CN114920612A - 裂岩管用单基发射药系产气药剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种裂岩管用单基发射药系产气药剂及其制备方法，属于化学方法技术领域。裂岩管用单基发射药系产气药剂其组分按质量百分比为：硝化纤维素34‑97％、二苯胺0.4‑3％、性能调节剂0.2‑17％、辅助产气药剂0‑60％；所述性能调节剂为石墨和樟脑、二硝基甲苯、邻苯二甲酸二丁酯中至少一种。本发明制备的裂岩管用单基发射药系产气药剂无整体爆炸危害性，不殉爆，药剂安定性高；其燃烧过程可控，噪音、振动、飞石可控。本发明的裂岩管用单基发射药系产气药剂可有效解决现有可在敏感环境下裂岩作业的技术较为复杂、安全性能较差、成本较高的问题。
Description
技术领域
本发明属于化学方法技术领域，具体涉及一种裂岩管用单基发射药系产气药剂及其制备方法。
背景技术
工程爆破、拆除，岩石、矿产开采等常用的方法和技术采用工业炸药进行爆破作业，但工业炸药在施工过程中往往存在飞石、噪声、震动、爆轰波以及有毒有害气体等爆破问题，并且公安部等主管部门对工业炸药的管理审批严格。现实社会环境中广泛存在较多敏感环境下裂岩作业，如：希望尽量少扰动地基或保留岩体的岩石破碎，处理既有道路上方悬石、危石而又不破坏保留岩体的完整性作业，高速公路、铁路等不影响既有交通的岩石破碎施工，城市、机场、电站等敏感地区贴近建(构)筑物旁基坑岩石开挖，岩石隧道工程等需要用到光面爆破实施，城市环境中的钢筋混凝土拆除工程，自然灾害造成抢险设备设施难以迅速抵达现场的道路抢通裂岩作业，以及废墟救援等应急救援场景。
目前行业解决方案主要采用二氧化碳相变爆破，热膨胀裂石剂，水泥膨胀剂，各类机械破岩等各种各样的方法和技术来实现岩石的破碎。但采用此类方法和技术来破裂岩石存在施工作业复杂，整体和使用安全性能不高以及综合使用成本较高等单方面或多方面的不足。因此亟需研发一种可满足敏感环境下裂岩作业的新方法。
裂岩管是将非爆轰产气药剂装入特殊结构管内，使用时装填到炮孔内并严密堵塞，经点火具点火后，反应生成大量气体快速膨胀做功，致使岩石破裂的一种新型破岩器材。为了达到裂严管破岩的效果，其采用的非爆轰产气药剂至关重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有可在敏感环境下裂岩作业的技术较为复杂、安全性能较差、成本较高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：裂岩管用单基发射药系产气药剂，其组分按质量百分比为：硝化纤维素34-97％、二苯胺0.4-3％、性能调节剂0.2-17％、辅助产气药剂0-60％；所述性能调节剂为石墨和樟脑、二硝基甲苯、邻苯二甲酸二丁酯中至少一种。
进一步的是，上述辅助产气药剂为硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、高氯酸铵、高氯酸钾、尿素中至少一种。
更进一步的是，上述裂岩管用单基发射药系产气药剂，其组分按质量百分比为：硝化纤维素87-97％、二苯胺1-3％、石墨0.2-2％、樟脑0-2％、二硝基甲苯0-10％、邻苯二甲酸二丁酯0-3％。
更进一步的是，上述裂岩管用单基发射药系产气药剂，其组分按质量百分比为：硝化纤维素34-59％、二苯胺0.4-2％、石墨0.2-1.2％、樟脑0-1.2％、二硝基甲苯0-6％、邻苯二甲酸二丁酯0-1.8％、硝酸铵40-60％。
上述裂岩管用单基发射药系产气药剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a.按配比将硝化纤维素、二苯胺和除石墨以外的性能调节剂加入胶化机，然后加入酒精、乙醚进行塑化，得到药团；
b.将步骤a得到的药团压伸成药条，然后将药条预烘后切断，得到圆柱形颗粒状药剂；
c.将圆柱形颗粒状药剂、石墨加入光泽机进行光泽，光泽后与辅助产气药剂充分混合，得到裂岩管用单基发射药系产气药剂。
上述步骤a中，硝化纤维素在加入胶化机前，需要经过酒精驱水处理。
上述步骤a中，酒精：乙醚：硝化纤维素的质量比为0.25∶0.55∶1。
