CN102076633A

CN102076633A - 改进的炸药组合物

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Publication number: CN102076633A
Application number: CN2009801247916A
Authority: CN
Inventors: 艾伦·特沃尼; 迈克尔·特沃尼
Original assignee: Blew Chip Holdings Pty Ltd
Current assignee: Blew Chip Holdings Pty Ltd
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2029-04-28
Also published as: ZA201007853B; WO2009132384A1; US8425701B2; CN102076633B; US20110056598A1; BRMU8903104U2

Abstract

本发明提供一种炸药组合物，其包括爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂，其中爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂分散在整个组合物中。

Description

改进的炸药组合物

技术领域

本发明涉及炸药组合物领域，尤其涉及一种包含有粘附到爆炸剂上的固体燃料的炸药组合物及其生产方法。

背景技术

采矿中最普遍使用的炸药是硝酸铵和燃料油的混合物(ANFO)。燃料油通常使用2号燃料油，但是也使用柴油、煤油和植物油。ANFO是高能量炸药，其会产生巨大的冲击波分力，作为释放的爆炸能量的一部分。

冲击分力在岩石爆破中效率有些低，并且会产生高比例的细粉尘和碎屑，显然，这从安全和环境的角度来看并不可取。当开采宝贵的材料如金或者钻石的时候，也需要减小冲击波分力从而减小一些对材料的损坏或者损失。爆炸能的膨胀分力(heave component)在岩石裂纹的扩展和提升负载中有效地做了大部分必要工作，因此需要减小变成冲击波的爆炸能，并使其在膨胀分力上最大化。

在过去已经做过尝试，改进炸药成分以产生低冲击能炸药(LSEE)并取得了有限的成功。爆炸组合物用如锯屑或者米糠等材料稀释，这能够帮助减小冲击能，但是稀释作用意味着需要更多的组合物来达到相同的效果，也就需要钻入更大或者更多的钻孔，以放置炸药。这些低密度炸药同样会导致低的爆破效率。

美国专利US5505800提出了该问题的部分解决方案，其公开了组合使用氧化剂如硝酸铵和选自橡胶、黑沥青、未膨胀聚苯乙烯等材料的颗粒固体燃料。这些固体燃料优选用来取代所有的液体燃料油，并且由于它们比液体燃料油燃烧缓慢，因此延长了爆炸压力积聚的时间，这将导致产生的冲击能显著降低。橡胶作为与硝酸铵组合使用的优选燃料，形成被称为ANRUB的组合物。

但这仍然不是理想情况，伴随不可预期的总爆破效率获得不均匀爆炸性能。为了不同目的而使用不同的固体燃料颗粒，这会导致爆炸结果的不可预期性和多变性。

发明内容

发明者已经确认需要一种炸药组合物，其相对于传统的ANFO具有减小的冲击波组分分力，并且保持炸药和固体燃料元素彼此接近以提供更可靠的爆炸性能。

本发明能够使用聚合物粘合剂来保持爆炸剂和固体燃料间的密切接触，以获得提高的和更可靠的爆破性能(profile)，同时与现有技术中的某些组合物相比具有减小的冲击波分力。

一种形式下，未必是唯一的或最宽泛的形式，本发明提供一种炸药组合物，其中固体燃料和爆炸剂粘结在一起。

第一方面，本发明在于一种炸药组合物，包括爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂，其中炸药、固体燃料和聚合物粘结剂分散在整个组合物中。

适当地，爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂分散在整个组合物中，以使组合物大体上是均匀的。

聚合物粘结剂保持爆炸剂和固体燃料均匀分布在整个组合物中，以提供改进的爆破性能。

适当地，聚合物粘结剂选自下组中：聚异丁烯、聚苯乙烯、聚乙烯和聚丁烯。

优选地，聚合物粘结剂包括聚异丁烯内酯，烷醇胺衍生物如Anfomul P3000。

在第一方面的一具体实施方式中，该组合物还可以包括铁系催化剂。

本发明的第二方面在于一种粘合爆炸剂和固体燃料的方法，该方法包括向爆炸剂和/或固体燃料中添加聚合物粘结剂从而粘结爆炸剂和固体燃料的步骤。

本发明的第三方面在于一种制造第一方面的分散型炸药组合物的方法，其包括组合爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂从而形成分散型炸药组合物的步骤。

