Результат интеллектуальной деятельности: ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к взрывчатым составам и к способу их изготовления на основе двухосновных и(или) трехосновных порохов, и(или) двухосновных и(или) трехосновных твердых ракетных топлив в качестве гранулированных:

- скважинных зарядов, которые предназначены для производства взрывных работ на открытых горных разработках;

- сейсмических зарядов, которые предназначены для возбуждения упругих колебаний в породах земной коры при разведочных и инженерных работах,

и в качестве монолитных:

- сейсмических зарядов;

- промежуточных детонаторов, которые предназначены для инициирования зарядов малочувствительных промышленных взрывчатых веществ;

- кумулятивных зарядов, предназначенных для резки и разрушения металлических и железобетонных конструкций.

Состав имеет высокий уровень восприимчивости к детонационному импульсу, низкий уровень критического диаметра детонации, низкую чувствительность к механическим воздействиям: к удару и трению. Состав мало гигроскопичен. Эксплуатационные свойства состава сохраняются при нахождении зарядов в воде длительное время.

Известен взрывчатый состав по патенту России 2074160, с уровнем чувствительности к ударной волне по расстоянию передачи детонации 10÷35 мм, содержащий гранулы двухосновного топлива в количестве 99,7÷98,5% и дополнительно приборное или индустриальное масло в количестве 0,3÷1,5%.

Недостатком этого взрывчатого состава является то, что для его изготовления могут использоваться только топлива с чувствительностью к ударной волне по расстоянию передачи детонации не менее 10 мм, в то время как большинство порохов и топлив имеют расстояние передачи детонации менее 10 мм.

Известен также взрывчатый состав по патенту России 2096396, кл. С 06 В 21/00, 25/00, состоящий из кусков твердого ракетного топлива с размерами кусков больше критического диаметра детонации топлива.

Недостатком этого взрывчатого состава является то, что для его изготовления могут использоваться только топлива с небольшим критическим диаметром детонации. В то время как большинство порохов и топлив имеют большие критические диаметры детонации, сравнимые или больше размера зарядов (скважинных, шпуровых и др.), которые используются на практике, что затрудняет или делает невозможным их применение.

Известен взрывчатый состав по патенту России 2086524, кл. С 06 В 25/24, С 06 D 5/06, С 06 В 21/00, состоящий из двухосновного топлива 20÷99,8%, сенсибилизатора 0,02÷75% и флегматизатора - остальное. Способ изготовления данного взрывчатого состава заключается в измельчении зарядов двухосновного топлива под водой, сушке полученных частиц воздухом при температуре 60÷90°С, флегматизации путем распыления приборного или индустриального масла или его смеси с аммиачной селитрой, а затем сенсибилизации.

Одним из недостатков этого порохового взрывчатого состава является то, что для его изготовления используется только двухосновное и одноосновное топлива. Данный состав не предусматривает использование трехосновного твердого топлива и двухосновных и трехосновных порохов.

Другим недостатком данного порохового взрывчатого состава является то, что он представляет собой гетерогенную механическую смесь двухосновного топлива, сенсибилизатора и флегматизатора, которая при транспортировке и зарядке скважин может расслаиваться на отдельные компоненты, что может привести к неполной детонации заряда или отказу.

Следующим недостатком данного взрывчатого состава является относительно слабая его чувствительность к детонационной волне и низкая восприимчивость к детонационному импульсу.

Кроме того, в зависимости от области применения зарядов из этого взрывчатого состава, требуется варьирование соотношения между топливом, флегматизатором и сенсибилизатором.

Одним из недостатков способа изготовления данного порохового взрывчатого состава является то, что после измельчения зарядов полученные частицы необходимо сушить горячим воздухом, что требует высоких энергозатрат и многостадийности процесса.

Другим недостатком данного способа изготовления порохового взрывчатого состава является необходимость флегматизации порохов и топлив перед вводом сенсибилизаторов, а также необходимость ввода большого количества сенсибилизаторов: до 75 мас.%.

Наиболее близким, принятым за прототип, является взрывчатое вещество, содержащее утилизируемый баллиститный и пироксилиновый пороха и сенсибилизатор - белила цинковые или окись цинка в виде порошка, и способ изготовления этого взрывчатого вещества, включающее измельчение пороховых элементов, их перемешивание с сенсибилизатором термомеханическим методом на непрерывных вальцующих машинах по патенту RU 2221762 С1, 20.01.2004, МПК 7 С 06 В 21/00, 25/24, 4л.

