Технико-экономическое обоснование выбора эмульсионного взрывчатого вещества, сенсибилизированного гранулами пенополистирола, при открытых горных работах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технико-экономическое обоснование выбора эмульсионного взрывчатого вещества, сенсибилизированного гранулами пенополистирола, при открытых горных работах

Маслов И.Ю.

В работе [1] показано, что, если при открытой добыче горных пород средней и ниже средней крепости используются скважинные заряды ВВ длиной более 20 метров, то эффективно применение эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ), сенсибилизированных гранулами пенополистирола (далее - эмульпорами). Это связано с тем, что при применении для отбойки горных пород наиболее дешевых и, соответственно, наиболее распространенных ЭВВ, сенсибилизированных газовыми пузырьками, в нижней части скважинного заряда из-за уменьшения размеров газовых пор происходит уплотнение ЭВВ, снижающее чувствительность и затрудняющее протекания полноценной детонации, а при использовании эмульпоров данных явлений не наблюдается.

При создании ЭВВ, как правило, применяются окислители трех видов [2]: а) на основе монораствора аммиачной селитры, б) на основе бинарного раствора аммиачной и натриевой селитр, в) на основе бинарного раствора кальциевой и аммиачной селитр. В работе [1] изучены случаи применения эмульпоров, окислительная фаза эмульсии которых представлена монораствором аммиачной селитры, во взрывных скважинах диаметром 200-250 мм.

Анализ современных тенденций повышения эффективности буро-взрывных работ при открытой добыче полезных ископаемых показывает, что наблюдается расширение области применения скважин уменьшенного диаметра (100-160мм) [3]. По аналогии можно предположить, что при отбойке обводненных горных пород средней и ниже средней крепости глубокими скважинами уменьшенного диаметра целесообразно использовать эмульпоры. Известно [4-6], что химический состав окислительной фазы ЭВВ оказывает существенное влияние на детонационные характеристики ЭВВ. Однако неясным остается вопрос о химическом составе окислительной фазы эмульсии, используемой при создании эмульпоров при использовании скважин уменьшенного диаметра, так как в работе [5] не оценивалась работоспособность эмульпоров. Известно, что в случае применения ЭВВ, сенсибилизированных газовыми пузырьками, ЭВВ на базе бинарного раствора аммиачной и кальциевой селитр имеют работоспособность не ниже, чем ЭВВ на основе монораствора аммиачной селитры и на основе бинарного раствора аммиачной и натриевой селитр, но при этом они имеют существенно меньшие значения предельного диаметра [6].

Поэтому решение научно-технической задачи - обоснование оптимальных химических составов эмульпоров, обеспечивающих улучшение технико-экономических показателей при производстве массовых взрывов на карьерах в скважинах глубиной до 50 м в скважинах различного диаметра, является актуальной задачей с точки зрения совершенствования технологии взрывных работ.

В настоящей работе представлены результаты численных экспериментов, основанных на схеме, изложенной в [7, 8].

Результаты расчетов скорости детонации, предельного диаметра безоболочечного заряда и коэффициентов относительной работоспособности при различной плотности и химическом составе эмульпоров представлены в табл.1-3.

В качестве критериев относительной работоспособности использовали эмпирические критерии Кукиба Б.Н. [9], Лангефорса У. [10], Вайнштейна Б.И. [11].

При расчете относительной работоспособности ЭВВ термодинамические параметры, характеризующие аммонит №6ЖВ, заимствовали из работы [12].

Сравнивались эмульпоры, имеющие базисную эмульсию следующих химических составов: №1- NH4NO3 - 76, 0%, H2O - 18, 0%, топл.фаза - 6, 0%; №2 - NH4NO3 - 60, 3%, Ca(NO3)2 - 15, 0%, H2O- 18, 0%, топл. фаза - 6, 7%; №3 - NH4NO3 - 60, 6%, NaNO3 - 15, 0%, H2O - 18, 0%, топл. фаза - 6, 4%.

При выполнении расчетов полагали, что диаметр гранул пенополистирола - 3 мм, а пор в этих гранулах при насыпной плотности 0, 035-0, 05 г/см3 - 160 мкм [13] ; воздушная пористость смешения при механическом смешении: =0, 05. Химический состав эмульсии указан в подрисуночных надписях. Размер глобул эмульсии принимали равным 4 мкм [13].

Табл. 1. Расчетные значения коэффициента относительной работоспособности для состава №1.

Табл. 2. Расчетные значения коэффициента относительной работоспособности для состава №2.

Табл. 3. Расчетные значения коэффициента относительной работоспособности для состава №3.

Зависимости показателя экономичности от плотности ЭВВ при различных по химической природе окислительных фазах представлены на рис.1. Величина массовой доли эмульгатора марки РЭМ в составе матричной эмульсии принималась равной 0, 8% от массы матричной эмульсии.

Расчет показателя экономичности ЭВВ осуществлялся без учета коммерческих наценок по нижеприведенным формулам (1), (2). При определении величины полагали, что объем отбиваемой горной породы пропорционален относительному коэффициенту работоспособности ЭВВ

.

, (1)

где . (2)

Из анализа (1) следует, что с уменьшением экономическая эффективность возрастает.

Рис. 1. Зависимости показателя экономичности от плотности ЭВВ и химической природы окислительной фазы эмульсии.

