Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОСОДЕРЖАЩЕГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОСОДЕРЖАЩЕГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОСОДЕРЖАЩЕГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к производству водосодержащих взрывчатых веществ, используемых в горной промышленности. Изобретение заключается в том, что используют загущенный водный раствор окислителя с температурой, отличающейся не более чем на 8oС от температуры насыщения раствора, в который первоначально вводят аммиачную селитру, полученную суспензию перемешивают, после чего в нее вводят горючее, причем температура насыщения раствора окислителя составляет 85-95oС, а аммиачную селитру берут в количестве 2-30% от массы взрывчатого вещества. В суспензию можно последовательно вводить твердое и жидкое горючее или жидкое и твердое горючее. Предложенный способ позволяет получить физически стабильное водосодержащее взрывчатое вещество с повышенной детонационной способностью. 2 з.п. ф-лы.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2138468
Класс(ы) патента: C06B31/28, C06B45/00
Номер заявки: 98110246/02
Дата подачи заявки: 29.05.1998
Дата публикации: 27.09.1999
Заявитель(и): Горный институт Кольского научного центра РАН
Автор(ы): Мельников Н.Н.; Подозерский Д.С.; Едигарев С.А.; Власова Е.А.; Семочкин В.С.; Почекутов В.И.; Деев Е.А.
Патентообладатель(и): Горный институт Кольского научного центра РАН
Описание изобретения: Изобретение относится к производству водосодержащих взрывчатых веществ и может быть использовано в горной промышленности при отбойке горных пород.
Для повышения эффективности реакций взрывчатого превращения необходимо обеспечить равномерное распределение горючего в объеме окислителя. Однако, жидкое горючее в растворе окислителя, вследствие большой разницы в плотностях компонентов, легко мигрирует в верхнюю часть заряда, что приводит к снижению энергетических и детонационных характеристик взрывчатого вещества и образованию большого количества ядовитых газов. С целью равномерного распределения и закрепления жидкого горючего в объеме окислителя могут быть использованы кристаллы, которые образуются при охлаждении раствора окислителя ниже температуры его насыщения. Размеры кристаллов, а значит и величина их поверхности, которая определяет удерживающую способность жидкого горючего, зависят от интенсивности охлаждения и скорости перемешивания раствора окислителя.
Известен способ получения водосодержащего взрывчатого вещества (см. Баранов Е. Г., Низовкин В.М., Шестаков А.П. О детонационных свойствах водонаполненных ВВ с невзрывчатым сенсибилизатором. - В кн.: Взрывное дело, N74/31. М. , Недра, 1974, с. 44-46), в котором для избежания расслоения взрывчатой смеси жидкое горючее предварительно сжигают в условиях недостаточности кислорода, а затем продукты сгорания вместе с паром вводят в аммиачную селитру.
Водосодержащее взрывчатое вещество, приготовленное с использованием данного способа, характеризуется низкой чувствительностью к детонационному импульсу и имеет невысокие энергетические характеристики, так как при сжигании жидкого горючего в условиях недостаточности кислорода теряется часть его энергии. Использование операций сжигания и подачи продуктов сгорания вместе с паром в состав взрывчатого вещества усложняет способ и требует специального оборудования.
Известен также способ получения водосодержащего взрывчатого вещества (см. Шеменев В.Г., Павлютенков В.М. Водосодержащие взрывчатые вещества: состояние разработки, перспективы использования, Горный журнал, N 11-12, 1996 г, С.48-49), включающий приготовление при нагревании загущенного водного раствора окислителя, смешение его с горючим (тротил и нефтепродукт), сухой аммиачной селитрой и быстродействующим сшивающим агентом и перекачивание полученной смеси в скважину. Применение быстродействующего сшивающего агента требует осуществления операций смешения и перекачивания взрывчатой смеси одновременно и непрерывно. В качестве загустителя используют карбоксиметилцеллюлозу или полиакриламид.
