Найпростіші гранульовані вибухові речовини

До найпростіших ВР на основі АС належать суміші гранульованої селітри з рідкими або легкоплавкими нафтопродуктами, які можна виготовляти безпосередньо на гірських підприємствах і спеціалізованих заводах. Найпростішими їх називають тому, що вони не містять нітросполук. Найпростіші ВР зазначеного типу АС – ДП (аміачна селітра ― дизельне паливо), в англійській транскрипції індекс AN – FO, у російській – АС – ДТ.

Переваги сумішей АС – ДП:

1) їх компоненти недефіцитні й недорогі;

2) суміші АС – ДП набагато безпечніші в обігу порівняно з іншими ВР, тому що мають низьку чутливість до механічних впливів;

3) на відміну від тонкодисперсних динамонів мають гарну сипкість і мало злежуються;

4) технологія приготування таких сумішей надзвичайно проста. Вона зводиться до простого механічного перемішування твердої і рідкої фаз, для чого придатні прості пристрої, лопатеві змішувачі як у стаціонарних установках, так і на пересувних зарядно-змішувальних агрегатах.

Завдяки низькій вартості вихідних компонентів і малим виробничим витратам суміші даного типу мають низьку вартість і для гірських порід малої і середньої міцності є одним із найбільш економічних промислових ВР.

Гранульовані ВР майже у всюму світі являють собою найпростіші двокомпонентні сполуки типу АС – ДП, а в ряді країн – і трикомпонентні зі вмістом Al.

Недоліки сумішей АС – ДП:

1) суміші неводостійкі під впливом води. За умов вмісту вологи більше 5% вони втрачають детонаційну здатність і тому їх не можна застосовувати в обводнених вибоях;

2) суміші недостатньо фізично стабільні. У разі великих висот шпурових зарядів рідка фаза стікає в нижні шари заряду;

3) для висадження міцних і особливо міцних порід детонаційні параметри цих ВР (детонаційний тиск) недостатньо високі.

В Україні виготовляються водотривкі види трикомпонентних гранулітів. У них замість рідкого пального вводять тверді нафтопродукти з низькою температурою топлення, що мають гідрофобні властивості (табл.12). Заряд витісняє воду із зарядної порожнини, а в ущільненому стані заряд має малу водопроникність.

Для підвищення фізичної стабільності АС – ДП застосовують мікропористу гранульовану АС. Вона має підвищену вбирну здатність щодо ДП. Інший спосіб – застосування більш в'язких, ніж ДП, мінеральних олив – солярової, індустріальної та інших; а також припудрення поверхні гранул тонкодисперсними твердими горючими матеріалами – алюмінієвою пудрою, деревним борошном тощо.

Вбирна здатність гранул АС залежить від їх пористості й вологості. Встановлено сильну залежність вбирної здатності від вологості для непористої АС марки Б. АС за умов вологості 0,9% залежно від розміру гранул вбирає 6,3 – 8,8% ДП. Вплив вологості на вбирну здатність різних горючих ще сильніший. Чим менша вологість АС, тим більше горючої рідини вона всмоктує.

Зволожена АС поглинає малу й приблизно однакову кількість горючих рідин (приблизно 2%) незалежно від їх фізичних і хімічних властивостей. Тому для забезпечення КБ = 0 до складу ВР додатково вводять тверді горючі домішки – деревне борошно, вугільну сажу, стеарат Са, поліакрилат і т.д. Ці домішки повинні бути пористими. Найкращими є кам'яне й деревне вугілля, добре адсорбуючі рідкі компоненти. Заміна частини ДП на вугільний порошок зменшує розчинність гранул (підвищує водостійкість), збільшує ефективність вибуху на 17 – 20% і підвищує бризантність із 16 до 23 мм (випробування в кільцях). Підвищену вбирну здатність стосовно ДП має селітра ЖВК, що містить солі жирних кислот (ПАР). Ігданіт на її основі відрізняється більш стабільною фізичною структурою й вибуховими властивостями (табл.12).

У зв'язку з тим, що АС під час виготовлення найпростіших ВР не подрібнюють (у процесі пневмозаряджання відбувається лише часткове подрібнення гранул), вибухові характеристики істотно залежать від розміру гранул, їх вологості, здатності до вбирання, міцності, а також в'язкості пального. За умов однакового хімічного складу фізична різниця сумішей обумовлена насамперед різними значеннями d_кр: для суміші ДП із непористої АС d_кр = 120 – 160 мм у паперових патронах, а з пористої – d_кр = 70 – 100 мм (табл.12).

