RU115062U1

RU115062U1 - CARTRIDGE FOR EMULSION EXPLOSIVES

Info

Publication number: RU115062U1
Application number: RU2011145261/03U
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Харитонов; Сергей Александрович Образцов; Елена Филимоновна Образцова; Антон Александрович Овчинников; Сергей Борисович Левкоев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Калиновский химический завод"
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-04-20

Abstract

Патрон для эмульсионных взрывчатых веществ, содержащий оболочку из полимерной пленки с торцевыми зажимами, заполненную смесью газифицированной обратной водомасляной эмульсии с раствором окислителя, включающим аммиачную селитру, отличающийся тем, что размер частиц эмульсии составляет 0,3-0,7 мкм, а в качестве материала для оболочки используют нерастягивающуюся термостойкую трехслойную биориентированную полимерную пленку с наружными слоями из полиэтилена и внутренним - из полиэтилентерефталата. A cartridge for emulsion explosives containing a sheath made of a polymer film with end clamps filled with a mixture of a gasified reverse water-oil emulsion with an oxidizing agent solution including ammonium nitrate, characterized in that the emulsion particle size is 0.3-0.7 microns, and as a material for the shell, a non-stretching heat-resistant three-layer bi-oriented polymer film with outer layers of polyethylene and inner layers of polyethylene terephthalate is used.

Description

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к средствам ведения взрывных работ на земной поверхности скважинными зарядами и может быть использована при других видах работ с использованием эмульсионных взрывчатых веществ, содержащих газогенерирующие добавки.The utility model relates to the mining industry, namely to means of blasting on the earth's surface with borehole charges and can be used for other types of work using emulsion explosives containing gas-generating additives.

В настоящее время среди взрывчатых веществ (ВВ) все большее распространение находят эмульсионные системы.Currently, among explosives (EX), emulsion systems are becoming more common.

Сенсибилизацию эмульсионных взрывчатых веществ (ВВ) производят введением в их составы газовой или воздушной фазы в виде микропузырьков при помощи микросфер, порофоров или путем аэрации. В России наибольшее распространение получил способ сенсибилизации эмульсионных ВВ с помощью порофоров - веществ, способных взаимодействовать с каким-либо из компонентов в составе ВВ с образованием газообразных продуктов реакции. В качестве порофора используют, например, нитрит натрия, который взаимодействует с нитритом аммония с выделением газообразного азота.The sensitization of emulsion explosives (BB) is carried out by introducing into their compositions a gas or air phase in the form of micro bubbles using microspheres, porophores or by aeration. The most widely used method in Russia is the sensitization of emulsion explosives with the help of porophores - substances capable of interacting with any of the components in the explosives to form gaseous reaction products. As porophore, for example, sodium nitrite is used, which interacts with ammonium nitrite with the release of gaseous nitrogen.

Для ведения взрывных работ скважинными зарядами массу эмульсионных взрывчатых веществ (ВВ) помещают в патрон.For blasting with downhole charges, a mass of emulsion explosives (BB) is placed in the cartridge.

Известен патрон для содержащих газогенерирующие добавки эмульсионных ВВ, выполненный в виде полимерной оболочки с зажимами по торцам с размещенной в оболочке воздушной камерой, объем которой составляет 6-10% внутреннего объема оболочки (RU 26323, E21C 37/00, 08.05.2002).A known cartridge for emulsion explosives containing gas generating additives is made in the form of a polymer shell with clamps at the ends with an air chamber located in the shell, the volume of which is 6-10% of the internal volume of the shell (RU 26323, E21C 37/00, 08.05.2002).

Основным недостатком известного патрона является низкая надежность, т.к. в результате заполнения оболочки горячей эмульсией (температура 80-90°C) происходит деформация патрона за счет утончения полимерной полиэтиленовой пленки, что приводит к разрывам и нарушению герметичности оболочки патрона.The main disadvantage of the known cartridge is low reliability, because as a result of filling the casing with a hot emulsion (temperature 80-90 ° C), the deformation of the cartridge occurs due to thinning of the polymer polyethylene film, which leads to rupture and violation of the tightness of the cartridge shell.

