Пороховой взрывчатый состав и способ его изготовления

Пороховой взрывчатый состав и способ его изготовления

Реферат

 

Изобретение относится к пороховым взрывчатым составам на основе утилизируемых бездымных порохов, взрывчатых веществ типа гексоген и октоген. Согласно изобретению, пороховой взрывчатый состав содержит бездымный пироксилиновый или баллиститный артиллерийский порох, или бездымное ракетное твердое топливо с размером частиц до 50 мм, или их смесь в любом соотношении, порошкообразный гексоген или октоген, или их смесь, насыщенный водный или водно-гликолевый раствор аммиачной селитры, или смесь раствора аммиачной селитры с жидким нефтепродуктом и поверхностно-активное вещество - смачиватель. Предложен способ изготовления порохового взрывчатого состава, включающий обработку двухосновного топлива флегматизатором и смешение его с флегматизированным сенсибилизатором. Изобретение направлено на создание порохового взрывчатого состава повышенной эффективности, безопасного при изготовлении, транспортировании и применении, обеспечивающего формирование сплошной колонки заряда взрывчатого вещества в обводненной скважине, снижение критического диаметра детонации открытого заряда и расширение области использования. 2 с. и 9.з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к водоустойчивым пороховым взрывчатым составам (ВС) на основе утилизируемых бездымных порохов, взрывчатых веществ типа гексоген или октоген или их смеси и способу их изготовления для использования в качестве промышленных взрывчатых веществ (ВВ).

Проблема утилизации снимаемых с вооружения бездымных порохов и топлив, взрывчатых веществ весьма актуальна, но довольно сложна. Сжигание их экономически нецелесообразно, так как при этом безвозвратно уничтожаются материальные ценности, а также наносится экологический вред окружающей среде.

Наиболее целесообразным направлением утилизации бездымных порохов и топлив, взрывчатых веществ является использование их в качестве промышленных взрывчатых веществ для ведения взрывных работ скважинными зарядами на земной поверхности.

Бездымные пороха изготавливаются на основе нитратов целлюлозы с различными пластификаторами. Различают нитроглицериновые (баллиститы) и пироксилиновые бездымные пороха (Советский энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983, с. 119). По своему назначению бездымные пороха делятся на артиллерийские и ракетные.

Бездымные пороха, как артиллерийские пироксилиновые и баллиститные, так и баллиститные ракетные твердые топлива отличаются большим разнообразием по составу, габаритно-массовым характеристикам, чувствительности к механическим воздействиям (удару, трению), чувствительности к детонационному импульсу, энергетическим параметрам.

В качестве взрывчатых веществ, предназначенных к утилизации, относятся октоген и гексоген длительного хранения. Высокая чувствительность гексогена и октогена к механическим воздействиям (удару, трению), высокая электризуемость не позволяют использовать их в качестве промышленных ВВ без ввода флегматизаторов.

Известны пороховые взрывчатые составы на основе бездымных пироксилиновых, артиллерийских баллиститных порохов, баллиститных ракетных твердых топлив, их смесей (патенты России №№2130446, 1810321, 2026274, 2026275, 2021239,2099396, 2074160, 2092473, 2046117, 2176632 и другие, патенты США №№3235425, 4555276, 5445690). Пороховые взрывчатые составы и методы утилизации порохов и топлив касались марок и типоразмеров утилизируемых порохов и топлив, имевших определенные значения характеристик по чувствительности к детонационному импульсу (критическое давление возбуждения детонации, критический диаметр детонации, расстояние передачи детонации). При этом пороха и топлива или обрабатывались флегматизатором (жидким нефтепродуктом, водой, водными растворами неорганического окислителя), или вводился сенсибилизатор в виде тротила, оксидов и солей тяжелых металлов, или одновременно использовались флегматизатор и сенсибилизатор в зависимости от чувствительности к детонационному импульсу и механическим воздействиям.

Известен пороховой взрывчатый состав (патент России №2086524), включающий, мас.%,: двухосновное топливо 20,0-99,8, сенсибилизатор 0,02-75,0, флегматизатор остальное, принятый авторами за прототип.

Взрывчатый состав - прототип в качестве сенсибилизатора содержит одноосновное топливо, или гексоген, или октоген, или алюминий, или алюминиево-магниевый сплав, или оксиды и соли металлов, или многокомпонентную смесь; в качестве флегматизатора - индустриальное или приборное масло, или его смесь с аммиачной селитрой, или многокомпонентную смесь.

