Изобретение относится к взрывчатым составам (ВС) на основе пироксилиновых порохов для использования в качестве промышленных взрывчатых веществ. The invention relates to explosive compositions (AF) based on pyroxylin powders for use as industrial explosives.

Известны ВС, включающие пироксилиновые пороха (пат. России 2104260, 2026273, 2026276, 2086524, пат. США 3235425), которые по детонационным параметрам не уступают традиционным тротилсодержащим ВВ (граммонитам, гранулотолу). Они находят применение для отбойки сухих и обводненных горных пород любой крепости в интервале температур плюс-минус 50 С. Aircraft are known, including pyroxylin gunpowder (US Pat. Russia 2104260, 2026273, 2026276, 2086524, US Pat. No. 3,235,425), which in terms of detonation parameters are not inferior to traditional TNT-containing explosives (grammonites, granulotol). They find application for breaking dry and flooded rocks of any strength in the temperature range of plus or minus 50 C.

Известен пороховой взрывчатый состав (пат. России 2103248), включающий, мас.%:
Жидкий нефтепродукт - 0,3-4,8
Вода - 2,0-10,0
Бездымный порох - 4,0-29,0
Аммиачная селитра - Остальное (68,7-89,2),
принятый в качестве прототипа к заявленному пороховому ВС.Known powder explosive composition (US Pat. Russia 2103248), including, wt.%:
Liquid oil - 0.3-4.8
Water - 2.0-10.0
Smokeless powder - 4.0-29.0
Ammonium nitrate - The rest (68.7-89.2),
adopted as a prototype of the claimed gunpowder aircraft.

Недостатками состава-прототипа являются неводоустойчивость, а следовательно, ограниченность применения - только в сухих скважинах, низкая чувствительность к детонационному импульсу при использовании ряда пироксилиновых порохов, что не обеспечивает безотказности действия скважинного заряда, использование только измельченных порохов с размером частиц 0,01-2,95 мм, что повышает трудо- и энергозатраты на изготовление ВС. The disadvantages of the prototype composition are non-water resistance, and therefore, the limited use is only in dry wells, low sensitivity to detonation impulse when using a number of pyroxylin powders, which does not ensure failure-free operation of the well charge, the use of only ground powders with a particle size of 0.01-2, 95 mm, which increases labor and energy costs for the manufacture of aircraft.

Сложность проблемы использования пироксилиновых порохов в промышленных ВВ заключается в многообразии их марок, отличающихся компонентным составом, габаритно-массовыми характеристиками пороховых элементов (цилиндрическое и сферическое зерно, пластинка). В промышленных ВВ нашли применение пироксилиновые пороха, содержащие стабилизирующую добавку (пат. России NN 2026272, 2026273, 2026276, 2103248), смесь стабилизирующей, гидрофобной, пламягасящей добавок (пат. США N 3235425). Наличие добавок резко изменяет энергетические характеристики пироксилинового пороха: теплота взрыва изменяется от 550 до 980 ккал/кг, температура взрыва - от 2100 до 3200 К, кислородный баланс - от минус 14 до минус 55%, общее содержание газов - от 540 до 850 л/кг, содержание токсичных газов - от 120 до 320 л/кг; чувствительность к детонационному импульсу по критическому давлению возбуждения - от 5 до 12 ГПа. ВС на основе пироксилиновых порохов с низкой теплотой и температурой взрыва, низкой чувствительностью к детонационному импульсу не обеспечивают дробящего эффекта горной породы и безотказность работы скважинного заряда при штатном инициировании. The complexity of the problem of using pyroxylin powders in industrial explosives lies in the variety of their grades, which differ in component composition, overall mass characteristics of the powder elements (cylindrical and spherical grains, plate). Pyroxylin powders containing a stabilizing additive (US Pat. Russia NN 2026272, 2026273, 2026276, 2103248), a mixture of stabilizing, hydrophobic, flame-retardant additives (US Pat. No. 3235425) found application in industrial explosives. The presence of additives dramatically changes the energy characteristics of pyroxylin powder: the heat of explosion varies from 550 to 980 kcal / kg, the temperature of the explosion from 2100 to 3200 K, the oxygen balance from minus 14 to minus 55%, the total gas content from 540 to 850 l / kg, toxic gas content - from 120 to 320 l / kg; sensitivity to detonation impulse by critical excitation pressure - from 5 to 12 GPa. Aircraft based on pyroxylin powders with low heat and temperature of explosion, low sensitivity to detonation impulse do not provide the crushing effect of the rock and the failure-free operation of the borehole charge during regular initiation.

