RU2816070C1

RU2816070C1 - Гранулит

Info

Publication number: RU2816070C1
Application number: RU2023126084A
Authority: RU
Inventors: Григорий Анатольевич Банных; Илья Александрович Коломинов; Андрей Дмитриевич Юсов; Елена Александровна Курдаева
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Горно-промышленный сервис"
Filing date: 2023-10-12
Publication date: 2024-03-26

Abstract

Изобретение относится к разработке взрывчатых смесей. Гранулит содержит гранулированную аммиачную селитру марки А, промышленную, или Б, категории удобрения с гранулами размером 1-2 мм, жидкое горючее масло в виде минерального индустриального масла или масла солярового и добавку в виде гранулированного пенополистирола марки М50 с размером гранул 1-1,5 мм и насыпной плотностью 30 кг/м³. Компоненты находятся в следующем соотношении, мас.%: масло минеральное индустриальное или масло соляровое 3,7-3,5; гранулированный пенополистирол марки М50 0,3-0,9; аммиачная селитра остальное. Обеспечивается высокая эффективность действия взрывчатого состава при безопасном уровне его чувствительности к механическим воздействиям и снижение токсичности газообразных продуктов взрыва.

Description

Изобретение относится к разработке взрывчатых смесей, используемых для ведения взрывных работ на земной поверхности и в забоях подземных выработок рудников и шахт, не опасных по газу или пыли. В частности, изобретение касается промышленного взрывчатого вещества категории Гранулит, который может быть изготовлен в непатронированном виде на местах применения и на стационарных пунктах, предназначен для ведения взрывных работ на земной поверхности при скважинной взрывной отбойке пород с коэффициентом крепости до 15 по шкале профессора М.М. Протодьяконова при температуре окружающей среды от -50°С до +50°С (для взрывания сульфидных руд не применяется).

По химическому составу взрывчатые вещества (ВВ) подразделяются на индивидуальные соединения и взрывчатые смеси. Взрывчатые смеси состоят из окислителя и горючего. Во взрывчатых смесях окислитель - горючее значительная часть тепловой энергии выделяется при взрыве в результате вторичных реакций окисления. Окислители при разложении выделяют свободный кислород, который необходим для окисления горючих веществ или продуктов их разложения (газификации).

Взрывчатые смеси на основе аммиачной селитры как окислителя являются самыми распространенными промышленными взрывчатыми веществами, так как аммиачная селитра имеет хорошо развитую производственную базу изготовления, а взрывчатые смеси на ее основе являются самыми безопасными при изготовлении, хранении и применении. Гранулиты - промышленные взрывчатые вещества, представляющие собой смесь гранулированной аммиачной селитры с жидкими нефтепродуктами (масло индустриальное марки И-40А по ГОСТ 20799-88 или марки ИГП-38, или марки 45 по нормативно-технической документации, или масло приборное (МВП) по ГОСТ 1805-76 или масло соляровое) и, иногда, с дисперсными горючими добавками (например, алюминиевая пудра марок ПП-1Л, ПП-1Т, ПП-2Л или ПП-2Т или алюминиевый порошок). Как правило, изготавливаются на местах применения в условиях стационарных пунктов предприятий, ведущих взрывные работы, либо в процессе заряжания. Предназначены для механизированного или ручного заряжания на карьерах сухих и обводненных скважин в породах средней крепости во всех климатических районах России.

Так, известен Гранулит АС 4 - гранулированное аммиачно-селитренное ВВ II класса (по условиям применения: для взрывания в условиях подземных выработок не опасных по газу и/или пыли). Представляет собой гранулированный продукт серебристо серого цвета с размером гранул 1-3 мм, покрытых пленкой масла и опудренных алюминием. Допущен для ручного и механизированного заряжания сухих и предварительно осушенных шпуров, скважин, камер. Пригоден для применения во всех климатических районах России (при температуре не выше 35°С). Имеет состав, %:

Селитра аммиачная марки А	91,8±1,5
Пудра алюминиевая	4,0+1,0; -0,3
Масло индустриальное	4,2±0,5

Так же известны Гранулиты АС 4В, AC 8В - промышленные ВВ II класса, представляющие собой гидрофобизированные и металлизованные аммиачно-селитренные взрывчатые смеси серого цвета с размером гранул 1-3 мм, покрытых пленкой масла и опуд ре иных алюминием. Гранулит AC 4В предназначается для взрывания пород средней и повышенной крепости шпуровым и скважинным способом в сухих и мокрых забоях без проточной воды на открытых и подземных разработках, кроме работ в шахтах, опасных по газу и пыли.

