CN110981663A - 一种耐高温乳化炸药及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐高温乳化炸药，本发明提供的地热高温环境下使用的耐高温乳化炸药和包装，为高温爆破作业提供双保险。该炸药可以在高低温冷热循环试验(‑40℃‑80℃)做10个循环正常起爆，大大提高了高温作业环境乳化炸药的安全性和爆轰的稳定性；本发明提供的耐高温乳化炸药配方简单，并且提供的气凝胶薄膜套是一种由纳米级二氧化硅(SiO₂)粒子构成的连续多孔材料，具有高孔隙率、低密度、低导热性等优良性能，作为隔热装置来对地热高温环境进行阻燃和绝热，保障爆破施工过程的安全性。

Description

一种耐高温乳化炸药及其制备方法

技术领域

本发明属于工业炸药和工程爆破技术领域，具体涉及一种耐高温乳化炸药及其制备方法。

背景技术

我国建设横跨四川、西藏两地，地层勘探存在地热高温作业环境，部分地热高温区温度或达到80℃，根据《爆破安全规程》(GB 6722-2014)高温爆破一般规定：高温爆破温度低于80℃时，应选用耐高温爆破器材或隔热防护装置，温度超过80℃时，必须对爆破器材采取隔热防护措施。

国内一种高温爆破降温方法主要采用采挖阻断、压覆窒息、注水灭火等方式进行防护，这些方式常常伴随着炮孔破坏、降温时间短等问题；二是采用隔热装置措施，但是隔热装置结构复杂，较为笨重，部分装置还需在夹层注水隔热，给爆破施工带来了较大不便，同时由于装置采用多层结构，较为厚重，还容易卡孔问题，这些方式提升了爆破成本，同时也为施工带来了一定的安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种耐高温乳化炸药及其制备方法，本发明提供耐高温乳化炸药可以在地热高温环境下使用，更加轻质方便，并且具有良好的安全性和爆轰的稳定性。

本发明提供了一种耐高温乳化炸药，所述耐高温乳化炸药由以下原料制备而成：

其中，硝酸铵、水、添加剂和一体化复合油相的质量之和满足100wt％，发泡剂和催化剂的添加量为各自质量占硝酸铵、水、添加剂和一体化复合油相的质量之和的比例。

所述乳化炸药包装于气凝胶薄膜套内，所述气凝胶薄膜套包括超薄石棉纤维薄膜骨架以及复合于所述薄膜骨架表面的二氧化硅气凝胶层。

优选的，所述添加剂选自硝酸钠和尿素中的一种或多种。

优选的，所述发泡剂选自质量比为(10～40)：(5～20)：(40～85)的铵根离子化合物、碳酰胺和亚硝酸盐的混合物。

优选的，所述催化剂选自磷酸、柠檬酸和醋酸中的一种或多种。

优选的，所述一体化复合油相包括支链烷烃、直链烷烃、乳化剂、微晶蜡和添加剂。

优选的，所述气凝胶薄膜套为具有连续多孔状的气凝胶薄膜套，所述气凝胶薄膜套的孔隙率为85％～92％，所述气凝胶薄膜套的厚度为1.5～4mm，密度为0.05～0.12g/cm³；所述超薄石棉纤维薄膜骨架的厚度为0.5～1.5mm，所述二氧化硅气凝胶层的厚度为1～2.5mm。