Обозначения, принятые в (1) и (2): , , , , , - стоимости на месте производства ЭВВ аммиачной, кальциевой, натриевой селитр, жидкого топлива, эмульгатора и технической воды, соответственно, р/кг; - стоимость на месте производства ЭВВ гранул пенополистирола, р/м3; - стоимость бурения 1 п.м. скважины диаметром , р/м; - длина заряда, м; - высота уступа, м; - глубина перебура, м; , , , , , - массовые доли общей топливной фазы, эмульгатора, аммиачной, кальциевой, натриевой селитр и технической воды; - объемная доля гранул пенополистирола при создании ЭВВ; - удельные общехозяйственные и энергетические расходы при производстве ЭВВ, р/кг; - плотность заряжания, кг/м3; - коэффициент относительной работоспособности. Приведенные на рис.1 зависимости показателя экономичности построены на основании осредненных технико-экономических показателей, характерных для Кузбасса в 2012г.

Анализ данных, представленных в табл.1-3, показывает, что при скорость детонации эмульпоров меняется в широком диапазоне (от 3350 до 4500 м/c) в зависимости от их плотности и химического состава. При этом коэффициент относительной работоспособности ЭВВ изменяется также в широком диапазоне - от 0, 6 до 0, 9. Учитывая величину предельного диаметра, можно сделать следующие выводы.

Технико-экономическая оценка эффективности применения эмульпоров показала, что:

- при применении скважинных зарядов диаметром 200-250 мм и более, целесообразно использование эмульпоров с окислительной фазой из аммиачной селитры. При этом их плотность желательна в диапазоне 1, 05-1, 10 г/см3 ;

- при применении скважинных зарядов диаметром 100-160 мм целесообразно окислительную фазу эмульпоров готовить на основе аммиачной и кальциевой селитр, т.к. данные ЭВВ имеют существенно меньший предельный (соответственно- критический) диаметр (рис.4-6). Рекомендуемая плотность заряжания - 1, 10-1, 15 г/см3.

- эмульпоры с окислительной фазой на основе аммиачной и натриевой селитр обладают меньшей разрушительной силой (работоспособностью) по сравнению с другими, рассматриваемыми в настоящей работе эмульпорами (при одинаковой плотности заряжания). Поэтому, если применяются скважинные заряды диаметром 150 мм и более, то данные эмульпоры целесообразно применять при отбойке обводненных горных пород с низкой устойчивостью уступов и(или) при содержании в разрушаемой среде ценных хрупких включений. Рекомендуемая плотность заряжания - 1, 0-1, 05 г/см3.

Полученные результаты представляют интерес при проектировании и ведении взрывных работ.

детонация химический горный эмульпор

Литература

1. Маслов И.Ю. Разработка технологии взрывной отбойки обводненных горных пород глубокими скважинами с применением эмульсионных взрывчатых веществ, сенсибилизированных гранулами пенополистирола // Автореферат дис. на соискание уч.степени канд.техн.наук, Москва, 2013.- С.23.

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

3. Перспективность применения скважин малого диаметра при взрывании скальных и полускальных горных пород на карьерах и угольных разрезах.

Секисов Г. В., Викторов С. Д., Мирошников В. И. и др.// В сб. трудов Четвертой международной конференции 18-22 октября 2004 г., Москва.- ИПКОН РАН, 2005, С.225-230.

4.Влияние химической природы окислителя на детонационные характеристики ЭВВ. Горинов С.А., Куприн В.П., Коваленко И.Л., Собина Е.П.// В кн.: Развитие ресурсосберегающих технологий во взрывном деле. III Уральский горно-промышленный форум.- Екатеринбург, 2010 C.191-201.

5. Горинов С.А., Маслов И.Ю. Влияние химического состава окислительной фазы эмульсии ЭВВ на взрывчатые характеристики при их сенсибилизации пластиковыми полимикросферами // Отдельные статьи Горн.инфор.-аналит. Бюлл. - 2011.-№12.- С.9-16.

6. Горинов С.А., Куприн В.П., Савченко Н.В. Выбор химического состава окислительной фазы эмульсионных взрывчатых веществ для отбойки крепких горных пород скважинами уменьшенного диаметра // Вестник Кременчугского национального университета имени Михаила Остроградского, 2012, №5, с.56-60.

7. Горинов С.А., Маслов И.Ю. Оценка детонационных параметров эмульсионных взрывчатых веществ сенсибилизированных пластиковыми полимикросферами. // Отдельные статьи Горн.инфор.-аналит. Бюлл. - 2011.-№7.- С.53-63.

8. Кутузов Б.Н., Горинов С.А. Физико-технические основы создания эмульсионных и гранулированных ВВ и средств их инициирования. // Отдельные статьи Горн.инфор.-аналит. Бюлл. - 2011.-№7.- С.34-52.

9. Афанасенков А.Н., Котова Л.И., Кукиб Б.Н. О работоспособности промышленных взрывчатых веществ // Физика горения и взрыва, 2001. Т.37. №3.- с.115-125.

10. Johansson C.H., Langefors U. Methods of physical characterization of explosives // Proc.of the 36^th Intern.Congress on Industrial Chemistry. Brussels. 1972. V.III. P.610.

11. Вайнштейн Б.И., Чернов К.С., Песоцкий М.К. Анализ методов определения работоспособности. Взрывное дело №84/41.. М.: Недра, 1982.- с.75-83.

12. Шведов К.К., Дремин А.Н. О параметрах детонации промышленных ВВ и их сравнительной оценке. Взрывное дело, № 76/33. М.: Недра, 1976. с.137-150.

13. Горинов С.А., Маслов И.Ю., Собина Е.П. Исследование структуры эмульпоров // Отдельные статьи Горн.инфор.-аналит. Бюлл. - 2011.-№9.- С.3

Размещено на Allbest.ru