Гранулит AC 8В применяется в таких же условиях для взрывания пород крепких и весьма крепких. Допущен на открытых работах и в шахтах, не опасных по газу и пыли, с ручным и меха визированным заряжанием сухих и предварительно осушенных шпуров и скважин, камер. Пригоден для применения во всех климатических районах России (при температуре не выше 35°С). Состав Гранулита АС 8, %:

Селитра аммиачная	89±1,5
Пудра алюминиевая	8,0±0,8

Масло индустриальное 3,0±0,5

(ГОСТ 21987-76 «Вещества взрывчатые промьппленные. ГРАНУЛИТЫ. Технические условия», дата введения 1977-07-01).

В связи с тем, что аммиачная селитра при изготовлении простейших ВВ не измельчается (при пневмозаряжении происходит лишь частичное дробление гранул), взрывчатые характеристики ВВ этого типа существенно зависят от размера гранул селитры, их влажности, впитывающей способности, прочности, а также вязкости горючего. Энергетические характеристики смеси определяются ее химическим составом. Теплота взрыва будет наивысшей для смесей стехиометрического состава, отвечающего нулевому кислородному балансу. Для обеспечения нулевого или близкого к нулевому кислородному балансу в состав ВВ вводят дополнительно твердые горючие добавки, такие как древесная мука, уголь, сажа, стеарат кальция, полиакриламид и др. В случае трех компонентных алюмосодержащих ВВ (Гранулитов) она возрастает с увеличением соотношения между алюминием и жидким горючим.

При одинаковой температуре взрыва 3200°С у Гранулита АС4 теплота взрыва 452 кДж/кг; а у Гранулита АС8 - 5225 кДж/кг при одинаковой насыпной плотности 0,85-0,90 (0,95) г/см³. Кислородный баланс (%) АС4 - +0,41, АС8 - +0,34 (без применения дополнительных горючих добавок) при скорости детонации (м/с) 2600-3500 и 3000-3600, соответственно.

Как видно из приведенных данных, чем выше соотношение алюминиевой пудры к нефтепродукту, тем выше теплота взрыва. Это свойство учитывается при выборе Гранулита для взрыва горных пород. Чем порода крепче, выбор Гранулита проводят с учетом выдаваемый им теплоты взрыва. Этим правилом руководствуются при проведении взрывных работ на различных участках горных пород.

Однако, если изготовление гранулита проводится на специализированном промышленном предприятии, то техникой безопасности предусмотрены соответствующие меры по изоляции воздействия компонентов ВВ на человека, а при изготовлении гранулита в полевых условиях с применением смесительно-зарядной машины или иным образом довольно трудно соблюсти все условия безопасности и исключить влияние токсичных компонентов на операторов. Обращение с аммиачной селитрой и с дизельным топливом или индустриальным маслом не относится к опасным действиям при соблюдении простых правил обращения с веществом (согласно ГОСТ 12.1.007-76 аммиачная селитра относится к 4 классу опасности (вещество малоопасное). Опасность для человека селитра представляет при вскрытии мешка и пересыпке: могут быть негативные последствия при вдыхании, попадании на кожу и попадании в глаза. То же самое относится к дизельному топливу, маслу индустриальному и другим видам нефтепродуктов, которые могут использоваться в составе гранулитов.

А использование алюминиевой пудры имеет строгие ограничения по безопасности ее воздействия на организм человека. При этом, находясь в воздушной среде алюминиевая пудра является взрывоопасным веществом, а в виде аэрогеля -пожароопасным. В связи с этим на складах хранится пудра в соответствии с техникой безопасности и условиями производственной санитарии в заводской герметичной упаковке, которую разрешается вскрывать непосредственно перед использованием вещества на объекте. Наночастицы оксида алюминия имеют размер преимущественно 30-40 им и способны генерировать активные формы кислорода, повреждать ДНК, нарушать экспрессию белков, деполяризовывать клеточную мембрану, вызывать морфологические изменения и гибель клеток. Поэтому соблюсти все требования по безопасности приготовления гранулита в полевых условиях и в условиях мелкосерийного производства достаточно трудно.

В связи с этим становится целесообразным поиск аналогов-заменителей таких опасных для человека компонентов Гранулитов, как, например, алюминиевая пудра и др. На сегодняшний день известны взрывчатые вещества эмульсионного типа, содержащие эмульсионное или водногелевое взрывчатое вещество в объеме 98,5-96,5% масс при содержании полимерных микрочастиц 1,5 - 3,5% масс, при этом в качестве полимерных микрочастиц инертной добавки использованы микросферы из полимерной оболочки с заключенным в нее газом (RU 2636991).