优选的，所述气凝胶薄膜套的制备方法为：

将二氧化硅凝胶溶液涂覆于超薄石棉纤维薄膜上，通过减压抽真空蒸发，在超薄石棉纤维薄膜上形成二氧化硅气凝胶层，得到气凝胶薄膜套。

本发明还提供了一种上述耐高温乳化炸药的制备方法，包括以下步骤：

将质量浓度≥93wt％的硝酸铵水溶液、水和添加剂混合，得到水相；

将所述水相和熔化的一体化复合油相混合后进行乳化，得到乳胶基质；

向所述乳胶基质分别加入催化剂和发泡剂后混合进行发泡敏化，得到耐高温乳化炸药；

将所述耐高温乳化炸药灌装于气凝胶薄膜套内后，将所述气凝胶薄膜套的两端封口捆扎。

与现有技术相比，本发明提供了一种耐高温乳化炸药，所述耐高温乳化炸药由以下原料制备而成：硝酸铵70wt％～86.5wt％；水9wt％～17wt％；添加剂0wt％～5wt％；一体化复合油相4.5wt％～8wt％；发泡剂2.0‰～7.0‰；催化剂2.5‰～5.5‰；所述乳化炸药包装于气凝胶薄膜套内，所述气凝胶薄膜套包括超薄石棉纤维薄膜骨架以及复合于所述薄膜骨架表面的二氧化硅气凝胶层。本发明提供的地热高温环境下使用的耐高温乳化炸药和包装，为高温爆破作业提供双保险。该炸药可以在高低温冷热循环试验(-40℃-80℃)做10个循环正常起爆，大大提高了高温作业环境乳化炸药的安全性和爆轰的稳定性；本发明提供的耐高温乳化炸药配方简单，并且提供的气凝胶薄膜套是一种由纳米级二氧化硅(SiO₂)粒子构成的连续多孔材料，具有高孔隙率、低密度、低导热性等优良性能，作为隔热装置来对地热高温环境进行阻燃和绝热，保障爆破施工过程的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的耐高温乳化炸药的示意图；

图2为本发明提供的气凝胶薄膜套的示意图；

图3为本发明提供的包装后的耐高温乳化炸药的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种耐高温乳化炸药，所述耐高温乳化炸药由以下原料制备而成：

其中，硝酸铵、水、添加剂和一体化复合油相的质量之和满足100wt％，发泡剂和催化剂的添加量为各自质量占硝酸铵、水、添加剂和一体化复合油相的质量之和的比例。

所述乳化炸药包装于气凝胶薄膜套内，所述气凝胶薄膜套包括超薄石棉纤维薄膜骨架以及复合于所述薄膜骨架表面的二氧化硅气凝胶层。

本发明提供的耐高温乳化炸药的制备原料包括70wt％～86.5wt％的硝酸铵，优选为75wt％～80wt％。

本发明提供的耐高温乳化炸药的制备原料还包括9wt％～17wt％的水，优选为12wt％～15wt％。

本发明提供的耐高温乳化炸药的制备原料还包括0wt％～5wt％的添加剂，优选为2wt％～3wt％。所述添加剂选自硝酸钠和尿素中的一种或多种，优选为硝酸钠。

本发明提供的耐高温乳化炸药的制备原料还包括4.5wt％～8wt％的一体化复合油相，优选为5.5wt％～7wt％，进一步优选为6wt％～6.5wt％。所述一体化复合油相包括支链烷烃、直链烷烃、乳化剂、微晶蜡和添加剂。本发明对所述一体化复合油相的来源并没有特殊限制，一般市售即可。

本发明提供的耐高温乳化炸药的制备原料还包括2.0‰～7.0‰的发泡剂，优选为3.0‰～6.0‰，进一步优选为4.0‰～5.0‰。所述发泡剂选自质量比为(10～40)：(5～20)：(40～85)的铵根离子化合物、碳酰胺和亚硝酸盐的混合物。其中，所述铵根离子化合物选自碳酸氢铵、硫酸二氢铵、硫酸氢铵、磷酸氢铵中的一种或多种；所述亚硝酸盐优选为亚硝酸钠。在本发明的一些具体实施方式中，所述发泡剂选自质量比为(20～30)：(10～15)：(55～70)的铵根离子化合物、碳酰胺和亚硝酸盐的混合物。

本发明提供的耐高温乳化炸药的制备原料还包括2.5‰～5.5‰的催化剂，优选为3.5‰～4.5‰。所述催化剂选自磷酸、柠檬酸和醋酸中的一种或多种。

其中，硝酸铵、水、添加剂和一体化复合油相的质量之和满足100wt％，而发泡剂和催化剂的添加量分别占上述硝酸铵、水、添加剂和一体化复合油相的质量之和的2.0‰～7.0‰和2.5‰～5.5‰。

其中，亚硝酸盐和铵根例子化合物复配后，在常温下反应生成气体速度极其缓慢，当在加热到50℃～60℃时，反应生成气体量增加，催化剂促进反应正向进行，加速发泡剂反应速度。

参见图1，图1为本发明提供的耐高温乳化炸药的示意图。图1的上图为耐高温乳化炸药用塑料薄膜包裹。下图为耐高温乳化炸药成品包装药卷。

在本发明中，所述乳化炸药包装于气凝胶薄膜套内，所述气凝胶薄膜套包括超薄石棉纤维薄膜骨架以及复合于所述薄膜骨架表面的二氧化硅气凝胶层。参见图2，图2为本发明提供的气凝胶薄膜套的示意图。