在第三方面的一具体实施方式中，该炸药组合物还通过进一步组合铁系催化剂来制造。

在第三方面的另一具体方式中，炸药组合物还通过进一步组合燃料油来制造。

本发明的第四方面在于在目标区域内产生爆炸的方法，包括向目标区域施加有效量的第一方面所述的组合物的步骤。

适当地，相对于类似密度的相似的高能量炸药来说，该爆破具有减小的冲击波分力。

优选地，相对于类似密度的相似的高能量炸药来说，该爆破具有增加的膨胀能分力。

在说明书中，除了内容需要，否则术语“包含”、“含有”和“包括”的含义意味着包含规定的整数或者整数组，但是并不排除其他整数或者整数组。

附图说明

为了本发明可容易地理解并加以实施，下文将根据附图，以举例的方式介绍优选的实施方式：

图1示出了如表1所示的ANFO炸药组合物的爆轰速度(VOD)轨迹；

图2示出了如表1所示的ANRUB炸药组合物的VOD轨迹；

图3示出了根据本发明的，如表1所示的产品4的炸药组合物的VOD轨迹；

图4示出了图3所示实施方式的炸药组合物的第二个VOD轨迹，代表重复爆炸；

图5示出了根据本发明的另一个实施方式，如表1所示的产品5的炸药组合物的VOD轨迹；

图6示出了图5所示实施方式的炸药组合物的第二个VOD轨迹，代表重复爆炸；

图7示出了根据本发明的另一个实施方式，如表1所示的产品6的炸药组合物的VOD轨迹；

图8示出了图7所示实施方式的炸药组合物的第二个VOD轨迹，代表重复爆炸；

图9示出了根据本发明的另一个实施方式，如表1所示的产品7的炸药组合物的VOD轨迹；

图10示出了图9所示实施方式的炸药组合物的第二个VOD轨迹，代表重复爆炸；以及

图11示出了如表1所示的UNFO炸药组合物的VOD轨迹。

发明详述

本发明提供了炸药组合物的应用，其中固体燃料通过聚合物粘结剂与爆炸剂粘结。这使得固体燃料和爆炸剂能够彼此靠近，并且能均匀分布在整个组合物中。这种情况的结果是，与现有技术中的炸药相比，具有改进的爆破性能，所述现有技术中的炸药只使用氧化剂和橡胶，因此会使橡胶燃料颗粒从氧化剂中沉淀或者分离出来。

本文使用的术语“爆炸剂”，通常是指适合用于炸药中的试剂。特别地，该术语指代通常用于炸药的氧化剂，如某种碱金属盐、碱土金属盐以及铵盐。这种爆炸剂的一优选例子是硝酸铵。

本文使用的术语“分散体”或者“分散”，指的是组合物，其中的颗粒成分分布或者散布在整个组合物中。这使得组分相对均匀地分布在整个组合物而不是某个组分局部浓缩/聚集或者以某种方式划分。

本文使用的术语“目标区域”指的是一片地方，该地方是炸药组合物使用或者爆轰的地方，或者是钻孔等用以放置炸药组合物的地方。

本文使用的术语“聚合物粘结剂”指的是任何聚合物流体，其使得固体燃料涂覆在几乎所有的爆炸剂颗粒上或与其紧密靠近以达到所需的爆炸性能。这包括固体燃料和爆炸剂结合起来，如使用粘结剂或者简单的紧紧连在一起，但不是真正的物理接触，如通过胶粘剂或者胶粘材料嵌入。

一方面，本发明的炸药组合物包括爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂，其中爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂分散在整个组合物中。

爆炸剂可以选自现有技术中已知的那些，包括氧化物炸药如硝酸铵，硝酸尿素，硝酸钠，硝酸钙，高氯酸铵等，以及以上物质中两种或者更多种的任意组合。可以用硝酸钙达到与硝酸钠类似的目的，但是会形成具有更高爆轰速度的更敏感的产品。

优选，爆炸剂是硝酸铵。

固体燃料可以选自一定范围的高能量物质，其缓慢燃烧并能增加时间，在此时间内爆炸事件中的压力积聚从而有助于减少爆破的冲击波分力，增加膨胀分力。

优选，固体燃料选自下组中：橡胶，例如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丁烯的塑料，黑沥青，固体形式的非膨胀型聚苯乙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，上过蜡的伍德合金，松香等。橡胶可以是天然橡胶或者合成橡胶或者它们的混合物。

更优选，固体燃料是天然和/或合成橡胶和/或塑料如聚苯乙烯、聚乙烯和聚丁烯。

在优选实施方式中固体燃料是天然和/或合成橡胶。

使用的聚合物粘合剂可以是任何可以使固体燃料和爆炸剂黏着或附着的聚合物。这可以通过使用具有固有的胶粘性的聚合物实现，这导致在两表面之间形成不同形式的吸引，或者通过粘性使得两种组分紧挨，或者通过组分间某种形式的嵌入使得两种组分紧挨。应用的聚合物粘结剂通常是流体，然后可以增加或者不增加粘性或者凝固性，主要取决于爆炸剂和固体燃料粘合所需的粘性。

优选地，聚合物粘结剂是聚异丁烯型或者液化的塑料如聚苯乙烯、聚乙烯或者聚丁烯凝胶。塑料可以溶解在一定量的合适的有机溶剂中，如甲苯，苯，汽油等。

特别优选地，聚合物粘结剂是聚异丁烯内酯衍生物、聚异丁烯琥珀酸衍生物和聚苯乙烯凝胶。

更优选地，聚合物粘结剂是聚异丁烯内酯烷醇胺衍生物。这种聚合物粘结剂的一个例子是从Croda Australia购买的Anfomul P3000。尽管其他聚合物粘结剂也是合适的，已经发现Anfomul P3000会在氧化爆炸剂的表面发生化学反应，并且与橡胶固体燃料颗粒发生聚合，使得炸药组合物特别稳定的物理连接，并保持燃料与爆炸剂紧密接触。

聚合物粘结剂使得爆炸剂和固体燃料均匀分散在整个组合物中以提供改进的爆破性能。这弥补了ANRUB爆炸剂的不足，ANRUB爆炸剂由于分散不匀以及同时发生的橡胶颗粒从整个组合物中的分离而不均匀燃烧，导致不可预期和不均匀的爆炸。聚合物粘结剂的使用保留了ABRUN缓慢燃烧的性质，超过橡胶颗粒的尺寸范围，相对于ANFO减小了冲击分力，但是相对于ANRUB具有改进或者更多可重复的爆炸性能。

