Учет коэффициента вспенивания гранул полистирола при расчете плотности эмульсионных взрывчатых веществ, сенсибилизированных этими гранулами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учет коэффициента вспенивания гранул полистирола при расчете плотности эмульсионных взрывчатых веществ, сенсибилизированных этими гранулами

Получено выражение для определения плотности ЭВВ с учетом массовой доли изопентана в суспензионном полистироле, коэффициента вспенивания, отношения насыпного объема гранул пенополистирола к объему матричной эмульсии при изготовлении ЭВВ, технологии смешивания эмульсии с гранулами пенополистирола и химического состава эмульсии.

Актуальность работы. В связи с увеличением глубины горных работ на угольных разрезах Кузбасса все большая часть вскрышных пород является обводненными. При этом длина взрывных скважин на данных разрезах изменяется в диапазонах 10-50м, что обусловлено принятыми системами отработки месторождений. Таким образом, применяемое ВВ должно быть, как водоустойчивым, так и способным к стабильной детонации вертикальных зарядов длиной до 50 метров.

Использование для отбойки ЭВВ, сенсибилизированных газовыми пузырьками, в данных условиях приводит к значительному расходу ЭВВ, обусловленному его уплотнением в нижней части скважинного заряда из-за уменьшения размеров газовых пор от действия гидростатического давления колонки заряда ЭВВ. Помимо этого, уплотнение ЭВВ приводит к снижению его чувствительности и затруднению протекания полноценной детонации. Таким образом, применение в длинных скважинных зарядах ЭВВ, сенсибилизированных газовыми порами, ведет к необоснованным материальным затратам и не всегда обеспечивает надежность детонации этих ЭВВ. Применение ЭВВ, сенсибилизированных стеклянными или пластиковыми мономикросферами ухудшает экономические показатели взрывных работ вследствие дороговизны данных сенсибилизаторов. Использование в качестве сенсибилизаторов микрогранул перлита или продуктов переработки зол не обеспечивает надежной детонации вследствие неконтролируемости наличия в них микрогранул со значительной открытой пористостью.

Из пористых органических веществ наибольший интерес для использования их в качестве сенсибилизатора в ЭВВ представляют гранулы вспененного полистирола (гранулы пенополистирола). Данные гранулы характеризуются низкой величиной открытой пористости и, являясь продуктом устойчивого и управляемого органического синтеза, характеризуются повторяемостью внутренней структуры [1]. Кроме этого данный материал доступен как по цене, так по стабильности поставок.

Выполненные теоретические, полигонные и опытно-промышленные работы [2-5] показали, что работоспособность ЭВВ, сенсибилизированных гранулами пенополистирола, в зависимости от их химического состава, структуры гранул и матричной эмульсии, способов смешивания и плотности, изменяются в широких пределах: от дымного пороха до граммонита 79/21. Следовательно, данные ЭВВ имеют широкую область применения на открытых горных работах. Однако, в настоящее время отсутствует методика расчета технологической плотности данных ЭВВ с учетом сортности исходных гранул полистирола и коэффициента вспенивания их, что осложняет работу взрывников-технологов и снабженцев. Решению данного вопроса посвящена настоящая работа.

Результаты исследований. Гранулы пенополистирола образуются путем нагревания гранул суспензионного вспенивающегося полистирола в пароводяной среде. Суспензионный вспенивающийся полистирол получают из эмульсии изопентана в стироле при полимеризации стирола и гранулировании полимеризующейся массы [1].

Введем обозначения:

, - начальный радиус гранулы суспензионного вспенивающегося полистирола и радиус этой гранулы после вспенивания, соответственно;

- средний радиус поры в грануле после вспенивания;

, - плотность полистирола и изопентана, соответственно;

- содержание изопентана в суспензионном полистироле до вспенивания («изопентанная пористость»);

- плотность вещества гранулы суспензионного вспенивающегося полистирола;

- средняя толщина перегородки между внутренними порами в грануле пенополистирола;

- коэффициент вспенивания (отношение объема вспененной гранулы к начальному);

- коэффициент упаковки (отношение общего объема, занимаемого гранулами, к собственному объему гранул) при свободной засыпке вспененных гранул полистирола.