所述气凝胶薄膜套为具有连续多孔状的气凝胶薄膜套，所述气凝胶薄膜套的孔隙率为85％～92％，优选为87％～90％，所述气凝胶薄膜套的厚度为1.5～4mm，优选为2.5～3mm，密度为0.05～0.12g/cm³，优选为0.07～0.10g/cm³；所述超薄石棉纤维薄膜骨架的厚度为0.5～1.5mm，优选为0.7～1.2mm，所述二氧化硅气凝胶层的厚度为1～2.5mm，优选为1.5～2.0mm。

本发明以石棉纤维为内衬龙骨，具有一定的柔性和强度，能较好包覆耐高温乳化炸药，有利于装药效率的提升，并结合二氧化硅气凝胶层可以显著提高气凝胶薄膜套的阻燃和绝热性能。

其中，所述气凝胶薄膜套的制备方法为：

将二氧化硅凝胶溶液涂覆于超薄石棉纤维薄膜上，通过减压抽真空蒸发，在超薄石棉纤维薄膜上形成二氧化硅气凝胶层，得到气凝胶薄膜套。

参见图3，图3为本发明提供的包装后的耐高温乳化炸药的结构示意图。图3中，1为耐高温乳化炸药，2为气凝胶薄膜套，3为铝丝扎带。

本发明还提供了一种上述耐高温乳化炸药的制备方法，包括以下步骤：

将质量浓度≥93wt％的硝酸铵水溶液、水和添加剂混合，得到水相；

将所述水相和熔化的一体化复合油相混合后进行乳化，得到乳胶基质；

向所述乳胶基质分别加入催化剂和发泡剂后混合进行发泡敏化，得到耐高温乳化炸药；

将所述耐高温乳化炸药灌装于气凝胶薄膜套内后，将所述气凝胶薄膜套的两端封口捆扎。

本发明首先制备水相和将一体化复合油相熔融。

其中，所述水相按照如下方法制备：

质量浓度≥93wt％的硝酸铵水溶液、水和添加剂混合，得到水相。

具体的，称取一定量的高浓度(≥93wt％)硝酸铵溶液、水、添加剂配置成水相溶液充分溶解储存于水相罐内，得到水相。原材料投料时罐内水温不低于50℃且投入水相中的各种材料应符合质量标准要求，无可见机械杂质。各物料应完全溶解，不能有可见未溶解的硬块，水溶液应清澈透明。耐高温乳化炸药水相溶液工艺温度控制范围：95-110℃；水相的3.8≤pH≤5.4。

将一体化复合油相熔融的制备方法为：称取一体化复合油相在85～105℃充分熔化于油相罐内，得到油相。

然后，将所述水相和油相混合后进行乳化，得到乳胶基质。

具体为：本发明通过油相泵和水相泵分别将油相和水相泵送到管路通过文氏混合器混合，输送到乳化器，通过乳化器的转子的混合和剪切，形成乳胶基质。乳化器转速控制1400～1480r/min得到乳胶基质。

接着，向所述乳胶基质分别加入催化剂和发泡剂后混合进行发泡敏化，得到耐高温乳化炸药。

通过钢带冷却到敏化温度后，在前段(指进入敏化机前的钢带末端(注入催化剂))和后端(指进入静态混合器前的输药管路(注入发泡剂))分别加入催化剂和发泡剂，通过静态混合器分散发泡敏化，形成乳化炸药。其中，所述敏化的温度为50～60℃。产品密度应控制在1.00～1.25g/cm³。

然后，通过输药泵、装药机和包装机形成表面包覆有塑料薄膜的耐高温乳化炸药(参见图1)。

根据炮孔直径选择配套的耐高温乳化炸药(1)和气凝胶薄膜套(2)，装药时先将耐高温乳化炸药(1)装至气凝胶薄膜套(2)内，用铝丝扎带(3)进行封口捆扎，再装填入地热高温炮孔内。

孔底反向起爆可将耐高温雷管和起爆体先插入耐高温乳化炸药(1)塑膜药卷内，再进行封装和扎口。

本发明提供的耐高温乳化炸药配方简单，安全可靠，原辅材料较易获取，可以通过中低温敏化生产线直接生产，无需在装药前添加添加剂对产品进行改造分装，可一次制药成型包装到塑膜当中，符合工业化生产的标准要求。