Серьезным недостатком данного взрывчатого вещества является то, что оно содержит в своем составе пироксилиновый порох. Пироксилиновый порох обладает высокой чувствительностью к механическим воздействиям (к удару, трению) и обладает способностью накапливать статистическое электричество. Поэтому взрывчатые материалы на основе пироксилиновых порохов опасны в процессе их производства, хранения, транспортировки и эксплуатации.

Для снижения чувствительности взрывчатых материалов к внешним воздействиям, содержащих пироксилиновые пороха, в их состав вводят специальные добавки - флегматизаторы. Например: в взрывчатых составах по патенту России 2086524, кл. С 06 В 25/24, С 06 D 5/06, С 06 В 21/00 и по техническим условиям ТУ 84-402-47-90, состоящих из двухосновного топлива и пироксилинового пороха для снижения чувствительности к механическим воздействиям: к удару, трению, и исключения накопления статистического электричества используют флегматизаторы в виде индустриального или приборного масел и др.

Следующим недостатком способа взрывчатого материала по патенту RU 2221762 С1, 20.01.2004, МПК 7 С 06 В 21/00, 25/24, 4л. является то, что пироксилиновый порох не является термопластичным материалом и поэтому исключается возможность его перемешивания с сенсибилизатором термомеханическим методом на непрерывных вальцующих машинах.

Также недостатком является то, что данный способ не позволяет вести изготовление монолитных сейсмозарядов, кумулятивных зарядов, шашек-детонаторов и др.

Другим недостатком способа производства данного взрывчатого материала является многостадийность и длительность его изготовления: разогрев и измельчение баллиститного пороха, разогрев и измельчение пироксилинового пороха, смешение баллиститного пороха с сенсибилизатором на вальцах «Большевик», смешение гранул баллиститного пороха с измельченным пироксилиновым порохом.

Кроме того, данный способ производства не обеспечивает возможность изготовления взрывчатого материала с использованием зарядов из двухосновных и трехосновных ракетных топлив.

Предложен взрывчатый состав и способ его изготовления.

Технической задачей изобретения является разработка состава взрывчатого вещества и способа его производства на основе сенсибилизатора и двухосновных и(или) трехосновных порохов, и(или) двухосновных и(или) трехосновных твердых ракетных топлив, в том числе с использованием зарядов из утилизируемых порохов и(или) ракетных топлив. Состав взрывчатого вещества должен обладать повышенной восприимчивостью к детонационному импульсу, низким значением критического диаметра детонации, низким уровнем чувствительности к механическим воздействиям.

Разработанный взрывчатый состав должен также обеспечить повышение надежности или безотказности их детонации от штатных средств инициирования и снижение опасности их изготовления, транспортировки и эксплуатации в качестве скважинных зарядов, сейсмозарядов, промежуточных детонаторов и др., способных эксплуатироваться в сухих и обводненных условиях.

Технический результат достигается созданием взрывчатого состава, содержащего сенсибилизатор - белила цинковые или окись цинка и дополнительно содержащего, вместо баллиститного и пироксилинового порохов, двухосновной и (или) трехосновной порох, и (или) двухосновное и (или) трехосновное ракетное топливо и заряды из них в следующих соотношениях (мас.%):

Примеры предлагаемого взрывчатого состава и его основные свойства в сравнении с прототипом, технические требования на взрывчатые составы представлены в табл.1. Данные по составу прототипа приведены в соответствии с патентом RU 2221762 С1, 20.01.2004, МПК 7 С 06 В 21/00, 25/24, 4л.

Результаты, представленные в табл.1, показывают, что значения критического диаметра детонации в водонаполненном состоянии предлагаемого состава и прототипа практически одинаковы. Однако по ряду характеристик, а именно: по уровню восприимчивости к детонационному импульсу, по уровню критического диаметра детонации, по полноте детонации монолитного заряда, по уровню чувствительности к механическим воздействиям (к удару и трению) рецептура порохового взрывчатого состава по предлагаемому изобретению выгодно отличается от прототипа и удовлетворяет техническим требованиям, которые предъявляются к взрывчатым составам.

Из данных, представленных в табл.1, также видно, что запредельные значения содержания порохов и топлив ухудшают характеристики взрывчатого состава. Образец 1, где содержание порохов и(или) топлив превышает предельное значение 99,5%, не удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к взрывчатым составам, по следующим показателям: по уровню восприимчивости к детонационному импульсу, по значению критического диаметра детонации в сухом виде и по полноте детонации монолитного заряда с диаметром 5 мм. А образец 5, где содержание порохов и(или) топлив ниже предельного значения 90,0%, не удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к взрывчатым составам по уровню чувствительности к удару и трению, а также ухудшается восприимчивость к детонационному импульсу.