Водосодержащее взрывчатое вещество, полученное по известному способу, имеет недостаточную физическую стабильность и детонационную способность из-за незначительной поверхности контакта жидкого горючего с окислителем и неравномерности его распределения по объему, вследствие нерегулируемости процесса роста кристаллов окислителя. Введение сухой аммиачной селитры после введения горючего и осуществление одновременного смешения и перекачивания взрывчатого вещества в скважину не позволяет резко охладить раствор окислителя и получить необходимую степень его пересыщения по причине увеличения массы смеси и снижения ее теплоотдачи в результате концентрирования жидкого горючего в верхней части и на стенках емкости, в которой происходит смешение. Кроме того, данный способ получения водосодержащего взрывчатого вещества требует применения специальных зарядных машин, что усложняет способ.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения физической стабильности и детонационной способности водосодержащего взрывчатого вещества за счет образования кристаллов окислителя с развитой поверхностью и увеличения их контакта с жидким горючим, а также на упрощение способа.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения водосодержащего взрывчатого вещества, включающем приготовление при нагревании загущенного водного раствора окислителя и введение в него при перемешивании твердого горючего, жидкого горючего и аммиачной селитры, согласно изобретению используют загущенный водный раствор окислителя с температурой, отличающейся не более чем на 8oC от температуры насыщения раствора, в который первоначально вводят аммиачную селитру со скоростью 1,5 - 15,0 кг/с, полученную суспензию перемешивают в течение 3-15 мин при критерии перемешивания Reм≥ 100, после чего в нее вводят горючее, причем температура насыщения раствора окислителя составляет 85 - 95oC, а аммиачную селитру берут в количестве 2-30% от массы взрывчатого вещества.
Поставленная задача решается также тем, что в суспензию последовательно вводят твердое и жидкое горючее.
Поставленная задача решается также и тем, что в суспензию последовательно вводят жидкое и твердое горючее.
Первоочередное по отношению к горючему введение аммиачной селитры в загущенный водный раствор окислителя, который имеет температуру, отличающуюся не более чем на 8oC от температуры насыщения, приводит к резкому падению температуры раствора окислителя в результате расхода энергии на нагревание селитры, имеющей температуру окружающей среды, и ее частичное растворение. Тем самым достигается необходимое пересыщение раствора окислителя. При этом устойчивость системы резко падает и образование зародышей будущих кристаллов происходит быстрее, чем рост кристаллов. Это приводит к образованию мелких кристаллов с большой удельной поверхностью, которые надежно удерживают и равномерно распределяют жидкое горючее в объеме окислителя, что повышает физическую стабильность взрывчатого вещества. Кроме того, возрастает вязкость смеси, что дополнительно затрудняет миграцию жидкого и твердого горючего по колонке заряда. Равномерное распределение жидкого и твердого горючего по объему и мелкокристаллическое строение, охлажденного таким образом окислителя, способствует более полному протеканию реакций взрывчатого превращения и повышению детонационной способности взрывчатого вещества.
Введение аммиачной селитры в загущенный водный раствор окислителя с температурой более чем на 8oC выше температуры насыщения не позволяет достигнуть необходимой степени пересыщения раствора окислителя и затрудняет образование мелких кристаллов.
Введение аммиачной селитры в загущенный водный раствор окислителя с температурой более чем на 8oC ниже температуры насыщения приводит к резкому увеличению вязкости суспензии, что затрудняет ее перемешивание и перекачивание по трубопроводам.
Введение аммиачной селитры со скоростью менее 1,5 кг/с не позволяет резко охладить загущенный водный раствор окислителя. Введение аммиачной селитры со скоростью более 15,0 кг/с приводит к массовой кристаллизации, что затрудняет перемешивание и перекачивание суспензии.
При перемешивании суспензии менее 3 мин не образуется значительного количества мелких кристаллов, способных удержать необходимое количество жидкого горючего. При перемешивании более 15 мин происходит образование значительного количества мелких кристаллов и резко повышается вязкость получаемой суспензии, что затрудняет перемешивание и перекачивание ее по трубопроводам.
