Способ формирования водонаполняемого взрывчатого вещества и заряда водонаполненного взрывчатого вещества, водонаполняемое взрывчатое вещество (варианты)

Способ формирования водонаполняемого взрывчатого вещества и заряда водонаполненного взрывчатого вещества, водонаполняемое взрывчатое вещество (варианты)

Реферат

 

Изобретение относится к организации взрывных работ на карьерах, в частности к способам изготовления взрывчатых веществ для их размещения в обводненных нисходящих скважинах с применением полимерных рукавов. Предлагается способ формирования водонаполняемого взрывчатого вещества путем введения твердых растворимых и/или нерастворимых компонентов, имеющих диаметр мелких фракций менее 0,001 м, крупных фракций - от 0,001 до 0,05 м, при количестве мелких фракций от 10,0 до 55,0% всего объема взрывчатого вещества, а также способ изготовления водонаполненного взрывчатого вещества, способ изготовления заряда, содержащего водонаполненное взрывчатое вещество, и варианты различных составов водонаполняемых взрывчатых веществ. Изобретение направлено на повышение эффективности высвобождения энергии взрыва водонаполняемого заряда взрывчатого вещества за счет повышения его энергетических и эксплуатационных характеристик путем уменьшения количества воды, заполняющей заряд, уменьшение его усадки в процессе заполнения водой или водосодержащей жидкостью. 13 с. и 107 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к горному делу, а именно взрывным работам на карьерах, в частности к способам изготовления взрывчатых веществ для их размещения в скважинных зарядах, и может быть использовано при снаряжении взрывчатыми веществами обводненных нисходящих скважин с применением полимерных рукавов для формирования зарядов.

Уровень техники Известны способы изготовления водонаполненного заряда и взрывчатого вещества для его реализации (патент СССР 537624, С 06 В 31/28 и патент РФ 2147567, С 06 В 31/42), в которых водонаполнение осуществляют путем перемешивания сухих компонентов с водой, или с раствором окислителя, или с эмульсией.

Водонаполненное взрывчатое вещество транспортируют к месту производства взрыва, где и изготавливают водонаполненный заряд.

При реализации этого способа проблематично механизированное заряжание, так как водонаполненное взрывчатое вещество при малом содержании воды и, особенно, содержащее загустители, обладает пониженной сыпучестью, а взрывчатое вещество с достаточно большим количество воды требует специальных зарядных машин, приспособленных под конкретный состав взрывчатого вещества.

Кроме того, водонаполнение взрывчатого вещества на месте его изготовления приводит к повышению количества перевозимого опасного груза, так как вода увеличивает общую массу взрывчатого вещества. Это снижает безопасность ведения работ.

Известны также способы изготовления заряда взрывчатого вещества, при которых в процессе размещения гранулированного взрывчатого вещества в зарядную полость его наполняют водным раствором аммиачной селитры (Сеинов Н.П., Валиев Б.С. Технология заряжания обводненных скважин неводоустойчивыми взрывчатыми веществами. - В кн. : Взрывное дело, 89/46. - М.: Недра, 1986. - С. 204-215) или текучей эмульсией (Барон В.Л., Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. - М: Недра, 1989. - 376 с).

Недостатком этих способов является значительное, до 40% количество жидкости, необходимое для наполнения зарядов.

Приготовление и транспортирование такого количества жидкости требует энергозатрат, значительного количества механизмов, что усложняет и удорожает технологию заряжания.

Кроме того, большое количество жидкости, заполняющей заряд, обусловливает в нем значительное количество воды, которое в процессе взрывчатого превращения приводит к снижению количества выделяемого тепла и к ухудшению качества взрыва.

Известны также способы водонаполнения заряда в процессе его формирования, в частности при реализации способа по патенту РФ 1630440, F 42 D 3/00 "Заряд для обводненных скважин" и по патенту Украины 24117, F 42 D 3/00 "Набiй для обводнених свердловин" (прототип) взрывчатое вещество размещается в рукаве и заполняется водой из скважины через проколы в рукаве.

Этот способ не требует специальной технологической подготовки жидкости и специальных механизмов для формирования заряда с водонаполнением.

Кроме того, высокие физические и экономические результаты использования этого способа являются следствием возможности изготовления зарядов в частично обводненных скважинах с водонаполнением только нижней части колонки заряда, расположенной в воде.