Плотность вещества гранулы суспензионного вспенивающегося полистирола в рамках принятых обозначений равна

.

Учитывая, что согласно исследованиям структуры гранул пенополистирола [6] в области коэффициентов вспенивания, представляющих практический интерес (> 6), выполняется условие <<, имеем следующее из условия сохранения массы полистирола в грануле до и после вспенивания уравнение

где - количество пор в грануле.

По определению

На основании (1)-(4) имеем

Введем в рассмотрение насыпную плотность гранул пенополистирола . Тогда для массы полистирола в грануле имеем следующее равенство

На основании (3), (6) получаем

Из (5), (7) находим

эмульсия химический взрывчатый

Обозначим через - массовую долю изопентана в суспензионном полистироле. Тогда плотность вещества гранулы суспензионного полистирола для вспенивания будет равна

Согласно (8), (9), получаем

Согласно [7], плотность ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола, равна

где , - гранульная и воздушная пористости в эмульсии ЭВВ, соответственно; - плотность матричной эмульсии.

Величина гранульной пористости равна [7]

где - отношение насыпного объема гранул пенополистирола к объему матричной эмульсии при изготовлении ЭВВ.

На основании (10)-(12) определяем плотность ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола,

.

Учитывая, что = 1,06 г/см3; = 0,62 г/см3; = 1,6, выражение упрощается:

Значение в г/см3 равно

В уравнении (14) величина известна из паспорта на суспензионный полистирол, задается заказчиком (производителем ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола), зависит от технологии смешивания эмульсии с гранулами пенополистирола [2], задается взрывником-технологом, определяется химическим составом эмульсии.

На рис.1, 2 представлены зависимости плотности ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола, от коэффициента вспенивания гранул суспензионного полистирола при различных значениях и . При построении указанных зависимостей полагали, что используется матричная эмульсия следующего химического состава: - 75%; - 18%; топливная фаза - 7% (=1,33 г/см3), а величина =0,07 (соответствует показателям китайских фирм «Loyal Group» и «Wuxi Xingda»).

эмульсия химический взрывчатый

Рис.1. Зависимость плотности ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола, от величины коэффициента вспенивания гранул суспензионного полистирола при различных значениях отношения насыпного объема гранул пенополистирола к объему матричной эмульсии.

Рис.2. Зависимость плотности ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола, от величины коэффициента вспенивания гранул суспензионного полистирола при различных значениях воздушной пористости.

Выводы

эмульсия химический взрывчатый

На основании выполненных исследований получено выражение для определения плотности ЭВВ, с учетом массовой доли изопентана в суспензионном полистироле, коэффициента вспенивания, отношения насыпного объема гранул пенополистирола к объему матричной эмульсии при изготовлении ЭВВ, технологии смешивания эмульсии с гранулами пенополистирола и химического состава эмульсии.

Полученные результаты представляют интерес как для специалистов применяющих ЭВВ, сенсибилизированные гранулами пенополистирола, так и рассматривающих возможность их применения на своих предприятиях.

Литература

1. Павлов В.А. Пенополистирол. М.: Химия, 1973.- 239с.

2. Маслов И.Ю. Разработка технологии взрывной отбойки обводненных горных пород глубокими скважинами с применением эмульсионных взрывчатых веществ на основе пенополистирола / Дисс. на соиск. уч.степ. канд.техн. наук, спец. 25.00.20, М., ФГБОУ ВПО «Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе», 2013.- 158с.

3. Маслов И.Ю. Влияние размеров глобул эмульсии на детонационные характеристики ЭВВ при их сенсибилизации пластиковыми полимикросферами // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск).- 2011, № 12, с.3-9.- М., изд-во «Горная книга».

4.Горинов С.А., Маслов И.Ю. Влияние химического состава окислительной фазы эмульсии ЭВВ на взрывчатые характеристики при их сенсибилизации пластиковыми полимикросферами // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск).- 2011, № 12, с.9-16.- М., изд-во «Горная книга».

Размещено на Allbest.ru