在第一方面的一具体实施方式中，组合物可以还包括催化剂，如铁系催化剂。在现有炸药组合物中可能有用的催化剂的一个非限制性实施例是带有沸石载体的氧化铁。催化剂可以至少部分抵消用于使用了橡胶等而带来的任何环境的负面影响，可以减少爆炸时的非挥发性的硫化物中的硫含量，如硫化铁。催化剂可以有也可以没有载体。

组合物还进一步包括燃料油，其与传统的ANFO作用相同，而且其是炸药组合物中的有用的但不是必须的添加物。

要考虑目前的炸药组合物中也可以包含其他成分的添加剂，在第一方面的一个特定形式中，组合物的活性成分可以大体上由爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂组成。

“大体上由…组成”的意思是说组合物中95％的活性成分由所述材料组成。

优选，炸药组合物包括81％-98％爆炸剂、1％-16％固体燃料，以及0.5％-3％聚合物粘结剂。除非另有说明，这里所说的百分含量是指占组合物总重量的百分比。

在一个实施方式中，当存在燃料油和催化剂时，炸药组合物包括80％-98％爆炸剂，1％-15％固体燃料，0.5％-2％聚合物粘结剂，0.5％-2％燃料油，和0.25％-1％具有或者没有载体的催化剂。

添加其他添加剂也在本发明的范围内，其他添加剂可以增强炸药组合物的效率或者提高其储存性能、安全特性等。这些附加组分包括使用的炸药添加剂，通常称为灵敏度添加剂，一些非限制性举例如铝、氟化铝、氟铝化钠以及氟化镁细颗粒，其中每个都可以与硅铁和/或硫组合。

适合用于本发明的爆炸剂的一些例子在上面已经介绍。这些也可以与其他促进成分如其他金属硝酸盐共同使用，如碱金属硝酸盐，碱金属高氯酸盐，碱土金属硝酸盐，碱土金属高氯酸盐，高氯酸铵，尿素高氯酸盐以及上述两种或者更多种的组合。

本发明的第二个方面在于爆炸剂和固体燃料的粘附方法，包括添加聚合物粘结剂到爆炸剂和/或固体燃料中从而粘结爆炸剂和固体燃料的步骤。

前面讨论的爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂的种类都认为是适用于本发明的。爆炸剂和固体燃料可以以多种方式通过下述不同程序来粘结，这些程序将在下面关于本发明的第三部分中进行详述。

本发明的第三方面在于制造第一方面的分散炸药组合物的方法，包括爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂组合粘结到一起从而形成分散的炸药组合物的步骤。

在本发明任何一个方面的一具体实施方式中，炸药组合物的制造进一步包括结合催化剂。催化剂可以是铁系催化剂。炸药组合物的进一步制造包括结合燃料油。

本发明任何一个方面的一优选实施方式中，固体燃料颗粒，如橡胶颗粒，与爆炸剂如硝酸铵，以爆炸剂85-95份、固体燃料5-15份的比例范围干混。当这两种组分混合均匀后，混合物涂覆燃料油和聚合物粘结剂如聚异丁烯酸内酯烷醇胺衍生物的混合物，并添加催化剂。需要进一步混合以确保固体燃料和爆炸剂在整个组合物中分散均匀，而且粘结剂可以确保它们保持该状态。

本发明任何一个方面的另一优选实施方式中，塑料如聚苯乙烯用有机溶剂如甲苯、苯或者汽油溶解成凝胶。更进一步，固体燃料颗粒如橡胶分散到凝胶中，混合以形成金属小球大小的珠子，通过蒸发去除溶剂，以得到许多包含1％-55％固体燃料如橡胶，和45％-99％聚苯乙烯的珠子。然后在填充钻孔形成炸药组合物时将这些珠子与爆炸剂混合，得到含有85％-99％爆炸剂，1％-15％珠子的炸药组合物，其添加有重量比为0.25％-1％的铁催化剂载体。这个实施方式使得聚苯乙烯废弃产物，以及橡胶废弃物如轮胎，用作燃料来源，从而使燃料来源具有灵活性。为了粘结珠子和氧化爆炸剂，喷涂1∶0.6到1∶1，优选1∶08的燃料油和聚异丁烯酸内酯，烷醇胺衍生物(如Anfomul P3000)的混合物。如上所述，进一步搅拌是有用的。

而在本发明任何一个方面的另一优选实施方式中，燃料油和聚合物粘结剂，如Anfomul P3000，混合到一起，并且将细磨的粒径等于或者小于30目的橡胶颗粒添加到燃料油-聚合物粘结剂的混合物中。该混合的组合物包括0.5-6份燃料油，0.5-6份聚合物粘结剂，3-8份橡胶颗粒，并优选含有2份燃料油，2份聚合物粘结剂，5份橡胶颗粒。该混合物添加到爆炸剂中，以9份燃料油/聚合物粘结剂/橡胶颗粒以及91份爆炸剂的比例进一步混合。

