и создает пробки, которые усложняют процесс и снижают производительность зарядки.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения водоустойчивости и детонационной способности водосодержащего взрывчатого вещества, а также на повышение производительности зарядки.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения водосодержащего взрывчатого вещества, включающем приготовление при нагревании загущенного водного раствора окислителя и введение при перемешивании в полученный раствор гранулированного тротила с последующим его плавлением, согласно изобретению используют загущенный водный раствор окислителя с температурой ниже температуры начала кристаллизации, плавление тротила проводят в присутствии поверхностно-активного вещества, а затем в смесь дополнительно вводят минеральное масло и перемешивают в течение не менее 10 минут, при этом поверхностно-активное вещество вводят в количестве 0,001 - 0,008%, а минеральное масло - в количестве 0,2- 1,7% от массы взрывчатого вещества.

Сущность изобретения заключается в следующем. В загущенном водном растворе окислителя при температуре ниже температуры кристаллизации гидрофильные кристаллы окислителя находятся в кинетическом равновесии с маточным раствором. После введения тротила в горячий раствор окислителя и последующем его плавлении в присутствии поверхностно-активного вещества в растворе окислителя образуются гидрофобные пленки расплавленного тротила. В результате затрат тепловой энергии на нагрев и плавление тротила температура окислителя понижается, и происходит образование новых кристаллов. Одновременно с протеканием этих процессов полярные молекулы поверхностно-активного вещества гидрофильной частью адсорбируются на кристаллах окислителя, а гидрофобной - на тротиле, в результате чего кристаллы покрываются тротиловыми пленками, и тем самым достигается повышение водоустойчивости взрывчатого вещества. Кроме того, за счет увеличения поверхностного контакта и непосредственной близости горючего (тротил) с кристаллами окислителя происходит повышение детонационной способности взрывчатого вещества. Последующее введение минерального масла и перемешивание смеси способствуют повышению производительности зарядки взрывчатого вещества в скважины, так как минеральное масло, являясь гидрофобным веществом, прилипает к пленкам тротила и выполняет роль смазки. Кроме того, использование минерального масла позволяет повысить детонационные характеристики взрывчатого вещества.

При введении тротила и последующем его плавлении в присутствии поверхностно-активного вещества в растворе окислителя с температурой выше температуры начала кристаллизации образуется недостаточное количество кристаллов, покрытых пленками тротила, что незначительно повышает водоустойчивость взрывчатого вещества.

Перемешивание смеси менее 10 минут не позволяет добиться равномерного распределения минерального масла по объему взрывчатого вещества и полного закрепления его на поверхности пленок тротила, что приводит к застыванию тротила на холодных стеках зарядных трубопроводов и снижению производительности заряжания.

Содержание поверхностно-активного вещества менее 0,001 мас.% недостаточно для полного закрепления тротиловых пленок на кристаллах окислителя. При расходе поверхностно-активного вещества более 0,008 мас.% происходит адсорбция полярных молекул не только на границе раздела кристаллы окислителя - пленки тротила, но и на границе маточный раствор окислителя - пленки тротила, что замедляет процесс закрепления пленок тротила на кристаллах окислителя, а также повышается стоимость взрывчатого вещества.

При содержании минерального масла более 1,8 мас.% кислородный баланс водосодержащего взрывчатого вещества становится резко отрицательным и снижается его детонационная способность, а при содержании минерального масла менее 0,2 мас. % повышается вязкость взрывчатого вещества, что затрудняет перекачивание его по зарядным трубопроводам.

Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты могут быть более наглядно пояснены нижеследующими примерами.

При реализации способа в качестве окислителя используют аммиачную селитру или ее смесь с натриевой или кальциевой селитрами. Загущение раствора окислителя осуществляют гелем кремниевой кислоты. Плотность используемого раствора окислителя не менее 1,41 г/см³. Конкретное количество вводимого тротила определяется необходимостью обеспечения близкого к нулевому кислородного баланса взрывчатого вещества.

Пример 1. В раствор аммиачной селитры, загущенный гелем кремниевой кислоты, с плотностью 1,415 г/см³ при температуре ниже температуры начала кристаллизации, при перемешивании вводят 19 мас.% гранулированного тротила и поверхностно-активное вещество в количестве 0,008 мас.%. После плавления тротила в смесь добавляют минеральное масло в количестве 0,2 мас.% и перемешивают в течение 10 мин.

