Детонация водосодержащих взрывчатых составов на основе нитрата метиламина тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.10, кандидат технических наук Чэнь Хоухэ

• Чэнь Хоухэ
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чэнь Хоухэ

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

2.1. Основные этапы развития водосодержащих взрывчатых составов

2.2. Изготовление составов, реология

2.3. Сенсибилизация ВВС, плотность и пористость

2.4. Предохранительные водосодержащие составы

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

3.1. Основные исходные компоненты

3.2. Методика приготовления составов

3.3. Методика определения детонационных и физико-химических характеристик ВВС

4. РАСТВОРИМОСТЬ НИТРАТОВ

5. ДЕТОНАЦИЯ РАСТВОРОВ

5.1. Растворы на основе нитрата метиламина

5.2. Растворы на основе нитрата этаноламина

5.3. Влияние двухромовокислого калия

6. АЭРИРОВАННЫЕ СОСТАВЫ НА ОСНОВЕ НИТРАТА МЕТИЛАМИНА

6.1. Раствор нитрата метиламина

6.2. Смесь нитратов метиламина и аммония

6.3. Составы, сенсибилизированные алюминием

6.4. Разработка предохранительного состава на основе нитрата метиламина

7. ДЕТОНАЦИЯ СОСТАВОВ, СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ МОЩНЫМИ ВВ И ПОРОХАМИ

7.1. Составы на основе гексогена

7.2. Составы на основе октогена

7.3. Составы на основе порохов

8. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

9. ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Детонация водосодержащих взрывчатых составов на основе нитрата метиламина»

Водосодержащие взрывчатые составы - одно из основных достижений научно-технической революции во взрывном деле - в настоящее время вошли в число наиболее широко применяемых типов промышленных ВВ и совместно с составами АСДТ (аммиачная селитра—дизельное топливо) практически полностью вытеснили динамиты из горной и других отраслей промышленности. Особое место занимают эти составы среди предохранительных ВВ, разработка которых является основным направлением исследований в области технологии производства и применения промышленных ВВ. Свойства водосодержащих составов— малая горючесть, значительное содержание инертного вещества (вода), пластичность, нечувствительность к механическим воздействиям—как бы специально созданы для разработки ВВ такого типа.

В течение ряда лет в РХТУ им. Д. И. Менделеева ведутся исследование и разработка водосодержащих составов на основе нитрата аммония и алюминиевой пудры. Разработаны составы и заряды для геофизической разведки, предохранительные ВВВ для угольных шахт, опасных по газу или пыли, мощные ВВВ, составы на основе бризантных ВВ и порохов. Получен большой объем научной информации.

Настоящая работа является частью общей задачи обеспечения ведущих направлений промышленного развития, к числу которых, несомненно, относятся горная промышленность, добыча нефти и газа и геологоразведочные работы на нефть и газ, высококачественными взрывчатыми веществами. Основная проблема состоит в том, чтобы изыскать возможности для построения рецептур водосодержащих взрывчатых составов с достаточно высокой детонационной способностью. Основной путь ее решения —применение в водосодержащих составах более активных окислителей и горючих. В данной работе за основу был взят 4 нитрат метиламина, широко используемый в качестве активного горючего в ряде отечественных и зарубежных водосодержащих составов. Изучалась детонационная способность водных растворов, содержащих нитрат метиламина нитрата и гелеобразных составов на его основе, сенсибилизированных как микро-пузырьками газа, так и мощными бризантными ВВ и порохами. Получены основные закономерности влияния содержания компонентов на детонационную способность.

Диссертация состоит из трех основных разделов—обзора литературы по водосодержащим взрывчатым составам, экспериментальной части и обсуждения результатов. Завершают диссертацию краткие выводы. В приложении даются некоторые дополнительные данные по смесям на основе нитрата метиламина и карбамида.

Работа выполнена на кафедре Надежности и безопасности технологических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева в период с 1997 по 2000 год.

Автор выражает глубокую благодарность своим научным руководителям доценту В. Э. Анникову, профессору Б. Н. Кондрикову, всему коллективу кафедры, за постоянное внимание и помощь в работе.

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение диссертации по теме «Технология специальных продуктов», Чэнь Хоухэ

9. ВЫВОДЫ

Проведено изучение водонаполненных взрывчатых составов на основе нитрата метиламина (НМА), а также водонаполненных составов, содержащих мощные бризантные ВВ - гексоген и октоген - и пироксилиновые и баллиститные пороха.

