Составы взрывчатых смесей и способы их изготовления

Составы взрывчатых смесей и способы их изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретения относятся к области взрывных работ, а именно к промышленным взрывчатым веществам, их составам и способам изготовления. Группа изобретений может быть использована при изготовлении гранулированных и водонаполненных взрывчатых веществ, как технические инновационные решения геотехнологий, для ведения взрывных работ в горнодобывающей промышленности и строительстве.

Изобретения направлены на создание высокоэффективных и дешевых взрывчатых составов при заряжании сухих и осушенных скважин и шпуров.

Формирование гранулированных взрывчатых смесей осуществляется из компонентов, содержащих избыток кислорода (как правило, аммиачной селитры) и горючих жидких и твердых добавок (жидкие нефтепродукты, порошки угля, древесной муки и другое). Известны сыпучие гранулированные ВВ (гранулиты и граммониты), изготовленные путем механического смешивания /1, 2/.

Гладкая (плотная, не пористая) аммиачная селитра в смеси с жидким или твердым горючим или их смесью являются самыми дешевыми источниками энергии взрыва. Недостатком системы, состоящей из аммиачной селитры и дизельного топлива, является потеря детонационной способности под воздействием воды и миграция жидкого горючего при использовании гладкой и плотной аммиачной селитры ГОСТ 2-85. Недостаток устраняется за счет применения более дорогой пористой аммиачной селитры, имеющей удерживающую способность 6%, а также путем добавления (опудривания) селитры тонкодисперсными твердыми горючими добавками (древесной мукой, алюминиевой пудрой, угольным порошком или карбамидом /3/). Для повышения энергетической насыщенности составов добавляют взрывчатые вещества, в частности чешуированный тротил, гексоген, динитронафталин.

Технология изготовления известных гранулированных взрывчатых веществ заключается в том, что при приготовлении ВВ осуществляется смешивание гранулированной аммиачной селитры с сыпучими компонентами механическим способом с последующим смешением с жидкими компонентами. Известен также способ приготовления взрывчатых веществ (А.с. №136654, МКИ СО6В 21/00,1961 г.), по которому гранулы селитры сначала обрабатывают жидким горючим, а затем покрывают порошкообразным горючим материалом, например, алюминиевой пудрой. Гранулы аммиачной селитры имеют размер 0,5-3 мм. Распределение горючего в такой смеси в значительной степени не однородно. Для повышения эффективности использования гладкой и плотной аммиачной селитры в ряде изобретений предлагается подвергать ее нагреву выше 32,3°С (патент Польши №95331 от 12.09.74) или воздействию ультразвука (RU 0002262498 20/10/2005), что требует дополнительных затрат и оборудования, существенно усложняющих и удорожающих процессы изготовления смесевых промышленных взрывчатых веществ. В патенте RU 2138009 20.09.1999 жидкую горючую добавку вводят в нагретую селитру, а готовую смесь охлаждают до температуры ниже 32,3°С или до температуры окружающей среды. В патенте RU 002262498 способ приготовления промышленного взрывчатого вещества на основе аммиачной селитры предусматривает смешение и пропитку гранул аммиачной селитры жидким горючим в сплошной суспензионной фазе и последующий отжим пропитанных жидким горючим гранул аммиачной селитры от избытка жидкого горючего.

Формирование пор в гранулах аммиачной селитры в настоящее время производится в заводских условиях в процессе ее изготовления путем ввода в плав различных вспенивающих компонентов. Получаемая таким образом аммиачная селитра значительно (на 30%) дороже гладкой аммиачной селитры и имеет меньшую насыпную массу. Применение ее для формирования простейших взрывчатых смесей приводит к значительному удорожанию получаемых на местах производства взрывчатых веществ и снижению энергетической насыщенности скважинных зарядов. В патенте РФ №2205167 (МПК СО6В 31/28 от 27.05.2003 г.) предложено формировать промышленные взрывчатые вещества на основе окислителя, гранулы которого содержат полые микросферы.

В патенте RU 2354635 для увеличения восприимчивости промышленных взрывчатых веществ к инициирующему импульсу и увеличения полноты взрывчатого превращения предлагается использовать магнитоимпульсную обработку, обеспечивающую рост плотности дислокаций в кристаллической структуре аммиачной селитры.