Термопластичные полимерные микросферы очень хорошо зарекомендовали себя в качестве сенсибилизатора во взрывчатых веществах. Они создают равномерную контролируемую ячеистую структуру. По сравнению со стеклянными использование полимерных микросфер экономически более выгодно. Данные испытаний по применению микросфер Expancel DET показывают, что микросферы Expancel DET создают высокую скорость детонации, которая может быть необходима при практическом применении взрывчатых веществ. При этом применение таких микросфер может регулировать плотность состава эмульсионной матрицы от 1400 до 1500 кг/м³. Например, для получения надлежащих свойств эмульсионного взрывчатого вещества с плотностью от 1400 до 1500 кг/м³ его плотность может быть снижена до 1000-1300 кг/м³, что может быть достигнуто при добавлении около 0,4% микросфер Expancel DET (Жданов Ю.В., Андержанов С.Р., Соснин В.А., Соснин А.В. «Полимерные микросферы в эмульсионных взрывчатых веществах» Вестник технологического университета, 2016 г., Т. 19. №19, стр. 7-10).

Для Гранулитов применение полых микросфер позволяет решить задачи по повышению детонационной способности для случая, когда увеличенная плотность гранул уменьшает число пустот внутри каждой гранулы. Например, известен состав взрывчатого вещества, содержащий окислитель на основе гранулированной аммиачной селитры и горючую добавку в виде смеси жидкого нефтепродукта и микросфер золы-уноса тепловых электростанций в соотношении от 6:1 до 3:1 (RU 2333191). Окислитель в составе данного вещества может содержать плотную и пористую гранулированную аммиачную селитру в соотношении 2:1 или плотную гранулированную и порошковую аммиачную селитру в соотношении 5:1 в виде полидисперсной структуры для равномерного распределения горючей добавки.

В этих способах повышения мощности взрыва необходимо обеспечить технологичность изготовления состава, стабилизацию его и создание горячих точек по ходу распространения детонации. Последнее требование удовлетворяется путем ввода в состав активной добавки в виде микросфер золы-уноса тепловых электростанций. Свойства зольных алюмосиликатных микросфер весьма разнообразны и в зависимости от состава угля и технологии его сжигания микросферы представляют собой микрошарики из разного вида стеклянных оболочек моно- или полиячеистой структуры с насыпной плотностью 240-360 кг/м³. Микросферы золы-уноса тепловых электростанций применяют, например, для изготовления водоэмульсионных взрывчатых веществ.

В простейших взрывчатых составах с увеличением плотности гранул уменьшается число пустот внутри каждой гранулы, а следовательно, уменьшается и число точек воспламенения, что приводит к соответствующему снижению скоростей разложения и детонации. По этой причине взрывчатые смеси типа АС-ДТ, состоящие из плотных гранул АС или смеси их с порошковой АС или пористой гранулированной АС, имеют низкую детонационную способность и, соответственно, низкие показатели взрыва. Ввод в простейшее ВВ данного типа микросфер золы-уноса тепловых электростанций позволяет устранить указанные недостатки, однако при этом значительно повышается уровень чувствительности состава к механическим воздействиям, что представляет большую опасность, т.к. средства механизации используются как непосредственно при смешивании компонентов, так и при заряжании скважин. Для поддержания чувствительности предложенного состава к механическим воздействиям на удовлетворительном уровне предложено перед смешиванием с АС микросферы золы-уноса перемешать со всем количеством жидкого нефтепродукта (до 6-7% от массы состава), т.е. в соотношении от 6:1 до 3:1. Такая смесь обеспечивает снижение чувствительности состава к механическим воздействиям до безопасного уровня, создает условия для полного взрывного разложения компонентов ВВ (смеси различных видов АС) по всей длине скважины и увеличение скорости детонации.

Рассмотренные составы включают в себя либо стеклянные шарики либо микросферы из полимерной оболочки с заключенным в нее газом (специального термоупругого полимерного состава, размер микросфер колеблется от 20 до 150 мкм, при нагреве объем микросфер увеличивается в 30-50 раз). Эти микросферы используются в составах, в которые входит дизельное топлива (в качестве горючего). Применение микросфер иного полимерного происхождения, например, из вспененного пенополиуретана, не дает желаемого результата, так как в процессе хранения эти шарики разрушаются и обволакивающее их топливо скатывается (US 3764419).

Так же известен гранулит, содержащий гранулы нитрата аммония для удобрений, шарики пенопласта в качестве газоудерживающего агента и парафиновое масло медицинского назначения (или эвкалиптовое белое масло товарного качества), не вступающее в реакцию с шариками пенопласта (предпочтительно, шарики полистирола) (AU 8180287, С06В 23/00, С06В 31/28, опубл. 26.05.1988 г.). Было обнаружено, что ароматические соединения и другие растворители, присущие в дизельном топливе или мазуте имеют эффект растворения полистирольных шариков, тогда как этот эффект не достигается при использовании парафинового масла.

