Przedmiotem wynalazku jest zawiesinowy ma¬ terial wybuchowy o zmniejszonej gestosci, nadaja¬ cy sie do stosowania jna duzych glebokosciach.Zawiesinowe materialy wybuchowe (MW) coraz powszechniej wchodza do uzycia zarówno w gór¬ nictwie odkrywkowym jak i podziemnym. Cecha szczególna tych materialów jest dodatek wody do mieszaniny nieorganicznych soli tlenowych z sub¬ stancja organiczna lub nieorganiczna o charakterze paliwa. Zalety, które zadecydowaly o szybkim roz¬ woju tego typu materialów wybuchowych, to przede wszystkim duzy stopien bezpieczenstwa, prosta technologia produkcji i niska cena.Najnowsza odmiana omawianych materialów sa mieszaniny nie zawierajace w^ swoim skladzie zadnego klasycznego zwiazku wybuchowego. Glów¬ nymi ich skladnikami sa azotany nieorganiczne (amonu, sodu, wapnia i inne), woda oraz skladnik palny, najczesciej rozdrobnione aluminium, siarka, cukry, azotany alifatycznych amin, weglowodory i inne. Materialy tego typu moga oznaczac sie wy¬ soka zdolnoscia do detonacji, to znaczy mala sred¬ nica krytyczna (nawet do 10 mm) i duza wrazli¬ woscia na pobudzenie splonka detonujaca. Zdolnosc do detonacji tych mieszanin jest uwarunkowana miedzy innymi zawartoscia w nich dodatkowego skladnika, którym jest gaz lub mieszanina gazów.Gaz wystepuje w mieszaninie w postaci mikro¬ skopijnych pecherzyków o wymiarach 0,01^1 mm.Zawartosc fazy gazowej w materiale wybuchowym wskazac mozna bezposrednio w procentach obje¬ tosciowych lub posrednio, przez okreslenie gestosci tego materialu. 5 Wiadomo, ze zbyt niska zawartosc fazy gazowej w zawiesinowym MW, a co za tym idzie, zbyt wysoka gestosc tego materialu, moga spowodowac taki spadek jego wrazliwosci, ze MW nie jest zdolny do detonacji. Z tych to przyczyn materialy zawiesinowe traca wlasciwosci wybuchowe na dnie glebszych zbiorników wodnych, gdyz zwiekszajace sie, w kierunku dna otworu strzalowego, cisnienie hydrostatyczne powoduje niepozadany wzrost ge- 15 stosci MW.W celu przeciwdzialania ujemnym wplywem cisnienia hydrostatycznego na zawiesinowe MW usytuowane na duzych glebokosciach, znane jest wprowadzanie do tych materialów róznych gazów 20 obnizajacych ich gestosc. Jako takie gazy mozna stosowac np. powietrze, tlen, azot, dwutlenek wegla.Znane jest równiez gazowanie tych materialów na drodze chemicznej za pomoca substancji roz- 25 kladajacych sie samoistnie i/lub pod wplywem ka¬ talizatorów z wydzieleniem gazu. Chemiczny spo¬ sób gazowania zawiesinowego MW przytoczony jest np. w opisie patentowym St.Zjedn.Am. nr 3.617.401.Wedlug opisanej tam metody jako czynnik ga- 90 zujacy wykorzystuje sie wodny roztwór nadtlenku 1173503 117 350 4 wodoru, przy czym w celu przyspieszenia jego roz¬ kladu zgodnie z nizej przytoczonym schematem reakcji.H202 -? H20 + 0,502 stosuje sie takie katalizatory jak Mn02, FeS04, KJ.Katalizatory wprowadza sie do ukladu MW w ilosci 0,05—0,5% wagowych, natomiast H202 w ilosci 1,4—1,0% wagowych.Poniewaz katalityczna reakcja rozkladu H202 przebiega szybko i zwykle juz po kilkudziesieciu