Результат интеллектуальной деятельности: СЫПУЧИЙ ВЗРЫВЧАТЫЙ МАТЕРИАЛ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к взрывным работам, а именно к сыпучим взрывчатым материалам, используемым при ведении взрывных работ на земной поверхности разрезов, карьеров и рудников во всех климатических зонах с температурой от минус 50 до плюс 50°С на породах и рудах любой крепости.

Широко известен [1] сыпучий взрывчатый материал гранулит М, который представляет собой стехиометрическую смесь аммиачной селитры и индустриального масла (5,5%). Для снижения стоимости сыпучего взрывчатого материала вместо индустриального масла используют дизельное топливо.

Игданит [2] представляет собой сбалансированную по кислороду взрывчатую смесь гранулированной аммиачной селитры (94,5%) с дизельным топливом (5,5%). Однако в скважине игданит со временем расслаивается. Часть дизельного топлива стекает в нижние слои заряда. При этом нарушается соотношение окислителя и горючего, что приводит к снижению эффективности действия взрыва.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является патент RU №2144016 C1, С 06 В 31/42, 10.01.2000 [3], который принят за прототип. Взрывчатый состав содержит чешуированный тротил 4,4-5,6 мас.%, дизельное топливо (жидкий нефтепродукт) 1,1-1,9 мас.%, угольный порошок с размером частиц не более 90 мк 2,2-3,8 мас.%, гранулированную аммиачную селитру - остальное до 100 мас.%.

Однако большое суммарное количество невзрывчатых компонентов (жидкий нефтепродукт и угольный порошок), которое изменяется от (1,1+2,2)=3,3 мас.% до (1,9+3,8)=5,7 мас.%, по отношению к чешуированному тротилу, которое меняется от (3,3/5,6)=0,59 до (5,7/4,4)=1,30, приводит к значительной флегматизации тротила, что снижает эффективность действия взрыва и не позволяет применить его для взрывных работ в крепких породах, особенно в обводненных скважинах из-за дополнительного негативного эффекта - интенсивного вымывания аммиачной селитры, обусловленного значительной ее долей в составе, находящейся в пределах от (100-5,6-3,8-1,9)=88,7 мас.% до (100-4,4-2,2-1,1)=92,3 мас.%.

Предлагаемый взрывчатый материал не имеет указанного недостатка. При создании изобретения ставилась задача получить более высокоэффективный материал, применение которого возможно как в сухих, осушенных и малообводненных скважинах, так и в скважинах любой степени обводненности, обладающий дополнительно большей эффективностью действия взрыва, получаемой за счет снижения вымывания гранулированной аммиачной селитры из взрывчатого материала.

Для достижения такого технического результата предлагается следующий сыпучий взрывчатый материал (варианты).

Вариант 1. Сыпучий взрывчатый материал, включающий гранулированную аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт, тротил и угольный порошок, содержит чешуированный или гранулированный тротил, суммарное количество жидкого нефтепродукта и угольного порошка в пределах 4,6-9,0 мас.% при следующем содержании компонентов, мас.%: жидкий нефтепродукт 1,5-4,0; угольный порошок 3,1-5,0; чешуированный или гранулированный тротил 25,0-35,0; гранулированная аммиачная селитра 56,0-70,4; при этом сыпучий взрывчатый материал имеет следующий гранулометрический состав, мас.%: более 4,0 мм - не более 10; более 0,9 мм - не менее 75, менее 14,0 мм - 100. Сыпучий взрывчатый материал в качестве гранулированной аммиачной селитры содержит пористую гранулированную аммиачную селитру.

Вариант 2 (пп.3-5 формулы). Сыпучий взрывчатый материал, включающий гранулированную аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт, тротил и угольный порошок, содержит чешуированный или гранулированный тротил, загущающую добавку, суммарное количество жидкого нефтепродукта, угольного порошка и загущающей добавки в пределах 4,6-14,0 мас.% при следующем содержании компонентов, мас.%: жидкий нефтепродукт 1,5-4,0; угольный порошок 2,1-5,0, чешуированный или гранулированный тротил 25,0-35,0; загущающая добавка 1,0-5,0; гранулированная аммиачная селитра 56,0 - 70,4; при этом сыпучий взрывчатый материал имеет следующий гранулометрический состав, мас.%: более 4,0 мм - не более 10; более 0,9 мм - не менее 75, менее 14 мм - 100. Сыпучий взрывчатый материал в качестве загущающей добавки содержит гуаргам, камедь гуаровую и их модификации или натрий карбоксиметилцеллюлозу. Сыпучий взрывчатый материал в качестве гранулированной аммиачной селитры содержит пористую гранулированную аммиачную селитру.

Существенным признаком заявки (первый вариант) является определенное суммарное отношение невзрывчатых компонентов: нефтепродукта и угольного порошка - к взрывчатому компоненту - тротилу, уменьшенное содержание гранулированной аммиачной селитры и определенный гранулометрический состав сыпучего взрывчатого материала.