Недостатком состава - прототипа является высокий критический диаметр детонации открытого заряда (90-130 мм), что не позволяет использовать его для заряжания скважин диаметром менее 150 мм. Взрывчатый состав-прототип, содержащий гексоген или октоген, непригоден для заряжания обводненных скважин из-за образования пробок на поверхности воды в скважине (из-за плохой смачиваемости гексогена), высокой взрывоопасности вследствие повышенной чувствительности к механическим воздействиям - удару и трению, электризуемости и накопления зарядов статического электричества в процессе изготовления, транспортирования, хранения и применения.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности порохового взрывчатого состава за счет повышения безопасности изготовления, транспортирования и применения, снижения критического диаметра детонации открытого заряда, обеспечения формирования сплошной колонки заряда ВВ в обводненной скважине однородного по составу и постоянной насыпной плотности, расширения области использования ВС для взрывания скважин различного диаметра и расширения сырьевой базы с увеличением ассортимента выпуска ВВ.

Задача была решена созданием сыпучего водоустойчивого порохового взрывчатого состава, содержащего в качестве двухосновного топлива бездымные пироксилиновый порох, или баллиститный артиллерийский порох, или баллиститное ракетное твердое топливо с размером частиц до 50 мм, или их смесь в любом соотношении, в качестве сенсибилизатора - порошкообразный гексоген или октоген, или их смесь, в качестве флегматизатора - насыщенный водный или водно-гликолевый раствор аммиачной селитры или смесь раствора аммиачной селитры с жидким нефтепродуктом в соотношении 12:1 - 84:1 и поверхностно-активное вещество, при следующем соотношении компонентов, мас.%: бездымный пироксилиновый или бездымный баллиститный артиллерийский пороха, или бездымное баллиститное ракетное твердое топливо с размером частиц до 50 мм, или их смесь в любом соотношении 56,0-20,0; порошкообразный гексоген или октоген, или их смесь 30,0-68,5; насыщенный водный или водно-гликолевый раствор аммиачной селитры или смесь раствора аммиачной селитры с жидким нефтепродуктом в соотношении 12:1 - 84:1 10,0-14,0; поверхностно-активное вещество–смачиватель 0,005-1,5.

Заявляемый пороховой ВС в качестве бездымного пироксилинового пороха содержит зерненый, или трубчатый, или пластинчатый, или сферический порох всех марок и типоразмеров, или измельченный с размером частиц до 50 мм, или их смесь; в качестве бездымного баллиститного артиллерийского пороха содержит трубчатый, или сферический, или ленточный, или пластинчатый всех марок и типоразмеров, или измельченный до 50 мм, или бездымное баллиститное ракетное твердое топливо с размером частиц до 50 мм, или их смесь в любом соотношении, флегматизированные водным или водно-гликолевым раствором аммиачной селитры, или жидким нефтепродуктом.

Выбор компонентов и их соотношение в заявляемом пороховом взрывчатом составе обуславливается следующими факторами.

Размеры частиц (элементов) бездымного пороха (топлива) в десятки и сотни раз превосходят размеры частиц порошкообразного гексогена или октогена. Пороховой взрывчатый состав и колонка скважинного заряда из него будут однородными по компонентному составу и насыпной плотности только в том случае, когда все пустоты между элементами бездымного пороха или бездымного баллиститного ракетного твердого топлива будут заполнены высокодисперсным порошкообразным гексогеном или октогеном, или их смесью. Соотношение между бездымным порохом или бездымным топливом и гексогеном или октогеном, или их смесью выбиралось путем расчета объемно-плотностных характеристик указанной смеси в зависимости от размеров пороховых элементов с последующей экспериментальной проверкой (Меньшиков Б.А. К расчету плотности и пустотности смесей гранулированных материалов. Сб. “Взрывное дело”, №74/31. - М.: Недра, 197).

Известно, что воздушно-сухой высокодисперсный гексоген или октоген или их смесь плохо смачивается водой и, несмотря на высокий удельный вес (1,8 г/см³), очень долго не тонет в воде и поэтому при заряжании обводненных скважин зависает в устье скважин. Использование гексогена или октогена или их смеси как компонента сыпучего промышленного ВВ возможно только после предварительной обработки их поверхности смачивателем. В качестве смачивателя выбран насыщенный водный или водно-гликолевый раствор аммиачной селитры с поверхностно-активным веществом (ПАВ). Одновременно раствор аммиачной селитры снижает электризацию гексогена или октогена и бездымного пороха, или бездымного баллиститного ракетного твердого топлива, снижает их чувствительность к механическим воздействиям, что позволяет безопасно осуществлять изготовление, хранение, транспортирование и применение ВС на основе бездымных порохов или бездымных топлив и гексогена, или октогена, или их смеси. Заявляемое количество раствора аммиачной селитры выбрано из условия обеспечения сыпучести, предотвращения слеживаемости порохового взрывчатого состава в процессе хранения, транспортирования и заряжания скважин. Для предотвращения смерзаемости при работе в зимнее время в качестве флегматизатора-смачивателя используется водно-гликолевый раствор аммиачной селитры с ПАВ.

