[1]Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к средствам ведения взрывных работ на земной поверхности скважинными зарядами и может быть использована при других видах работ с использованием эмульсионных взрывчатых веществ, содержащих газогенерирующие добавки.
[2]В настоящее время среди взрывчатых веществ (ВВ) все большее распространение находят эмульсионные системы.
[3]Сенсибилизацию эмульсионных взрывчатых веществ (ВВ) производят введением в их составы газовой или воздушной фазы в виде микропузырьков при помощи микросфер, порофоров или путем аэрации. В России наибольшее распространение получил способ сенсибилизации эмульсионных ВВ с помощью порофоров - веществ, способных взаимодействовать с каким-либо из компонентов в составе ВВ с образованием газообразных продуктов реакции. В качестве порофора используют, например, нитрит натрия, который взаимодействует с нитритом аммония с выделением газообразного азота.
[4]Для ведения взрывных работ скважинными зарядами массу эмульсионных взрывчатых веществ (ВВ) помещают в патрон.
[5]Известен патрон для содержащих газогенерирующие добавки эмульсионных ВВ, выполненный в виде полимерной оболочки с зажимами по торцам с размещенной в оболочке воздушной камерой, объем которой составляет 6-10% внутреннего объема оболочки (RU 26323, E21C 37/00, 08.05.2002).
[6]Основным недостатком известного патрона является низкая надежность, т.к. в результате заполнения оболочки горячей эмульсией (температура 80-90°C) происходит деформация патрона за счет утончения полимерной полиэтиленовой пленки, что приводит к разрывам и нарушению герметичности оболочки патрона.
[7]Известен также патрон для эмульсионных ВВ, содержащий оболочку из полиэтилена с торцевыми зажимами, заполненную газифицированной обратной эмульсией с гранулированной аммиачной селитрой, при этом масса гранулированной аммиачной селитры составляет 28-32% от общей массы эмульсионных ВВ в патроне (RU 46810, E21C 37/00, 01.02.2005 г.).
[8]Недостатком патрона является его низкие эксплуатационные свойства, так как из-за большого содержания гидрофильной гранулированной селитры в газифицированной эмульсии снижается ее пластичность и водоустойчивость, что может привести к зависанию патронов в скважине при их заряжании, а также снизить эффективность взрыва при попадании воды в составы ВВ при взрывании обводненных пород.
[9]Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленной полезной модели является патрон для эмульсионных ВВ, содержащий оболочку из полимерной пленки с торцевыми зажимами, заполненную смесью газифицированной обратной водомасляной эмульсии с раствором окислителя, включающим аммиачную селитру (RU 74165 U1, E21C 37/00, 17.09.2007).
[10]Водомасляная эмульсия представляет собой механическую смесь из жидкого нефтепродукта, эмульгатора, водного раствора аммиачной селитры или селитр (аммиачная и натриевая селитры), добавок или без них с гранулированной аммиачной селитрой и сенсибилизатором (водный раствор нитрита натрия).
[11]Сущность известной полезной модели заключается в том, что патрон содержит эмульсионное ВВ с плотностью 1,1-1,35 г/см3 из газифицированной эмульсии с размещенными в ней гранулами из аммиачной селитры, составляющими от 23 до 27% от общей массы ЭВВ.
[12]Недостатком известного патрона является низкая надежность оболочки, выполненной из однослойной полиэтиленовой пленки, при заполнении патрона горячей эмульсией.
[13]Используемая в качестве оболочки полиэтиленовая пленка в процессе газификации имеет относительное удлинение в продольном направлении почти в восемь раз, а в поперечном - почти в четыре раза. Увеличение геометрических размеров (диаметра и длины) патрона в процессе газификации ухудшает его эксплуатационные и взрывчатые характеристики, а именно:
[14]- в результате увеличения диаметра патрона он не «входит» в шпур;
[15]- увеличение объема патрона приводит к уменьшению его плотности, снижению эффективности взрыва и к отсутствию полноты детонации.
[16]Известная полезная модель предусматривает использование патронов диаметром 90-200 мм, что исключает их применение в скважинах малого диаметра.