Однако поскольку в этом способе не предусматриваются специальные операции, обеспечивающие снижение количества воды, поступающей в межгранульное пространство взрывчатого вещества, то количество воды в заряде может достигать 18-20%. При этом наблюдается значительное, в 1,1-1,5 раза (в зависимости от уровня воды в скважине) снижение высоты заряда за счет перехода в раствор отдельных компонентов вещества.

Большое количество воды ухудшает энергетические характеристики заряда, а наличие усадки усложняет технологию заряжания, так как требуется дозарядка скважин.

Кроме того, снижается надежность взрывания зарядов, так как усадка сопровождается утягиванием в скважину средств инициирования, например детонирующего шнура.

Известен взрывчатый состав [патент РФ 2009109, С 06 В 31/28], содержащий 70-80 мас. % гранулированного окислителя, 10-15 мас.% порошка угля и 10-15 мас. % порошка оксидов железа. В нем использованы относительно крупнозернистое вещество - гранулированная аммиачная селитра и мелкозернистые вещества - смесь порошков угля и оксидов железа, что приводит в результате упаковки частиц к снижению пористости состава.

Однако в результате повышения гидрофобных свойств, обусловленного наличием угля и оксидов железа, применение его в качестве водонаполняемого ВВ для изготовления водонаполненного ВВ, особенно в составе заряда, является проблематичным, поскольку увеличивается длительность процесса его водонаполнения. Кроме того, не определены условия, при которых обеспечивается снижение количества воды, поступающей во взрывчатый состав при его водонаполнении, в частности не установлен фракционный состав гранулированной селитры.

Указанное взрывчатое вещество обладает существенными недостатками: в физическом плане - при водонаполнении оно характеризуется низкой энергоотдачей и чувствительностью и значительным критическим диаметром, что не обеспечивает его надежного использования при заряжании в рукава; в технологическом плане - мелкодисперсные порошки угля и оксидов железа являются пылящими веществами, поэтому изготовление взрывчатого вещества и заряда является опасным, а зачастую и неприемлемым процессом.

Кроме того, при водонаполнении указанного вещества значительна величина усадки заряда, высота которого может уменьшаться в 1,2-1,3 раза.

Сущность изобретения Технической задачей изобретения является повышение эффективности высвобождения энергии взрыва водонаполняемого заряда взрывчатого вещества за счет повышения его энергетических и эксплуатационных характеристик путем уменьшения количества воды, заполняющей заряд, уменьшения его усадки в процессе заполнения водой или водосодержащей жидкостью, а также применения взрывчатых веществ с повышенными энергетическими и детонационными свойствами и пониженным вредным экологическим воздействием.

Указанная задача решается разработкой способов формирования водонаполняемого и водонаполненного взрывчатых веществ, способа изготовления заряда, содержащего водонаполненное взрывчатое вещество, и различных составов водонаполняемых взрывчатых веществ, реализованных по указанному способу.

В процессе формирования водонаполняемого взрывчатого вещества в него вводят твердые растворимые и/или нерастворимые компоненты, имеющие диаметр мелких фракций менее 0,001 м, крупных фракций - от 0,001 до 0,05 м, при количестве мелких фракций от 10,0 до 55,0% всего объема взрывчатого вещества.

В качестве твердого растворимого компонента используют быстрорастворимое в воде вещество, например аммиачную или натриевую или кальциевую селитры или их смесь в количестве 15,0-40,0 мас.%.

В качестве твердого растворимого и/или нерастворимого компонента используют набухающее вещество, например древесину, или муку злаков, или глину.

В качестве твердого нерастворимого компонента используют сухой загущающий полуфабрикат, например смесь порошка гуаровой камеди и порошка структурирующего агента.

В способе изготовления водонаполненного взрывчатого вещества, включающем введение в водонаполняемое взрывчатое вещество воды и/или водосодержащей жидкости, введение воды и/или водосодержащей жидкости осуществляют в сформированное по предлагаемому выше способу водонаполняемое взрывчатое вещество.

Водонаполненное взрывчатое вещество изготавливают перемешиванием водонаполняемого взрывчатого вещества с водой или водосодержащей жидкостью.

В качестве водосодержащей жидкости используют раствор соли или смеси солей неорганических окислителей, например аммиачной или натриевой селитр.

Раствор соли или смеси солей неорганических окислителей перед наполнением им водонаполняемого взрывчатого вещества загущают (путем растворения в нем загущающего полуфабриката).

В качестве водосодержащей смеси используют водно-масляную эмульсию, содержащую воду, неорганический окислитель и эмульгатор.

