Результат интеллектуальной деятельности: ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ (ЕГО ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к взрывным работам, а именно к взрывчатым составам, используемым при ведении взрывных работ на дневной поверхности разрезах, карьерах и рудниках во всех климатических зонах с температурой от минус 50 до плюс 50^oС на породах и рудах любого состава.

Широко известен [1] взрывчатый состав гранулит М, который представляет собой стехиометрическую смесь аммиачной селитры и минерального масла (5,5%). При этом стоимость гранулита М примерно в 1,3 раза выше стоимости игданита.

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, т.к. используемая в настоящее время во взрывчатых составах гранулированная аммиачная селитра способна удержать небольшое количество жидкого нефтепродукта. Часть дизельного топлива стекает в нижние слои заряда и флегматизируют его. При этом нарушается соотношение окислителя и горючего, что приводит к снижению взрывчатых характеристик взрывчатого состава. Инструкция по применению предписывает использовать игданит в течение той же смены.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является патент RU 2144016 C1, C 06 В 31/42, 10.01.2000 [3], который принят за прототип. Взрывчатый состав содержит чешуированный тротил 4,4-5,6 маc. %, угольный порошок 2,2-3,8 маc.%, дизельное топливо 1,1-1,9 маc.%, гранулированную аммиачную селитру - остальное до 100 маc.%.

Однако большое количество дизельного топлива (жидкого нефтепродукта) по отношению к чешуированному тротилу приводит к значительной флегматизации чешуированного тротила, что снижает энергетические характеристики взрывчатого состава в целом и не позволяет применить его на крепких породах, особенно в обводненных скважинах (при зарядке в полиэтиленовые рукава).

Предлагаемый состав не имеет указанного недостатка. При создании изобретения ставилась задача получить высокоэффективный взрывчатый состав, обладающий более высокими энергетическими характеристиками, применение которого возможно как в сухих, осушенных и малообводненных скважинах, так и в скважинах любой степени обводненности при заряжании в полиэтиленовые рукава.

Для достижения такого технического результата предлагается следующий взрывчатый состав (его варианты).

Первый вариант. Взрывчатый состав, включающий гранулированную аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт, тротил и угольный порошок, содержит чешуированный или гранулированный тротил при следующем соотношении компонентов: жидкий нефтепродукт 1,0-2,0 маc.%, угольный порошок 1,0-2,5 маc.%, чешуированный или гранулированный тротил 8,5-17,0 маc.%, гранулированная аммиачная селитра - остальное до 100 маc.%, при этом суммарное количество жидкого нефтепродукта и угольного порошка находится в пределах 2,0-4,5 мас.%.

Второй вариант. Взрывчатый состав, включающий гранулированную аммиачную селитру, жидкий нефтепродукт, тротил и угольный порошок, содержит чешуированный или гранулированный тротил и дополнительно загущающую добавку при следующем соотношении компонентов: жидкий нефтепродукт 1,0-2,0 маc.%, угольный порошок 1,0-2,5 маc.%, загущающая добавка 0,5-4,0 маc.%, чешуированный или гранулированный тротил 8,5-17,0 маc.%, гранулированная аммиачная селитра - остальное до 100 маc.%, при этом суммарное количество жидкого нефтепродукта, угольного порошка и загущающей добавки находится в пределах 2,0-8,5 маc.%.

В качестве загущающей добавки взрывчатый состав содержит загущающий полуфабрикат по техническому условию ТУ УЗ.50-14310112-106-99.

Взрывчатый состав в качестве загущающей добавки содержит гуаргам, камедь гуаровую и их модификации или содержит натрий карбоксиметилцеллюлозу со степенью замещения не менее 70 и степенью полимеризации не менее 700.

Существенным признаком заявки является отношение суммарного содержания жидкого нефтепродукта и угольного порошка по первому варианту изобретения и суммарного содержания жидкого нефтепродукта, угольного порошка и загущающей добавки по второму варианту изобретения к тротилу. Высокоэффективный взрывчатый состав, обладающий более высокими энергетическими характеристиками, получается за счет оптимизации соотношений между компонентами состава, а именно за счет определенного суммарного содержания жидкого нефтепродукта и угольного порошка в первом варианте изобретения и жидкого нефтепродукта, угольного порошка и загущающей добавки во втором варианте изобретения при указанном количестве содержания тротила.

Включение во взрывчатый состав по первому варианту большего количества тротила (8,8-17,0 маc. %) по сравнению с прототипом (4,4-5,6 маc.%) при суммарном количестве жидкого нефтепродукта и угольного порошка (2,0-4,5 маc. %) уменьшает флегматизацию тротила жидким нефтепродуктом, что дает значительный прирост эффективности действия взрыва.

