Разработка рецептур эффективных и безопасных эмульсионных взрывчатых веществ, предназначенных для формирования скважинных зарядов на земной поверхности
Рассмотрение принципов разработки эффективных и безопасных патронированных эмульсионных взрывчатых веществ первого класса, предназначенных для ручного формирования скважинных зарядов на земной поверхности. Метод дробления динамического характера.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 14.04.2019 |
Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ОАО «НЦ ВостНИИ»
ГОУ ВПО «КузГТУ»
Разработка рецептур эффективных и безопасных эмульсионных взрывчатых веществ, предназначенных для формирования скважинных зарядов на земной поверхности
Ю.В. Варнаков канд. техн. наук,
П.И. Кушнеров д-р техн. наук,
Д.Н. Батраков научный сотрудник
К.А. Плешаков научный сотрудник
Аннотация
Рассматриваются принципы разработки эффективных и безопасных патронированных эмульсионных взрывчатых веществ I класса, предназначенных для ручного формирования скважинных зарядов на земной поверхности.
Ключевые слова: БЕЗОПАСНОСТЬ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА, ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ, ГРАНУЛИРОВАННЫЕ ВВ, ВОДОСОДЕРЖАЩИЕ ВВ, ЭМУЛЬСИОННАЯ МАТРИЦА, ЭМУЛЬСИОННЫЕ ВВ, ВОДОУСТОЙЧИВОСТЬ, РАБОТОСПОСОБНОСТЬ
Annotation
Working out of effective and safe emulsive explosives formula in-tended for formation of borehole charges on ground surface
Yu.V. Varnakov, P.I. Kushnerov, D.N. Batrakov, K.A. Pleshakov, K.Yu. Varnakov
Principles of effective and safe cartridge emulsive I class explosives working out intended for manual formation of borehole charges on ground surface are considered.
Key words: SAFETY, EFFICIENCY, EXPLOSIVES, BLAST WORKS, GRANULATED EXPLOSIVES, SLURRY EXPLOSIVES, EMULSIFYING MATRIX, EMULSION EXPLOSIVES, WATERRESISTANCE, WORKABILITY
Основная часть
Проблема оснащения открытых горнодобывающих предприятий водоустойчивыми взрывчатыми веществами (ВВ) I класса, предназначенными для формирования скважинных зарядов на земной поверхности и обладающими высокой работоспособностью в обводненных условиях применения, в том числе при наличии проточности грунтовых вод, а также другими высокими эксплуатационными показателями и показателями безопасности, остается до настоящего времени актуальной.
Несмотря на существование достаточно широкой номенклатуры водоустойчивых горячельющихся и водонаполненных ВВ, были разработаны и нашли широкое распространение в горнодобывающей промышленности более безопасные эмульсионные взрывчатые вещества.
Анализ составов эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) показывает, что в основном данные взрывчатые вещества представляют собой обратные эмульсии типа «вода в масле».
По концентрационному соотношению между диспергируемой фазой (водным раствором окислителя) и дисперсной средой (масляной или, иначе, топливной) все эмульсии можно условно разделить на разбавленные - с массовой долей раствора окислителя в составе эмульсии менее 1 %, концентрированные - до 74 % и высококонцентрированные - свыше 74 %. Эмульсии, используемые для изготовления смесевых ЭВВ, еще называют эмульсионными матрицами и относят их к высококонцентрированным эмульсиям с содержанием диспергируемой фазы от 80 до 95 %.
Внешний вид эмульсии (эмульсионной матрицы) под оптическим микроскопом представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 Вид эмульсионной матрицы под оптическим микроскопом
В технологии приготовления эмульсионных ВВ за рубежом наибольшее распространение нашел статический метод гомогенизации, где диспергирование жидкости достигается пропусканием через малые отверстия статического смесителя (до 10-8 м2) под высоким давлением, достигающим значения 3,5 · 107 Н/м2.
В отечественной практике для приготовления эмульсии взрывчатых веществ наиболее широко используется метод дробления динамического характера. эмульсионный взрывчатый скважинный заряд
Для приготовления эмульсии применяют перемешивающие устройства, имеющие достаточно высокую частоту вращения и обеспечивающие дробление диспергируемой фазы на мелкие капли, рассредоточивая их в дисперсной среде. При этом диаметр получаемых эмульсионных капель напрямую зависит от вязкости масляной (или топливной) среды, типа используемого эмульгатора (поверхностно-активного вещества) и частоты вращения перемешивающих устройств. Наиболее адаптированным к производству эмульсионных матриц, изготавливаемых на отечественной сырьевой базе, является аппарат эмульгирования (эмульсификатор) роторного типа, разработанный ФГУП «КНИИМ».