В способе изготовления заряда, содержащего водонаполненное взрывчатое вещество, его формируют по предлагаемому выше способу, а массу водонаполняемого взрывчатого вещества в заряде устанавливают не менее: где M_BBc - масса сухого водонаполняемого взрывчатого вещества; _BBc, _BB - плотность взрывчатых веществ соответственно сухого водонаполняемого и водонаполненного, кг/м³; М_ВВ - масса водонаполненного взрывчатого вещества.

Водонаполненное взрывчатое вещество изготавливают до размещения в заряде.

Водонаполненное взрывчатое вещество изготавливают в процессе его размещения в заряде.

Водонаполненное взрывчатое вещество изготавливают после его размещения в заряде.

Наполнение водой или водосодержащей жидкостью водонаполняемого взрывчатого вещества, размещенного, например, в оболочке, осуществляют через проколы в оболочке.

Перед наполнением водосодержащей жидкостью водонаполняемое взрывчатое вещество уплотняют.

Водонаполняемое взрывчатое вещество уплотняют вибрацией.

Водонаполняемое взрывчатое вещество уплотняют в процессе его размещения в зарядную полость или оболочку ударом потока водонаполняемого взрывчатого вещества с высоты не менее 0,5 м.

Водонаполненное взрывчатое вещество изготавливают путем впуска воды в водонаполняемое взрывчатое вещество извне.

Впуск воды извне в водонаполняемое взрывчатое вещество осуществляют в процессе погружения заряда в воду.

Указанная задача также может быть решена в виде вариантов предлагаемого изобретения, которые относятся к объектам одного вида, имеют одинаковое назначение и обеспечивают получение одного и того же технического результата.

Вариант 1. Водонаполняемое взрывчатое вещество, включающее неорганический окислитель, твердое углеводородное или углеродное горючее, твердое углеводородное или углеродное горючее, имеет фракции диаметром менее 0,001 м не менее 90 мас.% и дополнительно содержит кремний или металлическое горючее с размером частиц менее 0,001 м, жидкое топливо и пористый компонент, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Твердое углеводородное или углеродное горючее - 0,3-5,0 Кремний или металлическое горючее - 3,0-15,0 Жидкое топливо - 0,5-3,0 Пористый компонент - 0,3-5,0 Неорганический окислитель - Остальное Вариант 2. Водонаполняемое взрывчатое вещество, включающее неорганический окислитель, твердое углеводородное или углеродное горючее, твердое углеводородное или углеродное горючее, имеет фракции диаметром менее 0,001 м не менее 90 мас.% и дополнительно содержит кремний или металлическое горючее с размером частиц менее 0,001 м, жидкое топливо, пористый компонент и загущающий полуфабрикат при следующем соотношении компонентов, мас.%: Твердое углеводородное или углеродное горючее - 0,3-5,0 Кремний, или металлическое горючее, или их смесь - 3,0-15,0 Жидкое топливо - 0,5-3,0 Пористый компонент - 0,3-5,0 Загущающий полуфабрикат - 0,05-5,0 Неорганический окислитель - Остальное В качестве пористого компонента взрывчатое вещество содержит вспученный перлит, или унос-золу, или стеклянные микрокапсулы, или пенопластмассу, например пенополистирол с размером частиц менее 0,01 м, или их смесь в различном сочетании.

Вариант 3. Водонаполняемое взрывчатое вещество, включающее неорганический окислитель, твердое углеводородное или углеродное горючее, твердое углеводородное или углеродное горючее, имеет фракции диаметром менее 0,001 м не менее 90 мас.% и дополнительно содержит индивидуальное взрывчатое вещество, или порох, или их смесь с фракциями диаметром менее 0,05 м и загущающий полуфабрикат, а неорганический окислитель состоит из гранулированных фракций размером более 0,001 м, например аммиачной селитры и мелкозернистых частиц с размерами менее 0,001 м, например аммиачной или натриевой или кальциевой селитры или их смеси при следующем соотношении мас.%: Твердое углеводородное или углеродное горючее - 0,3-5,0 Индивидуальное взрывчатое вещество, или порох, или их смесь - 10,0-25,0 Жидкое топливо - 0,5-3,0 Загущающий полуфабрикат - 0,05-5,0 Мелкозернистый неорганический окислитель - 15,0-40,0 Гранулированный неорганический окислитель - Остальное Вариант 4. Водонаполняемое взрывчатое вещество, включающее неорганический окислитель, твердое углеводородное или углеродное горючее, дополнительно содержит жидкое топливо, органический набухающий компонент, загущающий полуфабрикат, причем неорганический окислитель состоит из гранулированных фракций диаметром более 0,001 м, например аммиачной селитры и порошка с размерами частиц менее 0,001 м, например аммиачной, или натриевой, или кальциевой селитр, или их смеси, а в качестве твердого горючего содержит индивидуальное взрывчатое вещество или порох с диаметром фракций менее 0,05 м при следующем соотношении, мас.%: Индивидуальное взрывчатое вещество - 10,0-50,0 Жидкое топливо - 0,5-3,0 Органический набухающий компонент - 0,5-3,0 Загущающий полуфабрикат - 0,05-5,0 Мелкозернистый неорганический окислитель - 5,0-40,0 Гранулированный неорганический окислитель - Остальное Водонаполняемое взрывчатое вещество в качестве загущающего полуфабриката оно содержит структурирующий агент, например трехвалентное сернокислое железо в количестве 0,01-0,5 мас.% и полиакриламид, или натриевую соль карбоксилметилцеллюлозы, или камеди гуара и ксантана, или их смесь в различном сочетании.

