RU2118307C1

RU2118307C1 - Water-containing explosive

Info

Publication number: RU2118307C1
Application number: RU97113876A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Мельников; Д.С. Подозерский; С.А. Едигарев; Е.А. Власова; Н.Л. Вяткин; М.Н. Вяткин
Original assignee: Горный институт Кольского научного центра РАН
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1998-08-27

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: explosive comprises, mas.%: trotyl, 5-17; water, 5-11; liquid glass, 0.01-0.10; gel of silicic acid (as calculated for SiO₂), 0.2-1.0; mineral oil or diesel fuel, 1-4; oxidant, the balance. Liquid glass is used as inhibitor, gel of silicic acid used as thickening agent. Density of liquid glass is 1.2-1.6 g/cm³. Mentioned above mineral oil or diesel fuel may additionally comprise surfactant at their ratio 1:0.01-0.10 respectively. EFFECT: increased thermal and physical stability of explosive. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству водосодержащих взрывчатых веществ и может быть использовано в горной промышленности при отбойке горных пород, в том числе сульфидсодержащих. The invention relates to the production of water-containing explosives and can be used in the mining industry for breaking rocks, including sulfide-containing.

При заряжании скважин в сульфидсодержащих горных породах возможно химическое взаимодействие горячего раствора окислителя, входящего в состав водосодержащего взрывчатого вещества (ВВ), с сульфидами, что приводит к повышению температуры ВВ и может быть вызвать самопроизвольный взрыв. Для устранения этого недостатка в состав водосодержащего ВВ вводят специальные добавки - ингибиторы, которые предотвращают химическое взаимодействие заряда ВВ с сульфидами. When wells are loaded in sulfide-containing rocks, chemical interaction of a hot oxidizer solution, which is part of a water-containing explosive (BB), with sulfides is possible, which leads to an increase in the temperature of the explosive and can cause a spontaneous explosion. To eliminate this drawback, special additives, inhibitors, are introduced into the composition of the water-containing explosive, which prevent the chemical interaction of the explosive charge with sulfides.

Известно водосодержащее взрывчатое вещество (см. заявку на изобретение РФ N 93032656/23, МПК С 06 В 25/00, C 06 B 31/28, 1996), имеющее следующий состав, мас. %: тротил 20, вода 13, загуститель в виде гидролизованного полиакрилонитрила 2-3, сшивающий агент 0,1 и аммиачная селитра - остальное. Known water-containing explosives (see application for invention of the Russian Federation N 93032656/23, IPC C 06 V 25/00, C 06 B 31/28, 1996), having the following composition, wt. %: trotyl 20, water 13, a thickener in the form of hydrolyzed polyacrylonitrile 2-3, a crosslinking agent 0.1 and ammonium nitrate - the rest.

Данное взрывчатое вещество характеризуется достаточной физической стабильностью и невысокой термохимической стабильностью, из-за отсутствия в составе ВВ компонента, выполняющего функцию ингибитора, что не позволяет использовать его для отбойки сульфидсодержащих руд. Кроме того, процесс приготовления раствора окислителя на стационарном пункте характеризуется повышенной опасностью, так как гидролизованный полиакрилонитрил является горючим веществом. This explosive is characterized by sufficient physical stability and low thermochemical stability, due to the absence of an inhibitor component in the explosive composition, which does not allow using it for breaking off sulfide-containing ores. In addition, the process of preparing an oxidizing agent solution at a stationary site is characterized by increased danger, since hydrolyzed polyacrylonitrile is a combustible substance.

Известно также водосодержащее взрывчатое вещество для отбойки сульфидсодержащих руд - акватол Т-20ГМ (см. ТУ 7511903-632-93, 1993, с. 3-4), содержащее, мас.%: тротил 17-23, вода 7-9, ингибитор в виде карбамида 3-5, загуститель в виде полиакриламида или карбоксиметилцеллюлозы или крахмала 0,2-0,3, окислитель-аммиачную селитру 64,7-70,7 и структурирующий агент в виде бихромата калия или хромкалиевых квасцов или сернокислого железа -0,01 (сверх 100%). Also known is a water-containing explosive for breaking off sulfide-containing ores - Aquatol T-20GM (see TU 7511903-632-93, 1993, p. 3-4), containing, wt.%: TNT 17-23, water 7-9, inhibitor in the form of urea 3-5, a thickener in the form of polyacrylamide or carboxymethyl cellulose or starch 0.2-0.3, an oxidizing agent-ammonium nitrate 64.7-70.7 and a structuring agent in the form of potassium dichromate or potassium chromium alum or iron sulfate -0, 01 (in excess of 100%).