При использовании ряда марок и типоразмеров бездымных пироксилиновых, баллиститных артиллерийских порохов, бездымных высокоэнергетических баллиститных ракетных твердых топлив (пластинчатых, сферических, мелкозернистых, ленточных) поверхность элементов может флегматизироваться жидким нефтепродуктом, а затем дополнительно обрабатываться раствором аммиачной селитры.

В качестве гексогена может использоваться хранящийся на базах флегматизированный церезином или парафином гексоген после обработки его насыщенным водным или водно-гликолевым раствором аммиачной селитры, содержащим ПАВ.

В качестве бездымного пороха в заявляемом пороховом ВС могут использоваться пороховые взрывчатые составы, состоящие из зерненых бездымных пироксилиновых порохов, гранулированных бездымных баллиститных ракетных твердых топлив, гранулированных бездымных баллиститных артиллерийских порохов или их смесей, флегматизированных по поверхности пороховых элементов жидким нефтепродуктом (гранипоры марок ФМ, БП, БМ и др.).

Известен способ изготовления пороховых взрывчатых составов, включающий обработку порохов и топлив флегматизатором, смешение с сенсибилизатором, упаковку готового ВВ, принятый авторами за прототип к предлагаемому способу изготовления.

Предлагаемый способ заключается в том, что предварительно производят обработку сенсибилизатора - гексогена или октогена, или их смеси (0,85-0,80) частями или всем количеством водного или водно-гликолевого раствора аммиачной селитры с поверхностно-активным веществом при перемешивании до полного смачивания высокодисперсного порошка; бездымный порох или бездымное ракетное топливо обрабатываются 0,20-0,15 частями этого же раствора аммиачной селитры или жидким нефтепродуктом, или жидким нефтепродуктом и раствором аммиачной селитры до равномерного распределения жидкого флегматизатора по поверхности пороховых элементов; смешение осуществляют в мерной емкости, например транспортной единичной упаковке, путем засыпки сначала навески флегматизированного бездымного пороха или бездымного ракетного топлива, затем навески флегматизированного гексогена или октогена, которые под действием собственного веса заполняют пустоты между пороховыми элементами с образованием однородного состава; открытый торец упаковки зашивают или клипсуют для предотвращения перемещения составляющих ВС в процессе транспортирования и хранения.

Предлагаемый способ изготовления порохового взрывчатого состава может осуществляться как на предприятиях-изготовителях ВВ, так и на местах ведения взрывных работ в процессе заряжания скважин путем поочередной загрузки в заряжаемые скважины расчетных порций флегматизированного бездымного пороха и флегматизированного гексогена или октогена, или их смеси.

Предлагаемый порядок загрузки флегматизированных бездымных порохов (или флегматизированного бездымного ракетного топлива) и порошкообразного гексогена или октогена, или их смеси в единичные транспортные упаковки или заряжаемые скважины позволяет получать ВС с однородным распределением компонентов. Бездымные артиллерийские пороха и ряд марок бездымных баллиститных ракетных твердых топлив имеют низкую чувствительность к механическим воздействиям, пониженную склонность к накоплению зарядов статического электричества, поэтому их можно использовать в качестве компонентов пороховых взрывчатых составов без предварительной обработки поверхности флегматизатором.

В таблице приведены примеры пороховых взрывчатых составов, включающих разные виды бездымных порохов, бездымных баллиститных ракетных твердых топлив и способ их изготовления.

Как следует из таблицы, заявляемый состав превосходит прототип по уровню характеристик и обеспечивает основной технический результат изобретения.

Более низкий критический диаметр детонации открытого заряда позволяет использовать его для заряжания скважин любых диаметров.

Обработка гексогена или октогена насыщенным раствором АС с поверхностно-активным веществом (смачивателем) обеспечивает сохранение сыпучести в течение гарантийного срока хранения и потопляемости при заряжании обводненных скважин без образования пробок и зависаний.

Выбранное процентное соотношение между содержанием гексогена или октогена, или их смеси и бездымного пороха позволяет использовать все типы ракетных топлив и бездымных порохов - пироксилиновых всех марок и типоразмеров, баллиститных артиллерийских всех марок и типоразмеров, любые марки бездымных баллиститных ракетных твердых топлив, измельченных до размера частиц до 50 мм, а также их смеси в любом соотношении, что позволяет компоновать пороховые взрывчатые составы с широким спектром энергетических характеристик в зависимости от крепости взрываемых пород.