Пироксилиновые пороха в зависимости от назначения (ружейные, пистолетные, морские и т.д.) содержат или флегматизирующие (камфара, графит, динитротолуол и др.), или пламягасящие (канифоль, дибутилфталат, сульфат калия, тартрат калия и др.), или гидрофобные (фталаты, тротиловое масло и др.), или противоэрозионные (парафин, церезин и др.), или стабилизирующие (централит, дифениламин и др.), или противоразгарные (вазелин, церезин и др.), или порообразующие (нитрат калия), или размедняющие, или цветопламенные (судан желтый, метиленовый голубой др.), или технологические (этилацетат и др.), или баллистические (оксиды и соли металлов и др.) добавки, или их смеси; содержание добавок может достигать 49% мас. Ввод добавок приводит к снижению чувствительности пироксилинового пороха к детонационной волне, ухудшению воспламеняемости, т.к. они в основном являются инертными веществами, ослаблению межмолекулярных связей пироксилина, снижению прочности пороха за счет мельчайших пор на границе пироксилин - добавка. Pyroxylin gunpowders, depending on the purpose (gun, pistol, sea, etc.) contain either phlegmatizing (camphor, graphite, dinitrotoluene, etc.), or flame-extinguishing (rosin, dibutyl phthalate, potassium sulfate, potassium tartrate, etc.), or hydrophobic (phthalates, TNT oil, etc.), or anti-erosion (paraffin, ceresin, etc.), or stabilizing (centralitis, diphenylamine, etc.), or anti-hot (petroleum jelly, ceresin, etc.), or pore-forming (potassium nitrate) or deacidifying, or color-flame (Sudan yellow, methylene blue, etc.), or those nological (ethyl acetate, etc.), or ballistic (metal oxides and salts, etc.) additives, or mixtures thereof; the content of additives can reach 49% wt. The introduction of additives leads to a decrease in the sensitivity of pyroxylin powder to the detonation wave, and to a decrease in flammability, since they are mainly inert substances, weakening the intermolecular bonds of pyroxylin, and reducing the strength of gunpowder due to the smallest pores at the pyroxylin – additive interface.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности порохового ВС за счет повышения водостойкости, чувствительности к детонационному импульсу, расширения сырьевой базы, снижения стоимости, расширения сферы применения, ассортимента и объема выпуска водостойких гранулированных ВВ. An object of the invention is to increase the efficiency of gunpowder aircraft by increasing water resistance, sensitivity to detonation pulses, expanding the raw material base, reducing costs, expanding the scope, range and output of water-resistant granular explosives.