В одном предпочтительном примере по данному патенту пропорции различных ингредиентов являются следующими:

ИНГРЕДИЕНТ ОБЪЕМ (ЛИТРЫ)

Полистирол	530,0
Нитрат аммония	175,0
Масло	10,5
ИТОГО	715,5

В патенте решается задача создания взрывчатого состава, который можно предварительно смешивать, упаковывать и длительно хранить для последующей транспортировки в зону взрывных работ.

В патенте указано, что проведенные исследования (US 3764419) показали, что использование мазута и полистирола приводит к образованию взрывчатого состава, который нельзя длительно хранить или после этого транспортировать в течение длительного времени, так как в этой композиции дизельное топливо, особенно ароматические соединения дизельного топлива, растворяют полистирольные шарики. Кроме того, масло, нитрат аммония и шарики имеют тенденцию к отделению друг от друга, что было замечено именно при длительном хранении взрывчатого состава.

Поставленная задача решается заменой дизельного топлива на парафиновое или эвкалиптовое масло при использовании аммиачной селитры категории удобрения.

Но следует понимать, что парафиновое масло медицинского назначения твердеет при температуре от минус 9°С до минус 13°С, то есть его применение в регионах с преобладанием низких климатических температур непригодно в составе взрывчатой смеси. То же самое относится и к эвкалиптовому маслу. При этом для промышленного применения эти масла непригодны в силу проблем с получением сырья и его переработкой.

В качестве прототипа принято известное решение по SU 1601972, С06В 31\28, опубл. 09.07.1995 г., в котором описан малоплотный взрывчатый состав, используемый при добыче алмазов и содержащий, масс %: 6,0-7,5% полистирола вспененного, пропитанного водным раствором этиленгликоля в соотношении (5,0-6,0)-(1,0-1,5), с насыпной плотностью 10-20 кг/м³ и 92,5-94,0% аммиачной селитры гранулированной. Состав имеет насыпную плотность 0,15-0,30 кг/дм³ теплоту взрыва 3800-3820 кДж/кг, объемную энергию 600-1100 кДж/дм³, скорость детонации в стальной трубе 1,6-1,8 км/с.

Повышение эффективности взрывчатого состава обеспечивается за счет уменьшения его объемной энергии путем добавления к аммиачной селитре шариков вспененного полистирола, предварительно пропитанных специальным раствором.

Этилен гликоль - это органическое соединение, бесцветная жидкость без запаха со сладковатым вкусом, известен также как этан-1,2-диол или 1,2-этандиол. Температура кипения концентрированного этиленгликоля (98%): +197,85°С, а температура кристаллизации концентрированного раствора этиленгликоля (98%): -12,6°С. Но при разбавлении концентрированного этиленгликоля водой меняются его физические свойства: температура замерзания раствора увеличивается, а вязкость уменьшается. Этот материал классифицируют как вещество третьей группы опасности. Класс опасности этиленгликоля говорит о способе транспортировки и хранении. Растворы с его содержанием перевозят в специализированных емкостях, оцинкованных резервуарах, которые герметично закрыты. Допуск к работе с этиленгликолем в любой его форме разрешается только специально подготовленному персоналу и при соблюдении мер безопасности.

При использовании аммиачной селитры в качестве основного компонента взрывчатого вещества важным является ее равномерное распределение по гранулам других компонентов. При неравномерном распределении компонентов в приготовленной взрывчатой смеси образуется слабый контакт между гранулами пенополистирола и кристаллами аммиачной селитры. Кристаллы аммиачной селитры распределяются только по поверхности гранул пенополистирола, внутри гранул аммиачная селитра отсутствует. Кроме того, так как поверхность гранул полистирола обладает гидрофобными свойствами, то контакт этих компонентов получается довольно слабым и при дальнейшей переработке и транспортировке происходит частичное отделение кристаллов селитры от поверхности гранул. В результате в зарядной полости получается смесь с неравномерным распределением компонентов в единице объема. Взрывание такой смеси приводит к отказам детонации заряда и выгоранию взрывчатого вещества. Это приводит в целом к ухудшению взрывчатых характеристик.