Таблиця 12 – Фізичні властивості вибухових речовин типу АС – ДП

Показники	Ігданіт	Найпростіша ВР із Аl	Грануліти
			М	АС-4	АС-4У	АС-8У
Кисневий баланс	0,12	-1,2	0,14	0,41	0,35	-3,3
Qвибуху, кДж/кг	3,760	4500	3760	4520	4520	5230
V, л/кг	980	–	980	907	–	–
Повна ідеальна робота вибуху, кДж/кг	3150	–	3150	3550	3550	4000
Працездатність, см3	320 – 330	410	330	410	410	420
ТНТ - еквівалент за балістичним маятником	–	–	0,89	0,96	0,96	–
Бризантність у сталевому кільці*, мм	15–20	–	18–22	22–26	22–24	22–26
D, м/с	2200 –2800	2500 –3600	2500 –3600	2600 –3500	2800 –3500	3000 –3600
dкр, мм
- у паперовій оболонці	120 – 150	100 – 120	80 – 100	60 – 100	70 – 100	80 – 110
- у сталевій оболонці	25 – 30	25 – 30	15 – 20	20 – 25	15 – 20	20 – 25
Мінімальний ініціювальний імпульс (ТНТ), кг	0,020 –0,03	–	0,01 –0,015	0,005 – 0,01	0,005 –0,01	0,005 – 0,01
Чутливість (не менше), МПа
- до удару	0	0 – 20	0	4 – 12	0 – 12	0 – 8
- до тертя із застосуванням 5% піску	800 – 900	800 – 900	800 – 900	800 – 900	800 – 900	800 – 900

* – від шашки тротилу m=0,005 кг.

За умов діаметру заряду d_кр < d < d_гран (область неідеального режиму детонації) фізичні характеристики суміші впливають і на параметри детонації. У разі досягнення d_гран фізичні особливості суміші (розмір гранул, їх вбирна здатність тощо) перестають впливати на параметри детонації, які тепер залежать тільки від хімічних властивостей суміші й щільності заряджання (d_гран і d_кр сильно залежать від фізико-механічних характеристик оболонки заряду). У практичних умовах максимальної швидкості детонації

(D = 3800 – 4000 м/с) можна досягти, заряджаючі найпростіші ВР у шпари діаметром 150 мм, пробурені в скельних породах. Оптимальне значення густини заряду АС – ДП становить близько 1200 кг/м³. Під час засипання ВР вручну забезпечується щільність заряджання 800 – 920 кг/м³ (при цьому у вапняку d = 50 мм,

D = 2500 – 3300 м/с). Під час використанні пневмозарядників щільність дорівнює 1100 – 1200 кг/м³ (D = 3300 – 4000 м/с), причому через зміни умов заряджання по довжині заряду спостерігаються кільцеві області з підвищеною щільністю (до 1250 кг/м³).

Ігданіт найпростіша збалансована за киснем суміш АС із ДП, яку виготовляють на місці застосування. У гранульованому стані ігданіт добре транспортується по пневмомагістралям, не порошить і мало електризується, ущільнюється в процесі пневмозаряджання. Відрізняється від ВР заводського виробництва простотою виготовлення і низькою вартістю. Стійко детонує від проміжного детонатора. Зі зволоженням заряду потужність проміжного детонатора повинна бути збільшена. Завдяки низькій чутливості до механічних, теплових і електричних впливів і простоті технології ігданіт виготовляють на централізованих стаціонарних установках, розміщених на спеціальних майданчиках при базисних або видаткових складах ВР. Виготовлений на цих установках ігданіт доставляють до місць використання зарядно-транспортними машинами. Критичні параметри детонації і вибухові характеристики ігданіту при d<d_гран сильно залежать від властивостей гранул селітри, їх пористості, вбирної здатності щодо ДП, питомої поверхні тощо.