Для формирования водонаполненных водоустойчивых составов производят смешивание смеси АС+ДТ с обратной эмульсией типа вода в масле, предназначенной для изготовления эмульсионных взрывчатых веществ /4/, патент RU 2231515 С2. В зависимости от свойств и назначения водонаполненных ВВ, составы ВВ готовятся раздельно. С целью повышения водоустойчивости, получают водосодержащее ПВВ путем смешения гранулированного ВВ с обратной эмульсией. Смесь гладкой и пористой аммиачной селитры позволяет снизить себестоимость изготовления ВВ и сохранить на приемлемом уровне стабильность и чувствительность гранулированных ВВ /4/.

Широко известно смесевое, гранулированное взрывчатое вещество гранулит-игданит, которое представляет собой механическую смесь гладкой гранулированной аммиачной селитры с дизельным топливом. Игданит предназначен для ведения взрывных работ при механизированном заряжании сухих и осушенных шпуров, скважин и камер на открытых и подземных горных работах, не опасных по газу и пыли. Изготавливают игданит на стационарных пунктах, расположенных вблизи мест проведения взрывных работ или с применением смесительно-зарядных машин непосредственно в процессе заряжания скважин. Содержание дизельного топлива по техническим условиям ТУ 7276-01-04683349-96 регламентируется величиной 5,5±0,5%. Критический диаметр детонации составляет 120-160 мм. Скорость детонации в скважинах диаметром 130,150 и 200 мм составляет соответственно 2,35, 2,63 и 3,03 км/сек. В скважине игданит со временем расслаивается, т.к. используемая в настоящее время во взрывчатых составах гладкая гранулированная аммиачная селитра ГОСТ 2-85 способна удержать небольшое количество жидкого нефтепродукта (от 0,6-1,5%). Часть дизельного топлива стекает в нижние слои заряда и флегматизирует его. При этом нарушается соотношение окислителя и горючего, что приводит к снижению фактической работоспособности смесей АС/ДТ и существенному ухудшению экологических последствий взрывных работ. Таким образом, недостатками гранулита-игданита является значительный критический диаметр детонации и нестабильность состава, что приводит к значительным потерям фактической работоспособности и снижает эффективность его применения в скважинах среднего и малого диаметра /3/.

При изготовлении взрывчатого вещества гранулит С-2 с целью устранения указанных выше недостатков в состав вводится древесная мука в количестве 3,0%. Содержание масла минерального и гранулированной аммиачной селитры составляет соответственно 4,2 мас % и 92,8%. Недостатками состава является относительно низкая детонационная способность, высокий критический диаметр детонации (120-140 мм в бумажной оболочке) и непригодность к пневматическому заряжанию в результате отслаивания и уноса из заряда древесной муки.

Известен взрывчатый состав гранулит М, а также гранулированные взрывчатые вещества гранулит НП и гранулит УП, не содержащие тротил. Гранулит М представляет собой стехиометрическую смесь аммиачной селитры и минерального масла (5,5%). При этом стоимость гранулита М примерно в 1,3 раза выше стоимости игданита /3/ за счет использования пористой аммиачной селитры (ТУ-2143-036-002037889-2003), которая в значительной степени дороже гладкой аммиачной селитры ГОСТ 2-85.

Гранулит НП (ТУ 727680-001-00173901-94) представляет собой механическую смесь гранулированной аммиачной селитры с жидким нефтепродуктом. В качестве нефтепродукта в гранулите НП используют смесь, приготовленную из нефтепродуктов, отработанных групп ММО и МКО, моторных масел, индустриальные масла и дизельное топливо. Критический диаметр детонации составляет 120-160 мм.

В патенте №2216529 с целью снижения пыления при пневмозаряжании в подземных условиях предложен состав, обладающий высокой детонационной способностью, содержащий гранулированную аммиачную селитру (85,0-93,0%) и горючую добавку - смесь динитротолуола (ДНТ) и минерального масла или дизельного топлива (7,0-15,0%).

Гранулиты УП имеют три разновидности, отличающиеся компонентным составом и свойствами. Гранулиты УП относятся к промышленным взрывчатым веществам 1 класса и предназначены для заряжания сухих скважин при ведении открытых горных работ в горных породах средней крепости. Допустимое время нахождения заряда в скважине - до 15 суток /3/. Наиболее широко используемый в практике взрывных работ гранулит УП-1 представляет собой механическую смесь угольного порошка, жидкого нефтепродукта и гранулированной аммиачной селитры. Введение в состав мелкодисперстного угольного порошка позволяет повысить физическую стабильность ВВ. Критический диаметр детонации составляет более 160 мм.