Размер частиц эмульсионной матрицы марки «эмуласт», изготовленной на роторном эмульсификаторе с применением эмульгатора марки РЭМ (ТУ 75 11903-631-93 [1]) и индустриального масла И-40А (ГОСТ 20799-88 [2]) при частоте вращения ротора 640 мин-1 представлен на рисунке 2.
%
Рисунок 2 Распределение размеров капель в эмульсионной матрице марки «эмуласт» при частоте вращения ротора эмульсификатора 640 мин-1
Чем меньше размер частиц (капель) эмульсионной матрицы, тем более равномерно распределены компоненты в объеме эмульсии, что, в свою очередь, влечет за собой наиболее полное протекание реакции взрывчатого превращения, а следовательно, наиболее полное выделение энергии взрыва и минимальное образование токсичных газов взрыва.
С увеличением частоты вращения ротора эмульсификатора до 2500 мин-1 диаметр частиц эмульсионной матрицы уменьшается практически вдвое. Наблюдается увеличение образования капель малого размера и в процентном соотношении. Распределение размеров капель в эмульсионной матрице при частоте вращения ротора 2500 мин-1 представлено на рисунке 3.
Рисунок 3 Распределение размеров капель в эмульсионной матрице марки «эмуласт» при частоте вращения ротора эмульсификатора 2500 мин-1
С увеличением частоты вращения ротора аппарата эмульгирования возникают и негативные последствия, такие, как повышение температуры изготовленной эмульсионной матрицы вследствие преобразования кинетической энергии вращения исполнительных органов эмульсификатора в тепловую. Уже при частоте вращения 1500 мин-1 температура изготовленной эмульсии превышает температуру плавления полиэтилена высокого давления, равную 130 - 140 оС, что технологически нецелесообразно и вызывает необходимость последующего охлаждения изготовленной эмульсии.
С точки зрения выполнения условия «необходимости и достаточности», использование аппаратов эмульгирования с частотой вращения исполнительных органов более 1000 мин-1 является нецелесообразным. В этом случае температура изготовленной эмульсионной матрицы достигает 95 оС, а количество капель эмульсии с размером менее 2,0 мкм составляет 85 - 87 %, что обеспечивает достаточно хорошую равномерность распределения компонентов в составе эмульсионной матрицы и продолжительность гарантийного срока хранения (ГСХ) в пределах 12 мес при температурах окружающей среды от - 50 до + 50 оС.
Для сенсибилизации эмульсионных ВВ, используемых для ведения взрывных работ скважинными зарядами на земной поверхности, в России наиболее широкое применение нашел способ химической газификации составов с помощью газогенерирующих добавок - веществ, вступающих в химическую реакцию с одним или несколькими компонентами с выделением в результате данной реакции микроскопических пузырьков инертных газов, повышающих чувствительность ЭВВ к инициирующему (взрывному) импульсу.
Дополнительного уменьшения размеров капель эмульсионной матрицы без увеличения частоты вращения роторов аппаратов эмульгирования можно добиться применением индустриальных масел пониженной вязкости. Так, например, масло индустриальное марки И-30А по ГОСТ 20799-88 в сравнении с индустриальным маслом И-40А имеет кинематическую вязкость при температуре 40 оС, меньшую примерно в 1,5 раза [2].
Известны также составы эмульсионной матрицы, изготовленные с применением дизельного топлива (ДТ) по ГОСТ 305-82 [3]. Основной целью замены индустриальных масел на ДТ является удешевление изготавливаемых эмульсий. Однако снижение вязкости топливной фазы приводит и к снижению водоустойчивости эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ), особенно в условиях фильтрации грунтовых вод, к частичному вымыванию заряда ЭВВ, к потере его детонационной способности в условиях глубоких скважин (более 10 м) за счет слияния микроскопических газовых пузырьков между собой и их выдавливания из колонки взрывчатого вещества, особенно в нижних слоях заряда. Применение эмульсионных матриц, изготовленных на дизельном топливе, приводит к ограничению времени нахождения ЭВВ во взрывной скважине и является причиной неполноты детонации зарядов и их отказов.
