CN116199553A - 纳米碳氢型铵油炸药及其在抛掷爆破领域中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米碳氢型铵油炸药及其在抛掷爆破领域中的应用。该纳米碳氢型铵油炸药包括：多孔粒状硝酸铵、基础油和纳米碳氢燃料，且以占纳米碳氢燃料的重量百分含量计，纳米碳氢燃料包括35～45％水、600～1000ppm游离气相氢、120～150ppm游离液相氢和55～65％煤粉，煤粉的粒度D50为5～7μm，D90为12～15μm，热值为5600～6300kcal/kg。采用纳米碳氢燃料代替至少部分基础油能够大大提升铵油炸药的环保性，将纳米碳氢燃料的组成、煤粉的粒度及热值限定在上述范围内能够明显提升铵油炸药在有效抛掷率方面的性能，且具有较好的安全性。纳米碳氢燃料的价格比基础油低很多，采用其替代至少部分基础油有利于大幅降低炸药的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及炸药领域，具体而言，涉及一种纳米碳氢型铵油炸药及其在抛掷爆破领域中的应用。
背景技术
铵油炸药是指硝酸铵和燃料组成的一种粉状或粒状爆炸性混合物，主要适用于露天及沼泽和矿尘爆炸危险的爆破工程。
在露天矿高台阶抛掷爆破中，应根据现场岩石的性质，选用爆热值高，气体生成量大，爆速爆压不宜太高的炸药，同时炸药原料来源广泛且成本低廉的炸药类型。目前主要使用铵油炸药(ANFo)和重铵油炸药。大装药量是抛掷爆破成功的关键。在已有的地质条件和岩石的物理力学性质下，有效抛掷率取决于抛掷距离，抛掷距离主要和抛掷初速度有关。而影响抛掷初速度的主要因素是炸药的做功能力(威力)和炸药的单耗。在同等抛掷距离的情况下，现有炸药的抛掷距离还不太理想。
传统铵油炸药对石油的依赖性较强，且成本较高，这在一定程度上影响了爆破成本。鉴于上述问题的存在，需要开发一种制备原料来源广、低成本、有效抛掷率较高的铵油炸药。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种纳米碳氢型铵油炸药及其在抛掷爆破领域中的应用，以解决现有铵油炸药的制备原料对石油依赖性强、成本高，且在有效抛掷率方面的效果不太理想的问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种纳米碳氢型铵油炸药，该纳米碳氢型铵油炸药包括：多孔粒状硝酸铵、基础油和纳米碳氢燃料，且以占纳米碳氢燃料的重量百分含量计，纳米碳氢燃料包括35～45％水、600～1000ppm游离气相氢、120～150ppm游离液相氢和55～65％煤粉，煤粉的粒度D50为5～7μm，D90为12～15μm，热值为5600～6300kcal/kg。
进一步地，以干基计，多孔粒状硝酸铵中硝酸铵含量≥99.5wt％，游离水分≤0.1wt％，pH≥4，疏松堆积密度为0.73～0.86g/cm3，吸油率≥8wt％，且粒径为0.5～2.5mm的颗粒物占比≥95％。
进一步地，按重量份计，纳米碳氢型铵油炸药包括：86～90重量份多孔粒状硝酸铵，2～4重量份基础油，6～12重量份纳米碳氢燃料。
进一步地，按重量份计，纳米碳氢型铵油炸药包括：88～90重量份多孔粒状硝酸铵，2～3重量份基础油，7～9重量份纳米碳氢燃料。
进一步地，按重量份计，纳米碳氢型铵油炸药包括：90重量份多孔粒状硝酸铵，3重量份基础油，7重量份纳米碳氢燃料。
进一步地，煤粉的原煤热值为6000～6300kcal/kg。
进一步地，纳米碳氢燃料包括35～40％水、600～800ppm游离气相氢、120～140ppm游离液相氢和60～65％煤粉，纳米碳氢燃料的粘度为400～500mPa·s。