Известно также сыпучее гранулированное промышленное вещество 1 класса гранулит НК (ТУ 727680000-005-05608605-95), которое представляет собой механическую смесь плотной гранулированной аммиачной селитры ГОСТ-2-85 с приллированным гранулированным карбамидом марок А и Б по ГОСТ 2081-92 и нефтепродуктом. Гранулит НК предназначен для ведения взрывных работ на открытых горных работах и заряжания сухих скважин диаметром более 100 мм. и изготавливается на местах применения на стационарных пунктах изготовления или с помощью передвижных установок и устройств. Известны также взрывчатые вещества 11 класса: гранулиты АС-4 и АС-8, содержащие в своем составе алюминиевую пудру в количестве 4% и 8% соответственно. Скорость детонации гранулитов: 3,0-3,6 км/с. Критический диаметр детонации открытого заряда: 80-100 мм. Гранулиты АС-4 и АС-8 физически стабильны, однако стоимость их велика за счет использования значительного количества дорогостоящего алюминиевого порошка. На практике, при изготовлении гранулитов, содержащих алюминиевый порошок или пудру, эффективность их применения значительно ниже расчетного из-за несоблюдения условий хранения и технологии применения высокодисперсного алюминия в чистом виде, который подвержен быстрому окислению и превращению его в инертную добавку.

Общим недостатком гранулитов, содержащих дизельное топливо в качестве горючего, является наличие запаха и значительное содержание вредных паров углеводородов в забое при ведении подземных горных работ. Недостатком известных составов, содержащих алюминиевый порошок, является высокая стоимость, низкая скорость детонации и пыление при заряжании.

Известны также гранулированные сыпучие взрывчатые вещества, содержащие тротил: граммонит 79/21 и составы ВВ, заявленные в патентах RU 2144016 С1, 10.01.2000, RU 2128156 С1, 27.03.1999. US 3361603, 02.01.1968, US 3819429, 25.06.1974, DE 2605632, 16.03.1978, РФ №2130447, РФ №2263653.

Граммонит 79/21 представляет собой смесь гранулированной гладкой аммиачной селитры и чешуированного или гранулированного тротила в количестве 21%. Чувствительность к удару граммонита 79/21 составляет 12-24%, а критический диаметр детонации в бумажной оболочке 60 мм. Скорость детонации в зарядах 100 мм по данным исследований составляет 2,33-3,19-3,6 км/с. Недостатком гранулита 79/21 является значительный уровень пыления и стоимость из-за высокого содержания дорогостоящего тротила.

В патенте RU 2144016 С1, 10.01.2000 взрывчатый состав содержит чешуированный тротил 4,4-5,6 мас.%, угольный порошок 2,2-3,8 мас.%, дизельное топливо 1,1-1,9 мас.%, гранулированную аммиачную селитру -остальное до 100 мас.%. В патенте РФ №2219151, 04.06.2001 предложен взрывчатый состав, содержащий жидкий нефтепродукт, угольный порошок, чешуированный или гранулированный тротил и гранулированную аммиачную селитру, в котором суммарное количество жидкого нефтепродукта и угольного порошка находится в пределах 2,0-4,5 мас.%.

Недостатком таких составов является флегматизация чешуированного тротила при соприкосновении с жидким нефтепродуктом, что снижает фактические энергетические характеристики взрывчатых составов в целом и не позволяет применить их эффективно на крепких породах, особенно в обводненных скважинах. Горючее и окислитель в этих составах существуют раздельно, и смешение компонентов взрывчатой смеси в процессе детонации требует дополнительного времени и затрат энергии.

Наиболее близким аналогом изобретения является взрывчатый состав по патенту №2231515 (2001 г.), состоящий из окислителя - смеси пористой и плотной гранулированной аммиачной селитры в соотношении от 1:4 до 4:1 и добавок горючих компонентов в количестве 2-23 мас.%. Изменение соотношения плотной и пористой аммиачной селитры позволяет регулировать плотность взрывчатой смеси и обеспечивает приемлемую ее стабильность за счет наличия некоторого количества пористой селитры. Состав может дополнительно содержать обратную эмульсию для изготовления водонаполненных взрывчатых веществ в количестве 25-75 мас.%. При этом состав взрывчатой смеси получают путем одновременного механического смешения всех компонентов. Водоустойчивый состав приготавливают путем смешения приготовленной смеси с обратной эмульсией в количестве 25-75 мас.%.