而在本发明任何一个方面的另一优选实施方式中，燃料油与Anfomul P3000以1∶1比例混合，并放置到压力罐中。在通常用于用炸药填充钻孔的螺旋输送系统中，将粒径等于或者小于30目的橡胶颗粒添加到爆炸剂中。橡胶对爆炸剂的比例范围是85％-95％爆炸剂对5％-15％橡胶。

在距离钻孔入口1m距离处，螺旋的橡胶炸药混合物喷洒有燃料油/聚合物粘结剂混合物，并且继续在螺旋装置中混合。填充钻孔时的最终组合物是85％-95％爆炸剂，2％-6％燃料油/聚合物粘结剂混合物以及3-7％橡胶颗粒。还可以添加重量比0.25％-1％的铁催化剂。优选的最终炸药组合物包括大约91％爆炸剂，大约5％橡胶颗粒，大约3.75％燃料油/聚合物粘结剂混合物，以及0.25％铁催化剂。

而在发明任何一个方面的还一实施方式中，固体聚苯乙烯用有机溶剂溶解，如甲苯或者汽油，以制备重量比50％-75％聚苯乙烯的凝胶。然后添加橡胶颗粒到凝胶中以形成均一分散物。含有凝胶的颗粒形成直径0.5-3mm的珠子，并且蒸发溶剂留下包含1％-55％橡胶和45％-99％聚苯乙烯的固体球。

在用85％-95％炸药和5％-15％橡胶/聚苯乙烯混合的珠子填充钻孔时，将橡胶聚苯乙烯珠子添加到炸药中。为了使珠子和炸药彼此粘合，可以喷射1∶1比例混合的燃料油和聚合物粘结剂(如Anfomul P3000)以得到最终炸药组合物，其包含85％-95％炸药，3％-15％固体燃料珠子，2％-5％燃料油/聚合物粘结剂。随后添加铁催化剂控制在爆炸时从橡胶中释放的硫，其添加量大约0.25％-1％。

在发明任何一个方面的另一优选实施方式中，通过将膨胀型或者非膨胀型聚苯乙烯溶解在有机溶剂中形成的聚苯乙烯或者类似凝胶中的非吸湿性爆炸剂如硝酸尿素形成悬浮液。爆炸剂与凝胶均匀混合，并且等于或者小于30目的橡胶颗粒被添加到凝胶中均匀分散。然后凝胶形成直径在0.5-3mm的珠子，蒸发掉溶剂。

这样具有的优点是可以提供能够向传统爆炸剂中添加具有固有的爆炸能力的辅助炸药，以确保固体燃料颗粒与主爆炸反应同步。这些颗粒是疏水性的，在湿爆炸情况下具有相当优势，如钻孔中充满水时。为了粘合珠子和添加大部分氧化爆炸剂，混合物用1∶1比例的燃料油和Anfomul P3000混合物喷洒，以得到最终炸药组合物，包含85％-95％氧化爆炸剂，3％-15％固体燃料珠子，以及2％-5％燃料油/聚合物粘结剂，并且如果需要会包含1.25％-1％铁催化剂。

因此，本发明的炸药组合物可以用在很多以前只能使用更昂贵的浆体、水凝胶、乳化剂和防水产品的湿环境中。这为消费者提供了一种有用的并且更经济的替代品。

在发明任何一个方面的另一优选实施方式中，等于或者小于30目的橡胶颗粒与硝酸尿素或者硝酸钙晶体混合。一旦组合均匀，添加由聚合物粘结剂如Anfomul P3000和燃料油组成的混合物，以提供最终炸药组合物，其包含85％-95％硝酸尿素或者硝酸钙，5％-15％橡胶颗粒，3％-7％燃料油/聚合物粘结剂混合物，以及可选择地，0.25％-1％铁催化剂。该混合物提供了一种相对不溶解的炸药组合物，可以在当水进入钻孔时使用，或者用在钻孔填充后炸药延迟会吸收水分降低爆炸效率的地方。

在本发明的一种形式中，炸药组合物为了便于使用常规装置填充钻孔，而被组合形成球形的、丸状的或者颗粒状的最终产品。

然而这里的炸药组合物的描述主要涉及粘结固体燃料颗粒到氧化爆炸剂，如硝酸铵，应当理解的是本发明的使用没有限制，在其它商业用炸药凝胶中，粘结两种或者更多种成分对于得到最终组合物中均匀分散的组分是有用的。

这有助于炸药组合物中某种替换组分的应用。例如，固体燃料颗粒可以与水或者乳化剂混合，其中乳化剂可以选自倍半油酸山梨坦，山梨醇单油酸酯，山梨醇单棕榈酸酯，山梨醇单硬脂酸酯，山梨醇三硬脂酸酯，构成脂肪的脂肪酸的单和二甘油酯，大豆卵磷脂，羊毛脂衍生物，烷基苯磺酸盐，油烯基酸磷酸盐，月桂胺醋酸盐，十油酸十甘油酯，十硬脂酸十甘油酯，包含聚乙二醇主链并带有脂肪酸侧链的聚合乳化剂，聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物以及它们的两种或者更多种的混合物。这样能够制备乳状液类型的炸药组合物，其中不连续相包括50％-80％氧化爆炸剂，1％-7％固体燃料颗粒，以及连续相包括，例如，与不连续相不相容的燃料油。该方法包括分散固体燃料到预形成的乳化液的步骤，随后分散硝酸铵、硝酸尿素或其他氧化爆炸剂或类似试剂的混合物(可形成为球状或者晶体)到乳化液中。聚合物粘结剂，会以聚合乳化剂形式添加，使得炸药爆炸剂并由乳化液包围，并与固体燃料颗粒充分接触。

