Результат интеллектуальной деятельности: Состав простейшего ВВ и способ его реализующий

Изобретение относится к взрывным работам и может быть использовано для повышения эффективности взрывания горных пород в физико-технической и физико-химической геотехнологии. Состав предназначен для производства на стационарных пунктах изготовления гранулированных промышленных ВВ и в смесительно-зарядных машинах.

Известен взрывчатый состав (смесевое ракетное твердое топливо), состоящий из окислителя (перхлората аммония), связующего-горючего (полиуретанов или углеводородных каучуков), теплопроводных добавок (алюминий) [Введение в технологию энергонасыщенных материалов. 2-е изд. (Д.И. Дементьева, И.С. Кононов) - 2009 год].

Недостатком данных составов является высокая токсичность продуктов взрыва, оказывающая вредное воздействие на окружающую среду.

Известен состав взрывчатого вещества, включающий гранулированную аммиачную селитру, дизельное топливо, угольный порошок, в качестве угольного порошка он содержит бурый уголь и дополнительно сульфат аммония [Патент РФ №2005705 М.Кл. С06В 31/28 от 27.12.1991 г. (прототип)].

Недостатками данного состава является сложность и трудоемкость процесса его изготовления, т.к. требуется проведение многочисленных технологических операций, например, таких как пропитывание дизельным топливом гранулированной аммиачной селитры, опудривание порошком угля, сульфата аммония, и т.п. при этом при использовании в его составе гладкой гранулированной селитры технологические операции пропитывания и опудривания служащие повышению физической стабильности состава не возможны. Содержащаяся в сульфате аммония сера при взрыве образует окислы, способные к раздражению слизистых оболочек глаз и дыхательных путей. Кроме того, известный состав не имеет перспективы использования при изготовлении смесительно-зарядными машинами.

Технической задачей изобретения является обеспечение полноты выделения энергии при взрывчатом превращении простейшего ВВ, повышение физической стабильности и детонационной способности простейшего ВВ.

Указанная цель достигается за счет количественного соотношения между жидкой и твердой фазами горючего на основе паритетного вклада в общий кислородный баланс горючего при обеспечении нулевого кислородного баланса простейшего ВВ, а стабильность простейших ВВ - свойствами используемых компонентов: гранулированной аммиачной селитры (удельной поверхностью, формой и размером гранул, наличием и размером пор и каверн в гранулах, шероховатостью поверхности), жидкого горючего (вязкостными характеристики нефтепродуктов), твердого горючего (физико-химическими и адгезионными свойствами порошков, дисперсностью состава, формой и размерами частиц). Кроме того, на детонационную способность смесевых систем оказывает влияние химический состав, физико-технические, термические свойства, структура и строение гранул АС.

Количество удерживаемого жидкого горючего возрастает с увеличением удельной поверхности гранул АС. Строение и структура гранул являются существенным характеристиками, определяющими возможность изготовления физически стабильных смесевых простейших ВВ.

Кроме того, используемую для повышения адгезионной способности твердой фазы горючего предварительно измельченную аммиачную селитру заменяют на нитраты металлов щелочной группы.

Изготовление простейшего ВВ и способ реализуется следующим образом.

В состав простейшего ВВ, включают окислитель в виде порошкообразных материалов например: предварительно измельченной аммиачной селитры, а также гранулированной аммиачной селитры и горючее в виде жидкой и твердой фазы, при этом для обеспечения полноты выделения энергии при взрывчатом превращении простейшего ВВ количественное соотношение между жидкой и твердой фазами горючего определяют на основе паритетного вклада в общий кислородный баланс горючего при обеспечении нулевого кислородного баланса простейшего ВВ, при этом физическую стабильность ВВ усиливают за счет повышенной адгезионной способности твердой фазы горючего, обеспечиваемой при использовании порошков фракционного состава -0,5+0,063 мм с коэффициентом анизодиаметричности формы частиц 1-6, а также порошкообразных материалов, обладающих химическим сродством с окислителем, при отношении 0,015-0,030 от массы гранулированной ГАС в составе ВВ.

Количество горючего, состоящего из жидкой и твердой фазы, рассчитывают с обеспечением нулевого кислородного баланса простейшего ВВ, а усиление адгезионной способности гранулированной аммиачной селитры к топливу обеспечивают за счет порошков твердого горючего, имеющих фракционный состав -0,5+0,063 мм, коэффициент анизодиаметричности формы частиц 1-6 и предварительно измельченной аммиачной селитрой, количество которой составляет 0,015-0,030 от массы гранулированной аммиачной селитры (ГАС).