Недостатком наиболее близкого аналога и перечисленных выше решений является недостаточная однородность, равномерность смешения компонентов и площадь контакта топлива, окислителя и энергетических сенсибилизирующих добавок. Дизельное топливо и нефтепродукты, твердые порошкообразные энергетические добавки, сенсибилизаторы (угольный порошок и алюминиевая пудра, гранулы тротила и другие взрывчатые вещества) не проникают внутрь гранул, а располагаются на их поверхности при использовании гладкой селитры и пористой селитры отечественного производства, что приводит к снижению фактических показателей полноты и кинетики протекания химических реакций. И поэтому, для достижения приемлемых фактических взрывчатых характеристик, составы известных промышленных взрывчатых веществ содержат значительную долю дорогостоящих энергетических взрывчатых и невзрывчатых добавок.

Общими недостатками перечисленных выше гранулированных сыпучих промышленных взрывчатых веществ, содержащих тротил, является пыление при ведении взрывных работ в подземных условиях, высокие стоимостные показатели производства, недостаточный уровень полноты выделения энергии при детонации (вследствие неоднородности смеси и невысокой площади соприкосновения жидкого топлива и окислителя, сенсибилизатора), низкая санитарная и промышленная безопасность, значительные объемы выбросов ядовитых газов и невозможность оперативного регулирования взрывчатыми характеристиками детонационных систем.

Предлагаемый состав и способ его изготовления позволяют устранить указанные выше недостатки перечисленных выше известных решений.

Технической задачей изобретения является получение высокоэффективных, более безопасных в применении промышленных взрывчатых составов, обладающих более высокой полнотой химических превращений в зарядах среднего и малого диаметра, не требующих мощных промежуточных детонаторов, способы изготовления которых позволяют оперативно регулировать взрывчатые характеристики зарядов, использование которых возможно как в сухих, осушенных скважинах, так и в обводненных скважинах при заряжании в полиэтиленовые рукава.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет:

- создания новой структуры взрывчатого вещества путем использования помимо дизельного топлива прямой водно-углеводородной эмульсии, образующей поры и трещины в гранулах аммиачной селитры, поризующей гранулы селитры в процессе смешения, хранения и заряжания взрывчатых смесей, увеличивая равномерность перемешивания и площади соприкосновения топлива, окислителя и сенсибилизирующих добавок, удерживающую способность плотной аммиачной селитры;

- снижения вязкости и повышения проникающей способности топливной составляющей за счет формирования ее микродисперсной структуры;

- совмещения операций смешения компонентов взрывчатых смесей при любой температуре окружающей среды, их хранения и заряжания с процессом формирования пор в гранулах окислителя - аммиачной селитры, обеспечивая снижение стоимости производства взрывчатых веществ, повышение их стабильности и полноты химических превращений, снижения критического диаметра детонации и экологических последствий взрывных работ;

Для достижения технического результата при изготовлении взрывчатого состава, содержащего аммиачную селитру и углеводородное горючее, аммиачную селитру предварительно смешивали с прямой водно-углеводородной поризующей эмульсией при следующем содержании компонентов в мас.%:

эмульсия	3,0
углеводородное горючее	3,5
аммиачная селитра	остальное.

Технология изготовления взрывчатого состава предусматривала смешение аммиачной селитры с прямой водно-углеводородной поризующей эмульсией, предварительно полученной путем смешения жидких компонентов и дополнительного диспергирования с использованием ультразвукового воздействия, и с углеводородным горючим. Для изготовления поризующей эмульсии использовали эмульгатор-катализатор на основе третичных аминов в количестве 2,5-5%. Содержание воды составляло от 35% до 50%. Остальное углеводородное горючее с катализаторами, сенсибилизаторами и энергетическими добавками. Применяемые составы эмульсии обеспечивали получение высокодисперсных устойчивых во времени смесей и повышение кислородного баланса взрывчатого вещества, возможность применения эмульсии при отрицательных температурах окружающей среды. При массовых взрывах в процессе применения в производственных условиях полностью отсутствовало выделение продуктов детонации желтого цвета, содержащих значительное количество вредных газов.