В связи с этим по требованиям безопасности известный состав не может использоваться для ручного приготовления взрывчатого состава на месте производства взрывных работ. Поэтому используют шарики из материала, не обладающего гидрофобностью, либо в качестве жидкого компонента используют такой, который хорошо удерживается на поверхности полимерных шариков, как например, по прототипу - водный раствор этиленгликоля. Это позволяет при заряжании заряда обеспечить перемешиванием смеси равномерное распределение смоченных шариков по объему аммиачной селитры и рассосредоточить селитру по объему заряда.

На практике, при заряжании используют ту аммиачную селитру, которая доставлена транспортом на место производства взрывных работ. Так как согласно ГОСТ 2-2013 для производимой аммиачной селитры установлены лишь предельные значения:

- АС должны быть «чистой» с массовой долей нерастворимых в воде примесей не более 0,1%;

- массовая доля нитратного и аммиачного азота не менее 99,5%;

- массовая доля воды не более 0,5%; -насыпная плотность г/см³ не менее 0,75,

то необходимо корректировать плотность полученной аммиачной селитры. В настоящее время разные производители промышленно выпускают аммиачную селитру с плотностью от 0,75 г/см³ до 0,9 г/см³, если условно такую селитру разделить на, как минимум, три категории по плотности: низку., среднюю и высокую. Например, под низкой плотностью можно считать плотность от 0,75 г/см³до 0,80 г/см³, а высокой плотностью считать от 0,55 г/см³ до 0,90 г/см³. Кроме того, плотность аммиачной насыпной селитры изменяется и вследствие изменения температуры хранения или применения этого вещества. Например, при подходе к температуре 32,3°С происходит фазовый переход аммиачной селитры от IV модификации к III модификации, что приводит к изменению плотности аммиачной селитры, последствия которой - это разрушение частиц при хранении и применении (особенно важно в тропических странах, где нитрат аммония испытывает циклические изменения, приводящие к разрушению гранул, слеживанию, повышенному пылению и риску возникновения взрыва). В фазовом состоянии III (84,2 - 32,3°С) кристаллы аммиачной селитры имеют α-ромбическую (моноклинную) симметрию, а в фазовом состоянии IV (32,3 - 16,.8°С) симметрия β-ромбическая (бипирамидальная). Это приводит к тому, что в фазовом состоянии III объем вещества увеличивается на 0,8%. А в фазовом состоянии IV - уменьшается на 3,3%. При этом меняется плотность вещества, которую в момент заряжания скважины не представляется возможным проконтролировать с тем, чтобы компенсировать переизбыток или нехватку аммиачной селитры в заряде.

Критический диаметр детонации аммиачной селитры в открытых зарядах в зависимости от размеров частиц, плотности и влажности селитры колеблется в широких пределах. Мелко измельченная сухая аммиачная селитра при плотности 0,8 г/см³ способна к детонации в зарядах диаметром около 10 см; в то же время детонация чешуйчатой селитры с влажностью около 1% затухает в зарядах диаметром 30 см.

В связи с этим становится важным ввести контроль за плотностью аммиачной селитры при организации изготовления ВВ и зарядки ею скважин. Это необходимо, чтобы энергетические показатели заряда ВВ соответствовали прочности разрушаемой взрыванием горной породы.

Но для некоторых пород не требуется высокая энергетическая способность взрывчатого вещества. Есть категория взрывчатых веществ, относящихся к маломощным. В связи с этим появляется потребность в искусственном снижении плотности аммиачной селитры при сохранении компонентного состава в целом. Но при условии, что в качестве компонентов используются дешевые и легкодоступные материалы, которые с избытком присутствуют на рынке и позволяют проводить взрывные работы при отрицательных температурах окружающей среды.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении высокой эффективности действия взрывчатого состава при безопасном уровне его чувствительности к механическим воздействиям и снижении токсичности газообразных продуктов взрыва.

Указанный технический результат достигается тем, что в гранулите, содержащем гранулированную аммиачную селитру, жидкое горючее и добавку в виде пенополистирола, в качестве аммиачной селитры используют аммиачную селитру марки А или Б с гранулами размером 1-2 мм, в качестве пенополистирола используют беспрессовый гранулированный пенополистирол марки М50 с размером гранул 1-1,5 мм и насыпной плотностью 30 кг/м³, а в качестве жидкого горючего используют масло минеральное индустриальное или масло соляровое, при следующий содержании ингредиентов, масс, %:

Масло минеральное индустриальное или масло соляровое	3,7-3,5
Гранулированный пенополистирол марки М50	0,3-0,9
Аммиачная селитра	остальное.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Согласно настоящему изобретению, рассматривается гранулит с регулируемыми энергетическими свойствами, зависящими от плотности аммиачной селитры. Предназначен для ведения взрывных работ на земной поверхности при скважинной взрывной отбойке пород с коэффициентом крепости до 15 по шкале профессора М.М. Протодьяконова при температуре окружающей среды от -50°С до +50°С (для взрывания сульфидных руд не применяется).