Вариант 5. В водонаполняемом взрывчатом веществе, включающем неорганический окислитель, твердое углеводородное или углеродное горючее, твердое углеводородное или углеродное горючее, имеет фракции диаметром менее 0,001 м не менее 90 мас.%, и оно дополнительно содержит индивидуальное взрывчатое вещество, или порох с диаметром фракций менее 0,05 м, или кремний, или металлическое горючее с диаметром фракций менее 0,001 м, или их смесь в различном сочетании, жидкое топливо, пористый компонент и флегматизирующий агент в следующем соотношении, мас.%: Твердое углеводородное или углеродное горючее - 0,3-5,0 Индивидуальное взрывчатое вещество, или порох, или кремний, или металлическое горючее, или их смесь в различном сочетании - 4,0-20,0 Жидкое топливо - 0,5-3,0 Пористый компонент - 0,3-5,0 Флегматизирующий агент - 0,1-5,0 Неорганический окислитель - Остальное Вариант 6. Водонаполняемое взрывчатое вещество, включающее неорганический окислитель, твердое углеводородное или углеродное горючее, твердое углеводородное или углеродное горючее, имеет фракции диаметром менее 0,001 м не менее 90 мас.%, и оно дополнительно содержит индивидуальное взрывчатое вещество, или порох с диаметром фракций менее 0,05 м, или кремний, или металлическое горючее с диаметром фракций менее 0,001 м или их смесь, жидкое топливо, органическое, или неорганическое набухающее вещество, или несколько веществ, или их смесь в различном сочетании, пористый компонент и флегматизирующий агент в следующем соотношении, мас.%: Твердое углеводородное или углеродное горючее - 0,3-5,0 Индивидуальное взрывчатое вещество, или порох, или кремний, или металлическое горючее, или их смесь в различном сочетании - 4,0-20,0 Жидкое топливо - 0,5-3,0 Пористый компонент - 0,3-5,0 Набухающий компонент - 0,5-3,0 Флегматизирующий агент - 0,1-50 Неорганический окислитель - Остальное Вариант 7. Водонаполняемое взрывчатое вещество, включающее неорганический окислитель, твердое углеводородное или углеродное горючее, твердое углеводородное или углеродное горючее имеет фракции диаметром менее 0,001 м не менее 90 мас.%, и оно дополнительно содержит индивидуальное взрывчатое вещество, или порох с диаметром фракций менее 0,05 м, или кремний, или металлическое горючее с диаметром фракций менее 0,001 м или их смесь в различном сочетании, жидкое топливо, пористый компонент, флегматизирующий агент и загущающий полуфабрикат при следующем соотношении компонентов, мас.%: Твердое углеводородное или углеродное горючее - 0,3-5,0 Индивидуальное взрывчатое вещество, или порох, или кремний, или металлическое горючее или их смесь в различном сочетании - 4,0-20,0 Жидкое топливо - 0,5-3,0 Пористый компонент - 0,3-5,0 Флегматизирующий агент - 0,1-5,0 Загущающий полуфабрикат - 0,05-5,0 Неорганический окислитель - Остальное Вариант 8. Водонаполняемое взрывчатое вещество, включающее неорганический окислитель, твердое углеводородное или углеродное горючее, твердое углеводородное или углеродное горючее, имеет фракции диаметром менее 0,001 м не менее 90 мас.%, и оно дополнительно содержит индивидуальное взрывчатое вещество, или порох с диаметром фракций менее 0,05 м, или кремний, или металлическое горючее с диаметром фракций менее 0,001 м или их смесь в различном сочетании, жидкое топливо, набухающий компонент, пористый компонент, флегматизирующий агент и загущающий полуфабрикат при следующем соотношении компонентов, мас.%: Твердое углеводородное или углеродное горючее - 0,3-5,0 Индивидуальное взрывчатое вещество, или порох, или кремний, или металлическое горючее, или их смесь в различном сочетании - 4,0-20,0 Жидкое топливо - 0,5-3,0 Набухающий компонент - 0,5-3,0 Пористый компонент - 0,3-5,0 Флегматизирующий агент - 0,1-5,0 Загущающий полуфабрикат - 0,05-5,0 Неорганический окислитель - Остальное Вариант 9. Водонаполняемое взрывчатое вещество, включающее неорганический окислитель, углеводородное или углеродное горючее, твердое горючее, оно дополнительно содержит жидкое топливо, набухающий компонент, флегматизирующий агент и загущающий полуфабрикат, причем в качестве твердого горючего содержит индивидуальное взрывчатое вещество, или порох с диаметром фракций менее 0,05 м, или кремний, или металлическое горючее с диаметром фракций менее 0,001 м или их смесь в различном сочетании при следующем соотношении компонентов, мас.%: Твердое углеводородное или углеродное горючее - 0,3-5,0 Индивидуальное взрывчатое вещество, или кремний, или металлическое горючее, или их смесь в различном сочетании - 10,0-50,0 Жидкое топливо - 0,5-3,0 Набухающий компонент - 0,5-3,0 Флегматизирующий агент - 0,1-5,0 Загущающий полуфабрикат - 0,05-5,0 Неорганический окислитель - Остальное Вариант 10. В водонаполняемом взрывчатом веществе, включающем неорганический окислитель, твердое углеводородное или углеродное горючее, твердое углеводородное или углеродное горючее, имеет фракции диаметром менее 0,001 м не менее 90 мас.%, и оно дополнительно содержит индивидуальное взрывчатое вещество, или порох с диаметром фракций менее 0,05 м, или кремний, или металлическое горючее с диаметром фракций менее 0,001 м или их смесь в различном сочетании, жидкое топливо, набухающий компонент, флегматизирующий агент и загущающий полуфабрикат при следующем соотношении компонентов, мас.%: Твердое углеводородное или углеродное горючее - 0,3-5,0 Жидкое топливо - 0,5-3,0 Индивидуальное взрывчатое вещество, или порох, или кремний, или металлическое горючее, или их смесь в различном сочетании - 4,0-20,0 Набухающий компонент - 0,5-3,0 Флегматизирующий агент - 0,1-5,0 Загущающий полуфабрикат - 0,05-5,0 Неорганический окислитель - Остальное Водонаполняемое взрывчатое вещество по вариантам 1-10 в качестве твердого углеводородного или углеродного горючего содержит каменный, или древесный уголь, или сажу, или резину, или их смесь.