При этом изготавливали взрывчатые составы, содержащие как пористую гранулированную аммиачную селитру или гладкую более дешевую аммиачную селитру, так и их смесь, а также составы, в которых в качестве углеводородного горючего содержалась смесь дизельного топлива и вязких нефтепродуктов в соотношении от 1/5 до 5/1. В качестве нефтепродуктов использовали индустриальное отработанное сланцевое масло, печное топливо. Для повышения энергетической насыщенности взрывчатых смесей, их фугасного и дробящего действия, параметров зоны контролируемого дробления в эмульсию дополнительно вводили горючие порошкообразные энергетические добавки, например алюминиевую пудру в количестве 0,4-1,0%, угольный порошок в количестве 0,5-3,4% или технический углерод, торф, порошок кремния или ферросилиция или их смесь.

Для повышения кислородного баланса, скорости и полноты детонации в эмульсию дополнительно вводили хлорсодержащий органический сенсибилизатор, например дихлорэтилен, трихлорэтилен, хлорбензол с растворителем, таким как спирт, кетоны с короткими алкильными группами. Для увеличения работоспособности взрывчатой смеси также применяли эмульсию, дополнительно содержащую диэтиламин и/или нитроалканы в количестве от 0,1 до 0,3 мас.%, имеющие формулу R-NO₂, где R есть низшая алкильная группа: метил, изопропил.

В процессе экспериментальных работ с целью изучения возможностей оперативного управления взрывчатыми и реологическими свойствами средств взрывного разрушения горных пород были применены различные способы формирования взрывчатых смесей на основе предварительно изготовленной поризующей водно-углеводородной эмульсии на основе третичных аминов, отличающиеся:

- использованием только гранулированной гладкой или пористой аммиачной селитры или их смеси;

- применением углеводородного горючего, содержащего в соотношении от 1/5 до 5/1 смесь дизельного топлива и вязких нефтепродуктов, индустриального отработанного сланцевого масла, печного топлива;

- применением суспензии на основе поризующей эмульсии, дополнительно содержащей горючие порошкообразные энергетические добавки, например алюминиевую пудру в количестве 0,4-1,0%, угольный порошок в количестве 0,5-3,4% или технический углерод, торф, порошок кремния или ферросилиция или их смесь;

- использованием эмульсии, в состав которой дополнительно включен хлорсодержащий органический сенсибилизатор, например дихлорэтилен, трихлорэтилен, хлорбензол с растворителем, таким как спирт, кетоны с короткими алкильными группами;

- применением эмульсии, дополнительно содержащей диэтиламин и/или нитроалканы в количестве от 0,1 до 0,3 мас.%, имеющие формулу R-NO₂, где R есть низшая алкильная группа: метил, изопропил.

В процессе проведения полигонных и промышленных испытаний новых составов взрывчатого вещества аммиачную селитру, пропитанную прямой водно-углеводородной эмульсией, сушили при температуре от 10 до 35°С для получения на ее поверхности трещин, а затем поризованную таким способом аммиачную селитру смешивали с суспензией углеводородного горючего с порошкообразными энергетическими невзрывчатыми или взрывчатыми добавками, их смесью, которые проникали по вновь образованным каналам и трещинам внутрь гранул аммиачной селитры.

Результаты полигонных и промышленных испытаний предлагаемых взрывчатых смесей и способов их получения с целью оценки возможностей регулирования взрывчатыми характеристиками позволяют сделать следующие выводы. Изменение соотношения плотной и пористой аммиачной селитры и содержания во взрывчатой смеси эмульсии, изменение соотношения в ней дизельного топлива и вязких нефтепродуктов от 1/5 до 5/1 и водной фазы позволяют управлять плотностью взрывчатой смеси, вязкостью эмульсии, кусковатостью взорванной горной массы, в том числе снизить выход негабаритных и мелких фракций. Применение суспензии на основе поризующей эмульсии, дополнительно содержащей горючие порошкообразные энергетические добавки, например алюминиевую пудру в количестве 0,4-1,0%, угольный порошок в количестве 0,5-3,4% или технический углерод, торф, порошок кремния или ферросилиция или их смесь, позволили увеличить фугасное и дробящее действия взрыва, работоспособность взрывчатых смесей по воронке выброса не менее чем на 60%.

