Оценка характеристической плотности эмульсионного взрывчатого вещества, сенсибилизированного гранулами пенополистирола

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка характеристической плотности эмульсионного взрывчатого вещества, сенсибилизированного гранулами пенополистирола

И.Ю. Маслов

ООО «Глобал Майнинг Эксплозив - Раша», г.Москва

Разработана методика оценки образования в ЭВВ, сенсибилизированном гранулами пенополистирола, связной «гранульно-воздушной системы». Образование данных сквозных каналов в ЭВВ может приводить к смене механизма возбуждения ВВ, что нужно будет учитывать при разработке методики расчета детонационных параметров низкоплотных ЭВВ, сенсибилизированных гранулами пенополистирола.

Ключевые слова: ЭВВ, сенсибилизированное гранулами пенополистирола, связная «воздушно-гранульная система», характеристическая плотность.

Ранее выполненные исследования [1-3] показали, что детонационные показатели эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ), сенсибилизированных гранулами пенополистирола, при плотностях 0,9-1,15г/см3 существенно ниже, чем аналогичные показатели для ЭВВ, если его сенсибилизация осуществляется газовыми порами или стеклянными (пластиковыми) мономикросферами.

Показано, что при плотностях рассматриваемых ЭВВ более 0,75г/см3 (для ЭВВ с окислительной фазой на аммиачной селитре), возбуждение ВВ осуществляется вследствие разогрева в ударной волне вещества матричной эмульсии при втекании его в коллапсирующие поверхностные поры гранулы пенополистирола [3].

При плотностях ЭВВ, сенсибилизированном гранулами пенополистирола, менее 0,75г/см3 (для ЭВВ с окислительной фазой на аммиачной селитре) отмечены отклонения между расчетными и экспериментальными значениями скорости детонации [3].

Упомянутые низкоплотные ЭВВ с плотностью менее 0,75г/см3, сенсибилизированные гранулами пенополистирола, представляют значительный практический интерес для разработки высокомеханизированных технологий при проведении взрывных работ по заоткоске бортов карьеров и(или) добыче горных пород, содержащих ценные хрупкие включения вследствие:

1. ЭВВ, сенсибилизированные гранулами пенополистирола, позволяют формировать скважинный заряд практически не подверженный усадке под действием гидростатического давления (в пределах до 5-6 атм, что достаточно для практического использования);

2. Вследствие малых плотностей заряда следует ожидать низкий уровень давления взрывных газов в скважине, что снизит разрушительное действие заряда в горных породах.

Для объяснения отклонений расчетного и экспериментального значений скорости детонации при плотности ЭВВ, сенсибилизированном гранулами пенополистирола, менее 0,75г/см3 (для ЭВВ с окислительной фазой на аммиачной селитре) выдвинуты следующие положения:

a) при малой плотности рассматриваемого ЭВВ в нем образуется связная система «гранулы пенополистирола-воздушные поры»;

б) наличие сквозных каналов меняет механизм возбуждения ЭВВ (возбуждение низкоплотного ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола, будет осуществляться по механизму, предложенному В.В. Андреевым [4]).

Согласно [4], в низкоплотных ВВ возбуждение происходит под действием высокоэнтальпийного газового потока, фильтрующегося из области высокого давления. При этом химическая реакция происходит в форме поверхностного горения частиц ВВ, взаимодействующих с потоком газа.

В настоящей работе определяется критерий образования в ЭВВ, сенсибилизированном гранулами пенополистирола, связной системы «гранулы пенополистирола-воздушные поры». В этом случае, структуру ЭВВ можно представить в виде «тумана» из капелек матричной эмульсии, которые разделены друг от друга воздушными включениями и(или) малопрочными высокопористыми (90-98%) гранулами из вещества с акустической жесткостью близкой к акустической жесткости матричной эмульсии.

Введем следующие обозначения:

- средний радиус гранулы пенополистирола;

- среднее расстояние между центрами гранул;

- коэффициент упаковки ячеек ( отношение объема ячейки к объему шара радиуса );

- коэффициент воздушной пористости матричной эмульсии (воздух «подхватывается» системой в процессе смешения);

- коэффициент гранульной пористости;

- отношение насыпного объема гранул пенополистирола к объему матричной эмульсии;

- плотность ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола;

- плотность матричной эмульсии;

- насыпная плотность гранул пенополистирола.

Представим рассматриваемое ЭВВ в виде ансамбля из ячеек, содержащих одну гранулу пенополистирола и имеющих некоторый характерный размер . Тогда для гранульной пористости ЭВВ имеем:

. (1)

Обозначим через , , и - объемы ячейки, гранулы пенополистирола, матричной эмульсии и объем воздуха, содержащиеся в ячейке.

Тогда воздушная пористость эмульсии равна

. (2)

В случае низкоплотных ЭВВ гранулы пенополистирола сближены между собой ( лишь незначительно превосходит ), поэтому по аналогии заполнения пространства одинаковыми шарами [5,6], полагаем, что каждая ячейка будет окружена 8-ю соседними ячейками. В соответствии с принципами симметрии, полагаем, что основной объем воздуха ячейки будет находиться в 8-ми одинаковых пузырьках, прилипших к поверхности гранулы пенополистирола. Считая, что указанные пузырьки имеют форму полусфер и, учитывая, что , на основании (1), (2) определяем

, (3)

где - радиус прилипшего к поверхности гранулы пузырька воздуха.