В водонаполняемом взрывчатом веществе по вариантам 1-10 неорганический окислитель содержит гранулированную аммиачную селитру с размерами частиц более 0,001 м, или смесь гранулированной аммиачной селитры с 3,0-40,0 мас.% мелкозернистого органического окислителя с размером частиц менее 0,001 м.

Водонаполняемое взрывчатое вещество по вариантам 1-10 в качестве мелкозернистого неорганического окислителя содержит гранулированную, или кристаллическую, или молотую аммиачную, или натриевую, или кальциевую селитры, или их смесь в различном сочетании.

Водонаполняемое взрывчатое вещество по вариантам 1-10 в качестве металлического горючего содержит алюминий, или ферросилиций, или силикокальций, или кремнистый алюминий.

Водонаполняемое взрывчатое вещество по вариантам 1-10 в качестве жидкого топлива содержит жидкий нефтепродукт, например дизельное топливо.

Водонаполняемое взрывчатое вещество по вариантам 1-10 в качестве индивидуального взрывчатого вещества содержит тротил или гексоген флегматизированный, или их смесь.

Водонаполняемое взрывчатое вещество по вариантам 1-10 содержит порох баллиститный молотый или дробленый, или порох пироксилиновый зерненый или дробленый, или их смесь в различном сочетании.

Водонаполняемое взрывчатое вещество по вариантам 1-10 в качестве набухающего компонента содержит древесную муку, или муку злаков, или глину, или их смесь в различном сочетании.

Водонаполняемое взрывчатое вещество по вариантам 1-10 в качестве флегматизирующего агента содержит глицерин, или стеарат натрия, или тальк, или гидроксохлорид алюминия, или их смесь в различных сочетаниях.