在配制炸药组合物时氧平衡是一个考虑因素。其表明了炸药能被氧化的程度。如果炸药组合物包含刚刚够量的氧气，能够将所有可用的碳转化为二氧化碳，所有氢转化为水，并且所有金属转化为金属氧化物而无过量，那么该分子被称为具有零氧平衡。如果炸药包含比需要的氧气更多的氧气，就被称为具有正氧平衡。如果炸药包含比需要的氧气更少的氧气，就被称为具有负氧平衡。炸药的灵敏度、强度、能量分裂都依赖于氧平衡，并且当氧平衡趋于零时这些值趋于最大值。负氧平衡会产生大量的CO，而正氧平衡会产生大量氮氧化物，尤其是NOx。

为了提高氧平衡，可以添加具有高含氧量的化合物到制剂中，使得OB值更接近工业标准中的传统ANFO。可以考虑的合适化合物包括KMnO₄，CaO₂，H₂O₂，和Sr(NO₃)₂。

炸药组合物的防水性是另一个重要考虑因素。采石和采矿操作的理想炸药材料是一种在一延长时间内能够抵抗水侵袭，同时具有工业标准ANFO中的流动性。大多数防水炸药是基于凝胶和微乳化液，可以在与水接触时形成凝胶。防水制剂同样需要大于1.0的密度以填充钻孔而不漂浮。

在现有技术中，微胶囊同样用于提供防水炸药。这涉及使用熔融形式或者溶液形式的氧化剂做芯，随后用聚合物或者蜡基本封闭起来，固化形成保护壳。这种方法有许多缺陷，其制造困难，因为壳必须非常薄(大约1-20微米)以避免过度燃烧。然后这种薄的壳易于破裂，从而不利地将氧化剂暴露给水。另一个缺点是这种制剂只适合于使用少量结晶的爆炸剂。在工业中，硝酸铵和其他爆炸剂通常是以直径至少为1-2mm的球状提供的。微胶囊方法提供大约600-700微米大小的胶囊，所以可利用的氧化剂的范围受到限制。

本发明的制剂可以抵抗水/湿气进入本发明的炸药组合物，其原因是使用了许多如下所述的表面涂覆技术。

第一种防水技术涉及使用硬脂酸钙/石蜡凝胶。硬脂酸钙是用于服装防水的传统的疏水性物质，而石蜡凝胶被用来防止存储的硝酸铵吸收水分。防水剂溶解在有机溶剂中并按照如下所述通过连续涂覆、溶剂蒸发、涂覆、溶剂蒸发和最终涂覆用作层。这种应用最好使用流化床技术进行，防止颗粒凝聚，并在保持炸药颗粒流动性时允许防水剂的均匀使用。涂层施加到颗粒上，其包括通过聚合物粘结剂如Anfomul P3000粘合到硝酸铵的橡胶，然后连续涂覆硬脂酸钙，石蜡凝胶和包含硬脂酸钙和石蜡凝胶的混合物的制剂。使用这种涂覆方法，可以在4-6小时内防止水侵入到炸药组合物中，而不损失爆炸能力。

第二种防水技术涉及使用石蜡。橡胶颗粒通过聚合物粘结剂粘合到硝酸钠，随后涂覆溶解在有机溶剂中的高熔点(＞50℃)石蜡介质，或者直接涂覆熔融的石蜡。这种应用最好使用流化床技术进行，防止颗粒凝聚，并在保持炸药颗粒流动性时允许防水剂的均匀使用。这样，大颗粒范围5-10mm的石蜡在炸药组合物上形成结壳。在最终表面涂覆微细滑石粉、硅藻土、膨润土或者沸石防止聚集。根据涂层厚度，石蜡结壳的颗粒可以制作成完全防水48小时而不损失任何爆炸能力。可以使用的其他蜡包括各种植物蜡，硅蜡和有机硅蜡。如前所述的各种其他添加剂，可以包含在防水炸药组合物中。

炸药钻孔的有效填充需要炸药从运输设备中连续流动到孔中。正如讨论的，可能由于下雨或者岩石裂缝的渗透，很多钻孔中有水。现有技术的防止水进入炸药的方法，包括上述的使用凝胶和微乳化液和微胶囊。本文中作为替代方法是将蜡或者交联的硅物质与本发明的炸药组合物一起使用，从而使填充了炸药混合物的中心，和外部防水层共同挤出到钻孔中。共同挤出传送带在炸药混合物输送到孔之后丛孔撤回。通过这种方法填充，水已经被共同挤出的炸药混合物所取代。可以通过添加微细铁粉末到防水层中以增加密度，从而防止漂浮。

运用本发明的公开内容，可以设想将许多包括相同或者相似的活性成分但是量有变化或者使用不同的添加剂如促进剂或者乳化剂的炸药组合物应用在不同的情况或者输送到不同的目的区域。例如，制成的组合物可以优选防水的，因此可以适用于水下使用。第二种组合物可以制成优选适合干燥储存的并输送到钻孔。这些变化的组合物同样可以设计成用不同的方法传输到目的区域，如干燥的球状、粒状产品或者自由流动的乳化液，以提供一系列适合眼前特殊条件的炸药组合物。