В общем случае, Гранулит содержит гранулированную аммиачную селитру марки А (промышленную) или Б (категории удобрения) с гранулами размером 1-2 мм, жидкое горючее масло в виде минерального индустриального масла или масла солярового и добавку в виде гранулированного пенополистирола марки М50 с размером гранул 1-1,5 мм и насыпной плотностью 30 кг/м³. При этом компонентвы находятся в следующем соотношении, масс, %:

В общем случае содержание аммиачной селитры равно 96-95,6 мас. %. В качестве аммиачной селитры используют селитру с плотностью от 0,75 г/см³ до 0,9 г/см³ марки А или Б (по ГОСТ 2-2013), масло минеральное индустриальное марок И-8А, И-12А, И-20А по ГОСТ 20799-75 или масло соляровое ТУ 19.20.42-001-14371160-2020 и ггранулированный пенополистирол марки М-50 по ТУ 2244-005-86901126-2012. Гранулит представляет собой механическую смесь указанных компонентов в процентном соотношении, приведенных в таблицах 1 (объемная доля) и 2 (массовая доля).

В соответствии с «Рекомендациями...» ООН и согласно классйфшшщш ГОСТ 19433-88 заявленный гранулит при обращении, транспортировании и хранении относится к опасным грузам класса I, подкласса 1.5, группы совместимости «D», чувствителен к механическим воздействиям, токсичен, токсичность обусловлена токсичностью компонентов, входящих в состав, а также токсичностью продуктов разложения при нагревании, горении и взрыве.

Класс опасности гранулита по вредному влиянию на организм человека требованиями ГОСТ 12.1.007-76 не установлен. Но при этом надо понимать, что аммиачная селитра (аммония нитрат) вызывает повреждения центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта, печени, крови, ожоги полости рта и верхних дыхательных путей (при вдыхании пылевидных частиц), раздражение кожи, слизистых оболочек и глаз. А индустриальное масло или соляровое масло ТУ 19.20.42-001-14371160-2020 по степени воздействия на организм человека относятся к четвертому классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76 с предельно допустимой концентрацией паров углеводородов в воздухе рабочей зоны 300 мг/м³ и к третьему классу опасности с предельно допустимой концентрацией масляного тумана 5 мг/м³ по ГОСТ 12.1.005-88. Поэтому обращение с заявленным взрывчатым веществом и с отдельными его компонентами требует соблюдения техники безопасности в общих нормах правил, предъявляемых к работе с опасными веществами. Например, при изготовлении и применении Гранулита необходимо предпринимать меры, исключающие возможность его контакта с минеральными кислотами, щелочами и веществами, являющимися катализаторами процесса термического разложения аммиачной селитры (кристаллический нитрит натрия, цинк, свинец, сурьма, висмут, никель, кадмий, их сплавы и соли, а также химические соединения хрома).

Задачей настоящего изобретения являлась разработка простейшего взрывчатого вещества, состоящего из доступных и дешевых компонентов, не требующих специального хранения и обслуживания. Это необходимо для возможности подготовки зарядов с этим веществом непосредственно в полевых условиях по месту проведения горных разработок. Ко всему прочему ставилось условие, что компоненты сохраняют свои свойства в широком диапазоне температур окружающей среды.

Базовым компонентом взрывчатого вещества является аммиачная селитра промышленного применения (марка А) или используемая в качестве удобрения (марка Б). Аммиачная селитра марки Б - высокоэффективное минеральное удобрение, содержащее не менее 34,4% азота, выпускается с применением кондиционирующих добавок, содержащих кальций, магний, сульфат или сульфат в сумме с фосфатом. Используется традиционно в сельском хозяйстве и в качестве сырья для производства промышленных взрывчатых веществ. Аммиачная селитра марки А отличается тем. что нормативно содержание азота не в этой марке селитры регламентируется. То есть, речь идет об обычной аммиачной селитре, традиционно применяемой во взрывчатых веществах в качестве окислительного компонента. Аммиачная селитра, относящаяся к кристаллическому виду в заявленном изобретении, не используется. Гладкая (плотная, не пористая) аммиачная селитра в смеси с жидким или твердым горючим или их смесью являются самыми дешевыми источниками энергии взрыва и является составной частью многих взрывчатых смесей.

Масло индустриальное так же относится к традиционным компонентам как дешевый тип горючего, широко и массово представленного на рынке. Несмотря на то, что эти виды масел получают из нефепродуктов, они не относятся к жидкому дизельному топливу и в их составе в результате переработки практически отсутствуют ароматические соединения, присущие дизельному топливу. То же самое относится и к маслу соляровому. Речь идет о минеральных маслах.