Материалы, поясняющие сущность изобретения В дальнейшем настоящее изобретение поясняется описанием конкретных, но не ограничивающих его примеров реализации, в соответствии с поясняющими графическими материалами (схемами и таблицами).

На фиг.1 приведены зависимости количества воды, поступающей во взрывчатое вещество, и пористость смеси для характерных составов: 1 - гранулированная аммиачная селитра - мелкозернистый тротил; 2 - гранулированная аммиачная селитра - молотая аммиачная селитра; 3 - гранулированный тротил-молотая аммиачная селитра; 4 - гранулированная аммиачная селитра - 50%-ная смесь мелкозернистого тротила и молотой аммиачной селитры.

Все указанные смеси содержат 2% дизельного топлива. Зависимости 1-4 получены путем заливки в сухую смесь воды до заполнения ею всего объема по верхний уровень нерастворившегося остатка.

Зависимость 5 характеризует процесс водонаполнения состава при заполнении смеси водным раствором аммиачной селитры с концентрацией 50 мас.%. Зависимость 6 характеризует усредненную пористость приведенных составов. Она получена путем заполнения объема смесей высокотекучими веществами (спиртом или бензином), не растворяющими используемые компоненты.

На фиг. 2 приведены результаты водонаполнения смеси, мас.%: 60,0 гранулированной аммиачной селитры; 20,0 - мелкозернистой селитры; 20,0 -мелкозернистого тротила, в которую сверх указанного содержания добавлено 2,0% дизельного топлива и указанное на графике количество загущающего полуфабриката: кривая 1 - смесь камедей гуара и ксантана, а также структурирующего агента в соотношении масс. 1,0:0,95:0,05; кривая 2 - смесь камеди гуара и структурирующего агента в соотношении масс. соответственно 0,95:0,05; кривая 3 - смесь натриевой соли карбоксилметилцеллюлозы и структурирующего агента в соотношении 0,95:0,05.

На фиг. 3 изображена экспериментальная зависимость уплотнения заряда от высоты падения потока для взрывчатой смеси, мас.%: 60,0 гранулированной аммиачной селитры; 20,0 - мелкозернистого тротила; 20,0 - мелкозернистой селитры, содержащей сверх указанного количества 2,0 дизельного топлива.

Граница, разделяющая размеры крупнозернистых и мелкозернистых компонентов и равная 0,001 м, условна. Однако с ней связаны конкретные ограничения количества мелкозернистых веществ.

Нижняя граница размеров мелкозернистых веществ не устанавливается, так как по физическому смыслу приемлемы любые полидисперсные вещества с реально малыми размерами.

Верхняя граница крупнозернистых веществ принята исходя из сложившейся практики формирования составов сыпучих ВВ и, в частности, применения в них дробленых трубчатых порохов с реальными линейными размерами до 0,05 м.

Количественные соотношения мелкозернистых и крупнозернистых компонентов установлены с учетом характеристик процесса водонаполнения взрывчатого состава.

Известно, что эффективность действия заряда, наряду с энергетическими характеристиками взрывчатого вещества, зависит от его геометрических параметров. Компенсация изменения действия заряда при снижении его высоты за счет усадки в процессе водонаполнения осуществляется увеличением массы водонаполняемого взрывчатого вещества в пределах, обеспечивающих его конечную высоту между высотой сухого (неводонаполненного) заряда водонаполняемого взрывчатого вещества и его высотой после водонаполнения. Усадка указанного в заявляемом способе взрывчатого вещества зависит от содержания твердых компонентов мелких фракций, а также вида водосодержащей жидкости заполняющей заряд и составляет 0,5-35,0% (фиг.4). Усадка происходит в результате растворения растворимых компонентов, изменения сил сцепления между частицами и переупаковки твердого скелета взрывчатого вещества под воздействием веса вышележащих слоев столба взрывчатого вещества.

На фиг. 4 приведены экспериментальные зависимости усадки смеси, содержащей 2,0 об.% дизельного топлива, гранулированную и измельченную аммиачную селитру и измельченный тротил, в зависимости от содержания мелких фракций.

Цифрами обозначены: 1, 2 - наполнитель (вода), соответственно смесь гранулированной и измельченной селитр и смесь гранулированной селитры с измельченным тротилом; 3 - наполнитель (водный раствор аммиачной селитры, 55,0 мас.% и гуаровой камеди, 1,0 мас.%), смесь гранулированной и измельченной селитр.