Известен также патрон для эмульсионных ВВ, содержащий оболочку из полиэтилена с торцевыми зажимами, заполненную газифицированной обратной эмульсией с гранулированной аммиачной селитрой, при этом масса гранулированной аммиачной селитры составляет 28-32% от общей массы эмульсионных ВВ в патроне (RU 46810, E21C 37/00, 01.02.2005 г.).Also known is a cartridge for emulsion explosives containing a shell of polyethylene with end clamps filled with gasified reverse emulsion with granular ammonium nitrate, while the mass of granular ammonium nitrate is 28-32% of the total mass of emulsion explosives in the cartridge (RU 46810, E21C 37/00 February 1, 2005).

Недостатком патрона является его низкие эксплуатационные свойства, так как из-за большого содержания гидрофильной гранулированной селитры в газифицированной эмульсии снижается ее пластичность и водоустойчивость, что может привести к зависанию патронов в скважине при их заряжании, а также снизить эффективность взрыва при попадании воды в составы ВВ при взрывании обводненных пород.The disadvantage of the cartridge is its low operational properties, since due to the high content of hydrophilic granular nitrate in a gasified emulsion, its plasticity and water resistance decrease, which can lead to freezing of cartridges in the well when they are charged, and also reduce the efficiency of the explosion when water enters explosive compositions when blasting waterlogged rocks.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленной полезной модели является патрон для эмульсионных ВВ, содержащий оболочку из полимерной пленки с торцевыми зажимами, заполненную смесью газифицированной обратной водомасляной эмульсии с раствором окислителя, включающим аммиачную селитру (RU 74165 U1, E21C 37/00, 17.09.2007).The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed utility model is a cartridge for emulsion explosives, containing a shell of a polymer film with end clamps filled with a mixture of gasified reverse water-oil emulsion with an oxidizing solution including ammonium nitrate (RU 74165 U1, E21C 37/00, September 17, 2007).

Водомасляная эмульсия представляет собой механическую смесь из жидкого нефтепродукта, эмульгатора, водного раствора аммиачной селитры или селитр (аммиачная и натриевая селитры), добавок или без них с гранулированной аммиачной селитрой и сенсибилизатором (водный раствор нитрита натрия).A water-oil emulsion is a mechanical mixture of a liquid oil product, emulsifier, an aqueous solution of ammonium nitrate or nitrate (ammonium and sodium nitrate), additives with or without granular ammonium nitrate and a sensitizer (aqueous sodium nitrite solution).

Сущность известной полезной модели заключается в том, что патрон содержит эмульсионное ВВ с плотностью 1,1-1,35 г/см³ из газифицированной эмульсии с размещенными в ней гранулами из аммиачной селитры, составляющими от 23 до 27% от общей массы ЭВВ.The essence of the known utility model is that the cartridge contains an emulsion explosive with a density of 1.1-1.35 g / cm ³ from a gasified emulsion with granules of ammonium nitrate placed in it, comprising from 23 to 27% of the total mass of emulsion explosives.

Недостатком известного патрона является низкая надежность оболочки, выполненной из однослойной полиэтиленовой пленки, при заполнении патрона горячей эмульсией.A disadvantage of the known cartridge is the low reliability of the shell made of a single-layer polyethylene film when filling the cartridge with a hot emulsion.

Используемая в качестве оболочки полиэтиленовая пленка в процессе газификации имеет относительное удлинение в продольном направлении почти в восемь раз, а в поперечном - почти в четыре раза. Увеличение геометрических размеров (диаметра и длины) патрона в процессе газификации ухудшает его эксплуатационные и взрывчатые характеристики, а именно:The plastic film used as a shell during gasification has an elongation of approximately eight times in the longitudinal direction and almost four times in the transverse direction. An increase in the geometrical dimensions (diameter and length) of the cartridge during the gasification process worsens its operational and explosive characteristics, namely:

- в результате увеличения диаметра патрона он не «входит» в шпур;- as a result of increasing the diameter of the cartridge, he does not "enter" into the hole;

- увеличение объема патрона приводит к уменьшению его плотности, снижению эффективности взрыва и к отсутствию полноты детонации.- an increase in the volume of the cartridge leads to a decrease in its density, a decrease in the efficiency of the explosion and to the lack of completeness of detonation.