Недостатком системы, состоящей из аммиачной селитры и дизельного топлива, является потеря детонационной способности под воздействием воды и миграция жидкого горючего при использовании гладкой и плотной аммиачной селитры по ГОСТ 2-85. Недостаток устраняется за счет применения более дорогой пористой аммиачной селитры, имеющей удерживающую способность 6%, а также путем добавления (опудривания) селитры тонкодисперсными твердыми или жидкими горючими добавками. Например, применение масла индустриального позволяет окутать гранулы селитры и не допустить реакции с водой.

Формирование пор в гранулах аммиачной селитры в настоящее время производится в заводских условиях в процессе ее изготовления путем ввода в плав различных вспенивающих компонентов. Получаемая таким образом аммиачная селитра значительно (на 30%) дороже гладкой аммиачной селитры и имеет меньшую насыпную массу. Применение ее для формирования простейших взрывчатых смесей приводит к значительному удорожанию получаемых на местах производства взрывчатых веществ и снижению энергетической насыщенности скважинных зарядов.

В связи с этим используется прием искусственного образования пор в структуре «селитра-масло» за счет включения в смесь шариков (гранул) стеклянных или полимерных из материала инертного к компонентам смеси.

В рамках настоящего изобретения в качестве добавки для объема и регулировки плотности смеси предлагается использовать г8ранулы пенополистирола. Данный материал на 98% состоит из воздуха и только 2% это сам полистирол. В связи с этим этот материал максимально облегчен по весу и не утяжеляет взрывчатое вещество.

Полистирольные пенопласты характеризуются высокой стойкостью к действию минеральных агрессивных сред, устойчивы к действию слабых и сильных кислот (исключение составляет концентрированная азотная кислота). Но пенополистирол разрушается под действием эфиров, кетонов, хлорированных и ароматических углеводородов, набухает в бензине и маслах. Наиболее высокой химической стойкостью отличается беспрессовый пенополистирол.

Применение пенополистирола в виде гранул, дополняющих состав взрывчатого вещества, имело ограниченное использование именно по причине того, что пенополистирол изменял свой объем при длительном хранении и изменении температуры в сторонгу ее повышения. В связи с этим применяют стеклянные шарики/микросферы или микросферы из полимера, не изменяющего свои физические свойства при реакции с другими компонентами смеси.

Преимуществом гранулированного пенополистирола является его легкость и доступность на рынке. Но при этом этот полимер в своей форме изготовления (гранулы, шарики) в течение некоторого времени изменяет свои свойства, в части форму - разбухает. И это ограничивает его применение для смесевых взрывчатых веществ длительного складского хранения, в которых используется дизельное топливо или масла, полученные переработкой нефти. В результате разбухания состав изменяет свои свойства по плотности

Положительным является то, что при минимуме веса (например, 0,9 масс. %) объем гранулированного пенополистирола в смеси может достигать 30% (см. вариант III из таблиц 1 и 2).

Проведенные исследования показали, что микросферы/гранулы, изготовленные из беспрессового пенополистирола, содержат поры в своей структуре. При смешивании с маслом индустриальным, например, ИС-12 (в котором практически отсутствуют ароматические соединения, так как получено методом адсорбции на силикагеле с последующей депарафинизацией и обессмоливанием) происходит заполнение пор и трещин на поверхности гранул пенополистирола.

С повышением температуры гигроскопичность пенопластов возрастают.При продолжительном увлажнении эти характеристики интенсивно изменяются в первые 5-18 суток, а затем постепенно стабилизируются. Установлено, что для беспрессового пенополистирола фирмы "Тиги - КпаиГ водопоглощение за 24 ч в зависимости от плотности составляет 0,8…1,2%.

Коэффициент термического расширения пенополистирола лежит в интервале 5-10, что соответствует интервалу изменения от 0,05 до 0,07 мм. на 1 м и 1°С. то означает, что при изменении температуры на 17°С имеет место изменение длины на 1%, т.е. 1 мм/м.