Применение эмульсии, в состав которой дополнительно включен хлорсодержащий органический сенсибилизатор в количестве 2%, например дихлорэтилен, трихлорэтилен, хлорбензол с растворителем, таким как спирт, кетоны с короткими алкильными группами, и/или эмульсии, дополнительно содержащей диэтиламин и/или нитроалканы в количестве от 0,1 до 0,3 мас.%, имеющие формулу R-NO₂, где R есть низшая алкильная группа: метил, изопропил, позволило увеличить скорость детонации в скважинных зарядах диаметром 105 мм в зоне нестабильной детонации вблизи боевика до 5-5,5 км/сек. Наибольшая работоспособность по воронке выброса получена при применении в составе поризующей эмульсии нитрометана в количестве 0,3%-3%. По сравнению с показателями применения Гранулита РП (смеси АС/ДТ-6 на пористой гранулированной селитре и дизельном топливе) воронка выброса гранулита на основе поризующей эмульсии, содержащей нитрометан, возросла на 150%, радиус эффективного дробления зарядов 105 и 115 мм увеличился с 2,5 м до 5,2 м. При этом был полностью исключен выход негабарита.

Применение разработанного состава, включающего 3,5% углеводородного горючего и 3,0% поризующей эмульсии, представляющей собой смесь дизельного топлива (30%) и отработанного масла (70%), а остальное смесь пористой селитры (30%) и плотной селитры (70%), позволяет увеличить радиус зоны контролируемого эффективного дробления скважинных зарядов диаметром 105 мм по сравнению с зарядами АС/ДТ-6 на пористой селитре с 2,5 до 4,3 м. Воронка выброса возрастает не менее чем на 100%. Средний размер куска снизился на 50-60% с 14,6-20,3 см до 9-10,5 см. Индекс дробимости пород прочностью 400-800 кг/см², расчитываемый как отношение среднего куска в массиве до взрыва к среднему куску взорванной горной массы, увеличился с 5-6,8 до 10-14. Анализ результатов промышленных испытаний зарядов с переменной объемной концентрацией энергии показал возможность снизить выход мелких и негабаритных фракций до 1-2%. Применение разработанных взрывчатых составов позволяет снизить объем выброса пыли и вредных газов в атмосферу, размер ареола распространения пылегазового облака до 150-300 м., полностью исключить выброс газов желтого цвета, содержащих ядовитые вещества в продуктах неполного химического превращения при детонации. При использовании предлагаемых в изобретении составов взрывчатых смесей и способов их изготовления с ростом фактической работоспособности и интенсивности дробления горных пород энергией взрыва, сейсмическое действие взрыва и показатели ударной воздушной волны не увеличиваются. Промышленные испытания также показали, что увеличение содержания воды в эмульсии позволяет изготавливать взрывчатые вещества для щадящего взрывания (увеличить при необходимости средний кусок взорванной горной массы до 25-40 см), уменьшить выход мелких фракций до 1,5%., снизить высоту и радиус разлета фрагментов взорванной горной массы до 3-4 м и производить рыхление массива горных пород без нарушения его структуры.

Применение в составе взрывчатого вещества углеводородного горючего, содержащего смесь дизельного топлива и вязких нефтепродуктов в соотношении от 1/5 до 5/1, позволяет понизить вязкость нефтепродуктов с 150 mPa·s до 60-30 mPa·s и при необходимости до 6 mPa·s, применять смесительно-зарядные машины с шнековым способом смешения без существенного изменения конструкции узлов. Разработанная взрывчатая смесь обладает повышенной текучестью даже при отрицательной температуре окружающей среды и длительном хранении на складе. Поэтому для заряжания скважин в сильно трещиноватых и частично обводненных массивах эффективно использовали полиэтиленовые рукава.

Для взрывания обводненных массивов водоустойчивый взрывчатый состав получали путем смешения аммиачной селитры и углеводородного горючего, при этом в отличие от известных способов аммиачную селитру смешивали с прямой водно-углеводородной поризующей эмульсией, предварительно полученной путем смешения жидких компонентов и дополнительного диспергирования с использованием ультразвукового воздействия прямой поризующей водно-углеводородной эмульсией, а затем поризованную аммиачную селитру смешивали с углеводородным горючим, после чего вводили обратную эмульсию на основе нитрата аммония.

В процессе экспериментальных работ с целью изучения возможностей оперативного управления взрывчатыми характеристиками средств разрушения горных пород энергией взрыва, были применены различные способы формирования взрывчатых смесей на основе предварительно произведенной поризующей водно-углеводородной эмульсии, изготовленной с применением третичных аминов. Способы отличались:

- использованием только пористой или только плотной аммиачной селитры или их смесью;

- использованием углеводородного горючего, содержащего в соотношении от 1/5 до 5/1 смесь дизельного топлива и вязких нефтепродуктов, индустриального, отработанного, сланцевого масло, печное топливо;