Поставленная цепь достигается разработкой сыпучего ВС, включающего пироксилиновый порох с пламягасящими, или противоразгарными, или флегматизирующими, или противоэрозионными, или стабилизирующими, или цветопламенными, или размедняющими, или гидрофобными, или технологическими, или порообразуюшими, или баллистическими добавками, или их смесью, воду, масло минеральное, или каменноугольное, или смесь минеральных и каменноугольных масел и неорганический окислитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Пироксилиновый порох с флегматизирующими, или пламягасящими, или гидрофобными, или противоэрозиониыми, или размедняющими, или стабилизирующими, или порообразующими, или противоразгарными, или цвето-пламенными, или технологическими, или баллистическими добавками, или их смесью - 87,5-96,5
Вода - 0,5-3,8
Неорганический окислитель - 1,5-19,0
Масло минеральное, или каменноугольное, или смесь минеральных и каменноугольных масел - 0,5-2,5,
причем пироксилиновый порох берется в виде цилиндрических бесканальных, одно-, многоканальных зерен диаметром 1-30 мм, длиной 0,8-20 мм, или в виде пластинок размером 0,8-1,2 х 1,3-1,9 мм с толщиной горящего свода 0,08-0,45 мм, или в виде сферических зерен, или измельченной трубки, или их смеси, в качестве неорганического окислителя выбираются нитраты аммония, или натрия, или кальция, или магния, или их смесь.This chain is achieved by the development of free-flowing aircraft, including pyroxylin powder with flame-retardant, or anti-heat, or phlegmatizing, or anti-erosion, or stabilizing, or color-flame, or grinding, or hydrophobic, or technological, or pore-forming, or ballistic additives, or their mixture, water mineral oil or coal, or a mixture of mineral and coal oils and an inorganic oxidizing agent in the following ratio of components, wt.%:
Pyroxylin gunpowder with phlegmatizing, or flame-retardant, or hydrophobic, or anti-erosion, or grinding, or stabilizing, or pore-forming, or anti-heat, or color-flame, or technological, or ballistic additives, or a mixture thereof - 87.5-96.5
Water - 0.5-3.8
Inorganic oxidizing agent - 1.5-19.0
Mineral oil, or coal, or a mixture of mineral and coal oils - 0.5-2.5,
moreover, pyroxylin powder is taken in the form of cylindrical channelless, single, multichannel grains with a diameter of 1-30 mm, a length of 0.8-20 mm, or in the form of plates 0.8-1.2 x 1.3-1.9 mm in size the thickness of the burning arch is 0.08-0.45 mm, either in the form of spherical grains, or a ground tube, or a mixture thereof, ammonium nitrate, or sodium, or calcium, or magnesium, or a mixture thereof are selected as an inorganic oxidizing agent.

В промышленных ВВ используют пороха, утратившие свою служебную пригодность и часто хранящиеся на базах, расположенных в районах ведения взрывных работ. С целью снижения стоимости, сокращения грузоперевозок производство пороховых ВС осуществляют на предприятиях, ведущих взрывные работы. При этом целесообразно использовать сырье, в частности масла, выпускаемые близлежащими предприятиями. Экспериментально было установлено, что для изготовления заявляемого порохового взрывчатого состава кроме минеральных (нефтяных) масел, таких как приборное, соляровое, индустриальное, топочный мазут, дизельное топливо и др., можно без снижения качества ВВ использовать каменноугольные масла, представляющие собой вязкие жидкости, такие как поглотительное, антраценовое и др., а также смеси минеральных и каменноугольных масел в любом соотношении. Industrial explosives use gunpowder, which has lost its serviceability and is often stored at bases located in blasting areas. In order to reduce costs, reduce freight traffic, the production of powder aircraft is carried out at enterprises conducting blasting operations. It is advisable to use raw materials, in particular oils produced by nearby enterprises. It was experimentally found that for the manufacture of the inventive powder explosive composition in addition to mineral (petroleum) oils, such as instrumental, diesel, industrial, heating oil, diesel fuel, etc., it is possible to use coal oils, which are viscous liquids, without reducing the quality of explosives as absorption, anthracene, etc., as well as mixtures of mineral and coal oils in any ratio.

В заявляемом составе неорганический окислитель используется в качестве сенсибилизатора, а сенсибилизирующий эффект обеспечивается заявляемым способом изготовления порохового взрывчатого состава и выбранным соотношением компонентов. In the inventive composition, an inorganic oxidizing agent is used as a sensitizer, and the sensitizing effect is provided by the inventive method of manufacturing a powder explosive composition and a selected ratio of components.