Если отвлечься от структуры эмульсионных ВВ, то, в принципе, они представляют собой не что иное, как игданит (сухая смесь аммиачной селитры и жидкого нефтепродукта). Наличие воды в составах эмульсионных матриц приводит к снижению тротилового эквивалента ЭВВ. С уменьшением массовой доли воды в составе ЭВВ увеличивается его тротиловый эквивалент. Однако, с другой стороны, при уменьшении массовой доли воды в составе эмульсионных матриц уменьшается пластичность эмульсионного взрывчатого вещества.
Зависимость работоспособности ЭВВ от массовой доли воды в составе эмульсионной матрицы можно проследить на примере эмуласта АС-30ФП (ТУ 7276-014-16359200-2004 [4]), разработанного сотрудниками ОАО «НЦ ВостНИИ», при его испытании на бризантность в стальных кольцах. Оценка бризантности ЭВВ осуществлялась по обжатию стандартного свинцового цилиндра по ГОСТ 5984-99 [5]. Результаты исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты испытаний на бризантность эмуласта АС-30ФП в зависимости от массовой доли воды в составе его эмульсионной матрицы
№ п/п |
Массовая доля воды, % |
Плотность эмульсии, г/см3 |
Плотность эмуласта АС-30ФП, г/см3 |
Бризантность, мм |
|
1 |
20,1 |
1,41 |
1,38 |
12,5 |
|
2 |
20,1 |
1,40 |
1,37 |
12,2 |
|
3 |
16,6 |
1,38 |
1,33 |
19,0 |
|
4 |
16,2 |
1,37 |
1,31 |
19,2 |
|
5 |
16,2 |
1,37 |
1,34 |
18,8 |
|
6 |
16,2 |
1,37 |
1,33 |
18,9 |
|
7 |
16,2 |
1,36 |
1,33 |
18,9 |
|
8 |
16,2 |
1,36 |
1,30 |
19,9 |
|
9 |
16,2 |
1,36 |
1,31 |
19,5 |
|
10 |
16,2 |
1,37 |
1,31 |
19,3 |
|
11 |
16,2 |
1,37 |
1,29 |
19,9 |
|
12 |
16,2 |
1,37 |
1,29 |
19,2 |
|
13 |
14,7 |
1,31 |
1,27 |
20,4 |
|
14 |
14,7 |
1,31 |
1,28 |
20,2 |
Из представленных сведений видно, что работоспособность эмуласта АС-30ФП прямо пропорционально зависит от плотности самого ЭВВ и массовой доли воды в составе эмульсионной матрицы. Для обеспечения текучести ЭВВ при его заряжании и для предотвращения застревания патронов ЭВВ во взрывных скважинах массовая доля воды в составе эмуласта АС-30ФП должна составлять менее 15,0 %.
Для повышения тротилового эквивалента взрыва эмуласта АС-30ФП, а также в качестве технологической добавки, позволяющей осуществлять взрывание сульфидсодержащих руд, стабилизировать эмульсию во времени и предотвратить ее разложение и перекристаллизацию, произведено введение карбамида по ГОСТ 2081-92 [6] марок А и Б или их смеси в любых соотношениях. При этом карбамид должен быть изготовлен без кондиционирующих добавок или с кондиционирующей добавкой из карбамидформальдегидной смолы. Массовая доля карбамида в эмульсионной матрице эмуласта АС-30ФП - 5,0 %.
Дополнительно для «искусственного» уменьшения массовой доли воды в состав эмуласта АС-30ФП введена добавка гранулированной аммиачной селитры массой до 30 %. Вследствие выполненных действий массовая доля воды в готовом взрывчатом веществе не превышает 11,0 %, что увеличивает работоспособность взрывчатого вещества. Снижение массовой доли воды в составе эмульсионного ВВ эмуласт АС-30ФП тем не менее позволило сохранить показатели безопасности ЭВВ на низком уровне за счет отсутствия в составе индивидуальных взрывчатых веществ, а также за счет добавки гранулированной аммиачной селитры по ГОСТ 2-85 [7]. Показатели промышленной безопасности эмуласта АС-30ФП представлены в таблице 2.