1. Определена зависимость растворимости нитрата метиламина, а также ряда других нитратов, используемых в составе ВВВ, в воде в зависимости от температуры. Показано, что во всех случаях нитраты растворяются независимо друг от друга - снижения растворимости одного нитрата в присутствии другого не наблюдается, более того, в ряде случаев растворимость каждого из нитратов в смеси выше, чем по отдельности.

2. Получена низкоскоростная детонация водных растворов смеси нитратов КЩЧОз/^ЦЧОз/ НМА (36/18/46) и смеси НМА с перхлоратом натрия, а также смеси нитрата этаноламина с перхлоратом этаноламина в стальных толстостенных трубах. Определены пределы ее устойчивого распространения.

3. Обнаружено каталитическое влияние бихромата калия на НСД растворов на основе НМА, аналогичное, но более слабое, чем установленное ранее для НСД водных растворов органических перхлоратов.

4. Определены скорость и пределы распространения детонации -критический диаметр и критическая плотность при данном диаметре -для аэрированных составов на основе нитрата метиламина, самого по себе и с добавкой пигментной алюминиевой пудры. Зависимость критического диаметра от плотности заряда имеет характерную форму кривой с минимумом. Зависимость скорости детонации от плотности заряда хорошо описывается термодинамическим расчетом (по программе 8Б). Определено влияние хлорида натрия на пределы распространения детонации.

5. На этой базе сформулированы составы предохранительных ВВВ, содержащих НМА и №С1. Проведено их полное лабораторное обследование, предложен состав АПМ-24 для дальнейшей отработки,

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чэнь Хоухэ, 2000 год

1. Taylor J. and Gay P. British Coal Mining Explosives (1958).

2. Штетбахер А. Пороха и взрывчатые вещества. -ОНТИ, 1936.

3. Наум Ф. Нитроглицерин. -М.: Госхимтехиздат, 1934.

4. Сытый Н.М. Применение суррогатов взрывчатых смесей и отходов пироксилиновых (винтовочных порохов) в народном хозяйстве / Фрунзе, 1946.

5. Сытый Н.М., //Взрывное дело № 49/6, -М. Госгортехиздат, 1962, С.89.

6. Фадеев JI.B. Вопросы применения водонаполненных ВВ// Взрывное дело № 60/17, М.: Недра, 1966. С.173-188.

7. Дубнов JI.B., Светлов Б.Я. Водонаполненные промышленные ВВ. М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1966. -6 с.

8. Cook М.А. Explosives: a survery of technical advances//Ind. Eng.Chem. -1968. -V.60, N7. -P.44-55.

9. Clay R.B., Cook M.A., Pack D.H., Peterson W.H. Slarry Explosives for Small Diameter Blasting // Bulletin of the University of Missoury School of Mining and Metallurgy. Technical Series. -1959. -№ 95. P.38.

10. Cook M.A. Modern Blasting Agents// Science. -1960. -V.132. № 33-34. -P.68.

11. Dixon John F.C. Developments in slurry explosives// Canad. Mining and Metallurgy. -1959. -№ 97. -P. 124-139.

12. Пат. 2930685 США, НКИ 149-2. 1960.

13. Morrey W.B. New developments in slurry explosives// Canad. Mining and Metallurgy. -1973. -V.66. № 735. -P.54-59.

14. Opperman A.B. Water gel: a safer commercial explosive // J. Pit and Quarry. -1982. -V74, № 10. -P.89-92.

15. Cook M.A. Ammonium Nitrate Slarry Blasting Agents// Quarterly of the Colorado School of Mines. -1961. -V.56, № 1, -P.200.

16. Пат. 3113059 США, НКИ 149-2,1963.

17. Пат. 3288658 США, НКИ 149-2, 1966.

18. Mason C.N., Montgomery W.S. Aluminum additives impart energy and sensitivity to many explosives// Eng.Min.J. -1976. -V.177. № 7. -P.83-85.

19. Shaarma, S., Tyle, P. Explosive materials and harnessing their power// C.R.W. Chem.Eng.World. -1983. -V.18. № 3. -P.38-42.

20. Cook M.A. Slurry blasting forges ahead//Ireco Chem. advertisement. -1970. -P.1-3.

21. Вещества взрывчатые промышленные. Акванал АМШ. Технические условия. ТУ 84-1006-84.

22. Вещества взрывчатые промышленные. Акванал АМС. Технические условия. ТУ 2066498-03-91.

23. Пат. 3617404 США, НКИ 149-2, 1972.

24. Андриянова Е.Е. Состав и структура водонаполненных ВВ и их детонационные характеристики. Дис. .канд.техн.наук. -М.: МХТИ им.Д.И.Менделеева. 1988 г.