- применением суспензии на основе поризующей эмульсии содержащей эмульгатор на основе третичных аминов, дополнительно содержащей горючие порошкообразные энергетические добавки, например алюминиевую пудру в количестве 0,4-1,0%, угольный порошок в количестве 0,5-3,4% или технический углерод, торф, порошок кремния или ферросилиция или их смесь;

- использованием эмульсии, в состав которой дополнительно включен хлорсодержащий органический сенсибилизатор, например дихлорэтилен, трихлорэтилен, хлорбензол с растворителем, таким как спирт, кетоны с короткими алкильными группами;

- применением эмульсии дополнительно содержащей диэтиламин и/или нитроалканы в количестве от 0,1 до 0,3 мас.%, имеющие формулу R-NO₂, где R есть низшая алкильная группа: метил, изопропил.

Для повышения энергетической насыщенности и дробящей способности зарядов гранулированных ВВ поризованную аммиачную селитру, смешивали с суспензией углеводородного горючего с порошкообразными взрывчатыми добавками утилизируемого тратила, баллиститного пороха фракции 0-5 мм. Скорость детонации зарядов, изготовленных таким способом взрывчатых смесей замерялась с применением оптико-волоконного метода в стальных трубах диаметром 50 мм. и составила 3,8 км/с. В качестве невзрывчатых порошкообразных добавок в суспензию использовали порошкообразный уголь, алюминиевую пудру и торф. При этом скорость детонации не возрастала, однако воронка выброса и дробящая способность существенно увеличивались по сравнению с показателями смесей АС/ДТ-6 на пористой селитре.

Аммиачную селитру, пропитанную прямой водно-углеводородной эмульсией, сушили при температуре от 10 до 35°С для получения на ее поверхности трещин, а затем поризованную таким способом аммиачную селитру смешивали с суспензией углеводородного горючего с порошкообразными энергетическими невзрывчатыми или взрывчатыми добавками, и для обеспечения водоустойчивости вводили обратную эмульсию на основе нитрата аммония.

Для повышения энергетической насыщенности водоустойчивых смесей поризованную аммиачную селитру смешивали с суспензией, содержащей алюминиевую пудру в количестве 2%, а также формировали смеси с суспензией содержащей измельченный баллиститный порох фракции 0-2 мм в количестве 5%, смесь алюминиевого порошка и баллиститного пороха в количестве соответственно 2% и 5% соответственно. В полученные смеси вводили обратную эмульсию. Увеличение энергетической насыщенности привело к росту работоспособности зарядов по воронке выброса на 35% при применении энергетических добавок из алюминиевой пудры и на 55%-65% при применении баллиститного пороха их смеси. Для получения водоустойчивых смесей без применения взрывчатых компонентов поризованную аммиачную селитру смешивали с суспензией с невзрывчатыми порошкообразными добавками алюминия и ферросилиция. Применение этого способа получения взрывчатых смесей позволяет увеличить работоспособность ВВ интенсивность дробления на 35-55%.

Результаты испытаний приведены в таблице 1. Анализ результатов испытаний полученных смесей и технологий производства водоустойчивых составов промышленных взрывчатых веществ позволили сделать следующие основные выводы.

Регулирование соотношения гладкой и пористой аммиачной селитры, содержания в взрывчатой смеси эмульсии, изменение компонентного состава эмульсии позволяет управлять плотностью взрывчатой смеси, вязкостью эмульсии, гранулометрическим составом взорванной горной массы. Применение суспензии на основе поризующей эмульсии, дополнительно содержащей горючие порошкообразные энергетические добавки, например алюминиевую пудру в количестве 0,4-1,0%, угольный порошок в количестве 0,5-3,4% или технический углерод, торф, порошок кремния или ферросилиция или их смесь, позволили увеличить фугасное и дробящее действия взрыва, работоспособность взрывчатых смесей по воронке выброса возросла на 35-40%. Применение эмульсии, в состав которой дополнительно включен хлорсодержащий органический сенсибилизатор в количестве 1,5-2%, например дихлорэтилен, трихлорэтилен, хлорбензол с растворителем, таким как спирт, кетоны с короткими алкильными группами, и/или эмульсии, дополнительно содержащей диэтиламин и/или нитроалканы в количестве от 0,1 до 0,3 мас.%, имеющие формулу R-NO₂, где R есть низшая алкильная группа, позволило повысить стабильность процесса детонации в зарядах малого и среднего диаметра, увеличить скорость детонации в скважинных зарядах диаметром 115 и 105 мм в зоне нестабильной детонации вблизи боевика до 5,6 км/с. Работоспособность водоустойчивого взрывчатого вещества по воронке выброса возросла на 45-55%.

