Классификация и характеристика рецептур водосодержащих взрывчатых веществ

Водосодержащие ВВ (ВВВ) делятся на составы заводского изготовления (акватолы) и составы, которые готовятся на пред­приятиях из готовых сухих полуфабрикатов (карбатолы) или исходных компонентов (ифзаниты, ГЛТ).

В сухие акватольные смеси заводского изготовления на взры­ваемом блоке в зарядных машинах Акватол-1У добавляют тре­буемое количество воды, и готовое ВВ подается в скважину.

Ифзаниты — малоподвижные суспензии, изготовляются при заряжании скважин путем подачи сухой смеси гранулированных тротила и селитры, и горячего или холодного раствора аммиачной селитры в объеме; обеспечивающем заполнение межгранульного пространства.

Карбатолы — горячельющиеся суспензионные составы, за­твердевающие после охлаждения. Смесь компонентов (тротил и аммиачная селитра) для приготовления состава делается почти без воды с добавкой карбамида, так что ее плотность 1,6 г/см³ мало отличается от плотности гранул тротила, что уменьшает расслаивание заряда, а теплота взрыва, благодаря отсутствию воды, повышается на 335—375 кДж/кг.

По физическому состоянию горячельющиеся ВВ (ГЛТ) пред­ставляют собой подвижные суспензии из горячего насыщенного раствора аммиачной селитры и гранулотола. Для предотвраще­ния осаждения гранул тротила на дно скважины в процессе сме­шения компонентов в состав добавляется гуаргам, полиакриламид или карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Эти добавки за­гущают (превращают в гель) горячий льющийся состав в течение нескольких минут, который при охлаждении твердеет.

Принципиальным недостатком суспензионных ВВ заводского и «местного» изготовления является разная плотность гранул тротила и раствора, что требует ввода различных добавок и не обеспечивает контроля качества ВВ в скважине. Этот недостаток исключен из рецептуры ВВ, предложенной сотрудниками Лебе­динского ГОКа, КМАвзрывпрома, МГИ и НИЙКМА, представ­ляющей собой смесь горячего насыщенного раствора селитры с расплавленным тротилом с добавками, обеспечивающими водо­устойчивость охлажденного твердого заряда в обводненных сква­жинах. Расслоение ВВ в таких зарядах не происходит при его остывании и твердении.

Водосодержащие ВВ состоят из двух основных компонентов — окислителя и горючего. Кроме этих компонентов, в составе водосодержащих ВВ имеется определенное количество растворителя (чаще всего воды) для частичного растворения окислителя (ам­миачной селитры и карбамида) и обеспечения текучести (по­движности) ВВ.

В отличие от гранулированных почти все водосодержащие ВВ являются многокомпонентными. Поэтому их изготовление зна­чительно сложнее и при использовании на карьерах требует вы­сокой квалификации обслуживающего персонала.

В качестве окислителя используют аммиачную селитру, иногда натриевую и кальциевую селитру. Натриевая селитра имеет меньшую растворимость, чем аммиачная, в охлажденном ВВ в основном находится в кристаллическом состоянии. Так как плотность ее кристаллов 2,25 г/см³, то путем введения определен­ного количества такой селитры в состав ВВ можно повысить его плотность с 1,4—Л,5 г/см³ до 1,65—1,75 г/см³.

В качестве невзрывчатого горючего в составах водосодержащих ВВ используют алюминий (в виде пудры, порошка или чешуек). Мелкодисперсное состояние алюминия обеспечивает бо­лее-полное протекание реакции окисления, а также физическую стабильность (предотвращение расслаивания) суспензии.

Для образования жидкой фазы водосодержащего ВВ в основ­ном применяют воду. В пластичных составах ее содержится 5—10 %, а в свободнольющихся — до 15 %. Чтобы улучшить растворение, селитру, воду и раствор нагревают до 80—90 °С.