25. Кондриков Б.Н., Анников В.Э. Водонаполненные взрывчатые вещества на основе тонкодисперсного алюминия// Взрывное дело. № 75/32. -М.: Недра.-1975, -С. 151-158.

26. Tovex water gel explosives and the moduler production plant explosives products division// E.I.Du Pont de Nemours and Co. Wilmington. Delaware. 19898, USA.-1978. March.

27. Вещества взрывчатые промышленные. Аквамин СК-1. Технические условия ТУ МХТИ-ИГД 6.1-12-90.

28. Анников В.Э. Кондриков Б.Н., Пузырев С.Н., Сумин А.И. Детонация аэрированных водных растворов и суспензий// Детонация и ударные волны. Материалы VIII Всесоюзного Симпозиума по горению и взрыву (Ташкент), -Черноголовка. -1986, -С. 114.

29. Пузырев С.Н. Мощные аквамины. Изучение детонационных характеристик, разработка составов. Дис. .канд.техн.наук. -М.: МХТИ им. Д.И.Менделеева. -1986.

30. Казаков А.Т. Методика и техника взрывных работ при сейсморазведке //№: Недра. -1987. -С.105-106.

31. Пат. 3161551 США, НКИ 149-46, 1961.

32. Пат. 3164503 США, НКИ 149-18, 1963.

33. Пат. 2867172 США, НКИ 149-46, 1959.

34. Пат. 4110134 США, МКИ С 06 В 45/00.

35. Петрищев Е.В.М. Синтез и некоторые свойства обратных эмульсий и водосо держащих ВВ на их основе. -Дис. .канд.техн. наук. ВНИПИВзрывгеофизика. -Раменское, Моск. обл. -1989 г.

36. Пат. 4555276 США, НКИ 149-6, 1985. High Density Pressure Resistant Invert Blasting Emulsions.

37. Заявка 1335097 Англии, НКИ С ID, 1974.

38. Powerful all purpose explosive - a new development// Pit and Quarry. 1977. P.91.

39. Вещества взрывчатые промышленные. Порэмит. Технические условия ТУ 84 520-107-85.

40. Анников В.Э., Кондриков Б.Н., Парфенов Л.П. и др. Изучение детонации алюминийсодержащих водонаполненных ВВ //Вопросы теории взрывчатых веществ: Тр. МХТИ им.Д.И.Менделеева. -1974. -Выпуск 83. -М.: -С.173-182.

41. Пат. 4096003, США, МКИ С 06 В 45/00, 1978.

42. Дубнов JI.B., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества //-М.: Недра. -1982.

43. A.c. 681724 СССР, МКИ С 06 В 45/00. Водосодержащий взрывчатый состав. 1978.

44. Савицкая М.Н., Холодова Ю.В. Полиакриламид // -Киев, Техника -1976.

45. A.c. СССР 1210386, МКИ С 06 В 31/28. Водосодержащий взрывчатый состав. 1985.

46. А.с.СССР 843449, МКИ С 06 В 31/28. Водосодержащий взрывчатый состав.1981.

47. Пат. РФ по заявке № 5045925, МКИ С 06 В 31/28. Водосодержащий взрывчатый состав.1992.

48. Пат. 2080280 А Англии, МКИ С 06 В 43/00. Emulsion blasting agent contaning urea Perchlorate, 1982.

49. Пат. 4509988 США, МКИ С 06 В 45/00. Эмульсионные взрывчатые составы, полученные при использовании эмульгатора аминного типа.

50. Пат. 4490194 США. МКИ С 06 В 40/00. Эмульсионный взрывчатый состав.

51. Пат. 4453989 США, МКИ С 06 В 45/02. Твердые сенсибилизаторы для взрывчатых эмульсий типа вода в масле.

52. Эмульсии. Под ред. Ф. Шермана / Пер. с англ. -Л.: Химия, 1972.

53. Маранда А., Влодарчик Э., Серафимович Я. Анализ детонационных параметров эмульсионных ВВ, сенсибилизированных стеклянными микросферами, заполненными воздухом//Вш1е!уп \\^зко\уе. Акаёегш ТесИшсгле] кп ВаЬго\уз1ае§о. -1986. -V. 35, № 9. -Р.25.

54. Пат. 4552597 США, МКИ С 06 В 45/00. Мягкие смесевые взрывчатые вещества и способ их получения.

55. Корнеева Н.Н. Водосодержащие составы малой плотности. Дис.канд.техн.наук. -М.: МХТИ им Д.И. Менделеева. -1985.

56. Пат. 0136081 ЕПВ, МКИ С 06 В 45/00. Эмульсионные взрывчатые составы типа вода в масле.

