Результат интеллектуальной деятельности: ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО

Изобретение относится к области химии, а более конкретно к взрывчатым веществам и может использовано для качественной отбойки руды при разработке слабых жил, залегающих в неустойчивых вмещающих породах.

Наиболее технологически простым способом качественной отбойки таких месторождений является использование маломощных простейших взрывчатых веществ (ВВ). Из данного класса ВВ наибольшее применение в горной промышленности имеет игданит, содержащий следующие ингредиенты в масс. %:

Недостатком игданита является отекание соляра в нижние слои заряда, а также неустойчивость детонационного процесса в металлической трубе диаметром 36 мм со стенкой 3 мм после 3-суточной просушки аммония азотнокислого NH₄NO₃ [1, 2].

Известны составы игданита, содержащие гранулированный аммоний азотнокислый NH₄NO₃ дисперсностью 0,28-0,5 мм с уменьшенным содержанием соляра и поверхностно-активные вещества (ПАВ), вводимые в расплав аммиачной селитры. При этом наилучшую детонационную способность имеют составы игданита, содержащие следующие ингредиенты в масс. % [3]:

Недостатком данного ВВ является то, что увеличение детонационной способности игданита (2,4 км/с) может быть связано с малой прочностью гранул аммония азотнокислого NH₄NO₃, содержащего ПАВ. Скорость детонации состава игданита имеет более мелкую фракцию аммония азотнокислого NH₄NO₃, а сам детонационный процесс прерывался даже в металлической трубе. Кроме того, поверхностно-активное вещество ОП-7 и другие ПАВ имеют высокую стоимость и выпускаются промышленностью в ограниченных количествах.

В сложных горно-геологических условиях снижение разрушающего действия взрыва на массив за проектным контуром очистного забоя становится первоочередной задачей при совершенствовании параметров взрывной отбойке руды.

В наиболее неблагоприятных горно-геологических условиях при наличии исключительно неустойчивых вмещающих пород применение игданита даже в малых диаметрах зарядов не позволяет использовать его для качественной отбойки руды. В этих условиях необходимо значительно уменьшить общую энергию каждого шпурового заряда. Требуется максимальное снижение диаметра шпуров, а не использование рассредоточенных зарядов. Однако применение игданита в малых диаметрах (менее 35 мм) нереально, так как в металлических трубах состав дает отказы при указанном диаметре шпура даже при использовании боевика массой 50 г, изготовленного из мощного ВВ-детонита-15А10 [4].

Техническим результатом изобретения является повышение качества отбойки руды, значительное упрощение технологии получения и удешевление взрывчатого вещества с одновременным приданием ему физической стабильности (устранение слеживаемости), снижение его мощности при повышении детонационной способности, что позволяет осуществить качественную отбойку руды и широкое промышленное внедрение данного ВВ.

Для решения поставленной задачи в расплав аммония азотнокислого NH₄NO₃ вводят катализатор - бинарную смесь из нитрата калия KNO₃ и нитрата натрия NaNO₃ дисперсностью 0,15-0,20 мм при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Введение в кристаллы аммония азотнокислого NH₄NO₃ нитрата калия KNO₃ и нитрата натрия NaNO₃ способствует резкому повышению ее детонационной способности и состав приобретает свойства индивидуального взрывчатого вещества. При дисперсности кристаллов 0,20-0,25 мм ВВ устойчиво взрывается в бумажном патроне диаметром 30 мм и длиной 200 мм от капсюля-детонатора ЭД-8.

Дифференциально-термический анализ показал, что добавление в расплав 3-5% нитрата калия KNO₃ и 1% нитрата натрия NaNO₃ оказывает каталитическое разложение аммония азотнокислого NH₄NO₃ на 50-70°С меньше обычного и устраняет слеживаемость. В эксперименте испытывалось четыре состава ВВ, содержащего разное количество указанной добавки.

Определение критического диаметра проводилось в бумажной гильзе с целью установления оптимального количества нитрата калия KNO₃ и нитрата натрия NaNO₃. Результаты исследований представлены в Таблице 1. Инициирование патронов проводилось электродетонатором ЭД-8.

Как видно из Таблицы 1, бинарная смесь нитрата калия KNO₃ и нитрата натрия NaNO₃ в количестве до 5% позволяет обеспечить надежные взрывчатые свойства аммонию азотнокислому NH₄NO₃. Наличие же в составе аммония азотнокислого NH₄NO₃ более 5% бинарной смеси нитрата калия и нитрата натрия нецелесообразно, так как это не способствует дальнейшему повышению детонационных свойств аммония азотнокислого NH₄NO₃.

Таким образом, критический диаметр ВВ, полученного по упрощенной технологии, равен 26-28 мм при содержании в расплаве аммония азотнокислого NH₄NO₃ бинарной смеси (3-4% нитрата калия KNO₃ и 1% нитрата натрия NaNO₃). Плотность порошкообразного ВВ составляет 0,80-0,85 г/см³.

Был также проведен эксперимент для сравнения взрывчатых свойств прототипа с предлагаемым взрывчатым веществом (Таблица 2). В эксперименте использовались взрывчатые составы следующих рецептур, масс. %:

В Таблице 2 приведены сравнительные испытания игданита, содержащего гранулированный аммоний азотнокислый NH₄NO₃ дисперсностью 0,28-0,5 мм, в расплав которой введено 5% ОП-7. Игданит испытывался в стеклянных трубках с толщиной стенки 1,5 мм.

Предлагаемое взрывчатое вещество дисперсностью 0,20-0,25 мм содержит в бинарной смеси 5% нитрата калия KNO₃ и 1% нитрата натрия NaNO₃, введенные в плав аммония азотнокислого NH₄NO₃.

Из Таблиц 1 и 2 следует, что предлагаемое взрывчатое вещество устойчиво детонирует в диаметре 26 мм в бумажной оболочке. Оно имеет меньшую работоспособность, что снижает разрушающее действие взрыва на массив, устраняет избыточное разубоживание руды и действие продуктов детонации ВВ за проектным контуром очистного забоя.

Источники информации

1. Перечень взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывного дела, допущенных к применению в Российской Федерации. Серия 13.Выпуск 2 / Колл. авт. - М.: ФГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. - 80 с.

2. В.А. Усачев (ИГД им. Скочинского). Влияние дисперсности и удельной поверхности аммиачной селитры на критический диаметр игданитов // «Взрывное дело» Сб. №65/22, М. - 1968, с. 24-30.

3. С.А. Мельников, Б.Н. Кукиб (ИГД им. Скочинского). Определение скорости детонации игданитов, приготовленных на селитре с добавками поверхностно-активных веществ // «Взрывное дело» Сб. №74/31, М. - 1974, с. 33-35.

4. Ю.П. Галченко (ИФЗ АН СССР). Полигонные исследования детонационной способности рассредоточенных шпуровых зарядов игданита. // «Взрывное дело» Сб. №74/31, М. - 1974, с. 41-44.