应该认识到的是许多不同的方法可以用来制作本发明的炸药组合物，成分可以作为单独的精细配置的添加剂分别制备，其是物理稳定的，没有爆炸性的，可以通过通常运输方式运输的，并且可以通过简单程序步骤很容易并且安全地在制造厂或者在场地上混合。换句话说，如先前所述，炸药组合物的成分可以分别以精细特定方式(如固体燃料溶解在液化的塑料中，成球并干燥)在添加前制备，然后在需要爆破前粘合爆炸剂。这有利于提高操作炸药组合物的安全性。

本发明的第四个方面在于在目的区域产生爆炸的方法，包括在所述的目标区域中实施第一个方面的有效量的组合物。

适当地，爆破相对于相似密度的相似高能量炸药如ANFO，具有减小的冲击波分力。

优选地，该爆破相对于相似密度的相似高冲击能量炸药如ANFO，具有增加的膨胀能分量。与具有爆炸剂和橡胶颗粒分离的ANRUB相比时，该爆破具有提高的重现性和均匀爆炸特性。

因此本领域技术人员根据下面的非限制性实施例，可以更容易的理解本发明和产生实际效果。

实施例

实施例1

在澳大利亚昆士兰州临近沃里克的Braeside采石场进行了一系列爆破实验，来评估以橡胶颗粒作为一种组分制造的产品的爆轰性能，并与ANFO进行对比。特别测试了包括本发明的那些炸药组合物的不同产品混合物的VOD。

产品检验：

制造了七个产品来进行一系列的测试。这些炸药是现场20公斤/批次手工混合的。按照标准工业配方，混合ANFO(硝酸铵/燃料油)和ANRUB(直链橡胶和硝酸铵混合物)。产品4-7是本发明的炸药组合物，并且按照ANRUB制造，但是添加少量成分的燃料油和聚合物粘结剂(聚异丁烯酸内酯，市场上可获得的名为Anfomul P3000烷醇胺衍生物)以改善橡胶和氧化剂的粘着性，并且提供一个各个组分基本上均匀分散其中的组合物。此外，添加少量的Fe₃O₄到产品4-7中，作为清除橡胶中可能释放的硫的清除剂。不同粒级的橡胶在这些混合物中被使用，用来测试爆轰参数的效果。这些产品的实际组分见表1。

表1中上标1，2，3指的是这些特定配方中的橡胶颗粒的大小。上标1指橡胶颗粒大于0.71mm但是小于1.5mm，同时上标2指橡胶颗粒小于0.71mm，并且上标3指橡胶颗粒大小介于1.5mm和2.3mm之间。表1中使用的缩写，具有以下意义：AN＝硝酸铵；FO＝燃料油(柴油)，UN＝硝酸尿素，OB＝氧平衡；Polymer＝聚合物粘结剂，特别是聚异丁烯酸内酯，烷醇胺衍生物，Anfomul P3000。

每一个配方都通过一个表明氧平衡的热力学计算。这是一个总的计算，并假设所有成分反应完全。这里没有考虑粒径，因此产品4-6有相同的氧平衡。该热力学方程的输出是理想设置环境的反应动力学和温度的评估。该方程提供了一个“理想的”VOD，它可以作为上限与炸药测得的性能进行比较。

ANFO

UNFO

ANRUB

4

5

6

7

AN

94.0％

0.0％

94.0％

90.8％

90.4％

橡胶

0.0％

6.0％1

6.0％2

6.0％1

6.0％3

6.0％2

FO

6.0％

0.0％

1.0％

聚合物

0.0％

1.8％

Fe₃O₄

0.0％

0.4％

0.8％

UN

0.0％

94.0％

0.0％

OB

-0.78％

-25.67％

0.57％

-7.97％

-8.07％

密度

0.87

0.95

0.77

0.71

0.76

0.77

表1

负载参数：

表1描述的7号产品被装入大约6m深的89mm洞里。所有的洞都装备MRE1探针电缆用来测量VOD。洞被碎石封堵并且在大约100m的距离处电引爆。利用重量与每个洞里的产品的柱高，评估每个产品的密度。每个爆炸测试的负载参数在表2中示出。

爆轰速度：

在现实中没有“理想的”或者定义了完美的爆炸的目标VOD。通常VOD受非理想炸药的装药直径，粒度，密封，温度和密度影响。一般而言，高VOD炸药更适用于对抗更强壮，更大规模的岩体。在现实中，由于非理想的程度，大多数商品炸药没有达到他们的理论VOD。这通常是由于爆炸物的混合或者沉出(例如伴随ANRUB的)，爆炸物的粒度和其他领域的因素。

表2

VOD结果：

用配备了30米ProbeCable-HT探针的MERL MicroTrapVOD记录器，测量每个孔的VOD。MicroTrap是一个便携的，高分辨率单通道数据记录器。表1中的每个炸药组合物获得的实际的VOD测量值在表3中示出。

VOD	ANFO	UNFO	ANRUB	4	5	6	7
								理想的	5,104	4,833	4,586	4,368	4,368	4,368	4,549
高	3,470	3,060	3,116	3,624	3,207	3,105	3,598
								低	-	-	-	3,552	3,204	2,842	3,313
平均	3,470	3,060	3,116	3,588	3,206	2,974	3,456