Коэффициент термического объемного расширения K^-1 при атмосферном давлении масла индустриального 0,65-0,70⋅10^-3. Так как коэффициент термического расширения минеральных масел приблизительно составляет 7⋅10^-4 K^-1, то объем гидравлической жидкости увеличивается на 0,7%, если ее температура повышается на 10°С по отношению к нормированной температуре 40°С («Физические свойства гидравлических масел и их влияние на эксплуатационные характеристики», Роман Маслов, по материалам зарубежных изданий. 15.07.2012 г., адрес сайта «ЭКСПЕРТОИЛ» в сети Интернет: www.expert-oil.com/articles/articles 67.html?ysclid=ln77fh78ib171711595). При снижении температуры (ниже 40°С) объем масла при расширении существенно снижается и его можно приравнять к объему расширения пенополистирола. Отсюда следует, что при температурах на уровне 40°С и ниже масло, находящееся в порах беспрессового гранулированного пенополистирола не изменяет свой объем и объем в этих гранулах. Это позволяет точно рассчитывать компонентный состав взрывчатой смеси при ее изготовлении на месте производства взрывных работ в условиях температуры окружающей среды. На месте изготовления в полевых условиях все компоненты смеси находятся под действием температуры окружающей середы и стабилизируют свои свойства по объемному расширению применительно к этой температуре. При смешивании оператор загружает столько, сколько требуется по весу или объему согласно рецептуре. Такая подготовленная смесь не хранится долго, а в те же сутки поступает в скважины. За это время физические свойства компонентов в смеси не изменяются при условии, что температура окружающей среды не поднимется выше 40°С.На территории РФ в горных зонах выработки температура воздуха колеблется от -19 до +12°С. При использовании при температуре до 50°С объемное расширение масла и пенополиуретана при совместном использовании не превышает 0,7% от введенного в смесь общего объема компонентов, что практически не отражается на итоговых показателях взрывчатого вещества (в пределах допуска). Это объясняется тем, что у легких пенополиуретанов с объемным содержанием полимера-основы менее 30% наблюдается разрушение ячеистой структуры за счет потери устойчивости тяжей при достижении разрушающего напряжения. У крупнопористых пенопластов происходит сначала разрушение тяжей наиболее ослабленного слоя приблизительно на высоту одной ячейки с одновременным снижением напряжения. То есть при повышении температуры происходит объемное расширение масла с повышением внутреннего давления, которое передается на стенки пор. В результате происходит слом связей в околостеночном пространстве и масло переходит в новые образовавшиеся поры, что приводит к понижению давления. Гранулы пенополистирола при этом не теряют формы и не расширяются. В связи с этим при испытаниях была установлена возможность выбора верхней границы температуры на установленном нормативами уровне 50°С.

Выбор размера гранул пенополистирола в диапазоне 1-1,5 мм (марка М50) обусловлен необходимость снижения количества микропор и трещин в гранулах с тем, чтобы ограничить объем масла, заполняющего эти микропоры. При увеличении размера гранул процессы расширения масла индустриального идут более выражено и неконтролируемо. Полученные вспениванием гранулы пенополиуретана, имея одинаковую структуру строения, не имеют однородности и идентичности строения поверхностного слоя, в результате чего одни гранулы могут обладать повышенной трещинностью. Соответственно, процессы протекания упругого сопротивления стенок таких гранул давлению от расширения масла в порах отличаются от процессов в гранулах с мало разрушенным поверхностным слоем.

Были изготовлены три партии (варианты I-III) смесей взрывчатых составов, показатели которых отражены в таблице 3 (физико-химические и взрывчатые показатели заявленного гранулита)

Заявленный состав взрывчатого вещества был испытан в производственных условиях горнодобывающих предприятий Владимирской области: АО «Горняк» (Владимирская обл., карьер на участке недр «Митино-2», АО «Горняк» разрабатывает карбонатные породы (доломиты) VIII группы грунтов по СНиП и 6-9 по Протодъяконову. Диаметр взрываемых скважин - 105 мм. Сухие скважины.

Настоящее изобретение промышленно применимо, испытания показали достаточную эффективность и надежность при применении гранул вспененного пенополиуретана, полученного беспрессовым методом в части сохранения исходных параметров в диапазоне температур до 40°С (с пределом 50°С). При этом стало возможным снизить вес взрывчатой смеси за счет восполнения объема замененным на 30% этими гранулами.

Claims

Гранулит, содержащий гранулированную аммиачную селитру, жидкое горючее и добавку в виде пенополистирола, отличающийся тем, что в качестве аммиачной селитры используют аммиачную селитру марки А или Б с гранулами размером 1-2 мм, в качестве пенополистирола используют беспрессовый гранулированный пенополистирол марки М50 с размером гранул 1-1,5 мм и насыпной плотностью 30 кг/м³, а в качестве жидкого горючего используют масло минеральное индустриальное или масло соляровое, при следующем содержании ингредиентов, мас.%:
Масло минеральное индустриальное или масло соляровое 3,7-3,5 Гранулированный пенополистирол марки М50 0,3-0,9 Аммиачная селитра Остальное