Предлагаемый состав готовится следующим способом:

Заряды из двухосновных и (или) трехосновных порохов, и(или) двухосновных и (или) трехосновных ракетных топлив перед вальцеванием предварительно подвергаются измельчению на специальных резательных аппаратах или станках. Характерные размеры измельченных элементов не должны быть более 40 мм. Измельчение зарядов производится в воздушной или водной среде при температуре 60-80°С. В зависимости от диаметра измельчаемых зарядов используются конкретные аппараты и станки для измельчения.

Для измельчения зарядов из двухосновных и (или) трехосновных порохов, и(или) двухосновных и (или) трехосновных ракетных топлив с наружным диаметром до 40 мм используется станок резки PC-125-500 производительностью до 600 кг/час.

Для измельчения зарядов из двухосновных и (или) трехосновных топлив с наружным диаметром до 280 мм используется станок для резки брака с производительностью до 800 кг/час, черт. 1005 или станок для резки шашек черт. НБ 4080.00 производительностью до 600 кг/час.

Для измельчения зарядов из двухосновных и (или) трехосновных топлив с наружным диаметром до 340 мм используется станок для переработки брака СРБ, черт.905700 производительностью до 800 кг/час.

Для измельчения зарядов из двухосновных и (или) трехосновных топлив с наружным диаметром до 630 мм используется универсальный токарно-винторезный станок модели РТ-25701 с производительностью до 500 кг/час.

Измельченные элементы зарядов из двухосновных и (или) трехосновных порохов, и(или) двухосновных и (или) трехосновных ракетных топлив (крошка, стружка, кусочки) размерами не более 40 мм циклическим весовым дозатором или вручную подаются в приемный бункер транспортного устройства: ковшовый элеватор, ленточный или шнековый транспортер. Далее измельченные элементы через ленточный транспортер или ковшовый элеватор или шнековый транспортер передаются в приемный бункер или в межвалковое пространство непрерывных вальцующих машин типа «Большевик» или «Демаг» или другие аналогичного типа. Температура измельченных зарядов из двухосновного и (или) трехосновного пороха, и(или) двухосновного и(или) трехосновного топлива перед вводом на вальцы должна быть 20÷80°С. Необходимый уровень температуры элементов поддерживается за счет того, что во время транспортирования измельченные элементы заряда проходят через ванну с водой с заранее заданной температурой или обогреваются за счет обдува горячим воздухом необходимой температуры.

На вальцы одновременно с измельченными зарядами двухосновного и (или) трехосновного пороха, и(или) двухосновного и(или) трехосновного топлива дозируется сенсибилизатор: белила цинковые или окись цинка в виде порошка в сухом виде через дозатор или в виде водной суспензии через насос синхронно с производительностью вальцев. Например, при производительности вальцев 600 кг/час и при необходимости ввода сенсибилизатора в измельчнные заряды порохов и(или) топлив в количестве 5,0% мас. производительность дозатора или насоса устанавливается на величину 30 кг/час. В случае ввода сенсибилизатора в виде водной суспензии производительность насоса устанавливается в пересчете на сухой вес с учетом концентрации сенсибилизатора в суспензии. Содержание сенсибилизатора в суспензии не должно превышать 40% масс. Для ввода сенсибилизатора в виде порошка используется дозатор черт. 16405.00.00.000 производительностью до 50 кг/час. Разработчик дозатора ФГУП «НИИПМ». Для ввода сенсибилизатора в виде водной суспензии используется насос перистальтический черт.3235.00.00 производительностью до 120 литров/час. Разработчик данного насоса также ФГУП «НИИПМ».

Изготовление суспензии сенсибилизатора осуществляют следующим образом: в смеситель, снабженной мешалкой, заливают необходимое количество воды с температурой 15÷25°С, далее берут навеску сенсибилизатора - цинковых белил или окиси цинка в виде порошка и через открытый люк смесителя вручную, при работающей мешалке, вводят сенсибилизатор в смеситель. По окончании ввода сенсибилизатора в смеситель суспензия готова к применению.

Режимы вальцевания измельченных зарядов из порохов и(или) топлив с сенсибилизатором на вальцах «Большевик»:

- температура исходящей воды с рабочих и холостых валков 50÷100°С;

- толщина полотна 2,0-4,0 мм;

- частота вращения валков 8-16 об/мин;

- нагрузка на электродвигатель - не более 200 А;

- удельные энергозатраты - не более 200 кВт·ч/т;

-производительность - не менее 600 кг/ч;

- влажность гранул - не более 5,0%.