Технический эффект достигается за счет формирования с применением разработанной поризующей эмульсии дополнительных пор, каналов и трещин в гранулах аммиачной селитры, которые приводят к многократному повышению площади контакта топлива и окислителя и энергетических добавок и увеличению полноты и скорости первичных и вторичных химических реакций при детонации за счет увеличения равномерности смешения компонентов и роста площади соприкосновения сенсибилизирующих и энергетических добавок с окислителем, многократного увеличения плотности и равномерности распределения «горячих точек» детонации и за счет этого повысить скорость и полноту выделения взрывчатым веществом энергии и увеличить таким образом его дробящую способность.

Дисперсность и устойчивость во времени составов водно-углеводородной эмульсии, используемых для производства новых взрывчатых составов, изучалась с применением электроакустического спектрометра D-1200 и методом оптической микроскопии. Результаты исследования структуры прямой водно-углеводородной эмульсии с использованием электроакустического спектрометра представлены на Фиг. 1. Как видно из анализа изображения на Фиг. 1, наиболее вероятный размер глобул эмульсии составляет 450 нанометров и 2,5 микрона. Изображение эмульсии, полученное методом оптической микроскопии, представлено на Фиг. 2. Изображения образцов эмульсии для производства Гранулита «ЕФ-П» также исследовались методом оптической микроскопии на микроскопе JENAVAL. Дисперсный состав глобул эмульсии установлен методом анализа видеоизображений. Математическая обработка полученных изображений проводилась с помощью пакета программного обеспечения Gallery-4 и анализа видеоизображений и статистической обработки полученных результатов.

Исследования по определению реологических характеристик эмульсии были выполнены на вискозиметре модели MCR-102 производства фирмы «AntonPaar». Использовалась измерительная система «плоскость - плоскость» с регулируемым зазором. Режим работы - CR (controlled strain).

Изучение результатов проведенных исследований показало, что исследуемый образец представляет собой прямую эмульсию (смесь углеводородов в водной фазе) полидисперсного состава. Капли углеводородной фазы размером более 2,5 мкм имеют максимальный размер глобул - 49 мкм, минимальный размер глобул - 3,54 мкм и средний размер глобул - 11,7 мкм.

Вязкость насыщенной эмульсии при температуре 20°С составила 20 mPa·s. Допустимая вязкость составляет 35-50 mPa·s. Вязкость отработанного масла, с применением которого изготовлена эмульсия, составила 150 mPa·s. Минимальная вязкость эмульсии составила 4-6 mPa·s.

Анализ изображения позволяет сделать вывод о том, что полученная эмульсия является полидисперсной. Глобулы большего размера содержат глобулы меньшего размера. Поверхность глобул большего размера покрыта глобулами меньшего размера. Такое строение эмульсии предопределяет ее принципиальные преимущества: повышенную стабильность, возможность применения при отрицательных температурах, способность формирования пор и каналов в гранулах и частицах неорганического окислителя.

Промышленные испытания гранулита на основе разработанной множественной прямой эмульсии показали ее стабильность в период не менее 6 месяцев при хранении, как в летних, так и зимних условиях и возможность изготовления взрывчатых составов при отрицательных температурах до -30°С.

При попадании разработанной поризующей эмульсии на поверхность аммиачной селитры происходит образование каналов в результате реализации эффекта Ребиндера. После высыхания на поверхности гранул образуются трещины, обеспечивающие проникновение горючих жидких и твердых компонентов внутрь гранулы селитры и существенное увеличение площади их соприкосновения с поверхностью окислителя. Изображение структуры поверхности гладкой аммиачной селитры марки А по ГОСТ 2-85, полученная с использованием микроскопа HITACHITM-1000 представлено на Фиг. 3.

Фотография поверхности гладкой аммиачной селитры после попадания на ее поверхность поризующей водно-углеводородной эмульсии представлена на Фиг. 4. После ее сушки при температуре окружающей среды от 10 до 35°С в результате реализации эффекта Ребиндера образуется система трещин (см. Фиг. 5). Размер вновь образовавшихся под воздействием эмульсии каналов составляет от 2 микрон до 100 микрон. Удерживающая способность гладкой аммиачной селитры углеводородного топлива увеличивается с 3% до 12-20%. Суспензия на основе поризующей эмульсии, насыщенная в необходимом количестве топливом и сенсибилизирующ