Известно изготовление пороховых ВС путем загрузки в мешатель зерненого пироксилинового пороха, жидкого нефтепродукта, воды и перемешивания компонентов до получения однородного состава (оценивается визуально) - пат. России 2104260. It is known to manufacture gunpowder aircraft by loading granulated pyroxylin powder, liquid oil, water and mixing the components into a mixer until a homogeneous composition is obtained (visually evaluated) - Pat. Russia 2104260.

Предлагаемый способ изготовления порохового ВС заключается в следующем: сначала пироксилиновый порох увлажняется до равновесного насыщения водой, а затем увлажненный порох смешивается при температуре 20±10^oC с неорганическим окислителем и жидким нефтепродуктом (омасливается) или увлажненный порох омасливается при температуре 20±10^oC, а затем полученный однородный продукт смешивается с неорганическим окислителем до равномерного распределения сыпучих компонентов и равномерного смачивания их поверхности жидким нефтепродуктом.The proposed method of manufacturing a powder sun is as follows: first, pyroxylin powder wetted to an equilibrium saturation with water, and then the moistened powder is mixed at a temperature of 20 ± 10 ^o C with an inorganic oxidizer and the liquid petroleum product (omaslivaetsya) or wetted powder omaslivaetsya at a temperature of 20 ± 10 ^o C and then the resulting homogeneous product is mixed with an inorganic oxidizing agent until the bulk components are evenly distributed and their surface is uniformly wetted with liquid oil.

Увлажнение пироксилинового пороха до равновесного насыщения водой осуществляется, например, путем его выдержки в негерметичной таре в течение определенного времени при различных температурно-влажностных условиях окружающей среды. В промышленных взрывчатых веществах, как правило, используется пироксилиновый порох, утративший свою служебную пригодность. При расснаряжении боеприпасов они укупориваются в негерметичную тару (мешки, ящики). При транспортировании и хранении в негерметичной таре в силу своей гигроскопичности они увлажняются до равновесной влажности, зависящей от относительной влажности и температуры воздуха, времени выдержки. Humidification of pyroxylin powder to equilibrium saturation with water is carried out, for example, by holding it in an unpressurized container for a certain time under various temperature and humidity conditions of the environment. In industrial explosives, pyroxylin powder, which has lost its serviceability, is usually used. During the unloading of ammunition, they are sealed in leaky containers (bags, boxes). During transportation and storage in an unpressurized container, due to their hygroscopicity, they are moistened to equilibrium humidity, which depends on relative humidity and air temperature, and exposure time.

Экспериментально установлено, что в зависимости от температурно-влажностных условий, времени выдержки предельное содержание воды в пироксилиновом порохе при равновесном насыщении составляет от 0,5 до 3,8% мас., при этом отсутствует вода на наружной поверхности зерен. Для достижения содержания воды 0,5% мас. увлажнение пороха проводится при относительной влажности воздуха 60-65%, а для 3,8% мас. - 90%. Количество воды во ВС определяется условиями применения ВВ. При смешении увлажненного таким способом пироксилинового пороха с маслом и неорганическим окислителем вода не является флегматизатором заявляемого ВС. Часть неорганического окислителя, имеющего высокую растворимость в воде, поглощается, равномерно распределяется и удерживается в поровом объеме пироксилинового пороха на молекулярном уровне. Образующаяся масляная пленка жидкого нефтепродукта на поверхности зерен пироксилинового пороха и неорганического окислителя обеспечивает плотный контакт между порохом и окислителем, кроме того, масляная пленка прочно удерживает воду, сорбированную порохом из атмосферы воздуха. It was experimentally established that, depending on the temperature and humidity conditions, the exposure time, the limiting water content in pyroxylin powder at equilibrium saturation is from 0.5 to 3.8% wt., While there is no water on the outer surface of the grains. To achieve a water content of 0.5% wt. humidification of gunpowder is carried out at a relative humidity of 60-65%, and for 3.8% wt. - 90%. The amount of water in the aircraft is determined by the conditions of use of explosives. When mixing moistened in this way pyroxylin powder with oil and an inorganic oxidizing agent, water is not a phlegmatizer of the inventive BC. Part of an inorganic oxidizing agent having high solubility in water is absorbed, evenly distributed, and held in the pore volume of pyroxylin powder at the molecular level. The resulting oil film of liquid oil on the surface of pyroxylin powder grains and inorganic oxidizer provides tight contact between the powder and the oxidizing agent, in addition, the oil film firmly retains water sorbed by the powder from the atmosphere.