Недостатком известного водосодержащего взрывчатого вещества является недостаточная термохимическая стабильность и как следствие этого возможность возникновения раствора аммиачной селитры с буровым шламом и стенками скважины, содержащими сульфиды. Кроме того, известное ВВ имеет низкую физическую стабильность из-за деструкции загустителя в горячем растворе селитры и расслоения заряда, а присутствие карбамида снижает температуру кристаллизации заряда, что приводит к его растеканию по трещинам. Это резко снижает эффективность взрыва и повышает себестоимость отбойки. A disadvantage of the known water-containing explosive is the lack of thermochemical stability and, as a consequence, the possibility of a solution of ammonium nitrate with drill cuttings and well walls containing sulfides. In addition, the known explosive has low physical stability due to the destruction of the thickener in a hot solution of nitrate and separation of charge, and the presence of urea reduces the crystallization temperature of the charge, which leads to its spreading over cracks. This dramatically reduces the efficiency of the explosion and increases the cost of breaking.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения термохимической и физической стабильности водосодержащего взрывчатого вещества. The present invention is directed to solving the problem of increasing the thermochemical and physical stability of a water-containing explosive.

Поставленная задача решается тем, что известное водосодержащее взрывчатое вещество для отбойки сульфидсодержащих руд, содержащее тротил, воду, ингибитор, загуститель и окислитель, отличающееся тем, что согласно изобретению в качестве ингибитора взрывчатое вещество содержит жидкое стекло, в качестве загустителя - гель кремниевой кислоты и дополнительно оно содержит минеральное масло или дизельное топливо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Тротил - 5 - 17
Вода - 5 - 11
Жидкое стекло - 0,01 - 0,10
Гель кремниевой кислоты (в пересчете на SiO₂) - 0,2 - 1,0
Минеральное масло или дизельное топливо - 1 - 4
Окислитель - Остальное
Поставленная задача решается также тем, что жидкое стекло имеет плотность 1,2 - 1,6 г/см³.The problem is solved in that the known water-containing explosive for breaking off sulfide-containing ores containing trotyl, water, an inhibitor, a thickener and an oxidizing agent, characterized in that according to the invention, the explosive contains liquid glass as an inhibitor, and silica gel as an thickener, and additionally it contains mineral oil or diesel fuel in the following ratio of components, wt.%:
TNT - 5 - 17
Water - 5 - 11
Liquid glass - 0.01 - 0.10
Silicic acid gel (in terms of SiO ₂ ) - 0.2 - 1.0
Mineral oil or diesel fuel - 1 - 4
Oxidant - Else
The problem is also solved by the fact that liquid glass has a density of 1.2 - 1.6 g / cm ³ .

Поставленная задача решается также и тем, что минеральное масло или дизельное топливо содержит поверхностно-активное вещество в соотношении 1: 0,01 - 0,10. The problem is also solved by the fact that mineral oil or diesel fuel contains a surfactant in a ratio of 1: 0.01 - 0.10.