[17]Задачей настоящей полезной модели является разработка патрона для эмульсионных ВВ с улучшенными эксплуатационными характеристиками, позволяющего полностью исключить изменение геометрических размеров (увеличение диаметра и длины) патронов в процессе газификации, а также обладающего хорошей физической стабильностью в течение гарантийного срока хранения.
[18]Поставленная задача достигается тем, что в патроне для эмульсионных взрывчатых веществ, содержащим оболочку из полимерной пленки с торцевыми зажимами, заполненную смесью газифицированной обратной водомасляной эмульсии с раствором окислителя, включающим аммиачную селитру, размер частиц эмульсии составляет 0,3-0,7 мкм, а в качестве материала для оболочки используют нерастягивающуюся термостойкую трехслойную биориентированную полимерную пленку с наружными слоями из полиэтилена и внутренним - из полиэтилентерефталата.
[19]Сущность технического решения данной полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 схематично изображен патрон для эмульсионных взрывчатых веществ, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
[20]Патрон содержит оболочку 1, изготовленную из полимерного материала со сварным швом 2. Торцы оболочки заделывают в «чуб» зажимами 3. Оболочка 1 патрона заполнена взрывчатым веществом 4.
[21]Торцы оболочки заделывают алюминиевой проволокой диаметром 2,0-3,5 мм или скрепками из стальной проволоки диаметром 1,9-2,0 мм. Скрепки после заделки торцов должны иметь форму кольца с перехлестывающими концами и прочно удерживаться на «чубе» оболочки. Допускается заделывать торцы патронов также полимерными самофиксирующимися или другими жгутами.
[22]Особенностью конструкции данного патрона для эмульсионных взрывчатых веществ является материал для оболочки, представляющий собой нерастягивающуюся термостойкую трехслойную биориентированную полимерную пленку с наружными слоями из полиэтилена и внутренним - из полиэтилентерефталата (ПЭ/ПЭТ/ПЭ).
[23]За счет изменений в морфологии молекулярного строения биориентированная пленка, т.е. ориентированная в двух взаимноперпендикулярных направлениях, перестает быть хрупкой и приобретает свойства конструкционного материала. Пленка имеет улучшенные механические свойства, например жесткость, прочность на разрыв, удар или прокол; герметичность по отношению к влажности и пару; высокую устойчивость к маслам, жирам, растворителям, а также теплостойкость и хладостойкость; безусадочность и устойчивость к царапанию; высокую прозрачность; улучшенную поверхность для печати и сваривания в шов.
[24]Использование для изготовления оболочки патрона полимерной нерастягивающейся пленки «ПЭ/ПЭТ/ПЭ» позволяет полностью исключить увеличение диаметра и длины патронов в процессе газификации, то есть предотвратить изменение их геометрических размеров.
[25]Стабильность геометрических размеров патрона (неизменность его объема) обеспечивает сохранение начальной плотности массы эмульсионных ВВ, увеличивает эффективность взрыва и полноту детонации, при этом диаметры патронов соответствуют диаметрам шпуров.
[26]Эмульсионное ВВ помещают в патроны номинального диаметра D от 28 до 45 мм и длиной L до 350 мм и массой до 500 г. Допускается изготовление патронов эмульсионных ВВ других длин в интервале от 150 до 600 мм и соответствующей массы.
[27]Оболочка 1 патрона заполнена взрывчатым веществом 3, состоящим из смеси газифицированной обратной эмульсии раствора окислителя в нефтепродукте, сенсибилизированную химическим способом.
[28]Топливная смесь (ТС) состоит из масла индустриального, парафина и эмульгатора. Раствор окислителя (РО) включает аммиачную селитру, натриевую селитру, воду и формиат натрия. Применение формиата натрия в растворе окислителя позволяет поддерживать pH раствора в пределах 2,5-4,0, что гарантирует стабильный и качественный процесс газификации эмульсии.
[29]Смешивание раствора окислителя и топливной смеси, и изготовление эмульсии ВВ производится путем смешивания и эмульгирования компонентов до тонкого диспергирования.