Известная полезная модель предусматривает использование патронов диаметром 90-200 мм, что исключает их применение в скважинах малого диаметра.A well-known utility model involves the use of cartridges with a diameter of 90-200 mm, which excludes their use in small diameter wells.

Задачей настоящей полезной модели является разработка патрона для эмульсионных ВВ с улучшенными эксплуатационными характеристиками, позволяющего полностью исключить изменение геометрических размеров (увеличение диаметра и длины) патронов в процессе газификации, а также обладающего хорошей физической стабильностью в течение гарантийного срока хранения.The objective of this utility model is to develop a cartridge for emulsion explosives with improved performance characteristics, which completely eliminates the change in the geometric dimensions (increase in diameter and length) of the cartridges during gasification, as well as having good physical stability during the guaranteed storage period.

Поставленная задача достигается тем, что в патроне для эмульсионных взрывчатых веществ, содержащим оболочку из полимерной пленки с торцевыми зажимами, заполненную смесью газифицированной обратной водомасляной эмульсии с раствором окислителя, включающим аммиачную селитру, размер частиц эмульсии составляет 0,3-0,7 мкм, а в качестве материала для оболочки используют нерастягивающуюся термостойкую трехслойную биориентированную полимерную пленку с наружными слоями из полиэтилена и внутренним - из полиэтилентерефталата.The problem is achieved in that in the cartridge for emulsion explosives containing a shell of a polymer film with end clamps, filled with a mixture of gasified reverse water-oil emulsion with an oxidizing solution including ammonium nitrate, the particle size of the emulsion is 0.3-0.7 μm, and as a material for the shell, a non-expandable heat-resistant three-layer bi-oriented polymer film with outer layers of polyethylene and an inner layer of polyethylene terephthalate is used.

Сущность технического решения данной полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 схематично изображен патрон для эмульсионных взрывчатых веществ, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.The essence of the technical solution of this utility model is illustrated in the drawing. Figure 1 schematically shows a cartridge for emulsion explosives, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1.

Патрон содержит оболочку 1, изготовленную из полимерного материала со сварным швом 2. Торцы оболочки заделывают в «чуб» зажимами 3. Оболочка 1 патрона заполнена взрывчатым веществом 4.The cartridge contains a shell 1 made of a polymeric material with a weld 2. The ends of the shell are sealed in a “forelock” with clamps 3. The shell 1 of the cartridge is filled with explosive 4.

Торцы оболочки заделывают алюминиевой проволокой диаметром 2,0-3,5 мм или скрепками из стальной проволоки диаметром 1,9-2,0 мм. Скрепки после заделки торцов должны иметь форму кольца с перехлестывающими концами и прочно удерживаться на «чубе» оболочки. Допускается заделывать торцы патронов также полимерными самофиксирующимися или другими жгутами.The ends of the shell are sealed with aluminum wire with a diameter of 2.0-3.5 mm or with paper clips made of steel wire with a diameter of 1.9-2.0 mm. The staples after sealing the ends should be in the form of a ring with overlapping ends and held firmly on the "forelock" of the shell. It is allowed to seal the ends of cartridges with polymer self-locking or other strands.

Особенностью конструкции данного патрона для эмульсионных взрывчатых веществ является материал для оболочки, представляющий собой нерастягивающуюся термостойкую трехслойную биориентированную полимерную пленку с наружными слоями из полиэтилена и внутренним - из полиэтилентерефталата (ПЭ/ПЭТ/ПЭ).The design feature of this cartridge for emulsion explosives is the shell material, which is an unstretchable heat-resistant three-layer bi-oriented polymer film with the outer layers of polyethylene and the inner one of polyethylene terephthalate (PE / PET / PE).