Использование жидкого стекла в качестве ингибитора в составе водосодержащего взрывчатого вещества позволяет повысить его термохимическую стабильность при контакте с сульфидсодержащей рудой за счет того, что жидкое стекло эффективно нейтрализует кислоту, образующуюся в результате взаимодействия горячего раствора окислителя и сульфидов. Жидкое стекло также молекулярно закрепляется на поверхности бурового шлама с образованием коллоидных частиц, формирующих защитную пленку, которая затрудняет контакт окислителя с сульфидами. При содержании жидкого стекла более 0,1% водородный показатель раствора окислителя смещается в щелочную область, где происходит образование металлических производных тротила, имеющих повышенную чувствительность к удару и трению, близкую к чувствительности инициирующих взрывчатых веществ, что снижает безопасность обращения и применения. Содержание жидкого стекла менее 0,01% недостаточно для нейтрализации кислоты и предотвращения реакции взаимодействия раствора окислителя и сульфидов. The use of water glass as an inhibitor in the composition of a water-containing explosive allows to increase its thermochemical stability in contact with sulfide-containing ore due to the fact that water glass effectively neutralizes the acid formed as a result of the interaction of a hot solution of an oxidizing agent and sulfides. Liquid glass is also molecularly attached to the surface of the drill cuttings with the formation of colloidal particles forming a protective film, which makes it difficult for the oxidizing agent to contact sulfides. When the content of liquid glass is more than 0.1%, the pH of the oxidizing agent solution is shifted to the alkaline region, where the formation of metal TNT derivatives occurs, which have increased sensitivity to shock and friction, close to the sensitivity of initiating explosives, which reduces the safety of handling and use. A liquid glass content of less than 0.01% is not sufficient to neutralize the acid and prevent the reaction of the oxidant solution with sulfides.

Применение жидкого стекла плотностью менее 1,2 г/см³ не позволяет образоваться достаточному количеству коллоидных частиц, ингибирующих поверхность бурового шлама, и эффективно нейтрализовать кислоту. Жидкое стекло плотностью более 1,6 г/см³ при растворении образует крупные коллоидные частицы, которые не закрепляются на поверхности бурового шлама.The use of water glass with a density of less than 1.2 g / cm ³ does not allow the formation of a sufficient number of colloidal particles that inhibit the surface of drill cuttings, and effectively neutralize acid. Liquid glass with a density of more than 1.6 g / cm ³ when dissolved forms large colloidal particles that are not fixed on the surface of the drill cuttings.

Гель кремниевой кислоты, являясь неорганическим соединением, не подвергается деструкции в горячем растворе окислителя и не теряет своих загущающих свойств, тем самым предотвращая расслоение заряда в скважине и растекание его по трещинам. Кроме того, гель кремниевой кислоты имеет сетчатую пространственную структуру, состоящую из силоксановых связей Si-O-Si, которые заключают в себе микрочастицы окислителя и затрудняют его контакт с сульфидами. При содержании геля кремниевой кислоты более 1,0% повышается вязкость ВВ, что затрудняет перекачку его по зарядным шлангам. Содержание геля кремниевой кислоты менее 0,2% недостаточно для сохранения физической и термохимической стабильности взрывчатого вещества. Silicic acid gel, being an inorganic compound, does not undergo degradation in a hot oxidizer solution and does not lose its thickening properties, thereby preventing charge stratification in the well and its spreading over cracks. In addition, the silicic acid gel has a reticulated spatial structure consisting of Si-O-Si siloxane bonds, which contain microparticles of the oxidizing agent and make it difficult to contact with sulfides. When the gel content of silicic acid is more than 1.0%, the viscosity of the explosive increases, which makes it difficult to pump it through the charging hoses. A silica gel gel content of less than 0.2% is not sufficient to maintain the physical and thermochemical stability of the explosive.

Использование минерального масла или дизельного топлива в составе водосодержащего взрывчатого вещества позволяет повысить его термохимическую стабильность за счет того, что минеральное масло или дизельное топливо в растворе окислителя стремится на границу раздела фаз: жидкость - твердое тело и покрывает частицы бурового шлама, стенки скважины и микрочастицы окислителя, тем самым затрудняя химическое взаимодействие окислителя с сульфидами. Кроме того, использование минерального масла или дизельного топлива позволяет повысить детонационные характеристики взрывчатого вещества. При содержании минерального масла или дизельного топлива более 4% кислородный баланс ВВ становится резко отрицательным, а при содержании менее 1% не обеспечивается термохимическая стабильность ВВ. The use of mineral oil or diesel fuel in the composition of a water-containing explosive allows increasing its thermochemical stability due to the fact that mineral oil or diesel fuel in an oxidizing solution tends to the interface: the liquid is a solid and covers particles of drill cuttings, well walls and oxidizing microparticles , thereby complicating the chemical interaction of the oxidizing agent with sulfides. In addition, the use of mineral oil or diesel fuel can increase the detonation characteristics of the explosive. When the content of mineral oil or diesel fuel is more than 4%, the oxygen balance of the explosive becomes sharply negative, and when the content is less than 1%, the thermochemical stability of the explosive is not ensured.