[30]Процесс изготовления эмульсионного ВВ начинают с первичного смешивания РО и ТС и создания «грубой» эмульсии (с большим размером капель раствора окислителей). Затем «грубую» эмульсию подвергают эмульгированию в специальном миксере с трехфазной смесительной камерой. Трехступенчатое эмульгирование позволяет получить высокодисперсную однородную систему с размером частиц эмульсии типа «вода в масле» 0,3-0,7 мкм.
[31]При эмульгировании получена эмульсионная структура взрывчатого вещества, которая содержит микроскопическую пленку горючего на мельчайших частицах окислителя. Присутствие в одной жидкой фазе совместного горючего и окислителя означает их совмещение на молекулярном уровне. Патрон, заполненный эмульсионным ВВ указанной структуры, обеспечивает высокую его водоустойчивость и дает возможность использования по технологии заряжения вслед за бурением.
[32]В качестве сенсибилизатора используют водный раствор нитрита натрия. При заполнении патрона взрывчатым веществом 3 в эмульсии образуются воздушные (за счет химической реакции между нитритом натрия и аммиачной селитрой) микровключения вокруг гранул аммиачной селитры и их межгранульном пространстве. При этом происходит увеличение объема ВВ и заполнение им свободного пространства оболочки.
[33]Для газификации эмульсии кроме раствора нитрита натрия дополнительно применяется раствор уксусной кислоты. Использование уксусной кислоты позволяет добиться плотности патрона 1,1-1,12 г/см3. При использовании только раствора нитрита натрия снизить плотность патрона ниже 1,25 г/см3 не удается.
[34]Такая плотность патрона гарантирует стабильную детонацию заряда из патронов малого диаметра, снижение критического диаметра до 22-24 мм и полную восприимчивость к первичным средствам инициирования таких, как КД, ЭД, ДШ, НЭСИ (неэлектрические системы инициирования). Патроны с плотностью выше 1,12 г/см3 имеют плохую восприимчивость к первичным средствам инициирования и склонны к затуханию детонации.
[35]В приготовленный эмульсионный взрывчатый состав вводится присадка Lubrisol 2854X, которая является загущающим (сшивающим) компонентом, разработанным для обеспечения модифицирования вязкости патронированных эмульсионных ВВ. Ее использование увеличивает вязкость эмульсии, а также делает готовый продукт более эластичным, что позволяет патронам сохранять форму, особенно после их деформации или перерезания.
[36]Более значительный эффект загущения достигается в случае присутствия в системе ионов двухвалентных металлов (например, Ca2+). Для этих целей в раствор газогенерирующей добавки нитрита натрия добавляют кальциевую селитру.
[37]Скорость загущения повышается при более высоких температурах, но уменьшается при снижении pH эмульсионной системы.
[38]Применение настоящего патрона позволяет решить вопрос о его безопасности в обращении одновременно с сохранением высокой чувствительности к детонационному импульсу, т.е. при низкой чувствительности к механическим и тепловым воздействиям патрон в то же время может детонировать в зарядах малого диаметра и обеспечивать восприимчивость при инициировании от капсюля-детонатора.
[39]Патрон обладает стабильными техническими параметрами в течение гарантийного срока хранения: сыпучестью, неслеживаемостью, отсутствием расслоения твердой и жидкой фазы.
[40]Патрон может быть использован для ведения взрывных работ на земной поверхности и в забоях подземных выработок, не опасных по газу или пыли, или в которых применяется инертизация призабойного пространства, исключающая воспламенение взрывоопасной среды при взрывных работах, для формирования шпуровых и скважинных зарядов в сухих, осушенных и обводненных условиях применения любой степени обводненности и проточности, а также для использования в качестве промежуточного детонатора зарядов эмульсионных и гранулированных промышленных ВВ при их ручном и механизированном заряжании.
[41]Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:
[42]1. RU 26323, E21C 37/00, 08.05.2002.
[43]2. RU 46810 U1, E21C 37/00, 01.02.2005
[44]3. RU 74165 U1, E21C 37/00, 17.09.2007 (прототип).