Для изготовления простейшего ВВ в смеситель засыпают гранулированную аммиачную селитру - 1, затем подают твердое горючее, представленное либо угольным порошком, либо коксовой мелочью, либо резиновой крошкой и производят их смешение, затем подается предварительно измельченная аммиачная селитра и в полученную смесь заливают жидкое горючее ЖГ (дизельное топливо, соляровое масло и т.п.).

На стабильность простейших ВВ оказывают влияние физико-химические свойства используемых компонентов: аммиачной селитры (удельная поверхность, форма и размеры гранул, наличие и размер пор и каверн в гранулах, шероховатость поверхности), жидких нефтепродуктов (вязкостные характеристики нефтепродуктов), твердого горючего (физико-химические и адгезионные свойства порошков, дисперсность состава, форма и размеры частиц). На детонационную способность смесевых систем оказывает влияние химический состав, физико-технические, термические свойства, структура и строение гранул ГАС.

Количество удерживаемого дизельного топлива возрастает с увеличением удельной поверхности гранул ГАС. Строение и структура гранул являются существенным характеристиками, определяющими возможность изготовления физически стабильных смесевых простейших ВВ. Исследование твердой фазы горючего - дисперсного состава резиновой крошки ТУ 2511-001-33068450-2014, коксовой мелочи (АО «Разрез Березовский»), угля (Тугнуйский разрез), проведенное с использованием вибросит FRITSCH SPARTAN, показало следующие параметры распределения по фракциям (см. таблицу).

Исследованиями формы частиц твердого топлива показано, что частицы резиновой крошки фракции -0,063 мм имеют форму прямоугольника с размерами от 30-40×70-100 мкм, квадрата с размерами от 60×60 до 80×80 мкм, трапеции с размерами от 50×60 до 70×80 мкм. Встречаются отдельные частицы округлой формы с диаметром 50-70 мкм. Частицы неправильной формы размером от 30×50 до 60×100 мкм. Коэффициент анизодиаметричности формы (dmax/dmin) частиц резиновой крошки фракции -0, 063 мм составляет 1-2,5.

Частицы мелочи коксовой, например, фракции -0,063 мм приближаются к форме прямоугольника с размерами от 7,8×15,68 до 29,68×60,42 мкм, трапеции с размерами от 10,53×14,28 до 31,47×49,14 мкм, ромба с размерами от 13,08×16,76 до 33,88×49,31 мкм. Коэффициент анизодиаметричности формы частиц коксовой мелочи фракции -0,063 мм составляет 1,4-3,5.

Частицы угольной пыли фракции -0,063 характеризуются следующими геометрическими параметрами частиц: квадрата с размерами от 4,7×4,7 до 10,0×10,0 мм; прямоугольника с размерами от 3,1×6,3 до 8,4×29,4 мм; трапеции с размерами от 2,0×3,67 до 10,4×20,9 мм; равнобедренного треугольника с размерами от 1,8×3,3 до 13,5×19,7 мм. Коэффициент анизодиаметричности формы частиц угольной пыли крошки фракции -0,063 мм составляет от 1-6.

На распределение порошков твердого топлива влияют свойства поверхности гранул ГАС (в том числе макропористость гранул), форма и шероховатость поверхности порошкового материала. Распределение частиц твердого горючего (коксовой мелочи и угольного порошка) по поверхности гранул АС показывают, что при изменении концентрации порошков от 1,5 до 2,5% на поверхности гранул ГАС 0,5-0,66% удерживается коксовой мелочи, 0,62-0,98% угольного порошка, что свидетельствует об их разной адгезионной способности.

Исследования порошковых материалов (коксовой мелочи и угольного порошка) выявили влияние формы материала на способность к адгезии гранул ГАС. Наилучшей адгезией обладают частицы с коэффициентом анизодиаметричности формы равным 1-6.

Для определения количественных соотношений между жидкой и твердой фазами горючего в простейшем ВВ, состоящим из аммиачной селитры, жидкого горючего (ЖГ) и порошка кокса или угля, используют следующее допущение: имеется 100 (г) NH₄NO₃, х (г) ЖГ и у (г) кокса или угля. Кислородный баланс - КБ (NH₄NO₃)=0.2; КБ (ЖГ)=-3,47; КБ (кокса или угля)=-2,667. При соотношении кислородного баланса КБ кокса или угля и КБ жидкого горючего, равном 2,667/3,47, паритетным соотношением (паритетным вкладом, паритетным допущением и т.п.) является 40%/60%. Осуществляют определение соотношений между окислителем и горючим и составляют уравнение:

100⋅0,2+(-3,47)⋅0,4х+(-2,667)⋅0,6у=0

у=1,5х

Проводят преобразования

100⋅0,2+(-3,47)⋅0,4х+(-2,667)⋅0,6 1,5х=0.