В качестве загустителей в составе водосодержащих ВВ ис­пользуют гуаргам, КМЦ, карбамид.

В некоторые водосодержащие ВВ вводят добавки, ускоря­ющие желатинацию жидкой фазы, за счет чего более плотные гранулы тротила не успевают опуститься в нижнюю часть заряда.

Водосодержащие ВВ, применяемые на карьерах, обычно имеют кислородный баланс от положительного (+10 %) до отрицатель­ного (—30 %). В состав таких ВВ входят следующие компо­ненты: аммиачная селитра, натриевая селитра, тротил и его сплавы с другими ВВ, алюминиевая пудра, вода, загустители и прочие добавки.

Разрабатываются в СССР новые водоустойчивые эмульсион­ные ВВ, представляющие собой мельчайшие частицы горячего насыщенного раствора селитр (аммиачной, натриевой), окружен­ные тонким слоем мазута (состав типа обратная эмульсия). Такие составы имея плотность 1,25 г/см³ по существу представляют собой жидкий игданит. Запас энергии такого ВВ недостаточен для эффективного разрушения крепких пород с f > 12 по шкале проф. М. М. Протодьяконова по применяемой при штатных ВВ сетке скважин.

Применение значительно сближенной сетки скважин и боль­ших удельных расходов ВВ экономически нецелесообразно. По­этому ведутся работы по разработке эмульсионных ВВ с большим запасом энергии (идеальной работы взрыва) за счет добавки в состав взрывчатых компонентов или металлической пудры.

Для всех водосодержащих ВВ характерны следующие свой­ства: большая плотность и подвижность их массы, обеспечива­ющие высокую плотность заряжания; разная водоустойчивость и большая скорость детонации; низкая чувствительность к внеш­ним воздействиям, что дает основание считать их наиболее без­опасными.

Плотность, подвижность и водоустойчивость водосодержащих ВВ зависят от состава и технологии изготовления и могут изме­няться в широких пределах. Плотность простейших загущенных суспензий, состоящих из аммиачной селитры, тротила и воды, составляет 1,4—1,5 г/см⁸. Более сложные гелеобразные суспензии, в составе которых присутствуют натриевая селитра, алюминиевая пудра и другие высокоплотные компоненты, имеют плотность

1,60—1,75 г/см³. Льющиеся суспензии имеют плотность 1,3— 1,35 г/см³.

Водосодержащие ВВ могут иметь различную консистенцию — от подвижных масс типа жидкого цементного раствора до пластичных, сохраняющих свою форму и обладающих упруго­стью.

Высокая мощность этих ВВ обусловлена высокой объемной концентрацией энергии и большой скоростью ее выделения. Энер­гия взрыва неметаллизованных водосодержащих ВВ составляет 3250—3750 кДж/кг, а металлизованных 5360—6120 кДж/кг, высокая их плотность позволяет повысить концентрацию энергии в скважине в 1,5—2 раза по сравнению с обычными гранулиро­ванными ВВ. Высокая скорость выделения энергии обусловли­вает в зоне разрушения давление детонации (6—7) 10³ МПа при взрывании неметаллизованных ВВ и (14-f-17) 10³ МПа при взры­вании металлизованных.

Водосодержащие ВВ детонируют со скоростью 4,5—5 км/с. Наиболее высокоплотные из них (1,68—1,72 г/см³) детонируют в замкнутом объеме со скоростью 5,8—6,7 км/с.

Все водосодержащие ВВ нечувствительны к штатным СИ, и для их инициирования требуется промежуточный детонатор.

Наименьшую чувствительность имеют водосодержащие ВВ, не содержащие тротил. Такие ВВ являются самыми безопасными из всех применявшихся до сих пор промышленных ВВ,

Большинство применяемых водосодержащих ВВ замерзает при температуре минус 13—15 °С. Суспензии, в состав которых входит натриевая селитра, замерзают при температуре минус 20—23 °С, а некоторые ВВ при минус 30—40 °С.