При взрывчатом превращении под действием ударной волны промежуточного детонатора образуются очаги высоких локальных температур на границе сенсибилизатор-горючее, происходит схлопывание пор пороха и окислителя, что ведет к образованию дополнительных горячих точек, которые являются новыми очагами зарождения реакции химического превращения заявляемого ВС. Трение между частицами ВС, уплотнение порового объема пороха и неорганического окислителя, увеличение поверхности взаимодействия за счет разрушения зерен пороха под действием высоких скоростей деформации приводит к развитию локальных областей повышенной температуры, т.е. горячих точек, которые повышают чувствительность заявляемого ВС к ударно-волновому инициированию от промежуточного детонатора, что проявляется в снижении критического диаметра детонации, критического давления возбуждения, тем самым обеспечивается безотказность работы скважинного заряда. During explosive transformation under the action of an intermediate detonator shock wave, foci of high local temperatures are formed at the sensitizer-fuel interface, the powder and oxidizer collapse, which leads to the formation of additional hot spots, which are new foci of the nucleation of the chemical transformation of the claimed aircraft. Friction between particles of VS, compaction of the pore volume of gunpowder and an inorganic oxidizer, an increase in the interaction surface due to the destruction of gunpowder grains under the influence of high strain rates leads to the development of local regions of elevated temperature, i.e. hot spots that increase the sensitivity of the inventive aircraft to shock-wave initiation from an intermediate detonator, which is manifested in a decrease in the critical diameter of the detonation, critical excitation pressure, thereby ensuring the failure-free operation of the borehole charge.

Учитывая высокие трудо- и энергозатраты на измельчение пороха с целью снижения стоимости в предлагаемом пороховом ВС пироксилиновый порох берется в виде бесканального, одно-, многоканального цилиндрического зерна диаметром 1-30 мм, длиной 0,8-20 мм, или в виде пластинок размером 0,8-1,2 х 1,3-1,9 мм, с толщиной горящего свода 0,08-0,45 мм, или в виде сферического зерна, или их смесей, только трубчатый пироксилиновый порох измельчается до размера частиц 30 мм без отсева мелочи. Given the high labor and energy costs for grinding the powder in order to reduce the cost in the proposed powder gunpowder, pyroxylin powder is taken in the form of channelless, single, multichannel cylindrical grain with a diameter of 1-30 mm, a length of 0.8-20 mm, or in the form of plates of size 0 , 8-1.2 x 1.3-1.9 mm, with a burning arch thickness of 0.08-0.45 mm, or in the form of spherical grains, or mixtures thereof, only tubular pyroxylin powder is crushed to a particle size of 30 mm without screening out little things.

Безотказность работы скважинного заряда из заявляемого ВС, безопасность его изготовления, транспортирования, хранения и применения обеспечиваются соотношением компонентов и способом изготовления ВС. Заявляемый ВС и способ его изготовления позволяют использовать все марки пироксилиновых порохов с любыми вышеназванными добавками специального назначения без предварительного измельчения зерна и пластинки, с измельчением только трубки пироксилинового пороха до размера частиц 30 мм без отсева мелочи, что значительно снижает стоимость, трудо- и энергозатраты на изготовление, расширяет сырьевую базу производства и ассортимент ВС. The reliability of the downhole charge from the inventive aircraft, the safety of its manufacture, transportation, storage and use are ensured by the ratio of components and the manufacturing method of the aircraft. The inventive aircraft and the method of its manufacture make it possible to use all grades of pyroxylin gunpowder with any of the abovementioned special-purpose additives without first grinding the grain and plate, grinding only the pyroxylin gunpipe tube to a particle size of 30 mm without dropping out fines, which significantly reduces the cost, labor and energy costs by manufacturing, expanding the raw material base of production and the assortment of aircraft.