进一步地，基础油选自柴油和/或机油。
在第二方面，本申请还提供了一种上述纳米碳氢型铵油炸药在抛掷爆破领域中的应用。
应用本发明的技术方案，纳米碳氢燃料具有较高的固体热值，燃尽率也较高，二氧化硫和氮氧化合物等排放量较低，因而采用其代替至少部分基础油能够大大提升铵油炸药的环保性。将纳米碳氢燃料的组成、煤粉的粒度及热值限定在上述范围内能够明显提升铵油炸药在有效抛掷率方面的性能，且具有上述含水量的纳米碳氢型炸药具有较好的安全性。同时纳米碳氢燃料的价格比基础油低很多，采用其替代至少部分基础油有利于大幅降低炸药的生产成本。此外上述纳米碳氢型铵油炸药的研制丰富了工业炸药的品种，减少工业炸药对石油产品的依赖，保障了能源安全。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有铵油炸药的制备原料对石油依赖性强、成本高，且在有效抛掷率方面的效果不太理想的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种纳米碳氢型铵油炸药，该纳米碳氢型铵油炸药包括：多孔粒状硝酸铵、基础油和纳米碳氢燃料，且以占纳米碳氢燃料的重量百分含量计，纳米碳氢燃料包括35～45％水、600～1000ppm游离气相氢、120～150ppm游离液相氢和55～65％煤粉，煤粉的粒度D50为5～7μm，D90为12～15μm，热值为5600～6300kcal/kg。
优选地，纳米碳氢燃料的制备方法如下：将原料煤进行预粉碎，得到预粉碎煤粉；将预粉碎煤粉与水混合，进行纳米化粉碎，得到纳米煤粉浆料，纳米煤粉的D50为5～7μm，D90为12～15μm，在纳米化粉碎的同时，将料浆中的水裂解氢和氧，完成储氢赋能，得到环保型纳米碳氢燃料。
纳米碳氢燃料具有较高的固体热值，燃尽率也较高，二氧化硫和氮氧化合物等排放量较低，因而采用其代替至少部分基础油能够大大提升铵油炸药的环保性。将纳米碳氢燃料的组成、煤粉的粒度及热值限定在上述范围内能够明显提升铵油炸药在有效抛掷率方面的性能，且具有上述含水量的纳米碳氢型炸药具有较好的安全性。同时纳米碳氢燃料的价格比基础油低很多，采用其替代至少部分基础油有利于大幅降低炸药的生产成本。此外上述纳米碳氢型铵油炸药的研制丰富了工业炸药的品种，减少工业炸药对石油产品的依赖，保障了能源安全。
优选地，以干基计，多孔粒状硝酸铵中，硝酸铵含量≥99.5wt％，游离水分≤0.1wt％，堆积密度为0.73～0.86g/cm3，吸油率≥8wt％，且粒径为0.5～2.5mm的颗粒物占比≥95％。相比于其它规格的硝酸铵，选用上述规格的多孔粒状硝酸铵能够进一步提升纳米碳氢型燃料的做功能力。
上述纳米碳氢燃料的组成中，水的含量可选为35wt％、36wt％、37wt％、38wt％、39wt％、40wt％、41wt％、42wt％、43wt％、44wt％、45wt％或任意两者形成的范围；游离气相氢的含量可选为600ppm、700ppm、800ppm、900ppm、1000ppm或任意两者形成的范围；游离液相氢的含量可选为120ppm、130ppm、140ppm、150ppm或任意两者形成的范围；煤粉的含量可选为55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％或任意两者形成的范围。需要说明的是，通常纳米碳氢燃料中还含有一定量的固相氢，其吸附于煤粉表面，但是由于固相氢含量的测试难度较大，且已知游离气相氢和游离液相氢的含量范围时，固相氢的含量范围也是确定的，因而不对该参数进行标注。