Совместное использование жидкого стекла, геля кремниевой кислоты и минерального масла или дизельного топлива повышает физическую стабильность водосодержащего взрывчатого вещества, так как данные компоненты не снижают температуру кристаллизации заряда, в результате чего предотвращается расслоение его в скважине и растекание по трещинам при отбойке трещиноватых сульфидсодержащих руд. The combined use of liquid glass, a gel of silicic acid and mineral oil or diesel fuel increases the physical stability of a water-containing explosive, since these components do not reduce the temperature of crystallization of the charge, as a result of which it does not delaminate and spread over cracks during breaking of fractured sulphide-containing ores.

При содержании тротила более 17% кислородный баланс водосодержащего взрывчатого вещества становится отрицательным и увеличивается количество выделяющихся ядовитых газов. Кроме того, резко возрастает стоимость взрывчатого вещества. При содержании тротила менее 5% снижаются детонационные характеристики и энергия взрыва ВВ. With a TNT content of more than 17%, the oxygen balance of the water-containing explosive becomes negative and the amount of toxic gases released increases. In addition, the cost of explosives rises sharply. When the content of TNT is less than 5%, the detonation characteristics and the explosive energy of the explosive decrease.

При содержании воды более 11% снижаются детонационные характеристики и энергия взрыва ВВ. При содержании воды менее 5% повышается вязкость ВВ, что затрудняет его перекачку по зарядным шлангам. With a water content of more than 11%, the detonation characteristics and the explosive energy of the explosive decrease. When the water content is less than 5%, the viscosity of the explosive increases, which makes it difficult to pump through the charging hoses.

В качестве окислителя используется аммиачная селитра или ее смесь с кальциевой или натриевой селитрой. Ammonium nitrate or its mixture with calcium or sodium nitrate is used as an oxidizing agent.

Использование поверхностно-активного вещества (ПАВ) в составе минерального масла или дизельного топлива способствует гидрофобизации поверхности микрочастиц окислителя, частичек бурового шлама и стенок скважины, обеспечивая более прочный их контакт с минеральным маслом или дизельным топливом. При соотношении минерального масла или дизельного топлива и ПАВ более 1:0,1 образуется значительное количество пены, что резко понижает плотность ВВ и его энергетические характеристики, при соотношении менее 1:0,01 не достигается требуемая поверхностная гидрофобизация. The use of a surface-active substance (surfactant) in the composition of mineral oil or diesel fuel promotes hydrophobization of the surface of oxidizing microparticles, particles of drill cuttings and borehole walls, providing a more reliable contact with mineral oil or diesel fuel. When the ratio of mineral oil or diesel fuel and surfactant is more than 1: 0.1, a significant amount of foam is formed, which sharply reduces the density of explosives and its energy characteristics, with a ratio of less than 1: 0.01, the required surface hydrophobization is not achieved.

Способ получения водосодержащего взрывчатого вещества заключается в следующем. В варочный бак, снабженный мешалкой и нагревательными элементами, заливают гель кремниевой кислоты и воду. В полученной смеси при нагревании растворяют окислитель. В готовый раствор окислителя добавляют жидкое стекло. Затем окислитель перекачивают в смесительно-зарядную машину типа "Акватол". На взрываемом блоке в машину при перемешивании заливают минеральное масло или дизельное топливо и добавляют тротил. При использовании ПАВ его предварительно растворяют в минеральном масле или дизельном топливе. A method of obtaining a water-containing explosive is as follows. Silicon acid gel and water are poured into a cooking tank equipped with a stirrer and heating elements. In the resulting mixture, the oxidizing agent is dissolved by heating. Liquid glass is added to the prepared oxidizer solution. Then the oxidizing agent is pumped into the mixing-charging machine of the type "Aquatol". On the blasting block, mineral oil or diesel fuel is poured into the machine with stirring and trotyl is added. When using a surfactant, it is pre-dissolved in mineral oil or diesel fuel.