Решением системы является

х=5,27 г,

у=7,9 г

и получают массовое соотношение компонентов:

m(NH₄NO₃)=100 (г)

m(ДТ)=5,27 (г)

m(кокса или угля)=7,9 (г)

Баланс по массе составляет 100+5,27+7,9=113,17 г. В процентах соотношения компонентов простейшего ВВ составят: содержание АС - 88,36%; жидкого горючего - 4,66%, кокса или угля - 6,98%. Технологическое соотношение между жидкой и твердой фазами горючего составляет с учетом округления 4,5% и 7% соответственно.

Для изготовления простейшего ВВ в смеситель засыпают гранулированную аммиачную селитру ГАС, затем подают твердое горючее, представленное резиновой крошкой и производят их перемешивание, затем подается предварительно измельченная аммиачная селитра и в полученную смесь заливают жидкое горючее ЖГ.

Для определения количественных соотношений между жидкой и твердой фазами горючего в простейшем ВВ, состоящим из аммиачной селитры, жидкого горючего (ЖГ) и резиновой крошкой (РК) используют следующее допущение. Для изготовления простейшего ВВ в смеситель засыпают гранулированную аммиачную селитру, затем подают твердое горючее (ТГ), представленное резиновой крошкой и производят их перемешивание, затем подается предварительно измельченная аммиачная селитра, в полученную смесь заливают жидкое горючее (ЖГ) и рассчитывают трехкомпонентную взрывчатую смесь, состоящую из гранулированной аммиачной селитры, жидкого горючего (ЖГ) и твердого горючего (резиновой крошки) с нулевым кислородным балансом. Например: имеют 100 (г) NH₄NO₃, х (г) ЖГ и у (г) резиновой крошки. КБ (NH₄NO₃)=0.2; КБ (ЖГ)=-3,47; КБ (резиновой крошки)=-3,259.

При соотношении КБ горючего (ДТ и резиновой крошки), равном 3,47/3,259, паритетным соотношением ЖГ и порошка мономера каучука бутадиенового является порядок 50%/50%. Осуществляют определение соотношений между окислителем и горючим, для этого составим уравнение:

100⋅0,2+(-3,47)⋅0,5х+(-3,259)⋅0,5у=0

х=у

Решением системы является

тогда получим массовое соотношение компонентов:

m(NH₄NO₃)=100 (г)

m(ДТ)=2,438 (г)

m(резиновой крошки)=2,438 (г)

Баланс по массе составляет 100+2,348+2,348=104,696 г. В процентах соотношения компонентов простейшего ВВ составят: содержание АС - 95,5%; ЖГ - 2,25%, резиновой крошки - 2,25%. Технологическое соотношение между жидкой (ЖГ) и твердой (резиновой крошкой) фазами горючего составляет с учетом округления 2,25% и 2,25% соответственно.

Варианты:

Для изготовления простейшего ВВ в смеситель засыпают гранулированную аммиачную селитру, затем отдельно смешивают жидкое горючее с твердым горючим, представленным либо угольным порошком, либо коксовой мелочью, либо резиновой крошкой, после этого производят смешение с гранулированной селитрой, а затем подают предварительно измельченную аммиачную селитру.

Для изготовления простейшего ВВ в смеситель засыпают гранулированную аммиачную селитру, а затем подают предварительно измельченную аммиачную селитра, после этого отдельно смешивают жидкое горючее с твердым горючим, представленным либо угольным порошком, либо коксовой мелочью, либо резиновой крошкой и полученную смесь подают в смеситель.

Для изготовления простейшего ВВ в смеситель подают предварительно измельченную аммиачную селитру, затем засыпают гранулированную аммиачную селитру, отдельно смешивают жидкое горючее с твердым горючим, представленным либо угольным порошком, либо коксовой мелочью, либо резиновой крошкой и подают в смеситель.

Для изготовления простейшего ВВ в смеситель подают предварительно измельченную аммиачную селитра, отдельно смешивают жидкое горючее с твердым горючим, представленным либо угольным порошком, либо коксовой мелочью, либо резиновой крошкой и подают в смеситель затем засыпают гранулированную аммиачную селитру.

Для изготовления простейшего ВВ отдельно смешивают жидкое горючее с твердым горючим, представленным либо угольным порошком, либо коксовой мелочью, либо резиновой крошкой и полученную смесь подают в смеситель, затем в смеситель подают предварительно измельченную аммиачную селитра, затем засыпают гранулированную аммиачную селитру.

Кроме того, использование для повышения адгезионной способности твердой фазы горючего предварительно измельченную аммиачную селитру заменяют на нитраты металлов щелочной группы т.е. заменяют на другие виды селитры: калиевую, натриевую.