minutach produkt osiaga koncowa gestosc, czynni¬ ki gazotwórcze wprowadza sie juz w trakcie wpompowywania zawiesinowego MW do zawodnio¬ nego otworu strzalowego. Material generujacy gaz oraz katalizator dozuje sie przy tym róznie dbajac o to, aby gaz wyzwalal sie w ilosciach progre¬ sywnie zmniejszajacych sie w kierunku od dna otworu do jego górnych czesci, a wiec proporcjo¬ nalnie do zmniejszajacego sie w tym samym kie¬ runku cisnienia hydrostatycznego. Z tych to wzgle¬ dów do zawiesinowego MW wprowadza sie zwykle cala, z góry przewidziana ilosc katalizatora, nato¬ miast w trakcie napelniania otworu strzalowego, do jego nizszych partii wprowadza sie nadtlenek wodoru w wiekszym stezeniu, które nastepnie stop¬ niowo obniza sie.Celem wynalazku bylo uzyskanie takiego zawie¬ sinowego materialu wybuchowego, który w wyniku gazowania na drodze chemicznej nie zmienialby swej gestosci w krótkim czasie po sporzadzeniu mieszaniny, lecz dopiero po uplywie kilkudziesieciu minut.Spelnienie tych wymogów wyeliminowaloby bo¬ wiem koniecznosc gazowania zawiesinowego MW w miejscu jego eksploatacji i umozliwiloby jego opakowanie np. w oslony z tworzywa sztucznego (rekawy foliowe lub pojemniki) i przetransporto¬ wanie gotowego juz produktu do miejsca eks¬ ploatacji.Wychodzac z takiego zalozenia, poczyniono szereg prób zmierzajacych do zahamowania procesu roz¬ kladu nadtlenku wodoru.Najprostsze Wydawalo sie przy tym zmniejszenie ' ilosci katalizatora katalizujacego rozklad H202.Stwierdzono jednak, ze zbyt niska zawartosc kata¬ lizatora prowadzi do obnizenia powtarzalnosci wlasnosci wybuchowych zawiesinowego MW, który w pewnych przypadkach wogóle nie detonuje.Z tych to przyczyn * rozwiazanie to uznano za nie¬ przydatne praktycznie.Nieoczekiwanie stwierdzono, ze czasookres osia¬ gania pozadanej gestosci w zawiesinowym MW mozna w regulowany sposób przedluzyc, o ile do materialu zawierajacego H202 (jako substancji generujacej gaz) oraz znany katalizator (przyspie¬ szajacy rozklad H202) wprowadzi sie odpowiedni stabilizator. Stwierdzono przy tym, ze jako stabi¬ lizator nie naruszajacy równowagi w ukladzie zawiesinowego MW wedlug wynalazku nadaja sie rozpuszczalne w wodzie ortofosforany jednozasa- dowe, np. amonu, potasu, wapnia.Dodatek do MW, wyzej wymienionych stabiliza¬ torów zezwala poza tym na zmniejszenie w mieszaninie zawartosci katalizatora, bez ryzyka obnizenia wlasciwosci wybuchowych tego ma¬ terialu.Ilosc ortofosforanu wprowadzonego do zawiesi¬ nowego MW dobiera sie w zaleznosci od zawar¬ tosci katalizatora w mieszaninie. Przy zawartosci katalizatora w granicach 0,02—0,05% stosunek ilosciowy katalizatora do stabilizatora powinien byc wiekszy od jednosci. Zastosowanie wiekszych ilosci stabilizatora wstrzymuje praktycznie rozklad H202, a w konsekwencji tego. gestosc MW nie ulega zmniejszeniu. Najkorzystniejsze efekty uzyskuje sie wprowadzajac na 1 czesc wagowa katalizatora 0,2—0,5 czesci wagowe ortofosforanu.Material wedlug wynalazku, ze wzgledu na wy¬ dluzony okres zmniejszania jego