Научная статья на тему 'Составы промышленных вв из утилизируемых порохов и топлив на основе нитроцеллюлозы и возможность их использования при механизированном заряжании скважин'

Составы промышленных вв из утилизируемых порохов и топлив на основе нитроцеллюлозы и возможность их использования при механизированном заряжании скважин Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»

CC BY
168
111
Поделиться

Похожие темы научных работ по общим и комплексным проблемам естественных и точных наук , автор научной работы — Франтов А.Е., Демченко Н.Г., Ибрагимов Н.Г., Афиатуллов Э.Х., Юков Ю.М.,

Текст научной работы на тему «Составы промышленных вв из утилизируемых порохов и топлив на основе нитроцеллюлозы и возможность их использования при механизированном заряжании скважин»

---------------------------- © А.Е. Франтов, Н.Г. Демченко,

Н.Г. Ибрагимов, Э.Х. Афиатуллов, Ю.М. Юков

А.Е. Франтов, Н.Г. Демченко, Н.Г. Ибрагимов,

Э.Х. Афиатуллов, Ю.М. Юков

СОСТАВЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВВ ИЗ УТИЛИЗИРУЕМЫХ ПОРОХОВ И ТОПЛИВ НА ОСНОВЕ НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ВОЗМОЖНОСТЬ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ МЕХАНИЗИРОВАННОМ ЗАРЯЖАНИИ СКВАЖИН

'¥'[& горных предприятиях России применяется широкий ас-

-Ш-Ж. сортимент гранулированных ВВ на основе нитроцеллю-лозных порохов и топлив: различные марки гранипоров и дибазит. В гранипорах в качестве основного взрывчатого компонента применяют пироксилиновые пороха (1111), баллиститные артиллерийские пороха (БАП) и баллиститные ракетные твердые топлива (БРТТ). В дибазите все указанные пороха могут применяться как в отдельности, так и в смеси. В случае использования низкоэнергетических малочувствительных БАП вводится специальный сенсибилизатор. Для определения условий безопасного ведения взрывных (зарядных) работ и выбора зарядной техники необходимо рассмотреть физико-химические, детонационные, электрофизические и другие свойства ВВ этого класса. Предпочтительно там, где это возможно, сравнение вести с аналогичными характеристиками тротила как эталонного ВВ.

Основными компонентами нитроцеллюлозных порохов являются нитраты целлюлозы (пироксилин, коллоксилин), пластификаторы (нитроглицерин, динитрат диэтиленгликоля, динитротолуол, динитроанизол, дибутилфталат), стабилизаторы химической стойкости (дифениламин, централит), флегматизаторы (камфора), добавки (металлы, соли и окислы металлов), технологические добавки (стеараты, минеральные масла). Для изготовления большинства видов гранипоров используются зерненые, пластинчатые и трубчатые ПП, пластинчатые, трубчатые и других форм БАП. Пороховые элементы (трубки, ленты) размером более 20 мм подвергаются дроблению. Шашки БРТТ диаметром от 50 до 200 мм предвари-

тельно измельчаются до 20 мм. Плотность ІIII в зависимости от состава 1,56-1,65 г/см3, БАП-1,54-1,62 г/см3, БРТТ-1,58-1,62 г/см3. Гравиметрическая плотность зерненых ПП-от 0,8 до 0,9 г/см3, дробленых трубчатых ПП и БАП-0,7- 0,85 г/см3 измельченных БРТТ-0,8-0,95 г/см3. Гранулотол имеет гранулы размером 2-5 мм при плотности гранул 1,52-1,56 г/см3 и гравиметрическую плотность 0,8 до 0,9 г/см3.

Рецептуры пироксилиновых гранипоров (марки ПЗФ ТУ 11509793-07-94, ППФ ТУ 075118-96-95, ФМ ТУ 36 1403062-01-95) включают ПП и флегматизаторы различного происхождения. В составе смесевых гранипоров в различных соотношениях используются измельченные БАП или БРТТ и зерненые ПП (марки БП-1 и БП-3 ТУ 3-7509009.06-90), или измельченные БАП и БРТТ в смеси с зерненым и дробленым трубчатым ПП (марки № 7-№ 9 ТУ 07511819-103-97). Из одного БРТТ разработаны баллиститный гра-нипор-марки БМ ТУ 3-7509009.31-92, гранулированное водоустойчивое ВВ-Дибазит ТУ 3-7509103.325-93, изготавливается из БАП и из БРТТ, оба они обладают наиболее высокими показателями по водоустойчивости среди всех разработанных типов ВВ на основе порохов. В качестве флегматизатора в смесевых и баллиститных гранипорах используется минеральное масло. Дибазит ввиду малой чувствительности не имеет в составе масляных флегматизаторов. В табл. 1 приведены выборочные физико-химические характеристики ПП, БАП, БРТТ и ВВ на их основе, а также тротила как эталона.