本发明的有益效果是：本发明采用硝化纤维素为含能材料，二苯胺为安定剂，本发明所述裂岩管用单基发射药系产气药剂中的辅助产气药剂主要起辅助产气和调节配方的氧平衡的作用，当不添加辅助产气药剂时，裂岩管用单基发射药系产气药剂已经可以满足日常大多数爆破岩石的需要；而添加辅助产气药剂之后，裂岩管用单基发射药系产气药剂的性能进一步提高，可满足需要精确爆破的环境需要。本发明所述裂岩管用单基发射药系产气药剂无整体爆炸危害性，不殉爆，药剂安定性高；若意外触发或着火，只燃烧不爆炸，爆破安全可控；钻孔内裂岩管用单基发射药系产气药剂的燃烧是一个可控过程，其压力在300-500Mpa级别，噪音、振动、飞石可控。
采用内装本发明所述裂岩管用单基发射药系产气药剂的裂岩管，当装填到炮孔中后用炮泥堵塞严密，经外部电源对点火具点火后，点火头瞬间燃烧，进而将管内的产气药剂引燃，产气药剂迅速燃烧反应产生的大量气体快速膨胀，进入到岩石层原有的裂缝以及由于钻孔产生的微裂缝中，使裂缝扩展，从而将岩石破裂。而在常压及弱约束条件下通过外部电源点火，管体密封失效，将不能形成有效的燃烧，从而可以提升存储、运输及使用全生命周期的本质安全特性。
将本发明的裂岩管用单基发射药系产气药剂填装裂严管后，可满足敏感环境下裂岩作业的需要，施工作业简单，整体和使用安全性能高，且综合使用成本较低，具有较大的应用前景。
具体实施方式
本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施。
裂岩管用单基发射药系产气药剂，其组分按质量百分比为：硝化纤维素34-97％、二苯胺0.4-3％、性能调节剂0.2-17％、辅助产气药剂0-60％；所述性能调节剂为石墨和樟脑、二硝基甲苯、邻苯二甲酸二丁酯中至少一种。
优选的是，上述辅助产气药剂为硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、高氯酸铵、高氯酸钾、尿素中至少一种。
更优选的是，上述裂岩管用单基发射药系产气药剂，其组分按质量百分比为：硝化纤维素87-97％、二苯胺1-3％、石墨0.2-2％、樟脑0-2％、二硝基甲苯0-10％、邻苯二甲酸二丁酯0-3％。
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本发明裂岩管用单基发射药系产气药剂的组分中，二苯胺为安定剂，主要作用为缓解药剂的自动催化反应，及时地消除热分解反应生成，提升药剂的安定性以及储存周期。石墨主要作用为改善药剂导电性能以及流动性，防止静电同时提升药剂装填密度。其余性能调节剂中：樟脑主要作用为钝感剂降低药剂的感度；二硝基甲苯主要为降低药剂燃速和一定的增塑和防潮的作用，邻苯二甲酸二丁酯主要起增塑和钝感作用。在实际生产过程在可根据环境的需要，选择合适的性能调节剂。
上述裂岩管用单基发射药系产气药剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a.按配比将硝化纤维素、二苯胺和除石墨以外的性能调节剂加入胶化机，然后加入酒精、乙醚进行塑化，得到药团；
b.将步骤a得到的药团压伸成药条，然后将药条预烘后切断，得到圆柱形颗粒状药剂；
c.将圆柱形颗粒状药剂、石墨加入光泽机进行光泽，光泽后与辅助产气药剂充分混合，得到裂岩管用单基发射药系产气药剂。
为了保证产品性能，因此优选的是，上述步骤a中，硝化纤维素在加入胶化机前，需要经过酒精驱水处理；胶化机中酒精：乙醚：硝化纤维素的质量比为0.25∶0.55∶1。
下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。
实施例
本申请提供四组采用本发明制备方法制备裂岩管用单基发射药系产气药剂的实施例1-4，并将四组实施例中的产品用于破岩实验，对其性能、破岩效果进行检测。
一、裂岩管用单基发射药系产气药剂的制备
将硝化纤维素用酒精进行驱水后加入胶化机内，然后将二苯胺和除石墨以外的性能调节剂加入胶化机，并加入酒精、乙醚(酒精：乙醚：硝化纤维素的质量比为0.25∶0.55∶1)进行塑化得到药团；将药团压伸成药条，然后将药条预烘后切断，得到圆柱形颗粒状药剂；将圆柱形颗粒状药剂、石墨加入光泽机进行光泽，光泽后与辅助产气药剂充分混合，得到裂岩管用单基发射药系产气药剂，实施例1-4中原料配比如表1所示。
表1裂岩管用单基发射药系产气药剂组分/％
二、性能检测
1.对实施例1-4制备得到的裂岩管用单基发射药系产气药剂按GJB770B-2005《火药试验方法》进行实验测试，实验结果如表2所示。