煤粉的粒度D50可选为5、5.5、6、6.5、7μm或任意两者形成的范围，D90为12、12.5、13、13.5、14、14.5、15μm或任意两者形成的范围，热值可选为5600kcal/kg、5700kcal/kg、5800kcal/kg、5900kcal/kg、6000kcal/kg、6100kcal/kg、6200kcal/kg、6300kcal/kg或任意两者形成的范围。
为了进一步提高纳米碳氢型铵油炸药的综合性能，优选地，纳米碳氢燃料包括：35～40％水、600～800ppm游离气相氢、120～140ppm游离液相氢及60～65％煤粉，纳米碳氢燃料的粘度为400～500mPa·s。
在一种优选的实施例中，纳米碳氢型铵油炸药包括：86～90重量份多孔粒状硝酸铵，2～4重量份基础油，6～12重量份纳米碳氢燃料。上述组成的纳米碳氢型铵油炸药尤其适用于抛掷爆破领域。相比于现有的铵油炸药，本申请提供的纳米碳氢型铵油炸药能够有效提升爆破的有效抛掷率，降低岩石的剥离成本。更优选地，纳米碳氢型铵油炸药包括：88～90重量份多孔粒状硝酸铵，2～3重量份基础油，7～9重量份纳米碳氢燃料。进一步优选地，按重量份计，纳米碳氢型铵油炸药包括：90重量份多孔粒状硝酸铵，3重量份基础油，7重量份纳米碳氢燃料。
优选地，纳米碳氢燃料的粘度为400～500mPa·s，原煤热值为6000～6300kcal/kg。
基础油可以选用本领域常用的种类，包括但不限于柴油和/或机油。
为了提高纳米碳氢燃料与其它组分的相容性，进而提高纳米碳氢型铵油炸药的储存稳定性，优选地，以占纳米碳氢燃料的重量百分含量计，纳米碳氢燃料还包括微量的分散剂。分散剂可以选用常用的种类，包括但不限于六偏磷酸钠、木质素和其他添加剂组成的组中的一种或多种。
本申请的另一方面还提供了一种纳米碳氢型炸药在抛掷爆破领域中的应用。
由于上述纳米碳氢型炸药成本较低、环保性和安全性好，且抛掷距离远，因而将其应用于抛掷爆破领域具有很好的爆破效果，同时还有利于降低其成本。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
一种纳米碳氢型铵油炸药配方范围为(重量比％)：多孔粒状硝酸铵90％，柴油3％，纳米碳氢燃料7％。其中，多孔粒状硝酸铵的含水量≤0.1wt％，疏松堆积密度为0.73～0.86g/cm3，吸油率≥8wt％，且粒径为0.5～2.5mm的颗粒物占比≥95％。纳米碳氢燃料的制备方法如下：将6300kcal/kg的原料煤进行预粉碎，得到预粉碎煤粉；将预粉碎煤粉与水混合，进行纳米化粉碎，得到纳米煤粉浆料，纳米煤粉的D50为5μm，D90为12μm，在纳米化粉碎的同时，将料浆中的水裂解氢和氧，完成储氢赋能，得到环保型纳米碳氢燃料。该纳米碳氢燃料包括35％水，600ppm游离气相氢、120ppm游离液相氢，65％煤粉，粘度为480mPa·s。该纳米碳氢型铵油炸药中各组分配比接近零氧平衡，游离水分含量≤2.54％。
实施例2
与实施例1的区别为：一种纳米碳氢型铵油炸药配方范围为(重量比％)：多孔粒状硝酸铵90％，柴油4％，纳米碳氢燃料6％。
实施例3
与实施例1的区别为：一种纳米碳氢型铵油炸药配方范围为(重量比％)：多孔粒状硝酸铵89％，柴油2％，纳米碳氢燃料9％。
实施例4
与实施例1的区别为：纳米碳氢燃料中原煤热值为5600kcal/kg。
实施例5
与实施例1的区别为：纳米碳氢燃料包括45％水、600ppm游离气相氢、120ppm游离液相氢和55％煤粉，粘度为400mPa·s。
对比例1
与实施例1的区别为：一种铵油炸药配方为(重量比％)：多孔粒状硝酸铵94％，柴油6％，没有加入纳米碳氢燃料。
对比例2
与实施例1的区别为：纳米碳氢燃料包括65％水、90ppm游离气相氢、20ppm游离液相氢和35％煤粉。
对比例3
与实施例1的区别为：煤粉中位粒度D50为20μm，D90为55μm，热值为3000kcal/kg。