Взрывчатые свойства указанных ВВ зависят от состава, размера пороховых элементов и условий взрывания. Скорость детонации ПП и БАП в зарядах без прочной оболочки изменяется от 3,5 до 7 км/с [1], шашек БРТТ-6,8-7,1 км/с [2]. Критический диаметр тротила и сплошного ПП [1] составляет 8-10 мм, ПП зерненого - 15-25 мм, ПП дробленого - 35 мм (р=0,97-1,0 г/см3) [1], БАП дробленого

- от 33 до 200 мм (р=0,97-1,0 г/см3) [3], БРТТ сплошного-2,0-28 мм [2, 4, 5].

При переработке ПП, БАП и БРТТ в промышленных ВВ производится их модифицирование путем введения сенсибилизирующих (для снижения критического диаметра детонации и критического давления возбуждения детонации) и флегматизирующих (для снижения чувствительности к удару и трению)

Таблица 1

Характеристики ПП, БАП, БРТТ

Тип ВВ Теплота взрыва, кДж/кг Кислородный баланс, % Температура вспышки, град. С Чувствительность НР кр* кбар

к удару ГОСТ 4545, % к трению, кгс/см2

Гранулотол 3650 -74 295-305 8-12 3000 19,6

ПП 3352 -44 180-190 5 О 1089 40

Гранипор ПЗФ 3315-3650 5 -4 -4 180-190 40-45 2000-2500 40

БАП 3350-3770 5 -4 о -3 170-180 150-250 х) 1089-2180 60-80

БРТТ 4022-5800 4 -4 «о -2 170-180 50-1 50 х) 1089-1815 40-60

Дибазит 3350-3770 5 -4 о -3 170-180 6-12 3000 40-60

х) чувствительность к удару по ОСТ 84-892-74 (нижний предел), Но, мм.

добавок. Некоторые неорганические добавки в составах БРТТ оказывают влияние на восприимчивость к инициирующему импульсу. Добавки металлов, оксидов металлов или солей при прохождении по веществу ударной волны играют роль дополнительных активных центров реакции. При введении в состав БРТТ марки НБ Са-СО3 (размер частиц 3-10'4 см, содержание от 0,02 до 5 %) концентрация таких центров менялась от 0,085^ 108 до 21,9-108 см -3, что привело к снижению критического диаметра с 8,5 до 3,2 мм. Для БРТТ марки Н введение СаСОз (содержание от 0,5 до 5 %) изменяло концентрацию активных центров в пределах от 2,08408 до 20,75-Ш8 см-3, что привело к снижению критического диаметра с 28 до 5,6 мм. Как показано в [6], в наибольшей степени снижают критический диаметр добавки РЬО, ^О и В^О3. Высокой сенсибилизирующей эффективностью, близкой по эффективности к РЬО, является окись цинка, вводимая в ВВ дибазит, которая позволила снизить критический диаметр детонации сплошного заряда до 1,5-2 мм, а гранулированного - до 25-40 мм в воде и до 100-150 мм в сухом виде.

Влияние различных наполнителей на детонационные свойства ВВ рассмотрены в работах [7, 8]. В [7] установлено увеличение скорости детонации пироксилина при водонасыщении.

Таблица 2

Результаты испытаний дибазита на бризантность

Масса Влажность Бризантность

навески ВВ, г (обжатие столбика), мм

100 2-3 18

100 Полное заполнение 31

межзеренного пространства

215 2-3 28

215 Полное заполнение 33

межзеренного пространства

У мелкопористого тротила и ПП [8] на графике зависимости бризантности от коэффициента заполнения межзеренных пор водой и другими наполнителями существует два экстремума -минимум и максимум. Это связано с тем, что функции наполнителя различны: при малом содержании является обволакивающим агентом (флегматизатором), при полном заполнении пустот веществом малой сжимаемости и высокой плотности (водой)-гомогенизатором и при заполнении межзеренных пор со степенью более 1 является разбавителем. При этом повышение бризантности связано с микропористой структурой зерна ПП и увеличением плотности заряда.

Зависимость бризантности БАП от содержания наполнителя (воды) проявляется по-другому. Увеличение содержания наполнителя приводит к уменьшению бризантности вплоть до отказа детонации. Ухудшение детонационной способности БАП связано со сплошной структурой зерна. ВВ на основе БРТТ и БАП, сенсибилизированных солями и окислами металлов, имеют сплошную беспористую структуру, но из-за наличия сенсибилизирующих добавок в составе способны устойчиво детонировать в зарядах любой степени обводнения.

В табл. 2 приведены данные по испытаниям ВВ дибазит на основе БАП, сенсибилизированного 3 % окиси цинка. Испытания дибазита по определению бризантности проводились в стальных трубах диаметром 40 мм и толщиной стенки 2,5 и 10 мм. В первом случае заряд имел массу 100 г, во втором длина заряда равнялась пяти диаметрам, плотность зарядов составляла 0,85 г/см3.

Высокая бризантность дибазита 18-28 мм при 2,5 % увлажнении свидетельствует, на наш взгляд, о наличии достаточной концентрации горячих центров, а дальнейшее увеличение бризант-

ности до 31-33 мм при полном заполнении межзеренного пространства связано с увеличением усредненной плотности заряда.