Перемешивание суспензии с модифицированным критерием Рейнольдса Reм<100 приводит к преимущественному росту крупных кристаллов с низкой удельной поверхностью, не способных эффективно удерживать жидкое горючее.
При использовании загущенного водного раствора окислителя с температурой насыщения ниже 85oC во взрывчатом веществе увеличивается содержание воды, что приводит к снижению его детонационных характеристик. При использовании загущенного водного раствора окислителя с температурой насыщения выше 95oC повышается вязкость взрывчатого вещества, что затрудняет его перемешивание и перекачивание по зарядным шлангам.
При расходе аммиачной селитры менее 2,0 мас.% не достигается достаточного пересыщения раствора окислителя, необходимого для роста мелких кристаллов. В результате этого снижается физическая стабильность и детонационная способность водосодержащего взрывчатого вещества. При расходе аммиачной селитры более 30,0 мас.% повышается вязкость взрывчатого вещества, что затрудняет его перекачивание по зарядным шлангам.
Последовательное введение в суспензию после перемешивания твердого и жидкого горючего позволяет обеспечить ее более резкое охлаждение, что приводит к активному образованию мелких кристаллов окислителя, способных эффективно удержать необходимое количество вводимого жидкого горючего. Такая последовательность введения горючего позволяет осуществлять процесс при величинах скорости подачи аммиачной селитры в раствор окислителя и времени перемешивания суспензии ближе к минимальным значениям.
Последовательное введение в суспензию после перемешивания жидкого и твердого горючего приводит к постепенному ее охлаждению. Такая последовательность введения горючего позволяет осуществлять процесс при величинах скорости подачи аммиачной селитры в раствор окислителя и времени перемешивания суспензии ближе к максимальным значениям.
Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты могут быть более наглядно пояснены нижеследующими примерами.
При реализации способа в качестве окислителя используют аммиачную селитру или ее смесь с натриевой или кальциевой селитрами. Загущение раствора осуществляют гелем кремниевой кислоты или гуаргамом. Аммиачную селитру вводят в загущенный водный раствор окислителя в гранулированном или кристаллическом виде. В качестве жидкого горючего используют минеральное масло, дизельное топливо, отработанные масла в количестве 0,5-5,0% от массы взрывчатого вещества, а в качестве твердого горючего - тротил в количестве 5- 20% от массы взрывчатого вещества. Конкретное количество жидкого и твердого горючего, вводимого в состав взрывчатого вещества, определяется необходимостью обеспечения нулевого кислородного баланса, при котором происходит максимальное выделение энергии.
Пример 1. В варочный бак емкостью 10 м3, снабженный пропеллерной мешалкой диаметром 0,7 м с максимальной частотой вращения - 10 об/с, содержащий загущенный гелем кремниевой кислоты и насыщенный при 85oC водный раствор аммиачной селитры, имеющий температуру 77oC, вводят со скоростью 1,5 кг/с гранулированную аммиачную селитру в количестве 2 мас.%. Полученную суспензию перемешивают в течение 3 минут при модифицированном критерии Рейнольдса, равном 200. Далее суспензию перекачивают в бункер-смеситель стандартной смесительно-зарядной машины типа "Акватол", в который при перемешивании вводят тротил в количестве 10,0 мас.%, а затем 2,4 мас.% минерального масла.
Полученное водосодержащее взрывчатое вещество заряжают в модельные скважины и проводят анализ смеси в верхней (A), средней (B), и в нижней (C) частях заряда. Содержание жидкого горючего по колонке заряда составило, мас. %: A - 2,46; B - 2,39; C - 2,35. Содержание твердого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 9,9; B - 10,0; C - 10,1. Скорость детонации заряда равна 4900 м/с, критический диаметр - 105 мм.
Пример 2. В варочный бак, согласно Примеру 1, содержащий загущенный гелем кремниевой кислоты и насыщенный при 95oC водный раствор аммиачной селитры, имеющий температуру 103oC, вводят со скоростью 15,0 кг/с гранулированную аммиачную селитру в количестве 30 мас.%. Полученную суспензию перемешивают в течение 15 минут при модифицированном критерии Рейнольдса, равном 150. Далее суспензию перекачивают в бункер-смеситель стандартной смесительно-зарядной машины типа "Акватол", в который при перемешивании вводят 3,9 мас.% отработанного масла, а затем 5,0 мас.% тротила.