Таблица 2
Показатели промышленной безопасности эмуласта АС-30ФП
Наименование показателя |
Значение показателя |
|
Скорость детонации заряда в стальной трубе диаметром 60 х 3 мм, км/с |
4,4…4,6 |
|
Чувствительность к удару по ГОСТ 4545-88 [8]: нижний предел в приборе 2, мм частость взрывов в приборе 1, % |
? 500 0 |
|
Чувствительность к трению при ударном сдвиге на приборе К-44-3 по ГОСТ Р 50835-95 [9]: нижний предел, МПа (кгс/см2) |
~ 294 (3000) |
|
Чувствительность к инициирующему импульсу ЭД, КД, ДШ |
Не чувствителен |
|
Критический диаметр детонации в стальной оболочке, мм |
40…..50 |
|
Объем токсичных составляющих газообразных продуктов взрыва (в пересчете на условный оксид углерода), л/кг |
? 30…50 |
Для обеспечения возможности транспортирования ЭВВ на дальние расстояния, превышающие 1000 км, а также для осуществления доставки ЭВВ на горнодобывающие предприятия, расположенные в районах Крайнего Севера и приравненных к ним, широкое распространение в отечественной практике нашло патронирование эмульсионных ВВ в полиэтиленовые оболочки различного диаметра с последующей упаковкой в транспортную тару. Транспортная тара, представляющая собой ящики из гофрированного картона, обеспечивает сохранность патронов в процессе транспортирования всеми видами транспорта, а также в процессе хранения патронов эмульсионных ВВ в условиях базисных и расходных складов.
Совокупность продуманных технологических решений инженерно-технического персонала специализированных предприятий-изготовителей промышленных ВВ, оптимальный выбор компонентов и их массовых долей в составах патронированных эмульсионных взрывчатых веществ, разработанных сотрудниками лаборатории безопасности взрывных работ ОАО «НЦ ВостНИИ», таких как эмульсионный состав АС-25П (ТУ 7276-066-00173769-2008 [10]), изготавливаемый ОАО «Промсинтез» (г. Чапаевск, Самарской обл.) в объеме 22,0 - 25,0 тыс. т/год, и эмуласт АС-30ФП (ТУ 7276-014-16359200-2004), изготавливаемый несколькими предприятиями, в том числе ОАО «Калиновский химический завод» (пос. Калиново, Свердловской обл.) в объеме 8,0 - 10,0 тыс. т/год, а также ФГУП «Производственное объединение «Прогресс» (г. Кемерово) в объеме 8,0 - 10,0 тыс. т/год и ФГУП «Дальневосточное объединение «Восход» в объеме 14,0 - 16,0 тыс. т/год, позволили в значительной мере удовлетворить спрос горнодобывающих предприятий России на эффективные эмульсионные взрывчатые вещества, предназначенные для формирования скважинных зарядов на земной поверхности.
Библиографический список
1. ТУ 75 11903-631-93. Эмульгатор полимерный «РЭМ». Технические условия.
2. ГОСТ 20799-88. Масла индустриальные. Технические условия.
3. ГОСТ 305-82. Дизельное топливо. Технические условия.
4. ТУ 7276-014-16359200-2004. Вещества взрывчатые промышленные. Эмуласт АС-30ФП. Технические условия.
5. ГОСТ 5984-99. Вещества взрывчатые. Метод определения бризантности.
6. ГОСТ 2081-92. Карбамид. Технические условия.
7. ГОСТ 2-85. Селитра аммиачная. Технические условия.
8. ГОСТ 4545-88. Вещества взрывчатые бризантные. Методы определения характеристик чувствительности к удару.
9. ГОСТ Р 50835-95. Вещества взрывчатые бризантные. Методы определения характеристик чувствительности к трению при ударном сдвиге.
10. ТУ 7276-066-00173769-2008. Вещества взрывчатые промышленные. Эмульсионный состав АС-25П. Технические условия.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Способы возбуждения взрыва при инициировании зарядов взрывчатых веществ. Виды взрывчатых веществ для изготовления средств инициирования. Технология огневого и электроогневого инициирования. Характеристика промышленных электродетонаторов и шнуров.
презентация [10,7 M], добавлен 23.07.2013Характеристика особенностей осуществления подъема и перемещения груза в поперечном направлении. Описания мостовых опорных кранов. Анализ механизмов, предназначенных для подъема людей, расплавленного и раскаленного металла, ядовитых и взрывчатых веществ.
презентация [21,6 M], добавлен 09.10.2013Устройство скважинных насосов различных типов, область использования, минимальное заглубление. Особенности эксплуатации скважинных насосных установок. Электродвигатели, применяемые для трансмиссионных насосов. Сводный график их напорных характеристик.
реферат [1,6 M], добавлен 13.12.2013Основные виды каучуков. Технологии и производство, полимеризация. Физические характеристики эмульсионных бутадиен-стирольных каучуков с различным содержанием стирольных звеньев, свойства вулканизаторов эмульсионных бутадиен-метилстирольных каучуков.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 30.01.2011Решение задач контроля и регулирования нефтяных месторождений с помощью глубинных манометров. Требования к глубинным манометрам. Необходимость и особенности измерения температуры. Недостатки скважинных термометров. Необходимость измерения расхода.
