Патент на изобретение №2220936

(54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО

(57) Реферат:

Изобретение относится к предохранительным взрывчатым веществам 5 класса, которые могут быть использованы в патронированном виде для проведения взрывных работ в угольной промышленности в особо опасных условиях по газу и пыли. Согласно изобретению предохранительное взрывчатое вещество содержит нитроэфиры, хлорид аммония, нитрат аммония, карбамид, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид, древесную муку, коллодионный хлопок или коллоксиллин, нитрат натрия или калия при соответствующем соотношении компонентов. Изобретение направлено на создание предохранительного взрывчатого вещества 5 класса с высокими эксплуатационными характеристиками и работоспособностью 200-240 см³. 1 табл.

Изобретение относится к предохранительным взрывчатым веществам 5 класса, которые могут быть использованы в патронированном виде для проведения взрывных работ в угольной промышленности в особо опасных условиях по газу и пыли.

Поиск, проведенный по отечественным и зарубежным источникам информации, показал, что в технике известен ряд предохранительных взрывчатых веществ 5 класса.

Угленит Э-6 [1] содержит нитроэфиры, хлорид натрия (калия), древесную муку, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (NaКМЦ), коллодионный хлопок (коллоксилин), стеарат цинка (кальция), нитрат натрия (калия), соду кальцинированную при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитроэфиры – 13,0-15,0
Хлорид аммония – 28,0-30,0
Древесная мука – 0,7-1,3
Хлорид натрия (калия) – 6,3-7,7
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы – 1,3-1,5
Стеарат цинка (кальция) – 0,8-1,2
Коллодионный хлопок (коллоксилин) – 0,15-0,2
Нитрат натрия – 44,3-48,3
Сода кальцинированная, св. 100% – 0,1-0,3
Данная рецептура обладает высокой горючестью, а также имеет высокую чувствительность к трению (2300 кг/см²) и низкую работоспособность (130-170 см³).

Известны составы предохранительных взрывчатых веществ 5 класса с работоспособностью более 200 см³ – это селектит гранулированный (Ф=220-240 см³) и метанит (Ф=170-230 см³).

Селектит гранулированный [2] содержит нитроэфиры, аммиачную селитру, хлорид натрия (калия), древесную муку, коллодионный хлопок (коллоксилин), соду кальцинированную, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитроэфиры – 10,0
Хлорид натрия (калия) – 15,0
Нитрат аммония – 66,5
Древесная мука – 8,5
Коллодионный хлопок (коллоксилин), св. 100% – 0,14
Сода кальцинированная, св. 100% – 0,3
Метанит [3] содержит нитроэфиры, нитрат аммония, хлорид натрия (калия), прочие добавки, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитроэфиры – 25,0-28,0
Хлорид натрия – 36,0-46,0
Нитрат аммония – 30,0-37,0
Прочие добавки – 2,0-3,0
Недостатками селектита является его повышенная горючесть, т.к. известно, что хлориды натрия или калия при содержании их в составе до 10% и древесная мука при содержании более 1% повышают горючесть составов, а это, в свою очередь, сказывается на безопасности их применения.

Кроме того, селектит обладает низкой устойчивостью к детонации, что повышает его склонность к выгоранию [4].

В настоящее время селектит промышленностью не выпускается. Hедостатком метанита является большое содержание нитроэфиров и, в связи с этим, высокая чувствительность к механическим воздействиям Такие взрывчатые вещества являются более опасными в изготовлении и применении.

Сведений о наличии составов предохранительных взрывчатых веществ 5 класса с работоспособностью более 200 см³ с устойчивыми детонационными и предохранительными свойствами и удовлетворительной для безопасного промышленного применения чувствительностью к механическим воздействиям в литературных источниках нами не найдено.

Наиболее близкой к заявляемой рецептуре является предохранительное взрывчатое вещество по патенту РФ 2159757, 27.11.2000, С 06 В 25/14, которое содержит нитроэфиры, хлорид аммония, стеарат цинка или кальция, нитрат натрия или калия, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид, поливинилхлорид, коллодионный хлопок или коллоксилин, соду кальцинированную или пищевую при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитроэфиры – 11,5-14,5
Хлорид аммония – 25,3-28,3
Поливинилхлорид – 5,0-8,7
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид – 0,55-2,0
Стеарат цинка или кальция – 0,3-1,5
Коллодионный хлопок или коллоксилин – 0,1-0,35
Сода кальцинированная или пищевая – 0,1-0,35
Нитрат натрия или калия – Остальное
Данное предохранительное взрывчатое вещество обладает высокими эксплуатационными характеристиками: низкой чувствительностью к трению и удару, высокой стабильностью свойств при хранении, и имеет достаточно высокую работоспособность (175-200 см³), но все-таки она не превышает 200 см³.