表2裂岩管用单基发射药系产气药剂实验结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 爆热QvKJ/KG | 3588 | 4720 | 3398 | 4615 |
| 爆温TvK | 2865 | 3150 | 2774 | 3107 |
| 火药力fKJ/KG | 1006 | 1050 | 992 | 1046 |
| 比容V1L/KG | 946 | 900 | 963 | 908 |
| 余容αL/KG | 1.2 | 1.1 | 1.22 | 1.1 |
2.将分别取30g实施例1-4制备得到的裂岩管用单基发射药系产气药剂，进行装药组装及点火具安装，得到8支单支装药量为15g的φ20mm×L120mm裂岩管实物。
分别在两组1000mm见方的C30混凝土(抗压强度约34.5Mpa)、青石岩(抗压强度约68Mpa)、花岗岩(抗压强度约310MPa)试样顶面几何中心钻备直径为φ24mm×700mm的钻孔，将上述8支裂岩管装填到钻孔内，并用砂土堵塞严实，其燃烧药室尺寸近似为φ24mm×120mm，容积约为54cm3，药剂的装填密度△约为0.278g/cm3，将裂岩管的点火线缆与起爆母线连接并导通，通过电起爆器点火后，上述C30混凝土、青石岩、花岗石受产气药剂燃烧形成的气体膨胀做功而开裂，试样开裂后钻孔半孔率高，爆心处无压裂区，破岩过程噪音低、震动小、无飞石。
根据火药定容燃烧最大压力公式：Pm＝f△/1-α△，得出填装实施例1产气药剂的裂严管在炮孔内燃烧的瞬间最大压力约为419Mpa；得出填装实施例2产气药剂的裂严管在炮孔内燃烧的瞬间最大压力约为420Mpa；得出填装实施例3产气药剂的裂严管在炮孔内燃烧的瞬间最大压力约为417Mpa；得出填装实施例4产气药剂的裂严管在炮孔内燃烧的瞬间最大压力约为418Mpa。
综上所述，采用内装本发明所述单基发射药系产气药剂的裂岩管进行破岩作业，炮孔内产生的压力足以使得岩石产生控制性破裂，效果稳定可靠。
三、对比例
按本发明制备方法制备产气药剂，其原料组分中辅助产气药剂含量＞60％，其余原料组分均采用本发明设定范围，制备得到单基发射药系产气药剂。将该药剂装填后得到裂岩管并进行实验，发现其点火可靠性急剧下降，随着辅助产气药剂含量增加出现瞎火的情况上升，不能满足产品的点火质量要求。
Claims (7)
1.裂岩管用单基发射药系产气药剂，其特征在于，其组分按质量百分比为：硝化纤维素34-97％、二苯胺0.4-3％、性能调节剂0.2-17％、辅助产气药剂0-60％；
所述性能调节剂为石墨和樟脑、二硝基甲苯、邻苯二甲酸二丁酯中至少一种。
2.根据权利要求1所述的裂岩管用单基发射药系产气药剂，其特征在于：所述辅助产气药剂为硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、高氯酸铵、高氯酸钾、尿素中至少一种。
3.根据权利要求1所述的裂岩管用单基发射药系产气药剂，其特征在于，其组分按质量百分比为：硝化纤维素87-97％、二苯胺1-3％、石墨0.2-2％、樟脑0-2％、二硝基甲苯0-10％、邻苯二甲酸二丁酯0-3％。
4.根据权利要求2所述的裂岩管用单基发射药系产气药剂，其特征在于，其组分按质量百分比为：硝化纤维素34-59％、二苯胺0.4-2％、石墨0.2-1.2％、樟脑0-1.2％、二硝基甲苯0-6％、邻苯二甲酸二丁酯0-1.8％、硝酸铵40-60％。
5.如权利要求1-4所述的裂岩管用单基发射药系产气药剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a.按配比将硝化纤维素、二苯胺和除石墨以外的性能调节剂加入胶化机，然后加入酒精、乙醚进行塑化，得到药团；
b.将步骤a得到的药团压伸成药条，然后将药条预烘后切断，得到圆柱形颗粒状药剂；
c.将圆柱形颗粒状药剂、石墨加入光泽机进行光泽，光泽后与辅助产气药剂充分混合，得到裂岩管用单基发射药系产气药剂。
6.根据权利要求5所述的裂岩管用单基发射药系产气药剂的制备方法，其特征在于：步骤a中，硝化纤维素在加入胶化机前，需要经过酒精驱水处理。
7.根据权利要求5所述的裂岩管用单基发射药系产气药剂的制备方法，其特征在于：步骤a中，酒精：乙醚：硝化纤维素的质量比为0.25∶0.55∶1。
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