表3

该数据也列于图1到11中作为VOD轨迹，这是一个简单的距离v时间的图，并且不会直接的表明爆炸能量在冲击与膨胀之间是如何分裂的。

结果讨论：

每个VOD轨迹的细节包含在图中。只要在实际测量范围之内，VOD结果就被接受。所有炸药的测量VOD低于产品的理想爆轰速度。这是由于产品实际上的非理想性质和负载的直径。所有的这些参数导致VOD可能比理论上的低。

图1示出的是ANFO炸药组合物爆轰速度(VOD)轨迹，如表1所示。ANFO制造了这种类型产品典型的VOD轨迹并在图1中示出。一个少量的增长在轨迹初期是可见的，这是不平常的，这关系到这种直径的洞里的爆轰，但是轨迹很干净，像预期的一样。

图2示出的是ANRUB炸药组合物VOD轨迹，如表1所示。ANRUB制造了相对嘈杂的VOD轨迹，这与混合期间和混合后产品的橡胶和氧化剂组分的分离有关，下文进行讨论。

图3和4示出了本发明一个实施例的炸药组合物的VOD轨迹(和重复试验)，如表1中所示的产品4。产品4产生没有增长迹象的干净的VOD轨迹。它的整体VOD是最高的，并且这表现了所有混合物的最大的一致。相比于ANRUB VOD(图2)，这是相当干净的，因为ANRUB产生均匀的波动，这源于这样的事实，即由于不同组分的沉出，橡胶燃料不均匀的燃烧。产品4的干净的轨迹表明橡胶燃料与爆炸剂保持紧密接触。这是在ANRUB上的改进，当使用细橡胶微粒时，如产品4那样，在爆破特性方面这是特别不可靠的。从而本发明的组合物提供了对现有技术的问题的解决方案。干净的轨迹表明在爆轰过程中橡胶平稳燃烧。

图5和6示出了根据本发明的另一个实施方式的炸药组合物的VOD轨迹(和重复试验)，如表1中所示的产品5。这些示出了稳定的几乎没有增长的VOD。

图7和8示出了根据本发明的另一个实施方式的炸药组合物的VOD轨迹(和重复试验)，如表1中所示的产品6。这个产品有较低的VOD，可能表明爆炸能量释放中较高的膨胀组分。

图9和10示出了根据本发明的另一个实施方式的炸药组合物的VOD轨迹(和重复试验)，如表1中所示的产品7。与具有较大橡胶粒径的产品相比，两个轨迹都具有干净的且更高的VOD。

图11示出了UNFO炸药组合物的VOD轨迹，如表1所示。UNFO产生相对嘈杂的VOD轨迹。也有一些增长的迹象，但是由于轨迹开始时候的噪音部分被遮蔽，因此难以测量的。

根据ANFO圆柱上升而推导的密度略高于一般的密度0.82/cc。这可能是由于钻孔条件造成钻孔直径的一些小变化。因此，表1给出的其他密度仅供参考。很显然，包含橡胶使产品密度减少大约10-15％。

证据表明橡胶颗粒尺寸对产品的VOD有影响。VOD的顺序是产品4≥产品7≥产品5≥产品6。用优质橡胶颗粒(＜0.71mm)制造的产品4和7，比其他橡胶产品产生了更稳定的和更高的VOD。

图中示出的爆轰速度轨迹阐明了包含橡胶、爆炸剂和聚合物粘结剂的现有炸药组合物，与根据行业标准ANRUB配方得到的变体相比，具有均匀燃烧特性。从ANRUB制剂的橡胶中分离出来的爆炸剂，在爆轰速度的记录中生产相当大的差异和“噪音”。这是本发明解决的该产品的主要缺点。

例子2

爆炸特性

在氧化炸药中加入橡胶颗粒的目的是通过延长爆炸时间来增加“膨胀”特性。在采矿情况下，制备包含硝酸铵(AN)和硝酸尿素(UN)的组合物，从炸药的视觉方面和感官评价方面，比较爆炸能力的结果。使用的配方和得到的结果在下表4中示出。组合物1和2是分别代表行业标准的ANFO和UNFO组合物，而组合物3-6是发明中使用橡胶作为固体燃料和使用聚合物粘结剂(Anfomul P3000)，以确保各组分均匀分布在组合物中，并且保持固体燃料和氧化剂紧密接触的那些组合物。

添加橡胶作为柴油的替代品会增加爆炸性。在爆炸区域中表面升起水平和最终岩石破裂表明，添加微细铁粉末作为硫净化剂会提高爆炸性和膨胀性。这些制剂通过带有475毫秒井下延迟引信的Riotech雷管和150g的Riobooster引爆。

表4

这里所述的炸药组合物尤其适用于氧平衡制剂以进入地下采矿或者采石时用的小钻孔中。使用固体燃料粘合爆炸剂得到的更高密度制剂，可以制成小球形、子弹形等容易下沉到水中的形状，提供了可在洪水浸没的钻孔中的安全放置的优势。