57. Пат. 4357184 США, МКИ С 06 В 45/00. Взрывчатые составы, основанные на коллоидных дисперсиях, устойчивых во времени.

58. Заявка 0208354 ЕПВ, МКИ С 06 В 47/14. Способ получения эмульсионных взрывчатых веществ типа вода в масле и применяемый окислитель.

59. Пат. 4714503 США, МКИ С 06 В 42/02. Составы ЭВВ и метод получения.

60. Пат. 2120228 А Англии, МКИ С 06 В 47/00, 31/00. Эмульсионное ВВ и способ его получения.

61. Пат. 4138281 США, МКИ С 06 В 45/00. Промышленный способ получения взрывчатых эмульсий.

62. Пат. 4500369 США, МКИ С 06 В 45/00. Эмульсионный взрывчатый состав.

63. Пат. 0140534 ЕПВ, МКИ С 06 В 45/00. Состав эмульсионного ВВ типа в масле.

64. Пат. 4543136 США, МКИ С 06 В 45/02. Эмульсионный взрывчатый состав типа вода в масле.

65. Пат. 4461660 США, МКИ С 06 В 45/00. Валовое производство эмульсионного ВВ.

66. Берлин A.A., Шутов Ф.А. Химия и технология газонаполненных высокополимеров. М.: Наука. -1980. -503 с.

67. Демьянова Е.Д. Влияние температуры на устойчивость обратных эмульсий, стабилизированных алкиламидами синтетических жирных кислот//Коллоидный журнал. -1973. -№ 2. -С.332.

68. Качанова A.A., Федосеева Н.П., Кучумова В.М. и др. Критические эмульсии как лиофильные коллоидные системы// Коллоидный журнал. -1975. -№ 5. -С.843.

69. Смирнова A.B., Корецкий А.Ф., Соколовская H.A. Обращение фаз в эмульсиях, стабилизированных маслорастворимыми додецилполиэтилен-гликолевыми эфирами/ЛСоллоидный журнал. -1976. -№ 4. -С.803.

70. Пат. 3453159 США, МКИ С 06 В 27/00, 1969.

71. Пат. 4496405 США, МКИ С 06 В 45/00.Взрывчатый состав.

72. Заявка 2138801 Англии, МКИ С 06 В 45/00, 31/00. Эмульсионные детонирующие составы типа вода в масле.

73. Заявка 2138800 Англии, МКИ С 06 В 45/00, 23/00. Эмульсионное взрывчатое вещество типа вода в масле.

74. Пат. 4566920 США, МКИ С 06 В 45/02. Взрывчатые составы эмульсии типа вода в масле.

75. Пат. 2199575 А Англии, МКИ С 06 В 45/08. Усовершенствованный взрывчатый состав типа эмульсии воды в масле.

76. Анников В.Э., Кондриков Б.Н., Андриянова Е.Е. Корнеева H.H. О структуре фронта детонационной волны в аэрированных водных растворах. // Тезисы докл. III Всесоюзн. совещания по детонации. -Черноголовка: изд. ОИХФ АН СССР. -1985. -С.20.

77. Андриянова Е.Е., Кондриков Б.Н., Анников В.Э. Влияние структуры дисперсной системы на ее детонационную способность// Фунд. пробл. физики ударных волн. -Тезисы докладов. Т.1, 4.1. -Черноголовка: изд. ОИХФ АН СССР. -1987, -С.37

78. Алымова Я.В., Анников В.Э., Кондриков Б.Н. -Параметры и механизм детонации промышленных ВВ типа обратных эмульсий//Взрывчатые материалы и пиротехника, ЦНИИНТИКПК, вып. 11-12 (242-243)6 1994 .

79. Влодарчик Э. Роль пузырьков газа в инициировании детонации водонаполненных взрывчатых веществ//Вш1е!уп Wojskowej Akademi Technicznej im. Dabrowskiego. -1985. -V.34. № 3. -P.3.

80. Hattori Katsuhide, Fukatsu Yoshiaki, Sakai Hiroshi. Влияние размера стеклянных микросфер на скорость детонации эмульсионных взрывчатых веществ// Когё Каяку Кёкайси, J. Ind. Explos. Soc. Jap. -1982. -V.43. № 5. -P.295-301.

81. Hattori Katsuhide. Влияние размера полых шариков на критический диаметр// Когё Каяку Кёкайси, J. Ind. Explos. Soc. Jap. -1984. -V.45. № 3. -P.143.