Основные компоненты рассматриваемых ВВ-ПП, БАП, БРТТ по своим электрическим свойствам относятся к классу молекулярных органических соединений, способных в течение длительного времени сохранять электрические заряды. При работе с ними (пересыпании, трении, деформации, разрушении и др. операциях) могут возникать высокие потенциалы статического электричества. Например, при работе с ПП могут возникать потенциалы до 10 кВ. Такие потенциалы не воспламеняют сам порох, но способны воспламенить пороховую пыль или пары летучих растворителей, пламя которых может зажечь порох. Содержащиеся в нитроцеллюлозных порохах компоненты могут как снизить степень электризации порохов (парафин, воск), так и повысить (дифениламин, камфора). Мероприятиями по снижению накопления зарядов статического электричества при работе с такими порохами являются: обеспечение повышенной относительной влажности окружающего воздуха и смачивание водой рабочих поверхностей оборудования и самих порохов.

Возможность применения механизированного заряжания ВВ обусловлена комплексом требований, предъявляемых к заряжаемым ВВ:

- отсутствие взрывчатых сенсибилизаторов в составе ВВ;

- чувствительность к внешним воздействиям (механическим, тепловым, электрическим и т.д.), не превышающая чувствительность тротила;

- низкая электризуемость при пересыпании, трении и др. операциях;

- хорошая детонационная способность;

- более низкая дисперсность состава (гранулированные

ВВ);

- хорошая сыпучесть и транспортабельность;

- отсутствие пыления;

- хорошая потопляемость при использовании в обводненных скважинах.

Наиболее близким по свойствам к гранулотолу является ди-базит, который решением Госгортехнадзора РФ был допущен для проведения промышленных испытаний с использованием

механизированного заряжания, для заряжания которого были допущены машины МЗ-ЗБ и МЗ-8. Машина МЗ-ЗБ оборудована двумя продольными и подвижным поперечным шнеками. Из бункера ВВ подается продольными шнеками на подвижной поперечный шнек, с помощью которого происходит дальнейшая транспортировка ВВ к устью скважины и заряжание под действием собственного веса. Грузоподъемность машины 10 т. Машина МЗ-8 оборудована для разгрузки бункера герметичной диафрагмой, приводимой в действие пневмосистемой и подающей ВВ в дозатор и далее в скважину. Грузоподъемность машины 7 т.

Испытания дибазита при механизированном заряжании скважин производились в условиях карьеров Карагайский и Волчегорско-Степной ОАО "Комбинат Магнезит". Отбиваемые породы были представлены доломитами и магнезитами крепостью f=8-12. Высота уступа составляла 12 м, глубина скважин -14,5 м, сетка скважин 6x6 м. Всего за период испытаний было израсходовано 54960 кг дибазита. В процессе заряжания скважин производился контроль за образованием зарядов статического электричества. Величина напряженности электростатического поля в дибазите не превышала 0,5 кВ/см при максимально допустимой величине 10 кВ/см. Пыления, повышения температуры дибазита в процессе заряжания машиной МЗ-ЗБ не зафиксировано.

На основании положительных результатов приемочных испытаний Госгортехнадзор России допустил дибазит к постоянному применению при механизированном заряжании.

------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кобылкин И. Ф., Носенко Н.И., Соловьев В.С. Детонационная способность и динамическое уплотнение крупнозернистой нитроклетчатки. / Химическая физика процессов горения и взрыва. Проблемы горения и взрыва. Материалы IX Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, 1989, с.93.

2. Апин А.Я., Костин И.Д., Стесик Л.Н. // Детонация баллиститных порохов // Докл. АН СССР, 1961, т.137, №9, с.652-653.

3. Дремин А.Н., Савров С.Д., Трофимов В.С., Шведов К.К, Детонационные волны в конденсированных средах. - М.: Наука, 1971,171 с.

4. Афанасенков А.Н. Инициирование детонации баллиститных порохов ударными волнами // Физика горения и взрыва. 2001, т.37, №5, с.85-89.

5. Стесик Л.Н., Акимова Л.Н., Апин А.Я. Определение ширины зоны реакции и параметров детонационной волны сплошного ВВ // Докл. АН СССР, 1961, т. 137, №2, с. 369-371.

6. Алин А.Я., Стесик Д.Н. О механизме химической реакции при детонации сплошных взрывчатых веществ // Докл. АН СССР,1961, т. 137.

7. Abel F. tampt. Rend. 78, 1874,1432/

8. Апин А.Я. Роль наполнителей при детонации взрывчатых веществ и порохов. Сб. Физика взрыва, №2, АН СССР, 1953.

— Коротко об авторах ---------------------------------

Франтов А.Е, Демченко Н.Г. - ИПКОН РАН,

Ибрагимов Н.Г., Афиатуллов Э.Х., Юков Ю.М. - НИИПМ.

© В.Г. Шеменев, В.А. Синицын,

В.Г. Шеменев, В.А. Синицын

ОБОСНОВАНИЕ РЕЦЕПТУР ВОДОСОДЕРЖАЩИХ