本发明通过水相材料比例调整，同时配合微晶蜡、支链烷烃等一体化油相材料应用和复配，可以形成高强度油膜包覆水相粒子，在外界较高温度环境条件下，依然能保持稳定的包覆能力，保证产品性能稳定性；同时，通过铵根离子化合物、碳酰胺和亚硝酸盐复配后的发泡剂，在50～60℃敏化后能持续形成稳定的有效气泡，保证炸药受外界热环境影响后依然具有正常的起爆感度和爆炸性能。耐高温乳化炸药辅助气凝胶薄膜套后，在高温爆破环境下使用安全可靠，爆轰性能稳定。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的耐高温乳化炸药及其制备方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

以下实施例中，一体化复合油相购自四川金雅科技有限公司；

所述发泡剂为质量比为30:15:55的碳酸氢铵、碳酰胺和亚硝酸钠的混合物；

催化剂为醋酸。

以下实施例，硝酸铵、水、添加剂和一体化复合油相的质量之和满足100wt％，而发泡剂和催化剂的添加量为各自占上述硝酸铵、水、添加剂和一体化复合油相的质量之和的千分含量。

实施例1

1、乳化炸药的配方

所述耐高温乳化炸药由以下原料制备而成：硝酸铵80wt％；水12wt％；添加剂2wt％；一体化复合油相6wt％；发泡剂(外加)4‰；催化剂(外加)3‰；

2、气凝胶薄膜套的制备

将二氧化硅凝胶溶液涂覆于超薄石棉纤维薄膜上，通过减压抽真空蒸发，在超薄石棉纤维薄膜上形成二氧化硅气凝胶层，得到气凝胶薄膜套。

所述气凝胶薄膜套为具有连续多孔状的气凝胶薄膜套，所述气凝胶薄膜套的孔隙率为90％，所述气凝胶薄膜套的厚度为1.8mm，密度为0.07g/cm³；所述超薄石棉纤维薄膜骨架的厚度为0.6mm，所述二氧化硅气凝胶层的厚度为1.2mm。

3、制备方法

步骤一、

(1)水相配制：将配方量的高浓度(≥93wt％)硝酸铵溶液、水、添加剂配置成水相溶液充分溶解储存于水相罐内，得到水相。原材料投料时罐内水温不低于50℃且投入水相中的各种材料应符合质量标准要求，无可见机械杂质。各物料应完全溶解，不能有可见未溶解的硬块，水溶液应清澈透明。耐高温乳化炸药水相配置的工艺温度控制范围：95-110℃；水相3.8≤pH≤5.4。

(2)油相配制：称取炸药一体化复合油相在85-105℃充分熔化于油相罐内，得到油相。

(3)乳化：通过油相泵和水相泵分别将油相和水相泵送到管路通过文氏混合器混合，输送到乳化器，通过乳化器的转子的混合和剪切，形成乳胶基质。乳化器转速控制1460r/min得到乳胶基质。

(4)通过钢带冷却到敏化温度(50～60℃)后，在前段和后端分别加入催化剂和发泡剂，通过静态混合器分散发泡敏化，形成乳化炸药，通过输药泵、装药机和包装机形成表面有塑料薄膜的成品耐高温乳化炸药。产品密度应控制在1.00～1.25g/cm³。

步骤二、

根据炮孔直径选择配套的耐高温乳化炸药(1)和气凝胶隔热套(2)，装药时先将耐高温乳化炸药(1)气凝胶隔热套(2)内，用铝丝扎带(3)进行封口捆扎，再装填入地热高温炮孔内。孔底反向起爆可将耐高温雷管和起爆体先插入耐高温乳化炸药(1)塑膜药卷内，再进行封装和扎口。

实施例2

与实施例1不同，仅改变1中的耐高温乳化炸药的配方，具体为：

所述耐高温乳化炸药由以下质量百分比的原料制备而成：硝酸铵78.5wt％；水12wt％；添加剂3wt％；一体化复合油相6.5wt％；发泡剂(外加)4.8‰；催化剂(外加)3.6‰。

实施例3

与实施例1不同，仅改变1中的耐高温乳化炸药的配方，具体为：

所述耐高温乳化炸药由以下质量百分比的原料制备而成：硝酸铵77.5wt％；水13wt％；添加剂3wt％；一体化复合油相6.5wt％；发泡剂(外加)5‰；催化剂(外加)3.7‰。