контрольная работа [327,0 K], добавлен 15.01.2014Анализ применения штанговых скважинных насосных установок (ШСНУ) в современных условиях. Схема устройства ШСНУ, расчет, подбор оборудования. Скважинные штанговые насосы, их назначение и рекомендуемая сфера применения. Характеристика работы насосных штанг.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 19.01.2016Разработки по созданию трехмерных измерительных систем на основе профилографа-профилометра. Методы расчета параметров шероховатости на основе трехмерного измерения микротопографии поверхности. Методика преобразования трехмерного отображения поверхности.
контрольная работа [629,0 K], добавлен 23.12.2015Выбор взрывчатого вещества, способа взрывания и средств инициирования зарядов. Составление схемы составления шпуров. Выбор буровых машин и бурового инструмента. Очередность взрывания зарядов и расстановка электродетонаторов по замедлениям. Смотр забоя.
курсовая работа [390,9 K], добавлен 21.10.2014Построение искробезопасных цепей. Основные способы управления оборудованием, расположенным во взрывоопасной зоне и предназначенным для применения в производстве промышленных взрывчатых веществ. Дистанционное управление технологическим оборудованием.
статья [5,5 M], добавлен 17.01.2011Изучение устройства электрических схем, применяемых источников тока для инициирования зарядов взрывчатого вещества. Назначение, область применения, основные узлы и техническая характеристика источников тока. Отработка приемов работы с взрывной машиной.
методичка [300,5 K], добавлен 30.04.2014Химические и физико-химические методы модифицирования поверхности алмазных материалов. Разработка процесса модификации поверхности наноалмазов детонационного синтеза с целью их гидрофобизации и совместимости с индустриальными и автомобильными маслами.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 17.12.2012Неровности поверхности, высотные параметры. Магнитный и визуально-измерительный метод контроля параметров профиля шероховатости. Теория светорассеяния, интегрирующая сфера и метод Тейлора. Применение мезооптических систем к анализу рассеянного излучения.
дипломная работа [481,0 K], добавлен 14.04.2013Снижение массы шатуна. Анализ условия работы распылителя. Технические требования на изготовление распылителей. Биение запирающей поверхности относительно оси цилиндрической поверхности. Действия гидравлических нагрузок. Параметр шероховатости поверхности.
презентация [149,2 K], добавлен 08.12.2014Обзор особенностей строения дробилок, предназначенных для измельчения горных и каменных пород. Классификация дробильных машин по механико-конструктивным признакам и методу дробления камня: щековые, конусные, валковые, молотковые, центробежные, самоходные.
реферат [29,9 K], добавлен 07.04.2015Профиль, параметры и методы измерения шероховатости поверхности. Использование профилометра PS1 компании Mahr (Германия) для измерения неровностей. Оптический метод светового сечения. Принцип деяния интерферометров, растровых и окулярных микроскопов.
презентация [529,5 K], добавлен 26.02.2014Проектирование проведения подземной горной выработки. Расчёт основных параметров буровзрывных работ. Выбор типа взрывчатых веществ. Определение глубины и диаметра шпуров. Составление паспорта буровзрывных работ. Способ, условия и показатели взрывания.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 04.01.2016Традиционные способы очистки поверхности от загрязнений, их недостатки. Взаимодействие лазерного излучения с материалом, параметры, влияющие на эффективность очистки. Лазерная очистка поверхности, управление процессом в реальном масштабе времени.
презентация [555,3 K], добавлен 19.02.2014История развития мер и измерительной техники. Основные единицы системы измерений. Классификация видов измерений, механические средства для их проведения. Применение щуповых приборов для определения параметров шероховатости поверхности контактным методом.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 16.04.2014Характеристика видов деятельности ОАО "Северсталь". Рассмотрение способов десульфурации чугуна. Этапы расчета электроэнергии на нагрев стали. Особенности разработки мер по обеспечению безопасных условий труда. Анализ печи для переплава карналлита.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 14.10.2012Определение объемного расхода дымовых газов при условии выхода. Расчет выбросов и концентрации золы, диоксита серы и азота. Нахождение высоты дымовой трубы, решение графическим методом. Расчет максимальной концентрации вредных веществ у земной коры.
контрольная работа [88,3 K], добавлен 29.12.2014