Для второго варианта заявки существенным признаком является определенное суммарное отношение невзрывчатых компонентов: нефтепродукта, угольного порошка и загущающей добавки к взрывчатому компоненту - тротилу, уменьшенное содержание гранулированной аммиачной селитры и определенный гранулометрический состав сыпучего взрывчатого материала.

Высокоэффективный сыпучий взрывчатый материал (первый вариант), обладающий более эффективным действием взрыва, получается за счет оптимизации соотношений между компонентами состава и за счет определенного отношения суммарного количества невзрывчатых компонентов: нефтепродукта и угольного порошка, - к взрывчатому компоненту - тротилу, которое меняется от (1,5+3,1)/35,0=0,13 до (4,0+5,0)/25,0=0,36, при пониженном содержании растворимого компонента - гранулированной аммиачной селитры и за счет оптимизации гранулометрического состава сыпучего взрывчатого материала.

Уменьшенное количество невзрывчатых материалов по отношению к тротилу, которое изменяется от 0,13 до 0,36 по сравнению с прототипом, которое меняется от 0,59 до 1,30, снижает флегматизацию тротила, что дает значительный прирост эффективности действия взрыва. Дополнительный прирост эффективности действия взрыва получается за счет уменьшения вымываемости аммиачной селитры из взрывчатого материала из-за ее пониженного количества, которая содержится в пределах 56,0-70,4 мас.%, по сравнению с прототипом, содержащим гранулированную аммиачную селитру в пределах 88,7-92,3 мас.%.

Если материал имеет размеры гранул более 4,0 мм более 10 мас.%, то наблюдается снижение эффективности действия взрыва за счет малой поверхности реакции. Если материал имеет размеры гранул более 0,9 мм менее 75 мас.%, то наблюдается пыление смеси. Гранулы с размером более 14,0 мм расслаиваются в смеси.

Для увеличения впитывающей способности гранулированной аммиачной селитры жидким нефтепродуктом в качестве ее взрывчатый материал содержит пористую гранулированную аммиачную селитру.

Высокоэффективный сыпучий взрывчатый материал (второй вариант), обладающий более эффективным действием взрыва по сравнению с прототипом, получается за счет оптимизации соотношений между компонентами состава и за счет определенного отношения суммарного количества невзрывчатых компонентов: нефтепродукта, угольного порошка и дополнительно загущающей добавки - к взрывчатому компоненту - тротилу, которое меняется от (1,5+2,1+1,0)/35,0=0,13 до (4,0+5,0+5,0)/25,0=0,56, при пониженном содержании растворимого компонента - гранулированной аммиачной селитры.

Уменьшенное количество невзрывчатых материалов по отношению к тротилу, которое изменяется от 0,13 до 0,56 по сравнению с прототипом, которое меняется от 0,59 до 1,30, снижает флегматизацию тротила, что дает прирост эффективности действия взрыва. Дополнительный значительный прирост эффективности действия взрыва получается за счет уменьшения вымываемости аммиачной селитры из взрывчатого материала из-за содержания загущающей добавки и пониженного количества гранулированной аммиачной селитры, которая содержится в материале в пределах 51,0-70,4 мас.% по сравнению с прототипом, содержащим гранулированную аммиачную селитру в пределах 88,7-92,3 мас.%.

Дополнительно снижается вымываемость гранулированной аммиачной селитры из материала за счет образования водного геля с включениями в него капель нефтепродукта, частиц угольного порошка и тротила, что препятствует потере и расслаиванию материала и дает значительный прирост эффективности действия взрыва.

Введение в состав загущающей добавки в количестве более 5,0% нецелесообразно из-за ее высокой цены.

Если материал имеет размеры гранул более 4,0 мм более 10 мас.%, то наблюдается снижение эффективности действия взрыва за счет малой поверхности реакции. Если материал имеет размеры гранул более 0,9 мм менее 75 мас.%, то наблюдается пыление смеси. Гранулы с размером более 14,0 мм расслаиваются в смеси.

В качестве загущающей добавки сыпучий взрывчатый материал содержит гуаргам, камедь гуаровую и их модификации или натрий карбоксиметилцеллюлозу (NаКМЦ)

Для увеличения впитывающей способности гранулированной аммиачной селитры жидким нефтепродуктом в качестве ее взрывчатый материал содержит пористую гранулированную аммиачную селитру.

Эффективность действия взрыва материалов определяется по величине обжатия стандартного свинцового цилиндра. Методика проведения исследований следующая. Испытуемый состав массой 1000 г помещают в бумажную гильзу с внутренним диаметром 130 мм. Промежуточный детонатор (промдетонатор) заполняют тротилом в виде порошка массой 100 г. Диаметр промдетонатора 50 мм. Сверху по оси заряда погружают во взрывчатый состав промдетонатор на 2/3 его высоты.

Свинцовый цилиндр помещают на ровную стальную плиту. Цилиндр имеет диаметр 40 мм и высоту 60 мм. На цилиндр устанавливают стальной конусный боек с наибольшим диаметром, равным 300 мм. Затем на боек устанавливают картонную стойку, обеспечивающую заданное расстояние (150 мм) от бойка до заряда.