实施例4

(一)耐高温乳化炸药的应用：

1、清理1台炉膛炉渣结瘤物爆破，炉膛作业环境温度80℃-90℃，共使用耐高温乳化炸药48kg。

2、清理1台炉膛炉渣结瘤物爆破，炉膛作业环境温度80℃-90℃，共使用耐高温乳化炸药48kg。

3、清理2台炉膛炉渣结瘤物爆破，炉膛作业环境温度80℃-90℃，共使用耐高温乳化炸药72kg。

4、清理4台炉膛炉渣结瘤物爆破，炉膛作业环境温度80℃-90℃，共使用耐高温乳化炸药144kg。

5、清理2台炉膛炉渣结瘤物爆破，炉膛作业环境温度80℃-90℃，共使用耐高温乳化炸药72kg。

将实施例1～3制备得到的耐高温乳化炸药用于上述5个炉膛进行爆破作业。

通过烘箱耐高温测试，10个循环(80℃)后，8号雷管(8号煤矿许用瞬发电雷管)正常起爆，常规产品(2号岩石乳化炸药)在5个循环后出现拒爆，实施例1～3制备得到的耐高温乳化炸药可以正常起爆。

通过高低温冷热循环试验(-40℃-80℃)做10个循环，实施例1～3制备得到耐高温乳化炸药可以正常起爆。

(二)实施例1～3制备的气凝胶薄膜套在室温环境10～25℃时，通过80摄氏度的环境温度加热，五分钟，测试装置内壁升温度数(测试5次)分别为2℃、3℃、3℃、2℃和3℃。

对比例

常规乳化炸药(2号岩石乳化炸药)在温度78℃作业环境下，包覆水相粒子的油膜受热表面张力发生变化，会出现破乳现象，同时敏化后的气泡会发生凝聚，形成较大直径的无效大气泡，炸药性能急剧衰减直至拒爆。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种耐高温乳化炸药，其特征在于，所述耐高温乳化炸药由以下原料制备而成：

其中，硝酸铵、水、添加剂和一体化复合油相的质量之和满足100wt％，发泡剂和催化剂的添加量为各自质量占硝酸铵、水、添加剂和一体化复合油相的质量之和的比例；

所述乳化炸药包装于气凝胶薄膜套内，所述气凝胶薄膜套包括超薄石棉纤维薄膜骨架以及复合于所述薄膜骨架表面的二氧化硅气凝胶层。

2.根据权利要求1所述的耐高温乳化炸药，其特征在于，所述添加剂选自硝酸钠和尿素中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的耐高温乳化炸药，其特征在于，所述发泡剂选自质量比为(10～40)：(5～20)：(40～85)的铵根离子化合物、碳酰胺和亚硝酸盐的混合物。

4.根据权利要求1所述的耐高温乳化炸药，其特征在于，所述催化剂选自磷酸、柠檬酸和醋酸中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的耐高温乳化炸药，其特征在于，所述一体化复合油相包括支链烷烃、直链烷烃、乳化剂、微晶蜡和添加剂。

6.根据权利要求1所述的耐高温乳化炸药，其特征在于，所述气凝胶薄膜套为具有连续多孔状的气凝胶薄膜套，所述气凝胶薄膜套的孔隙率为85％～92％，所述气凝胶薄膜套的厚度为1.5～4mm，密度为0.05～0.12g/cm³；所述超薄石棉纤维薄膜骨架的厚度为0.5～1.5mm，所述二氧化硅气凝胶层的厚度为1～2.5mm。

7.根据权利要求1所述的耐高温乳化炸药，其特征在于，所述气凝胶薄膜套的制备方法为：

将二氧化硅凝胶溶液涂覆于超薄石棉纤维薄膜上，通过减压抽真空蒸发，在超薄石棉纤维薄膜上形成二氧化硅气凝胶层，得到气凝胶薄膜套。

8.一种如权利要求1～7任意一项所述的耐高温乳化炸药的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将质量浓度≥93wt％的硝酸铵水溶液、水和添加剂混合，得到水相；

将所述水相和熔化的一体化复合油相混合后进行乳化，得到乳胶基质；

向所述乳胶基质分别加入催化剂和发泡剂后混合进行发泡敏化，得到耐高温乳化炸药；

将所述耐高温乳化炸药灌装于气凝胶薄膜套内后，将所述气凝胶薄膜套的两端封口捆扎。

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