За счет изменений в морфологии молекулярного строения биориентированная пленка, т.е. ориентированная в двух взаимноперпендикулярных направлениях, перестает быть хрупкой и приобретает свойства конструкционного материала. Пленка имеет улучшенные механические свойства, например жесткость, прочность на разрыв, удар или прокол; герметичность по отношению к влажности и пару; высокую устойчивость к маслам, жирам, растворителям, а также теплостойкость и хладостойкость; безусадочность и устойчивость к царапанию; высокую прозрачность; улучшенную поверхность для печати и сваривания в шов.Due to changes in the morphology of the molecular structure, a bi-oriented film, i.e. oriented in two mutually perpendicular directions, ceases to be fragile and acquires the properties of a structural material. The film has improved mechanical properties, for example stiffness, tensile strength, impact or puncture; tightness in relation to humidity and steam; high resistance to oils, fats, solvents, as well as heat resistance and cold resistance; non-shrinking and scratch resistance; high transparency; improved surface for printing and seam welding.

Использование для изготовления оболочки патрона полимерной нерастягивающейся пленки «ПЭ/ПЭТ/ПЭ» позволяет полностью исключить увеличение диаметра и длины патронов в процессе газификации, то есть предотвратить изменение их геометрических размеров.The use of a PE / PET / PE polymer non-stretchable film for the manufacture of a cartridge shell allows one to completely eliminate the increase in the diameter and length of the cartridges during gasification, that is, to prevent a change in their geometric dimensions.

Стабильность геометрических размеров патрона (неизменность его объема) обеспечивает сохранение начальной плотности массы эмульсионных ВВ, увеличивает эффективность взрыва и полноту детонации, при этом диаметры патронов соответствуют диаметрам шпуров.The stability of the geometrical dimensions of the cartridge (the invariance of its volume) ensures the preservation of the initial mass density of the emulsion explosives, increases the efficiency of the explosion and the completeness of detonation, while the diameters of the cartridges correspond to the diameters of the holes.

Эмульсионное ВВ помещают в патроны номинального диаметра D от 28 до 45 мм и длиной L до 350 мм и массой до 500 г. Допускается изготовление патронов эмульсионных ВВ других длин в интервале от 150 до 600 мм и соответствующей массы.Emulsion explosives are placed in cartridges of nominal diameter D from 28 to 45 mm and a length L to 350 mm and a weight of up to 500 g. Production of cartridges of emulsion explosives of other lengths in the range from 150 to 600 mm and the corresponding mass is allowed.

Оболочка 1 патрона заполнена взрывчатым веществом 3, состоящим из смеси газифицированной обратной эмульсии раствора окислителя в нефтепродукте, сенсибилизированную химическим способом.The shell 1 of the cartridge is filled with explosive 3, consisting of a mixture of a gasified reverse emulsion of a solution of an oxidizing agent in an oil product, chemically sensitized.

Топливная смесь (ТС) состоит из масла индустриального, парафина и эмульгатора. Раствор окислителя (РО) включает аммиачную селитру, натриевую селитру, воду и формиат натрия. Применение формиата натрия в растворе окислителя позволяет поддерживать pH раствора в пределах 2,5-4,0, что гарантирует стабильный и качественный процесс газификации эмульсии.The fuel mixture (TC) consists of industrial oil, paraffin and an emulsifier. The oxidizing agent (PO) solution includes ammonium nitrate, sodium nitrate, water and sodium formate. The use of sodium formate in an oxidizing solution allows maintaining the pH of the solution in the range of 2.5-4.0, which guarantees a stable and high-quality process of gasification of the emulsion.

Смешивание раствора окислителя и топливной смеси, и изготовление эмульсии ВВ производится путем смешивания и эмульгирования компонентов до тонкого диспергирования.Mixing the oxidizer solution and the fuel mixture, and the manufacture of the explosive emulsion is carried out by mixing and emulsifying the components to fine dispersion.