Бризантність ігданіту збільшується зі зростанням кількості малих фракцій селітри, її питомої поверхні. Ігданіт з мікропористої селітри має d_кр ≈ 16мм,

D = 4500 м/с при d = 50 мм. Ігданіт, виготовлений із непористих гранул селітри, під час застосування в м'яких ґрунтах і слабких породах рекомендують для шпар із діаметром не менше 100 мм, для твердих порід рекомендовані шпурові й свердловинні заряди з діаметром не менше 30 мм.

Фізичну стабільність ігданіту з непористої АС підвищують введенням у його сполуку ПАР і пористих ВР.

Зі збільшенням вмісту вологи детонаційна здатність ігданіту зменшується, збільшується d_кр і мінімальний ініціювальний заряд. У разі вмісту води більше 6% необхідні посилені проміжні детонатори. У сухому стані ігданіт ініціюється в шпарах d = 243 – 269 мм від вибуху патроном амоніту, тротилових шашок – детонаторів. Склад ігданіту дешевий і досить стабільний. Як ВР із КБ близьким до нуля ігданіти й грануліти відносяться до ІІ класу.

Грануліт М виготовляють із пористої селітри, як пальне він містить солярову оливу, що повністю усмоктується в пористу АС. Тому гранули після змішування майже сухі на дотик. Грануліт М фізично стабільний, олива із гранул не виділяється. Зберігається без зміни хімічного складу й вибухових властивостей протягом тривалого часу. Практично не злежується, сипкий, добре транспортується по трубах із малим ступенем електризації, не порошить, придатний для пневматичного заряджання. Низькочутливий до механічних впливів. Завдяки однорідності змішування має більш високу детонаційну здатність, ніж ігданіт, що виражається в меншому d_кр. Під час пневмозаряджання забезпечується щільність до 1150 кг/м³ у шпурах і до 1050 кг/м³ у шпарах. За економічною ефективністю грануліт М у підземних розробках за умов пневматичного заряджання на 10 – 15% перевершує амоніт 6ЖВ. Його рекомендують застосовувати для слабких порід у шпарах із діаметром не менше 60 мм, для скельних порід діаметр не менше 30 мм. Для надійності висадження рекомендують застосовувати проміжний детонатор. Припустима вологість для шпурових зарядів не більше 5%, для свердловинних – не більше 8%. Використовують грануліт М у сухих і слабкообводнених вибоях.

Грануліт АС – 4 містить пудру алюмінію. Під час пневмозаряджання забезпечується щільність 1100 – 1200 кг/м³ у шпурах і 1000 – 1100 кг/см³ у шпарах. За умов зазначених параметрів заряджання за об'ємною концентрацією енергії перевершує потужні патроновані амоніти й детоніти. Грануліт АС – 4 фізично стабільний, сипкий, але в процесі пневмозаряджання порошить, тому під час роботи з ним рекомендують зрошувати рукав водою (2 – 3%). Надійно детонує від проміжних детонаторів (патронів амонітів у підземних виробках і шашок - детонаторів із тротилу на відкритих розробках). Грануліт АС-4 застосовують у сухих і слабко- обводнених вибоях.

Грануліти АС-4У і АС-8У на відміну від АС-4 замість солярової оливи як пальне містять легкоплавкі нафтопродукти (парафіни, воски). Середній розмір гранул 1,8 – 2 мм, міцність на роздавлювання 3 – 8 Н на гранулу. Завдяки покриттю гранул плівкою із гідрофобного нафтопродукту можуть перебувати у вигляді сформованих зарядів протягом 2 – 4 год у шпурах і шпарах із непроточною водою без втрати вибухових властивостей. Під час пневмозаряджання ущільнюються в шпурах і шпарах трохи гірше, ніж сполуки з рідкими нафтопродуктами.

Виготовлення найпростіших гранульованих ВР: ігданіт виготовляють на місцях застосування на спеціально розроблених комплексах із механічним перемішуванням, що працюють у поєднанні з механізованим заряджанням (пневмоза-рядниками). Грануліти М і АС-4 виготовляють на автоматизованих заводських технологічних потоках безперервної дії так званого «холодного змішування». Змішування компонентів здійснюють в барабанно-лопатевих змішувачах. Під час виготовлення водотривких гранулітів АС-4У і АС-8У застосовують технологію «гарячого змішування» – гранули селітри покривають плівкою розплавленої воскоподібної сполуки й пудрять тонкодисперсним порошком алюмінію.