Можно показать, что расстояние между гранулами

.

Тогда минимальная толщина слоя матричной эмульсии в промежутке между соседними гранулами будет равна

. (4)

Связная «гранульно-воздушной система» («сквозные каналы») возникает в случае соприкосновения воздушных пузырьков с поверхностями соседних гранул, т.е. при выполнении условия

 (5)

Найдем полезное соотношения между параметрами , , и .

Положим, что рассматриваемое ЭВВ получается из смешения гранул, имеющий некоторый насыпной объем , и объема матричной эмульсии . Объем собственно гранул найдется из уравнения: . Тогда, учитывая, что по определению , получаем

(6)

Для ячейки имеем очевидное равенство

(7)

Так как соотношение (6) определено для произвольных значений и , то оно выполняется и для величин , .

По определению

(8)

На основании (2), (6)-(8) определяем взаимосвязь между параметрами

, , и : (9)

Так как , то учитывая соотношение (9), оценочный критерий (5) можно представить в следующем удобном для технического анализа виде

(10)

Критерий (10) задает область возможных характеристических значений начальной плотности ЭВВ и отношения насыпного объема гранул пенополистирола к объему матричной эмульсии при данных значениях плотности матричной эмульсии , насыпной плотности гранул пенополистирола и коэффициента их упаковки , когда в ЭВВ образуется связная система «гранулы пенополистирола-воздушные поры».

Рис.1. Область образования «сквозных каналов» в ЭВВ с матричной эмульсией типа «Порэмит-1А».

Структура ЭВВ в этом случае представляется в виде «тумана» из капелек матричной эмульсии, разделенных друг от друга воздушными включениями и(или) малопрочными высокопористыми (90-98%) гранулами.

Рис.2. Область образования «сквозных каналов» в ЭВВ с матричной эмульсией типа «Украинит-ПП-2»

эмульсионный взрывчатый пенополистирол

На рис.1, 2 представлены области образования «сквозных каналов» в ЭВВ с матричной эмульсией типа «Порэмит-1А» ( =1,33 г/см3) и типа «Украинит-ПП-2» ( =1,48 г/см3) при =1,6 и различных значений насыпной плотности гранул пенополистирола. Верхняя ветвь графиков отражает ограничения на начальную плотность ЭВВ при минимальном допустимом по выполнению (10) значении воздушной пористости, а нижняя - при максимально возможно количестве «запертого» в ЭВВ воздуха. На основании опытов по газификации ЭВВ принимали, что максимально возможное значение «запертой» воздушной пористости в эмульсии составляет 30% (без добавления в матричную эмульсию специальных добавок, повышающих устойчивость эмульсионной пены), в противном случае будет происходить «усадка» ЭВВ с выделением из него излишков воздуха.

«Хвосты», исходящие из областей, где происходит образование связной «гранульно-воздушной системы» (см. рис.1,2), соответствуют областям, где произошло смыкание гранул пенополистирола, а эмульсия будет располагаться только в межузловом пространстве гранул.

Выводы

Разработана методика оценки образования в ЭВВ, сенсибилизированном гранулами пенополистирола, связной «гранульно-воздушной системы».

Образование данной системы приводит к возникновению «сквозных каналов» в ЭВВ, что приводит к смене механизма возбуждения ВВ. Последнее необходимо учитывать при разработке методики расчета детонационных параметров низкоплотных ЭВВ, сенсибилизированных гранулами пенополистирола.

Литература

1. Колганов Е.В., Соснин В.А. Эмульсионные промышленные взрывчатые вещества. 1-я книга (Составы и свойства). Дзержинск Нижегородской области, издательство ГосНИИ «Кристалл», 2009. 592 с.

2. Горинов С.А., Маслов И.Ю. Оценка детонационных параметров эмульсионных взрывчатых веществ, сенсибилизированных пластиковыми полимикросферами: Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). - 2011. - №7. - С. 53-63.- М.: Издательство «Горная книга».- 2011г.)

3. Маслов И.Ю. Повышение эффективности взрывной подготовки вмещающих горных пород на разрезах Кузбасса с применением эмульсионных взрывчатых веществ, сенсибилизированных гранулами пенополистирола / Дисс. на соиск. уч.степ. канд.техн. наук, спец. 25.00.20, М., РГГРУ им.С.Орджоникидзе, 2013.- 132с.

4. Андреев В.В., Ершов А.П., Лукьянчиков Л.А. Двухфазная низкоскоростная детонация пористого ВВ / ФГВ, 1979, т.15, №1, с.89-93.

5.Власов О.Е. Основы теории действия взрыва. М.: изд. ВИА, 1957.- 408с.

6.Крысин Р.С., Новинский В.В. Модели взрывного дробления горных пород.- Днепропетровск, АРТ-ПРЕСС, 2006.- 144с.

Размещено на Allbest.ru