Смесь анализируют и испытывают, как в Примере 1. Содержание жидкого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 3,91; B - 3,90; C - 3,89. Содержание твердого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 5,0; B - 5,0; C - 5,0. Скорость детонации заряда равна 4900 м/с, критический диаметр - 110 мм.
Пример 3. В варочный бак, согласно Примеру 1, содержащий загущенный гелем кремниевой кислоты и насыщенный при 90oC водный раствор аммиачной селитры, имеющий температуру 92oC, вводят со скоростью 10,0 кг/с гранулированную аммиачную селитру в количестве 2,5 мас.%. Полученную суспензию перемешивают в течение 12 минут при модифицированном критерии Рейнольдса, равном 250. Далее суспензию перекачивают в бункер- смеситель стандартной смесительно-зарядной машины типа "Акватол", в который при перемешивании вводят 2,4 мас.% минерального масла, а затем 10,0 мас.% тротила.
Смесь анализируют и испытывают как в Примере 1. Содержание жидкого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 2,4; B - 2,4; C - 2,4. Содержание твердого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 10,0; B - 10,0; C - 10,0. Скорость детонации заряда равна 5200 м/с, критический диаметр -100 мм.
Пример 4. В бункер-смеситель смесительно-зарядной машины, снабженный тремя лопастными мешалками диаметром 1,2 м с максимальной частотой вращения 0,3 об/с, содержащий загущенный гуаргамом водный раствор аммиачной селитры, насыщенный при температуре 86oC и имеющий температуру 90oC, вводят со скоростью 10,0 кг/с гранулированную аммиачную селитру в количестве 10,0 мас.%. Полученную суспензию перемешивают в течение 10 минут при модифицированном критерии Рейнольдса, равном 100. Далее при перемешивании вводят 0,5 мас.% минерального масла, а затем 18,0 мас.% тротила.
Смесь анализируют и испытывают как в Примере 1. Содержание жидкого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 0,5; B - 0,5; C - 0,5. Содержание твердого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 17,7; B - 17,9; C - 18,4. Скорость детонации заряда равна 5050 м/с, критический диаметр - 105 мм.
Пример 5. В варочный бак, согласно Примеру 1, содержащий загущенный гелем кремниевой кислоты и насыщенный при 92oC водный раствор аммиачной и натриевой селитр (соотношение между аммиачной и натриевой селитрами 9:1), имеющий температуру 95oC, вводят со скоростью 4,0 кг/с кристаллическую аммиачную селитру в количестве 5,0 мас.%. Полученную суспензию перемешивают в течение 4 минут при модифицированном критерии Рейнольдса, равном 300. Далее суспензию перекачивают в бункер-смеситель стандартной смесительно-зарядной машины типа "Акватол", в который при перемешивании вводят 12,0 мас.% тротила, а затем 2,0 мас.% дизельного топлива.
Смесь анализируют и испытывают, как в Примере 1. Содержание жидкого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 2,06; B - 1,99; C - 1,95. Содержание твердого горючего по колонке заряда составило, мас. %: A - 11,8; B - 11,9; C - 12,3. Скорость детонации заряда равна 5120 м/с, критический диаметр - 100 мм.
Пример 6. В бункер-смеситель смесительно-зарядной машины, согласно Примеру 4 содержащий загущенный гелем кремниевой кислоты водный раствор аммиачной и кальциевой селитр (соотношение между аммиачной и кальциевой селитрами 8 : 1), насыщенный при температуре 87oC и имеющий температуру 82oC, вводят со скоростью 8,5 кг/с гранулированную аммиачную селитру в количестве 17,0 мас. %. Полученную суспензию перемешивают в течение 10 минут при модифицированном критерии Рейнольдса, равном 100. Далее при перемешивании вводят 14,0 мас.% тротила, а затем 2,0 мас.% минерального масла.