Задачей настоящего изобретения является разработка состава предохранительного взрывчатого вещества 5 класса с работоспособностью 200-240 см³ при сохранении всех остальных эксплуатационных характеристик на уровне прототипа.

Поставленная задача решается предлагаемой рецептурой предохранительного взрывчатого вещества, которая содержит нитроэфиры, хлорид аммония, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид, нитрат аммония, древесную муку, карбамид, коллодионный хлопок или коллоксилин, нитрат натрия или калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитроэфиры – 8,0-14,0
Хлорид аммония – 10,0-20,0
Нитрат аммония – 2,0-22,0
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид – 0,5-2,5
Древесная мука – 1,0-3,0
Карбамид – 10,0-20,0
Коллодионный хлопок или коллоксилин – 0,2-0,4
Нитрат натрия или калия – 38,3-48,1
Так же, как и в прототипе, нитрат натрия является окислителем, нитроэфиры – сенсибилизатором. Хлорид аммония в сочетании с нитратом натрия – ионообменная пара солей, при взрыве взаимодействующая с образованием хлорида натрия, который необходим для ингибирования процесса воспламенения метана и угольной пыли в шахте:
NH₄Cl+NaNО₃—-NaCl+N₂+2Н₂О+0,5O₂
Коллодионный хлопок является загустителем нитроэфиров, NaKMЦ – добавка для повышения водоустойчивости, древесная мука введена в качестве рыхлителя с целью устранения слеживаемости состава в процессе его хранения.

Вместо коллодионного хлопка так же, как и в прототипе, может быть использован коллоксилин, вместо NaКМЦ – полиакриламид, вместо нитрата натрия – нитрат калия.

В составах предохранительных взрывчатых веществ известно использование как карбамида, так и нитрата аммония, но ни в одной рецептуре данные компоненты не использовались совместно.

Введение в заявляемый состав сочетания карбамид – нитрат аммония позволило снизить содержание нитрата натрия с 46,9-54,5% до 36,3-43,6% и за счет этого повысить объем газообразных продуктов взрыва состава с 570-620 л/кг до 670-730 л/кг, и тем самым повысить его работоспособность.

Как уже указывалось выше, наличие древесной муки во взрывчатых составах повышает их горючесть, что делает их небезопасными при применении. Однако, как показали испытания, присутствие древесной муки в заявляемом предохранительном взрывчатом веществе, благодаря наличию сочетания карбамид – нитрат аммония, не повышает горючесть заявляемого состава.

Рецептура с указанными пределами содержания компонентов является оптимальной.

Снижение содержания нитроэфиров ниже 8,0% ведет к недопустимому снижению передачи детонации между патронами, а увеличение их количества выше 14,0% – к повышению чувствительности к механическим воздействиям и нежелательному повышению скорости детонации.

Снижение содержания хлорида аммония ниже 10,0% ведет к снижению предохранительных свойств состава, а увеличение его количества выше 20,0% – к нежелательному появлению в продуктах взрыва токсичного хлористого водорода и резко отрицательному кислородному балансу.

Снижение содержания нитрата аммония ниже 2,0% (а это возможно за счет другого окислителя – более кислородоемкого нитрата натрия) ведет к снижению объема газообразных продуктов взрыва; повышение его содержания выше 22,0% ведет к снижению содержания нитрата натрия и хлорида аммония и, связанным с этим, снижению в продуктах взрыва хлорида натрия и снижению предохранительных свойств состава.

Снижение содержания карбамида ниже 10,0% ведет к снижению газообразных продуктов, а увеличение его количества выше 20,0% ведет к снижению теплоты взрыва и ухудшению передачи детонации между патронами.

Снижение содержания древесной муки ниже 1,0% отрицательно сказывается на слеживаемости состава, а увеличение ее количества выше 3,0% понижает его плотность.

Снижение содержания коллодионного хлопка ниже 0,2% ведет к снижению химической стойкости состава, а повышение его содержания выше 0,4% – к появлению в составе окатышей из смеси нитроэфиры-коллодионный хлопок, так называемых “жучков”, которые могут служить инициаторами воспламенения метано-воздушной смеси, т.е. могут снижать предохранительные свойства состава.