82. Анников В.Э., Кондриков Б.Н., Корнеева Н.Н., Пузырев С.Н. О механизме детонации газонаполненных водных гелей// ФГВ. -1983. -No 4. -С. 139-143.

83. Cook, М.А. Maximum Available Energy or "strength" of High Explosives. Australian Mining, -1970. -V.62. № 12. -P.51-57.

84. Пат. 3367705 США, НКИ 149-2,1968.

85. Пат. 3617404 США, НКИ 149-2, 1971.

86. Пат. 3409484 США, НКИ 149-2, 1968.

87. Пат. 3419444 США, НКИ 149-2, 1968.

88. Пат. 3397097 США, НКИ 149-2, 1968.

89. Пат. 3642547 США, НКИ 149-2, 1969.

90. Международная заявка № 86/03483 РСТ. МКИ С 06 В 21/00, 23/00, 43/00. Взрывчатые смеси, активируемые пузырьками воздуха. 1986.

91. Пат. 3390028 США, НКИ 149-2. 1968.

92. Пат. 3713919 США, НКИ 149-2. 1973.

93. Пат. 155691 Норвегия, МКИ С 06 В 47/14. Способ снижения плотности взрывчатой смеси типа воды в масле.

94. Барон B.JL, Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США//-М.: Недра,-1989.

95. Пат. 578460 Австралия, МКИ С 06 В 45/00. Стабилизированные эмульсионные взрывчатые вещества типа вода в масле.

96. Пат 299192 ЕПВ, МКИ F 42 В 33/02. Способ и устройство для патронирования ЭВВ типа В/М.

97. Пат. 4554032 США, МКИ С 06 В 45/02. Взрывчатая эмульсия типа воды в масле.

98. Takenchi F., Yamamoto K., Sakai H. Emulsion Type Explosives //Когё Каяку Кёкайси/ J.Ind.Explos.Soc. Jap. -1982. -V.43. № 5. -P.285.

99. Пат. 4547232 США, МКИ С 06 В 45/00. Сенсибилизация эмульсионного ВВ.

100. Пат. 4383873 США, МКИ С 06 В, 45/00. Чувствительная эмульсионная взрывчатая композиция с низким содержанием воды.

101. Пат. 4371408 США, МКИ С 06 В 45/02. Эмульсионные взрывчатые составы с низким содержанием воды, содержащие инертные соли.

102. Солнцева Р.Н., Рыбаков Е.А., Павлова О.М., Степанова И.В. Влияние окислителей и антифризов на свойства водонаполненных взрывчатых веществ при низких температурах //Взрывное дело. № 75/32. -М.: Недра. -1975.-С.158-163.

103. Tambe, V.J., Manjre Rar, A.P. Some Indigenous Development in the Field of Exploives. -Indian Mining and EngJ., 1974, v.14, N 6, p.44-45.

104. Van Dolah, R.W., Mason, C.M., Forschey, D.H. Development of Slarry for Use in Potentially Flameable Gas Atmospheres. US Bureau of Mines, 1968, Rept. 7105, p.1-8.

105. Mason C.M., Lissotto E.C., Ruhe C.T. Van Dolah R.W. Further Developments nonincedive Water Gel Explosives. In: ХШ Int. Conference on Safety in Mines Res., Tokio, 1969, Rept. №35.103

106. Watson R.W., Ribovich J. Recent Developments in Permissible Explosives in USA. -Preliminary Report on the XVI-th Int. Conference on Safety in Mines Res. 1975, 8 pp.

107. Hay J.E., Watson R.W., Developments of Watergel Permissible Explosives. -In: XV Int. Conference on Safety in Mines Res. Carlovy Vary, CSSR, 1973.

108. Патент ФРГ N 2350605, 1979.

109. V.Krishna Mohan and M.A. Srinivas. A design criterion for Permissible Water Gel Explosives.-J."Propellants and Explosives", N 4, 1979, p.4-9.

110. Joshida T.,Tanaka M., Matsumoto S. Radiographic Observation for Detonation of Slarry Explosives. In: XII Int.Conference of Mine Safety Res. 17th Varna, 1977, (3-7 X), Papers, Section F, G, H, No F-3, p. 17-26.

111. Патент США № 4096003, 1978

112. Б. H. Кондриков, В. Э. Анников, Г. Д. Козак. Обобщенная зависимость критического диаметра детонации пористых веществ от плотности. Физика горения и взрыва, т.ЗЗ, № 2, c.l 11—123. 1997

113. Б. Н. Кондриков, В. П. Тарутин, В. Э. Анников. Кинетические особенности детонационного превращения водных растворов перхлоратов. Физика горения и взрыва. № 3, с. 75-78. 1988.