性能测试方法：
(1)炸药爆速测试方法选定测时仪法，执行标准为GB/T 13228-2015《工业炸药爆速测定方法》。爆速仪型号：BSW-3A，执行标准WJ9046；PVC塑料管外径110mm；20M数码电子雷管；450g起爆具。
(2)采用爆破漏斗法测试炸药的做功能力。主要步骤为：使用PVC管装330g被测炸药和20g起爆炸药，上方固定带孔圆纸板，插入8号工业雷管，将其竖直放置于固定深度60cm沙坑中，将沙坑填平，用起爆器引爆雷管及炸药，通过对比被测炸药与铵油炸药爆破漏斗的直径得出被测炸药做功能力的相对大小。
(3)密度测量方法按照以下步骤进行：使用已知固定容积的密度杯装满被测炸药，使用玻璃棒将杯口刮平，放到电子秤上称量重量，减去密度杯的重量再除以容积即为炸药密度。
(4)雷管感度按照如下步骤测定：采用直径150mm PVC管接样，然后将样品送至试验场，用一发8号工业雷管插入药样中，利用起爆器引爆雷管，雷管爆炸，看炸药是否被雷管引爆，如果炸药未被雷管引爆，则炸药无雷管感度。
测试结果见表1。
表1
由表1中数据可以看出，本申请提供的纳米碳氢炸药在做功能力方面较传统多孔粒状铵油炸药均有所提升，且最高可达50.71％。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米碳氢型铵油炸药，其特征在于，所述纳米碳氢型铵油炸药包括：多孔粒状硝酸铵、基础油和纳米碳氢燃料，且以占所述纳米碳氢燃料的重量百分含量计，所述纳米碳氢燃料包括35～45％水、600～1000ppm游离气相氢、120～150ppm游离液相氢和55～65％煤粉，所述煤粉的粒度D50为5～7μm，D90为12～15μm，热值为5600～6300kcal/kg。
2.根据权利要求1所述的纳米碳氢型铵油炸药，其特征在于，以干基计，所述多孔粒状硝酸铵中硝酸铵含量≥99.5wt％，游离水分≤0.1wt％，pH≥4，疏松堆积密度为0.73～0.86g/cm3，吸油率≥8wt％，且粒径为0.5～2.5mm的颗粒物占比≥95％。
3.根据权利要求1或2所述的纳米碳氢型铵油炸药，其特征在于，按重量份计，所述纳米碳氢型铵油炸药包括：86～90重量份所述多孔粒状硝酸铵，2～4重量份所述基础油，6～12重量份所述纳米碳氢燃料。
4.根据权利要求3所述的纳米碳氢型铵油炸药，其特征在于，按重量份计，所述纳米碳氢型铵油炸药包括：88～90重量份所述多孔粒状硝酸铵，2～3重量份所述基础油，7～9重量份所述纳米碳氢燃料。
5.根据权利要求4所述的纳米碳氢型铵油炸药，其特征在于，按重量份计，所述纳米碳氢型铵油炸药包括：90重量份所述多孔粒状硝酸铵，3重量份所述基础油，7重量份所述纳米碳氢燃料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的纳米碳氢型铵油炸药，其特征在于，所述煤粉的原煤热值为6000～6300kcal/kg。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的纳米碳氢型铵油炸药，其特征在于，所述纳米碳氢燃料包括35～40％所述水、600～800ppm所述游离气相氢、120～140ppm所述游离液相氢和60～65％所述煤粉，所述纳米碳氢燃料的粘度为400～500mPa·s。
8.根据权利要求1所述的纳米碳氢型铵油炸药，其特征在于，所述基础油为柴油。
9.根据权利要求1或8所述的纳米碳氢型铵油炸药，其特征在于，所述基础油为机油。
10.权利要求1至9中任一项所述的纳米碳氢型铵油炸药在抛掷爆破领域中的应用。
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