Содержание нитрата натрия (верхний и нижний пределы) обусловлено необходимостью обеспечения составу кислородного баланса, близкого к нулевому.

Снижение содержания NaKMЦ ниже 0,5% ведет к снижению водоустойчивости состава, а повышение его содержания выше 2,5% – к повышению отрицательного кислородного баланса.

Заявляемый состав характеризуется хорошими эксплуатационными показателями. Кроме более высокой работоспособности он обладает достаточно высокой передачей детонации между патронами и достаточно высокой предохранительностью.

При взрывании в штреке в свободно подвешенном состоянии образцы массой 300 г метан не воспламеняют – это на уровне состава – прототипа.

Образцы в виде патронов в бумажной оболочке диаметром 36 мм со штатным влагоизоляционным покрытием с содержанием в составе нитроэфиров 8,0-14,0%, хлорида аммония 10,0-20,0%, нитрата аммония 2,0-22,0%, карбамида 10,0-20,0%, NаКМЦ 0,5-2,5%, древесной муки 1,0-3,0%, коллодионного хлопка 0,2-0,4% и нитрата натрия 38,3-48,1% при хранении в течение 6 месяцев в условиях температур от +20 до -15^oС и влажности окружающей среды от 40 до 95% по плотности состава в патронах, признакам слеживаемости и по детонационным характеристикам изменений не имели.

Заявляемое предохранительное взрывчатое вещество приготавливается известным в технике способом путем смешивания входящих в него компонентов в лопастном смесителе типа Вернер-Пфлейдерер или в смесителе непрерывного действия типа СНД. Сначала перемешиваются все сыпучие компоненты, а затем вводятся нитроэфиры.

Сравнение заявляемого состава с прототипом показало, что хотя они и имеют ряд одинаковых компонентов, но заявляемая рецептура отличается наличием в ней карбамида, нитрата аммония и древесной муки, а также иным количественным составом, чем у прототипа, т.е. предложение обладает новизной.

Сравнение предлагаемой рецептуры взрывчатого вещества не только с прототипом, но и с другими составами показало, что в технике не известно предохранительное взрывчатое вещество, в котором бы имело место предложенное сочетание компонентов. А именно такое сочетание позволило получить предохранительное взрывчатое вещество с работоспособностью 200-240 см³ при сохранении остальных эксплуатационных характеристик на высоком уровне, т.е. решить поставленную задачу. Такое решение явно не вытекает из существующего уровня техники и не было очевидным для специалистов, что дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем.

Входящие в рецептуру компоненты изготавливаются промышленностью. Изготовление массы производится известным в технике способом и на известном оборудовании. Наличие же взрывчатого вещества, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками и работоспособностью 200-240 см³, не вызывает сомнений. Таким образом, предложение имеет третий признак изобретения – промышленную применимость.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены пять рецептур, три из которых показали оптимальные результаты. Компоненты и характеристики составов приведены в таблице.

Состав N1 хотя и обладает высокими эксплуатационными характеристиками и имеет работоспособность 200 см³, но имеет недопустимо низкую передачу между патронами, а состав N5, хотя и имеет высокую передачу детонации между патронами, но обладает высокой чувствительностью к механическим воздействиям.

Заявляемая рецептура предохранительного взрывчатого вещества прошла опытную проверку в условиях опытно-промышленного стенда и готовится к внедрению в производство.

Перечень источников, принятых во внимание
1. Б.Д.Росси, З.Г.Поздняков. Промышленные взрывчатые вещества и средства взрывания. Справочник. М.: Недра, 1971.

2. Л.В.Дубнов, Н.С.Бахаревич, А.И.Романов. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра, 1973.

3. Л.В.Дубнов, Н.С.Бахаревич, А.И.Романов. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра, 1988.

4. Б.Н.Кутузов. Безопасность взрывных работ в промышленности. М.: Недра, 1973.

Формула изобретения

Предохранительное взрывчатое вещество, содержащее нитроэфиры, хлорид аммония, нитрат натрия или калия, коллодионный хлопок или коллоксиллин, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит карбамид, нитрат аммония и древесную муку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нитроэфиры 8,0-14,0

Хлорид аммония 10,0-20,0

Нитрат аммония 2,0-22,0

Карбамид 10,0-20,0

Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламид 0,5-2,5

Древесная мука 1,0-3,0

Коллодионный хлопок или коллоксиллин 0,2-0,4

Нитрат натрия или калия 38,3-48,1

РИСУНКИ