Картонную стойку сгибают в виде боковой поверхности прямой треугольной призмы. На картонную стойку устанавливают приготовленный заряд. После центровки заряда в промежуточный детонатор помещают злектродетонатор и проводят подрыв.

В результате резкого удара продуктов детонации по стальному бойку свинцовый цилиндр деформируется. До и после взрыва измеряют высоту свинцового цилиндра в четырех взаимно перпендикулярных направлениях.

Мерой эффективности действия взрыва является величина обжатия цилиндра, т.е. разность между средними его высотами до и после взрыва. Для каждого состава проводится не менее двух параллельных определений и вычисляется среднее арифметическое, округленное до целого числа.

Экспериментальные данные по определению зависимости величины обжатия свинцового цилиндра от состава взрывчатого материала приведены в таблице. Из таблицы видно, что у прототипа величина обжатия цилиндра 5-6 мм, а у предлагаемого взрывчатого материала - значительно больше и равна 15-17 мм. Следовательно, предлагаемый состав имеет большую эффективность действия взрыва, чем прототип.

Для проведения серии лабораторных экспериментов по вымываемости аммиачной селитры из взрывчатого материала были изготовлены полиэтиленовые рукава диаметром 25 мм и высотой 400 мм, куда ссыпали исследуемый взрывчатый материал в количестве 100 г. В полиэтиленовом рукаве-оболочке производились проколы-отверстия диаметром 3 мм на высоте 50 мм от торца в нижней цилиндрической части рукава. Затем этот рукав с составом плавно погружали в цилиндр объемом 250 мл, заполненный водой в количестве 150 мл. Через 4 часа определяли концентрацию раствора аммиачной селитры и вычисляли процент растворившейся селитры (вымываемость). Проведенные лабораторные исследования по влиянию загущающей добавки на вымываемость аммиачной селитры приведены в таблице.

Из таблицы видно, что у прототипа вымываемость равна 18-19%, а у предлагаемых взрывчатых материалов меньше: по первому варианту вымываемость равна 5-7%, по второму варианту - равна 2-3%.

Преимуществом предлагаемого сыпучего взрывчатого материала является возможность его применения без загущающих добавок с высокой эффективностью действия взрыва при проведении взрывных работ на породах средней и высокой прочности при зарядке в сухие и осушенные скважины и с загущающей добавкой при зарядке в малообводненные скважины, а также в скважины любой степени обводненности при зарядке состава в полиэтиленовые рукава.

Источники информации

1. Демидюк Г.П., Бугайский А.Н. Средства механизации и технология взрывных работ с применением гранулированных взрывчатых веществ. М.: Недра,1975,с.33.

2. Поздняков З.Г., Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. Изд. 2, перераб. и доп. М.: Недра. 1977, с.92.

3. Патент RU 2144016, С1, С 06 В 31/42, 10.01.2000.

жидкийнефтепродукт1,5-4,0угольныйпорошок3,1-5,0чешуированныйилигранулированный тротил25,0-35,0гранулированнаяаммиачнаяселитра56,0-70,4,c0c1211none344приэтомсыпучийвзрывчатыйматериалимеетследующийгранулометрическийсостав,мас.%:более4,0ммнеболее10более0,9ммнеменее75менее14,0мм100.c0c1211none546жидкийнефтепродукт1,5-4,0угольныйпорошок2,1-5,0чешуированныйилигранулированный тротил25,0-35,0загущающаядобавка1,0-5,0гранулированнаяаммиачнаяселитра51,0-70,4,c0c1211none749приэтомсыпучийвзрывчатыйматериалимеетследующийгранулометрическийсостав,мас.%:более4,0ммнеболее10более0,9ммнеменее75менее14,0мм100.c0c1211none9511.Сыпучийвзрывчатыйматериал,включающийгранулированнуюаммиачнуюселитру,жидкийнефтепродукт,тротилиугольныйпорошок,отличающийсятем,чтоонсодержитчешуированныйилигранулированныйтротил,суммарноеколичествожидкогонефтепродуктаиугольногопорошкавпределах4,6-9,0мас.%приследующемсодержаниикомпонентов,мас.%:12.Сыпучийвзрывчатыйматериалпоп.1,отличающийсятем,чтовкачествегранулированнойаммиачнойселитрыонсодержитпористуюгранулированнуюаммиачнуюселитру.23.Сыпучийвзрывчатыйматериал,включающийгранулированнуюаммиачнуюселитру,жидкийнефтепродукт,тротилиугольныйпорошок,отличающийсятем,чтоонсодержитчешуированныйилигранулированныйтротил,загущающуюдобавку,суммарноеколичествожидкогонефтепродукта,угольногопорошкаизагущающейдобавкивпределах4,6-14,0мас.%,приследующемсодержаниикомпонентов,мас.%:34.Сыпучийвзрывчатыйматериалпоп.4,отличающийсятем,чтовкачествезагущающейдобавкионсодержитгуаргам,камедьгуаровуюиихмодификацииилинатрийкарбоксиметилцеллюлозу.45.Сыпучийвзрывчатыйматериалпоп.4,отличающийсятем,чтовкачествегранулированнойаммиачнойселитрыонсодержитпористуюгранулированнуюаммиачнуюселитру.5