Смесь анализируют и испытывают, как в Примере 1. Содержание жидкого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 2,06; B - 1,99; C - 1,95. Содержание твердого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 13,8; B - 14,0; C - 14,2. Скорость детонации заряда равна 5050 м/с, критический диаметр - 105 мм.
В Примерах 7-8 процесс получения водосодержащего взрывчатого вещества ведут с использованием запредельных значений параметров.
Пример 7. В варочный бак, согласно Примеру 1 содержащий загущенный гелем кремниевой кислоты, насыщенный при 97oC водный раствор аммиачной селитры и имеющий температуру 110oC, вводят со скоростью 1 кг/с гранулированную аммиачную селитру в количестве 31,0 мас.%. Полученную суспензию перемешивают в течение 2 минут при модифицированном критерии Рейнольдса, равном 50. После перемешивания смесь резко густеет и перекачивание ее в смесительно-зарядную машину невозможно.
Пример 8. В бункер-смеситель смесительно-зарядной машины типа "Акватол", согласно Примеру 4 содержащий загущенный гелем кремниевой кислоты, насыщенный при 80oC водный раствор аммиачной селитры и имеющий температуру 75oC, вводят со скоростью 18 кг/с гранулированную аммиачную селитру в количестве 1,0 мас. %. Полученную суспензию перемешивают в течение 17 минут при модифицированном критерии Рейнольдса, равном 80. Далее при перемешивании вводят 2,7 мас.% минерального масла, а затем 8,0 мас.% тротила.
Смесь анализируют и испытывают, как в Примере 1. Содержание жидкого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 3,7; B - 3,2; C - 1,2. Содержание твердого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 5,0; B - 7,0; C - 12,0. Скорость детонации заряда равна 4700 м/с, критический диаметр - 130 мм.
Пример 9 (прототип). В бункер-смеситель смесительно-зарядной машины, содержащий загущенный карбоксиметилцеллюлозой водный раствор аммиачной селитры, насыщенный при 35oC и имеющий температуру 40oC, вводят при перемешивании 10,0 мас.% тротила, 2,1 мас.% минерального масла, 38,0 мас.% сухой аммиачной селитры и 0,26 мас.% (сверх 100%) быстродействующего сшивающего агента. Получаемую смесь в процессе перемешивания перекачивают в модельные скважины.
Смесь анализируют и испытывают, как в Примере 1. Содержание жидкого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 2,6; B - 2,3; C - 1,4. Содержание твердого горючего по колонке заряда составило, мас.%: A - 9,5; B - 9,7; C - 10,8. Скорость детонации заряда равна 4850 м/с, критический диаметр - 115 мм.
Как следует из вышеприведенных Примеров 1-6, 9 предложенный способ позволяет получить физически стабильное водосодержащее взрывчатое вещество с повышенной детонационной способностью, в котором изменение содержания жидкого и твердого горючего по колонке заряда не превышает 3%. Скорость детонации полученного взрывчатого вещества выше на 7%, а критический диаметр на 15% ниже аналогичных параметров взрывчатого вещества по прототипу.
Формула изобретения: 1. Способ получения водосодержащего взрывчатого вещества, включающий приготовление при нагревании загущенного водного раствора окислителя и введение в него при перемешивании твердого горючего, жидкого горючего и аммиачной селитры, отличающийся тем, что используют загущенный водный раствор окислителя с температурой, отличающейся не более чем на 8oC от температуры насыщения раствора, в который первоначально вводят аммиачную селитру со скоростью 1,5-15,0 кг/с, полученную суспензию перемешивают в течение 3-15 мин при критерии перемешивании Reм≥100, после чего в нее вводят горючее, причем температура насыщения раствора окислителя составляет 85-95oC, а аммиачную селитру берут в количестве 2-30% от массы взрывчатого вещества.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в суспензию последовательно вводят твердое и жидкое горючее.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в суспензию последовательно вводят жидкое и твердое горючее.