Полученное взрывчатое вещество через зарядный шланг заливают в модельную скважину и в стальную трубу с приваренным днищем высотой 2500 мм, внутренним диаметром 214 мм и толщиной стенки 5 мм. После полной кристаллизации заряда модельную скважину помещают в резервуар с проточной водой, по истечении 24 часов взвешиванием определяют количество вымытого взрывчатого вещества и рассчитывают (в мас.%) водоустойчивость взрывчатого вещества. Заряд в стальной трубе испытывают на скорость детонации при использовании в качестве боевика 2-х тротиловых шашек массой по 400 г. Производительность заряжания определяют по времени заполнения стальной трубы. Полученное взрывчатое вещество имеет: время заряжания - 300 с; водоустойчивость - 6%; скорость детонации 5100 м/с.

Пример 2. В раствор аммиачной и натриевой селитр, загущенный гелем кремниевой кислоты, с плотностью 1,43 г/см³, при температуре ниже температуры начала кристаллизации, при перемешивании вводят 14 мас.% гранулированного тротила и поверхностно-активное вещество в количестве 0,001 мас.%. После плавления тротила в смесь добавляют минеральное масло в количестве 1,7 мас.% и перемешивают в течение 20 мин.

Смесь анализируют и испытывают, как в примере 1. Полученное взрывчатое вещество имеет: время заряжания - 270 с; водоустойчивость - 7%; скорость детонации 4900 м/с.

Пример 3. В раствор аммиачной и кальциевой селитр, загущенный гелем кремниевой кислоты, с плотностью 1,42 г/см³, при температуре ниже температуры начала кристаллизации, при перемешивании вводят 16 мас.% гранулированного тротила и поверхностно-активное вещество в количестве 0,003 мас.%. После плавления тротила в смесь добавляют минеральное масло в количестве 0,8 мас.% и перемешивают в течение 15 мин.

Смесь анализируют и испытывают, как в Примере 1. Полученное взрывчатое вещество имеет: время заряжания - 280 с; водоустойчивость - 6,5%; скорость детонации 5050 м/с.

В примерах 4-5 процесс получения водосодержащего взрывчатого вещества ведут с использованием запредельных значений параметров.

Пример 4. В раствор аммиачной селитры, загущенный гелем кремниевой кислоты, с плотностью 1,4 г/см³ при температуре выше температуры начала кристаллизации, при перемешивании вводят 20 мас.% гранулированного тротила и поверхностно-активное вещество в количестве 0,0009 мас.%. После плавления тротила в смесь добавляют минеральное масло в количестве 0,1 мас.% и перемешивают в течение 25 мин.

Смесь анализируют и испытывают, как в примере 1. Полученное взрывчатое вещество имеет: время заряжания - 410 с; водоустойчивость - 9%; скорость детонации 4870 м/с.

Пример 5. В раствор аммиачной селитры, загущенный гелем кремниевой кислоты, с плотностью 1,415 г/см³, при температуре ниже температуры начала кристаллизации, при перемешивании вводят 16 мас.% гранулированного тротила и поверхностно-активное вещество в количестве 0,009 мас.%. После плавления тротила в смесь добавляют минеральное масло в количестве 2 мас.% и перемешивают в течение 5 мин.

Смесь анализируют и испытывают, как в Примере 1. Полученное взрывчатое вещество имеет: время заряжания -360 с; водоустойчивость - 7,1%; скорость детонации 4850 м/с.

Пример 6 (прототип). В раствор аммиачной селитры, загущенный полиакриламидом, с плотностью 1,41 г/см³, при температуре выше температуры начала кристаллизации, при перемешивании вводят гранулированный тротил в количестве 20 мас.% и плавят его.

Полученную смесь анализируют и испытывают, как в Примере 1. Полученное взрывчатое вещество имеет: время заряжания - 520 с; водоустойчивость - 8%; скорость детонации 4890 м/с.

Как следует из приведенных примеров 1-3, 6, предложенный способ позволяет получить водоустойчивое водосодержащее взрывчатое вещество с повышенной детонационной способностью. Водоустойчивость полученного взрывчатого вещества на 25%, а скорость детонации на 4% выше аналогичных параметров взрывчатого вещества по прототипу. По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет также повысить производительность зарядки.

Формула изобретения

Способ получения водосодержащего взрывчатого вещества, включающий приготовление при нагревании загущенного водного раствора окислителя и введение при перемешивании в полученный раствор гранулированного тротила с последующим его плавлением, отличающийся тем, что используют загущенный водный раствор окислителя с температурой ниже температуры начала кристаллизации, плавление тротила проводят в присутствии поверхностно-активного вещества, а затем в смесь дополнительно вводят минеральное масло и перемешивают не менее 10 мин, при этом поверхностно-активное вещество вводят в количестве 0,001-0,008%, а минеральное масло - в количестве 0,2 - 1,7% от массы взрывчатого вещества.