gestosci (a tym samym powiekszania jego objetosci) nadaje sie do pakowania w oslony i do transportu, co eliminuje bardzo niedogodna koniecznosc wytwarzania pro¬ duktu w miejscu jego eksploatacji.W przypadku stosowania materialu wedlug wy¬ nalazku w otworach o duzych glebokosciach rzedu kilkudziesieciu metrów wierconych np. podczas badan geofizycznych w celu generowania drgan sejsmicznych, korzystne jest sporzadzenie kilku ladunków o zróznicowonej zawartosci H202, kata¬ lizatora i stabilizatora, przy czym na dno otworu wprowadza sie ladunek generujacy najwieksza ilosc gazu.Przyklad I. Sporzadzono mieszanine o naste¬ pujacym skladzie: woda — 168 g, azotan wapnio¬ wy — 42 g, azotan sodowy — 53 g, azotan amono¬ wy — 587 g i mocznik — 50 g. Po wymieszaniu w skladników mieszanine podgrzano do tempera¬ tury 20°C. Nastepnie dodano 2 g 30% wodnego roztworu wody utlenionej (perhydrolu). Otrzymana mieszanine zageszczono 5 gramami guar gumu roz¬ puszczonego w 15 g glikolu. Bezposrednio po 40 dodaniu srodka zageszczajacego, - do mieszaniny wprowadzono 2 ml wodnego roztworu zawieraja¬ cego 10% jodku potasowego KJ jako katalizatora oraz 2,5 i 10% ortofosforanu jednoamonowego (NH4) H2P04. Po 15 minutach dodano 80 g pylu aluminiowego i mieszano do ujednorodnienia.W ciagu ,24 godzin obserwowano zmniejszenie ge¬ stosci mieszaniny (wzrost jej objetosci). W tabeli 1 zebrano wyniki pomiarów gestosci w czasie.Przyklad II. Sporzadzono mieszanine wedlug receptury z przykladu I, z ta róznica, ze jako katalizatora uzyto 5 ml roztworu zawierajacego 10% jodku potasowego oraz 5 i 10% ortofosforanu jednowapniowego Ca (H2P04).W tabeli 2 podano wyniki pomiarów gestosci mieszaniny w czasie.Zastrzezenia patentowe 1. Zawiesinowy material wybuchowy o zmniej- 60 szonej gestosci, stanowiacy mieszanine nieorga¬ nicznych soli tlenowych, substancji organicznych lub nieorganicznych o charakterze paliwa, wody, substancji zageszczajacych oraz substancji generu¬ jacych gaz, w postaci roztworu nadtlenku wodoru 6$ z dodatkiem katalizatora przyspieszajacego rozklad117350 H2C2, znamienny tym, ze zawiera dodatek stabili¬ zatora nadtlenku wodoru w postaci rozpuszczalne¬ go w wodzie ortofosforanu jednozasadowego jak jednozasadowego ortofosforanu amonu, potasu lub wapnia. 6 2. Zawiesinowy material wybuchowy wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawiera 0,02—0,05% wagowych katalizatora, przy czym stosunek iloscio¬ wy katalizatora do stablizatora jest wiekszy od 5 jednosci. 1'abela 1 | Gestosc w g/ml | Czas w godz. 0 1 2 3 5 10 24 Roztwór 10% KJ 1,20 1,10 0,98 0,95 0,94 0,93 0,92 Roztwór 10%KJ+2% NH4H2P04 1,20 1,12 1,07 1,03 1,0 0,97 0,95 Roztwór 10%KJ+5% NH4H2P04 1,20 1,15 1,10 1,08 1,07 1,05 1,02 Tabela 2 1 Roztwór 1 10%KJ+10% | NH4H2P04 1 1,2° 1,20 1,19 1,18 1,18 1,17 1 1 X»15 | r | Gestosc w g/ml | Czas w godz. 0 1 2 3 5 | 24 Roztwór 10%KJ 1,20 1,10 0,98 0,95 0,94 0,9 2 Roztwór 1 10%KJ+5% Ca (H2P04)2 | 1,20 1,14 1,07 1,01 0,95 0,93 Roztwór 1 10%KJ+10% Ca (H2P04)2 1,20 1,18 1,14 1,10 1,04 0,96 1 PL