Измельченные элементы зарядов из двухосновных и(или) трехосновных порохов, и(или) двухосновных и(или) трехосновных топлив на вальцмашинах под действием термомеханических воздействий при температуре валков 50÷100°С перемешиваются с сенсибилизатором и на поверхности рабочих валков формируется монолитное полотно, которое далее выпрессовывается или продавливается через отверстия формующих решеток вальцмашины типа «Большевик» или «Демаг». В зависимости от формы отверстий формующих решеток выпрессовываются элементы взрывчатого состава различной формы (цилиндрической, прямоугольной, эллипсовидной и др.) Далее элементы, выходящие из формующих решеток, режутся установленными за решетками дисковыми ножами на гранулы порохового взрывчатого состава требуемой длины. Таким способом получается взрывчатый состав в виде гранулированного продукта с размерами 3÷40 мм. При температуре вальцевания ниже 50°С (температура валков менее 50°С) возрастают нагрузки на электродвигатель в приводе вальцев выше допустимого уровня более 200 А. При температуре вальцевания выше 100°С возрастает вероятность вспышки состава на вальцах. Характеристики взрывчатого состава, полученного данным способом, приведены в табл.2. Результаты промышленных испытаний гранулированного взрывчатого состава в качестве скважинных зарядов, изготовленного в заводских условиях данным способом, приведены в табл.3.

Для изготовления взрывчатого состава с низким критическим диаметром детонации за счет увеличения плотности гранул, гранулы взрывчатого состава пропускают через гомогенизирующий шнековый аппарат типа ПСВ-3, ПСВ-3К (или ШП-3/200) со следующими режимами:

- температура воды, обогревающий корпус, винт, решетку на исходящей линии - 60÷100°С;

- диаметр отверстий формующей решетки - 3÷7 мм;

- скорость вращения винта - не более 3 оборотов в минуту;

- суммарная нагрузка на электродвигатель - не более 10 А;

- производительность - 400 кг/час.

После гомогенизирующего аппарата получаются гранулы взрывчатого состава размерами 3÷10 мм, с насыпной плотностью до 0,95 г/см³ вместо до 0,82 г/см³, которая получается после переработки на вальцующей машине «Большевик» или «Демаг».

Основные взрывчатые и физико-химические характеристики взрывчатого состава, полученного после гомогенизирующего аппарата, приведены в табл.4.

Результаты промышленных испытаний гранулированного взрывчатого состава с повышенной плотностью в качестве скважинных зарядов, изготовленного в заводских условиях, представлены в табл.5.

Результаты промышленных испытаний гранулированного взрывчатого состава с разными значениями насыпной плотности в качестве сейсмозарядов представлены в табл.6.

Гранулы порохового взрывчатого состава после предварительной сушки при температуре 50÷120°С в сушильных барабанах типа «Бурберг», «СШТС» и др. до влажности 0,4÷2,0 мас.%, используются для изготовления монолитных (сплошных) изделий в качестве сейсмических зарядов, промежуточных детонаторов, кумулятивных зарядов путем формования в гидравлических или в шнек-прессах типа ПСВ-11, ПСВ-М, Ш-34МД, Ш-34МКК при температуре 60÷100°С.

Режимы формования сейсмических зарядов, промежуточных детонаторов, кумулятивных зарядов в шнек-прессах:

- температура воды исходящей с корпуса, винта, раструба, втулки - 60÷100°С;

- температура загружаемого полуфабриката - 50÷120°С;

- число оборотов винта - 2÷4 об/мин;

- суммарная нагрузка на двигатель переменного тока - не более 70 А;

- давление в горловине пресс-инструмента - не более 350 кгс/см²;

- удельные энергозатраты - не более 20 кВт·ч/т;

- производительнось - не более 500 кг/час.

Основные характеристики монолитного заряда, полученные путем формования гранул порохового взрывчатого состава на прессах, представлены в табл.7.

Характеристики монолитных зарядов: сейсмозарядов, промежуточных детонаторов, кумулятивных зарядов и результаты их испытаний в промышленных условиях соответственно представлены в табл.8, 9, 10.

Предлагаемый взрывчатый состав и способ его изготовления опробованы в промышленных условиях с положительным эффектом в условиях ФГУП «НИИПМ» и ФГУП «Пермский завод им. С.М.Кирова.