Процесс изготовления эмульсионного ВВ начинают с первичного смешивания РО и ТС и создания «грубой» эмульсии (с большим размером капель раствора окислителей). Затем «грубую» эмульсию подвергают эмульгированию в специальном миксере с трехфазной смесительной камерой. Трехступенчатое эмульгирование позволяет получить высокодисперсную однородную систему с размером частиц эмульсии типа «вода в масле» 0,3-0,7 мкм.The process of manufacturing emulsion explosives begins with the primary mixing of PO and TS and the creation of a “rough” emulsion (with a large droplet size of a solution of oxidizing agents). Then the “rough” emulsion is emulsified in a special mixer with a three-phase mixing chamber. Three-stage emulsification allows you to get a highly dispersed homogeneous system with a particle size of the emulsion of the type "water in oil" of 0.3-0.7 microns.

При эмульгировании получена эмульсионная структура взрывчатого вещества, которая содержит микроскопическую пленку горючего на мельчайших частицах окислителя. Присутствие в одной жидкой фазе совместного горючего и окислителя означает их совмещение на молекулярном уровне. Патрон, заполненный эмульсионным ВВ указанной структуры, обеспечивает высокую его водоустойчивость и дает возможность использования по технологии заряжения вслед за бурением.During emulsification, the emulsion structure of the explosive is obtained, which contains a microscopic film of fuel on the smallest particles of the oxidizing agent. The presence in the same liquid phase of a joint fuel and an oxidizing agent means their combination at the molecular level. The cartridge, filled with an emulsion explosive of the indicated structure, ensures its high water resistance and makes it possible to use the charging technology after drilling.

В качестве сенсибилизатора используют водный раствор нитрита натрия. При заполнении патрона взрывчатым веществом 3 в эмульсии образуются воздушные (за счет химической реакции между нитритом натрия и аммиачной селитрой) микровключения вокруг гранул аммиачной селитры и их межгранульном пространстве. При этом происходит увеличение объема ВВ и заполнение им свободного пространства оболочки.An aqueous solution of sodium nitrite is used as a sensitizer. When the cartridge is filled with explosive 3 in the emulsion, air (due to the chemical reaction between sodium nitrite and ammonium nitrate) microinclusions are formed around the granules of ammonium nitrate and their intergranular space. In this case, the explosive volume increases and the free space of the shell is filled with it.

Для газификации эмульсии кроме раствора нитрита натрия дополнительно применяется раствор уксусной кислоты. Использование уксусной кислоты позволяет добиться плотности патрона 1,1-1,12 г/см³. При использовании только раствора нитрита натрия снизить плотность патрона ниже 1,25 г/см³ не удается.For gasification of the emulsion, in addition to the sodium nitrite solution, an acetic acid solution is additionally used. The use of acetic acid allows to achieve a cartridge density of 1.1-1.12 g / cm ³ . When using only a solution of sodium nitrite, it is not possible to reduce the cartridge density below 1.25 g / cm ³ .

Такая плотность патрона гарантирует стабильную детонацию заряда из патронов малого диаметра, снижение критического диаметра до 22-24 мм и полную восприимчивость к первичным средствам инициирования таких, как КД, ЭД, ДШ, НЭСИ (неэлектрические системы инициирования). Патроны с плотностью выше 1,12 г/см³ имеют плохую восприимчивость к первичным средствам инициирования и склонны к затуханию детонации.This cartridge density ensures stable detonation of the charge from small-diameter cartridges, reduction of the critical diameter to 22-24 mm and full susceptibility to primary means of initiation such as CD, ED, DS, NESI (non-electric initiation systems). Cartridges with a density higher than 1.12 g / cm ³ have a poor susceptibility to primary means of initiation and are prone to decay of detonation.