Из приведенных графиков следует, что при малом содержании (объемная доля до 10%) мелкозернистых компонентов пористость и объемы жидкостей (воды, раствора селитры), заполняющих поры, при увеличении содержания этих компонентов изменяются незначительно. Это связано с обволакиванием крупнозернистых частиц мелкозернистыми в результате их прилипания.

При увеличении объемной доли мелкозернистых частиц до величины, большей 10%, резко снижается пористость смеси и, соответственно, количество заполняемой жидкости до минимальных значений, которые наблюдаются в диапазоне содержания мелкозернистых компонентов 25-50 об.%.

Далее, при увеличении объемного содержания мелкозернистых частиц более 50% резко возрастает пористость смесей и, соответственно, их водонаполнение. Для смесей, содержащих молотую селитру (зависимости 2, 3, 4, 5), характерно смещение минимума к большему содержанию мелкозернистых компонентов относительно минимума пористости веществ. У этих смесей он наблюдается соответственно при 45, 43 и 40% в отличие от минимума при 36% на зависимости для пористости.

Аналогичные результаты получены при экспериментальном исследовании закономерностей водонаполнения смесевых систем с различными компонентами. В качестве крупнозернистых испытывались в том числе и различные конверсионные взрывчатые вещества, например ТГ-40, ТГ-50/50, А9-1, А9-2, дробленые трубчатые и зерненые баллиститные и пироксилиновые пороха. В качестве мелкозернистых использовались в чистом виде и в виде смесей различные минеральные вещества - каолин, глина, твердые горючие - уголь, резина, пластмассы, легкие полые вещества, например перлит, стеклянные микросферы, унос-зола - отходы ТЭЦ, пенополистирол. При этом наблюдался существенный разброс значений минимального количества жидкости, поглощаемой смесью. Однако все наименьшие значения количества поглощенной жидкости соответствовали объемному содержанию мелкозернистых компонентов в пределах от 8,0 до 50,0%. Следует отметить, что мелкозернистые и крупнозернистые частицы могут быть одного размера, или нескольких размеров, или полидисперсными.

Использование смесей с объемным содержанием мелкозернистых компонентов, большим 50%, нецелесообразно, так как это приводит к увеличению количества заполняющей жидкости. Кроме того, ухудшаются технологические и экономические показатели смесей: ухудшается сыпучесть, повышается пыление, увеличиваются энергозатраты, а следовательно, и стоимость по процессам измельчения и перемешивания компонентов.

Быстрорастворимые вещества, например аммиачная селитра, растворяются в процессе проникновения воды в пустоты вещества. В результате пустоты заполняются не водой, а раствором быстрорастворимого вещества, в котором вода составляет только определенную часть. В итоге в объеме пустот располагается меньшее количество воды, чем при отсутствии быстрорастворимого компонента. При этом происходит переупаковка вещества под действием веса вышележащих слоев взрывчатого вещества, в процессе которой объем вещества, переходящего в раствор, замещается нерастворившимся веществом. В результате растворения крупнозернистых частиц объем пространства между нерастворившимися гранулами сохраняется неизменным или несколько снижается. При наличии мелкозернистых быстрорастворимых компонентов в результате более высокой скорости их растворения и насыщения образующегося раствора задерживается растворение и уменьшение в размерах более крупных частиц.

В результате этого растворившиеся частично более мелкие из крупнозернистых частиц занимают пустоты между крупными, уменьшая объем пространства, заполняемого раствором. Кроме того, не успевшие раствориться мелкозернистые частицы в свою очередь заполняют более мелкие пустоты в твердой фазе вещества, дополнительно уменьшая объем раствора.

В итоге, введение в состав взрывчатого вещества быстрорастворимых как крупнозернистых, так и мелкозернистых компонентов приводит к переупаковке твердой фазы вещества и заполнению межгранульного пространства раствором, снижая количество содержащейся в заряде воды. Более эффективная переупаковка происходит при наличии быстрорастворимых крупнозернистых и мелкозернистых компонентов.

Особенно эффективно наличие быстрорастворимых мелкозернистых компонентов в избыточном количестве, когда нерастворившегося остатка мелкозернистых частиц достаточно для заполнения межгранульного пространства крупнозернистых компонентов.

Нижняя рациональная граница содержания быстрорастворимого компонента определяется из условия сохранения "скелета" взрывчатой смеси, который при малом содержании мелких фракций базируется на крупнозернистых компонентах. Это условие исключает усадку столба заряда при его водонаполнении. Его можно записать в виде m_М m_pk_p, кг (1) где m_М - масса растворяемого мелкозернистого вещества, кг; m_p - масса раствора, кг; k_p - долевое содержание быстрорастворимого вещества в насыщенном водном растворе при температуре водонаполнения заряда.