另外，固体燃料和爆炸剂的粘结消除或者减小了炸药对于高级燃料和/或废油的需要。在所述的的例子中，聚合物粘结剂通常在与燃料油混合后添加。然而，在所有所述的实施例中燃料油的使用是可选的并且它的内含物取决于需要的性能。

本发明的炸药组合物提供一种相对自由流动的混合物，其可能允许炸药组合物应用于湿环境中，在放置于湿或者干燥的钻孔中长时间后保持它们的爆破和爆轰性能，并且有助于控制能量释放以达到更有效的爆破。

聚合物粘结剂添加到固体燃料和/或爆炸剂中，在搅拌后获得大体上均匀的组合物。工业炸药，ANRUB，采用缓慢燃烧固体燃料如橡胶增加压力积聚的时间，以增大其膨胀组分，减小爆炸能中的冲击波组分。这种炸药的主要缺点是固体燃料和爆炸剂在使用时会分离，因此会使得爆炸性能不可预期。如果固体燃料不能大体上保持与几乎所有爆炸剂紧密接触，那么炸药不能有效控制，以提供需要提高的膨胀组分。

本发明提供了这个问题的解决方案，即使用所述的聚合物粘结剂，这使得固体燃料和爆炸剂保持紧密接触，大大减小由于重力而导致的某一组分从另一组分中沉出。提供了具有均匀分布的固体燃料和爆炸剂的组合物，考使得均匀燃烧和爆炸性能取决于所述的固体燃料和爆炸剂的一致接近。

本领域技术人员可以认识到，本发明不仅限于本文详述的具体实施方式，而且在本发明的广义实质和范围内，包括可以想到的大量其他的实施方式。

说明书中涉及的所有计算机程序，算法，专利和科学文献，在此以引证的方式将其全部内容纳入本文。

Claims

1.一种炸药组合物，包括：爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂，其中爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂分散在整个组合物中。

2.如权利要求1所述的炸药组合物，其中爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂分散在整个组合物中，使得组合物大体上均匀。

3.如权利要求1或2所述的炸药组合物，其中聚合物粘结剂保持爆炸剂和固体燃料在整个组合物中均匀分布以获得改进的爆炸性能。

4.如权利要求1所述的炸药组合物，其中爆炸剂选自由硝酸铵、高氯酸铵、硝酸尿素、硝酸钠和硝酸钙构成的组。

5.如权利要求4所述的炸药组合物，其中爆炸剂是硝酸铵。

6.如权利要求1所述的炸药组合物，其中固体燃料选自由天然橡胶、合成橡胶、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丁烯、黑沥青、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、上过蜡的伍德合金和松香构成的组。

7.如权利要求6所述的炸药组合物，其中固体燃料是天然和/或合成橡胶。

8.如权利要求1所述的炸药组合物，其中聚合物粘结剂选自由聚异丁烯、聚苯乙烯、聚乙烯和聚丁烯构成的组。

9.如权利要求8所述的炸药组合物，其中聚异丁烯是聚异丁烯内酯和/或聚异丁烯琥珀酸。

10.如权利要求9所述的炸药组合物，其中聚合物粘结剂是聚异丁烯酸内酯烷醇胺衍生物，Anfomul P3000。

11.如权利要求1所述的炸药组合物，其进一步包括铁系催化剂。

12.如权利要求11所述的炸药组合物，其中铁系催化剂是氧化铁。

13.如权利要求1所述的炸药组合物，其进一步包括燃料油。

14.如权利要求1所述的炸药组合物，包括重量比81％-98％的爆炸剂，重量比1％-15％的固体燃料和重量比0.5％-2％的聚合物粘结剂。

15.如权利要求11-13任一项所述的炸药组合物，包括重量比80％-98％的爆炸剂，重量比1％-16％的固体燃料，0.5％-3％聚合物粘结剂，0.25％-1％铁系催化剂和0.5％-2％燃料油。

16.如权利要求1所述的炸药组合物，其进一步包括防水涂层。

17.如权利要求16所述的炸药组合物，其中防水涂层选自由硬脂酸钙、石蜡凝胶和石蜡构成的组。

18.一种粘结炸药和固体燃料的方法，其包括将聚合物粘结剂添加到爆炸剂和/或燃料油中从而粘结爆炸剂和固体燃料的步骤。

19.根据权利要求18制备权利要求1-10中任一项的方法。

20.如权利要求18所述的方法，其中聚合物粘结剂在添加时是流体。

21.一种分散性炸药组合物的配制方法，包括使爆炸剂、固体燃料和聚合物粘结剂一起粘结，从而形成分散性炸药组合物的步骤。

22.如权利要求21所述的方法，其进一步包括结合铁系催化剂的步骤。

23.如权利要求22所述的方法，其进一步包含结合燃料油的步骤。

24.如权利要求21所述的方法，其中聚合物粘结剂在添加时是流体。

25.如权利要求21所述的方法，其包括结合重量比81％-98％的爆炸剂，重量比1％-15％的固体燃料和重量比0.5％-2％的聚合物粘结剂。

26.如权利要求21所述的方法，包括结合重量比80％-98％的爆炸剂，重量比1％-16％的固体燃料，0.5％-3％的聚合物粘结剂，0.25％-1％的铁系催化剂和0.5％-2％的燃料油。

27.一种在目标区域产生爆破的方法，包括实施有效量的权利要求1-17任一项所述的炸药组合物到所述目标区域的步骤。