Заявляемый ВС используется для ведения взрывных работ в скважинах любой степени обводненности, т.к. пироксилиновые пороха относятся к числу водостойких продуктов. Содержащийся во ВС неорганический окислитель в обводненных скважинах растворяется, образуя суспензию и повышая плотность заряжания с 0,85-0,95 до 1,25-1,35 г/см³, при этом расход ВВ увеличивается незначительно, т. к. зерненый пироксилиновый порох не склонен к усадке. В связи с повышением плотности заряжания для обводненных скважин не требуется сужать сетку бурения.The inventive aircraft is used for blasting in wells of any degree of water cut, because Pyroxylin gunpowders are water resistant products. The inorganic oxidizer contained in the BC dissolves in the waterlogged wells, forming a suspension and increasing the loading density from 0.85-0.95 to 1.25-1.35 g / cm ³ , while the consumption of explosives increases slightly, since the grained pyroxylin gunpowder is not prone to shrinkage. Due to the increase in loading density for flooded wells, it is not necessary to narrow the drilling grid.

Примеры заявляемого ВС и его основные характеристики в сравнении с прототипом приведены в таблице (см. в конце описания). Examples of the inventive aircraft and its main characteristics in comparison with the prototype are shown in the table (see the end of the description).

Как следует из таблицы, заявляемый ВС не уступает прототипу по энергетическим (теплоте взрыва) и детонационным (скорость и критический диаметр детонации) параметрам, а по работоспособности даже несколько превышает прототип. Заявляемый состав сохраняет сыпучесть в интервале температур от минус 50 до плюс 50^oC; в качестве транспортировочной тары используются многослойные бумажные мешки с полиэтиленовым мешком-вкладышем, как и для штатных маслосодержащих ВВ. Заявляемый состав не пылит при изготовлении и заряжании скважин, не слеживается, не смерзается и не увлажняется.As follows from the table, the claimed aircraft is not inferior to the prototype in terms of energy (heat of explosion) and detonation (speed and critical diameter of detonation) parameters, and even slightly exceeds the prototype in terms of working capacity. The inventive composition retains flowability in the temperature range from minus 50 to plus 50 ^o C; multilayer paper bags with a plastic bag insert are used as shipping containers, as for regular oil-containing explosives. The inventive composition does not dust during the manufacture and loading of wells, does not cake, does not freeze and does not get wet.

Изготовление ВС осуществлялось с использованием сырья соответствующих ГОСТ, ТУ, ОСТ в существующих смесителях для производства селитросодержащих ВВ. До начала изготовления ВС определялось содержание воды в пироксилиновом порохе в процессе его увлажнения за счет сорбации из атмосферы воздуха. Исходя из марок используемых порохов и содержания воды в них, проводился расчет компонентного состава (мас.% неорганического окислителя масла, пироксилинового пороха) из условий обеспечения сбалансированности химического состава ВВ по содержанию в нем окислителя и горючего (кислородный баланс, близкий к 0) и максимально-возможной теплоты взрыва. Aircraft were manufactured using raw materials corresponding to GOST, TU, OST in existing mixers for the production of nitrate-containing explosives. Prior to the manufacture of the aircraft, the water content in the pyroxylin powder was determined during its wetting due to sorption from the air atmosphere. Based on the grades of the powders used and the water content in them, the composition was calculated (wt.% Inorganic oil oxidizer, pyroxylin gunpowder) from the conditions for ensuring a balanced chemical composition of explosives in terms of their oxidizer and fuel content (oxygen balance close to 0) and maximum -possible heat of explosion.

Заряжение скважин производилось без осложнений, зависания ВС и перераспределения компонентов не наблюдалось. Wells were charged without complications, no freezes and redistribution of components were observed.