Соответственно, относительное содержание быстрорастворимого мелкозернистого вещества равно где m_вв - масса водонаполняемого ВВ, кг.

С учетом m_p = V_пp, m_BB = V_BBBB, V_п = ПV_BB, где V_п, V_BB - объемы соответственно открытых пустот в объеме ВВ и взрывчатого вещества, м³; _p, _BB - плотности соответственно раствора и водонаполняемого ВВ, кг/м³; П - относительное содержание открытых пустот в объеме ВВ,%.

Из (2) получим При установлении верхней границы рационального содержания мелкозернистого быстрорастворимого вещества учтено, что минимальное количество жидкости в межгранульном пространстве соответствует наименьшей пористости вещества. Это достигается тогда, когда нерастворенный остаток мелкозернистого быстрорастворимого вещества заполняет открытые пустоты. Это второе условие, ограничивающее содержание этого вещества, записывается в виде m_pMm_pk_p+m_пМ, кг (4) где m_пМ - масса мелкозернистого быстрорастворимого вещества, которая может быть размещена в открытых пустотах, кг.

В качестве оценки m_пМ примем величину m_пM = V_пpM, кг, (5) где _pM - насыпная плотность мелкого быстрорастворимого вещества, кг/м³.

Из (4) и (5), раскрывая значения символов, получим В характерном случае для мелкозернистой аммиачной селитры П=26,0%, k_p= 0,58, Расчеты по формулам (4) и (6) определяют рациональный диапазон значений содержания селитры среди мелкозернистых компонентов М_пМ = (17,6-38,1) мас.%. Дополнительные расчеты указывают на то, что для реальных сочетаний компонентов целесообразным является диапазон содержания мелкозернистого быстрорастворимого компонента 15-40 мас.%.

Следует отметить, что формулы (4) и (6) сохраняют свое значение и при заполнении заряда не только водой, но и любой другой водосодержащей жидкостью, в том числе и раствором такого же быстрорастворяемого вещества.

При этом коэффициент k_p должен отражать не общую концентрацию вещества в растворе, а только часть мелкозернистого вещества, содержащегося в заполняемом взрывчатом веществе, перешедшего в раствор дополнительно.

Введение в заряд в составе взрывчатого вещества набухающего компонента и загущающего полуфабриката снижает усадку заряда и количество воды в нем. Набухающие вещества в процессе набухания компенсируют пространство, освобождающееся в процессе растворения растворимых компонентов, снижая его усадку. Кроме того, в случае нахождения заряда в воде при отсутствии герметичной оболочки или случайных проколов в ней набухшие компоненты препятствуют фильтрации воды внутри взрывчатого вещества, что снижает вынос растворимых и, особенно, мелких компонентов. Это в конечном итоге снижает количество воды, попадающей в заряд к моменту взрыва взрывчатого вещества.

На фиг.2 приведены результаты водонаполнения смеси, мас.%: 60,0 гранулированной аммиачной селитры; 20,0 - мелкозернистой селитры; 20,0 - мелкозернистого тротила, в которую сверх указанного содержания добавлено 2,0% дизельного топлива и указанное на графике количество загущающего полуфабриката: кривая 1 - смесь камедей гуара и ксантана, а также структурирующего агента в массовом соотношении 1,0:0,95:0,05; кривая 2 - смесь камеди гуара и структурирующего агента в массовом соотношении соответственно 0,95:0,05; кривая 3 - смесь натриевой соли карбоксилметилцеллюлозы и структурирующего агента в соотношении 0,95:0,05.

В качестве структурирующего агента использовано трехвалентное сернокислое железо.

Из приведенных результатов следует, что прямое резкое влияние загущающего полуфабриката начинается при его содержании более 1,0-1,5 мас.%. При этом увеличение его содержания приводит к полному блокированию поступления воды в заряд. Дополнительно влияние загущающего полуфабриката на процесс водонаполнения косвенно сказывается через замедление процесса фильтрации жидкости через заряд. Это влияние заметно при незначительном повышении вязкости заполняющей жидкости, которое происходит при применении распространенных загущающих веществ уже при содержании 0,5 мас.%. При этом аналогично влиянию набухающих компонентов происходит снижение усадки и степени водонаполнения заряда.

Наполнение заряда водосодержащими жидкостями в зависимости от их свойств и количества жидкости резко снижают растворяемость раствори