Предлагаемый способ изготовления позволяет изготавливать ВС с однородным распределением компонентов и формировать колонку заряда постоянного состава и насыпной плотности.

Изготовленные составы (примеры 1-4) были испытаны с положительными результатами при ведении взрывных работ на земной поверхности при отбойке горных пород с коэффициентом крепости по шкале М.М.Протодъяконова до 20 (до XI группы по классификации СНиП) при температуре окружающей среды от минус 50 до плюс 40С.

Пороховой взрывчатый состав примера №1 изготавливался также на предприятии, ведущем взрывные работы, в процессе заряжания обводненных скважин путем поочередного загрузки флегматизированного бездымного пироксилинового пороха и флегматизированного гексогена. Осложнений при изготовлении не наблюдалось. Результаты взрыва по выходу горной массы, качеству дробления, проработке подошвы уступа положительные.

Формула изобретения

1. Пороховой взрывчатый состав, включающий двухосновное топливо, сенсибилизатор и флегматизатор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поверхностно-активное вещество-смачиватель, а в качестве двухосновного топлива он содержит бездымный пироксилиновый или баллиститный артиллерийский порох, или бездымное баллиститное ракетное твердое топливо с размером частиц до 50 мм, или их смесь в любом соотношении, в качестве сенсибилизатора - порошкообразный гексоген, или октоген, или их смесь, в качестве флегматизатора - насыщенный водный или водно-гликолевый раствор аммиачной селитры или смесь раствора аммиачной селитры с жидким нефтепродуктом в соотношении от 12:1 до 84:1 при следующем содержании компонентов, мас.%:

Бездымный пироксилиновый или баллиститный

артиллерийский порох, или бездымное ракетное

твердое топливо с размером частиц до 50 мм,

или их смесь в любом соотношении 56-20

Порошкообразный гексоген, или октоген, или их смесь 30-68,5

Насыщенный водный или водно-гликолевый раствор

аммиачной селитры или смесь раствора аммиачной

селитры с жидким нефтепродуктом

в соотношении от 12:1 до 84:1 10-14

Поверхностно-активное вещество–смачиватель 0,005-1,5

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве бездымного пироксилинового пороха он содержит зерненый, или трубчатый, или пластинчатый, или сферический всех марок и типоразмеров порох, или измельченный до 50 мм трубчатый порох, или их смесь.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве бездымного баллиститного артиллерийского пороха он содержит трубчатый или сферический всех марок и типоразмеров порох, или измельченный до 50 мм трубчатый порох, или их смесь.

4. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве бездымного баллиститного ракетного твердого топлива он содержит измельченные до 50 мм частицы топлив всех марок.

5. Состав по п.1, отличающийся тем, что он содержит флегматизированный по поверхности бездымный пироксилиновый или баллиститный артиллерийский порох, или флегматизированное по поверхности бездымное баллиститное ракетное твердое топливо, или их смесь в виде пороховых взрывчатых составов, например гранипоров.

6. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве гексогена он содержит утилизируемый флегматизированный гексоген.

7. Состав по п.1, отличающийся тем, что поверхностно-активное вещество введено совместно с водным или водно-гликолевым раствором аммиачной селитры.

8. Состав по п.1, отличающийся тем, что водный или водно-гликолевый раствор аммиачной селитры содержит 0,5-5 мас.% загустителя.

9. Способ изготовления порохового взрывчатого состава, включающий обработку двухосновного топлива флегматизатором и смешение со сенсибилизатором, отличающийся тем, что предварительно производят обработку сенсибилизатора флегматизатором с поверхностно-активным веществом-смачивателем при перемешивании, при этом в качестве флегматизатора используют 0,85-0,8 частей или все количество насыщенного водного или водно-гликолевого раствора аммиачной селитры, а в качестве сенсибилизатора - гексоген, или октоген, или их смесь, обработку двухосновного топлива флегматизатором проводят с поверхностно-активным веществом-смачивателем, при этом в качестве флегматизатора используют 0,15-0,2 частей насыщенного водного или водно-гликолевого раствора аммиачной селитры или жидкий нефтепродукт и раствор аммиачной селитры, а в качестве двухосновного топлива используют бездымный пироксилиновый или баллиститный артиллерийский порох или бездымное баллиститное ракетное твердое топливо с размером частиц до 50 мм, затем смешивают флегматизированное двухосновное топливо и флегматизированный сенсибилизатор в емкости путем засыпки в емкость сначала навески флегматизированного двухосновного топлива, затем навески флегматизированного сенсибилизатора.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве емкости используют единичную транспортную упаковку, открытый торец которой зашивают или клипсуют.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что флегматизированное двухосновное топливо и флегматизированный сенсибилизатор смешивают непосредственно в скважинах в процессе их заряжания.