В приготовленный эмульсионный взрывчатый состав вводится присадка Lubrisol 2854X, которая является загущающим (сшивающим) компонентом, разработанным для обеспечения модифицирования вязкости патронированных эмульсионных ВВ. Ее использование увеличивает вязкость эмульсии, а также делает готовый продукт более эластичным, что позволяет патронам сохранять форму, особенно после их деформации или перерезания.Additive Lubrisol 2854X is added to the prepared emulsion explosive composition, which is a thickening (cross-linking) component designed to modify the viscosity of the cartridge emulsion explosives. Its use increases the viscosity of the emulsion, and also makes the finished product more elastic, which allows the cartridges to retain their shape, especially after they are deformed or cut.

Более значительный эффект загущения достигается в случае присутствия в системе ионов двухвалентных металлов (например, Ca²⁺). Для этих целей в раствор газогенерирующей добавки нитрита натрия добавляют кальциевую селитру.A more significant thickening effect is achieved if divalent metal ions (for example, Ca ²⁺ ) are present in the system. For these purposes, calcium nitrate is added to the solution of the gas-generating additive of sodium nitrite.

Скорость загущения повышается при более высоких температурах, но уменьшается при снижении pH эмульсионной системы.The thickening rate increases at higher temperatures, but decreases as the pH of the emulsion system decreases.

Применение настоящего патрона позволяет решить вопрос о его безопасности в обращении одновременно с сохранением высокой чувствительности к детонационному импульсу, т.е. при низкой чувствительности к механическим и тепловым воздействиям патрон в то же время может детонировать в зарядах малого диаметра и обеспечивать восприимчивость при инициировании от капсюля-детонатора.The use of this cartridge allows you to solve the issue of its safety in handling while maintaining high sensitivity to detonation impulse, i.e. at low sensitivity to mechanical and thermal influences, the cartridge can at the same time detonate in charges of small diameter and provide susceptibility when initiated from a detonator capsule.

Патрон обладает стабильными техническими параметрами в течение гарантийного срока хранения: сыпучестью, неслеживаемостью, отсутствием расслоения твердой и жидкой фазы.The cartridge has stable technical parameters during the warranty period of storage: flowability, non-caking, lack of separation of solid and liquid phases.

Патрон может быть использован для ведения взрывных работ на земной поверхности и в забоях подземных выработок, не опасных по газу или пыли, или в которых применяется инертизация призабойного пространства, исключающая воспламенение взрывоопасной среды при взрывных работах, для формирования шпуровых и скважинных зарядов в сухих, осушенных и обводненных условиях применения любой степени обводненности и проточности, а также для использования в качестве промежуточного детонатора зарядов эмульсионных и гранулированных промышленных ВВ при их ручном и механизированном заряжании.The cartridge can be used for blasting on the earth's surface and in the faces of underground workings that are not hazardous in gas or dust, or in which bottom-hole inertization is used, excluding ignition of an explosive atmosphere during blasting, to form drill holes and borehole charges in dry, drained and watered conditions of application of any degree of water cut and flow rate, as well as for use as an intermediate detonator of charges of emulsion and granular industrial explosives at their manual and mechanized loading.

Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:Sources of information taken into account when filling out the application:

1. RU 26323, E21C 37/00, 08.05.2002.1. RU 26323, E21C 37/00, 05/08/2002.

2. RU 46810 U1, E21C 37/00, 01.02.20052. RU 46810 U1, E21C 37/00, 02/01/2005

3. RU 74165 U1, E21C 37/00, 17.09.2007 (прототип).3. RU 74165 U1, E21C 37/00, 09/17/2007 (prototype).

Claims

Cartridge for emulsion explosives, containing a shell of a polymer film with end clamps, filled with a mixture of gasified reverse water-oil emulsion with an oxidizing agent solution including ammonium nitrate, characterized in that the particle size of the emulsion is 0.3-0.7 μm, and as a material for the shell using a non-expandable heat-resistant three-layer bi-oriented polymer film with the outer layers of polyethylene and the inner one of polyethylene terephthalate.