Сущность и преимущества предлагаемого изобретения могут быть пояснены следующими примерами конкретного осуществления. The essence and advantages of the invention can be explained by the following examples of specific implementation.

Пример 1. Example 1

Было приготовлено водосодержащее взрывчатое вещество следующего состава, мас.%:
Тротил - 5
Вода - 5
Жидкое стекло - 0,01
Гель кремниевой кислоты (в пересчете на SiO₂) - 0,2
Минеральное масло - 1
Аммиачная селитра - 88,79
Взрывчатое вещество залили в модельные скважины и определили его характеристики. Были получены следующие данные:
термохимическая стабильность при контакте с сульфидсодержащей рудой при температуре 90^oC и выдержке 24 ч - взаимодействия нет;
равномерность распределения тротила по колонке заряда: верхняя часть заряда - 4,8%, средняя - 4,9%, нижняя - 5,3%;
понижение уровня взрывчатого вещества в скважине в результате растекания по трещинам - 1,5%;
критический диаметр - 115 мм.A water-containing explosive of the following composition was prepared, wt.%:
TNT - 5
Water - 5
Liquid glass - 0.01
Silicic acid gel (in terms of SiO ₂ ) - 0.2
Mineral oil - 1
Ammonium nitrate - 88.79
Explosive was poured into model wells and its characteristics were determined. The following data were obtained:
thermochemical stability upon contact with sulfide-containing ore at a temperature of 90 ^o C and exposure for 24 hours - no interaction;
uniform distribution of TNT over the charge column: the upper part of the charge is 4.8%, the middle is 4.9%, the lower is 5.3%;
a decrease in the level of explosive in the well as a result of spreading along cracks - 1.5%;
critical diameter - 115 mm.

Примеры 2-7 конкретного осуществления аналогичны примеру 1. Отличие заключается в соотношении компонентов ВВ и их разновидности. Составы полученных ВВ по примерам 2-5, примеры 6-7 на запредельные значения по содержанию компонентов и по плотности жидкого стекла, пример 8 про прототипу, а также характеристики ВВ сведены в таблицу. Examples 2-7 of a specific implementation are similar to example 1. The difference lies in the ratio of components of explosives and their varieties. The compositions of the obtained explosives according to examples 2-5, examples 6-7 to exorbitant values for the content of components and the density of liquid glass, example 8 about the prototype, as well as the characteristics of the explosives are summarized in table.

Из приведенных примеров видно, что предлагаемое водосодержащее взрывчатое вещество обладает более высокой термохимической и физической стабильностью, а именно не наблюдается химического взаимодействия ВВ при контакте с сульфидсодержащей рудой при температуре 90^oC в течение 24 ч, тротил по высоте заряда распределяется равномерно, заряд незначительно растекается по трещинам и ВВ имеет низкий критический диаметр.From the above examples it is seen that the proposed water-containing explosive substance has higher thermochemical and physical stability, namely, there is no chemical interaction of explosives when in contact with sulfide-containing ore at a temperature of 90 ^o C for 24 hours, TNT is evenly distributed over the charge height, the charge slightly spreads along cracks and explosives has a low critical diameter.

Claims

\\\ 1 1. A water-containing explosive, including trotyl, water, an inhibitor, a thickener and an oxidizing agent, characterized in that the explosive contains liquid glass as an inhibitor, silica gel as a thickener, and additionally it contains mineral oil or diesel fuel in the following ratio of components, wt.%: \\\ 3 Trotyl \\\ 7 5-17 \\\ 3 Water \\\ 7 5-11 \\\ 3 Liquid glass \\\ 7 0.01-0.10 \\\ 3 Gel of silicic acid (in terms of SiO <Mv> 2 <D>) \\\ 7 0.2-1.0 \\\ 3 Mineral oil or diesel fuel \\\ 7 1-4 \\\ 3 Oxidizer \\\ 7 Else \\ \ 2 2. The water-containing explosive according to claim 1, characterized in that the liquid glass has a density of 1.2-1.6 g / cm <M ^> 3 <D>. \\\ 2 3. A water-containing explosive according to claims 1 and 2, characterized in that the mineral oil or diesel fuel contains a surfactant in a ratio of 1: 0.01 - 0.10.