Включение во взрывчатый состав по второму варианту большего количества тротила (8,8-17,0 маc.%) по сравнению с прототипом (4,4-5,6 маc.%) при суммарном количестве жидкого нефтепродукта, угольного порошка и загущаюшей добавки (2,0-8,5 маc.%) дополнительно снижает вымываемость аммиачной селитры за счет образования водного геля с включениями жидкого нефтепродукта, угольного порошка и тротила, что препятствует потере и расслаиванию состава и дает значительный прирост эффективности действия взрыва.

Для проведения серии лабораторных экспериментов по вымываемости аммиачной селитры из взрывчатого состава были изготовлены полиэтиленовые рукава диаметром 25 мм и высотой 400 мм, куда ссыпали исследуемый состав в количестве 100 г. В подготовленном таким образом изделии 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 на 150 мл водой. Через 4 часа определяли концентрацию раствора аммиачной селитры и вычисляли количество (процент) растворившейся селитры (вымываемость). Проведенные лабораторные исследования по влиянию марки загущаюшей добавки, ее количеству в составе на вымываемость приведены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что увеличенное содержание тротила 8,5-17,0 маc.% во взрывчатом составе по сравнению с прототипом 4,4-5,6 маc.% и суммарное количество жидкого нефтепродукта, угольного порошка и загущающей добавки в пределах 2,0-8,5 маc.% приводит к снижению вымываемости аммиачной селитры.

Эффективность действия взрыва составов определяется по величине обжатия стандартного свинцового цилиндра. Методика проведения исследований следующая. Испытуемый состав массой 1000 г помещают в бумажную гильзу 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 электродетонатор 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 зависимости величины обжатия свинцового столбика от состава приведены в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что у прототипа величина обжатия цилиндра 5-6 мм, а у предлагаемого состава - значительно больше и равна 8-11 мм. Следовательно, предлагаемый состав имеет большую эффективность действия взрыва, чем прототип.

Промышленная проверка по определению влияния загущающей добавки на вымываемость аммиачной селитры проводилась на блоке, подготовленном для взрывания 200 т взрывчатки. Для сравнения в скважины заряжали состав, взятый за прототип, и заявленные составы с загущающими добавками и без них. Глубина скважин в блоке достигала 40 м, высота столба воды - до 6 м.

Заполнение скважин было следующим. Мешок гранулотола (массой 42 кг) разделяли на две части. В донную часть скважины засыпали 15-25 кг гранулотола, далее в скважину опускали нижний боевик.

Оставшуюся часть гранулотола засыпали в скважину после опускания нижнего боевика. После чего засыпали исследуемый состав. При этом в нижней (обводненной) части заряда формировался водонасыщенный заряд. Верхний боевик опускался перед засыпкой последних 42 кг исследуемого взрывчатого состава.

Через сутки после начала зарядки были проведены замеры по определению усадки зарядов в скважинах. Результаты по определению средних величин усадки столбов зарядов приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что величина усадки столбов заряда для прототипа составила от 4,6 до 4,8 м (средняя величина усадки 4,7 м). Для предлагаемых составов с чешуированным и гранулированным тротилом, жидким нефтепродуктом и угольным порошком без загущающих добавок усадка столба заряда составила от 2,2 до 3,2 м (средняя величина усадки 2,7 м), а с загущающими добавками - от 0,3 до 1,5 м (средняя величина усадки 0,9 м). Тротил, нефтепродукт и угольный порошок перекрывает микротрещины в скважинах, что препятствует в 4,7/2,7= 1,7 раза вымыванию раствора аммиачной селитры для взрывчатого состава по сравнению с прототипом, в котором меньшее количество тротила.

Во втором варианте, когда во взрывчатом составе кроме большего количества тротила по сравнению с прототипом содержится дополнительно загущающаяся добавка, усадка столба заряда в скважине наименьшая, т.к. добавка с проникающей в заряд водой образует гель и таким образом препятствует вымыванию аммиачной селитры и расслаиванию состава. По эффективности загущающие добавки располагаются в следующей последовательности: гуаргам, камедь гуаровая и их модификации, загущающий полуфабрикат ТУ УЗ.50-14310112-106-99 и натрий карбоксиметилцеллюлоза (NaKMЦ). Введение в состав загущающей добавки в количестве более 4% нецелесообразно из-за ее высокой цены.

Преимуществом предлагаемого взрывчатого состава является возможность применения недорогих малотротилсодержащих составов 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 C1, С 06 В 31/42, 10.01.2000.