Содержание к диссертации
Введение
1 .Состояние вопроса. задачи и методы исследований 9
1.1. Гидрологические и климатические условия отработки Хибинских месторождений 9
1.2. Виды взрывчатых веществ изготавливаемых на местах применения и перспективы их совершенствования 15
1.3. Задачи и методы исследований 30
Выводы 31
2. Исследование особенностей протекания процесса газификации эмульсии 33
2.1. Исследование зависимости рН раствора окислителя от влияния слабых органических кислот 33
2.2. Исследование влияния расхода органической кислоты и раствора газогеперируїощей добавки на скорость газификации эмульсии 35
2.3. Исследование процесса остывания заряда ЭВВ в различных гидрогеологических условиях 41
2.4. Исследование свойств различных эмульгаторов 42
Выводы 52
3. Разработка новых эмульсионных вв с учетом специфики их применения в условиях крайнего севера 53
3.1. Разработка технологии изготовления эмульсионного ВВ амфорэм АП 53
3.2. Промышленные испытания ЭВВ амфорэм АП 62
Выводы 65
4. Исследование влияния изменения объемной концентрации энергии взрыва, на процесс взрывной отбойки 66
4.1. Исследование взаимного влияния гидростатического давления и температуры на вели
чину плотности заряда эмульсионного ВВ в скважине 66
4.2 Исследование газовой вредности и детонационных характеристик при различных плотностях эмульсионных ВВ 73
4.3 Исследование возможности повышения эффективности взрывной отбойки 80
4.4. Расчет экономического эффекта от внедрения эмульсионного ВВ амфорэм АП на карьерах Хибинских месторождений 97
Выводы 106
Заключение 107
Список литературы
- Виды взрывчатых веществ изготавливаемых на местах применения и перспективы их совершенствования
- Исследование влияния расхода органической кислоты и раствора газогеперируїощей добавки на скорость газификации эмульсии
- Промышленные испытания ЭВВ амфорэм АП
- Исследование газовой вредности и детонационных характеристик при различных плотностях эмульсионных ВВ
Введение к работе
В настоящее время в нашей стране и за рубежом для отбойки горных пород увеличиваются объемы применения эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) ввиду полной механизации их приготовления и заряжания, высокой водоустойчивости, низкой себестоимости и отсутствия в составе опасных и дорогих индивидуальных взрывчатых веществ.
ФГУП ТосНИИ "Кристалл", первый в СССР и Российской Федерации, разработал концепцию производства на местах применения безопасных и более экологически чистых промышленных эмульсионных взрывчатых веществ. С 1988 года в промышленную эксплуатацию введено 10 установок по получению отечественных эмульсионных взрывчатых веществ порэмитов, в том числе и на ОАО «Апатит», и использовано при добыче полезных ископаемых более 500 000 тонн ЭВВ. Другим ведущим разработчиком и производителем ЭВВ в России является ЗАО "Нитро Сибирь", которое с 1990 г. занимается разработкой рецептур, технологии изготовления и применения эмульсионных ВВ, а также проектированием, строительством и эксплуатацией комплексов по их производству. Указанные ВВ выпускаются под промышленной маркой "Сибирит" и предназначены для эффективного применения практически в любых горнотехнических условиях. К настоящему времени ЗАО "Нитро Сибирь" построены и успешно эксплуатируются четыре комплекса с общей мощностью свыше 200000 т/год. Немаловажным является и тот факт, что для производства порэмита и сибирита используются исключительно отечественное сырье и материалы.
Опыт использования эмульсионных ВВ на рудниках ОАО "Апатит" показал высокую эффективность их применения. Но при применяемой технологии ведения взрывных работ массив горных пород подвергается интенсивным динамическим нагрузкам, что сопровождается значительными разрушениями законтурной части скального массива, общим и местным ослаблением его прочности в зоне действия взрыва. Обуривание блока в таких условиях, особенно при большом водопритоке, приводит к падению производительности бурения, обрушению скважин и их потерям, что вынуждает вести зарядку вслед за бурением. Потеря скважин также приводит к дополнительным затратам на бурение и повышенному выходу негабарита.
В применяемых ЭВВ процесс газификации наиболее полно протекает при температуре эмульсии 80-60°С в течении 30-40 минут после введения газогенерирующей добавки. Длительное нахождение смесителыю-зарядной машины на блоке и заряжание обводненных скважин при низких температурах приводит к быстрому остыванию эмульсии в скважине, в результате чего нарушается процесс газификации. Этот фактор ограничивает применение эмульсионных ВВ и при проведении съездов, где применяются укороченные скважины. Поэтому сложные горные, гидрогеологические, а также климатические условия отработки Хибинских апатит-нефелиновых месторождений требуют разработки новых составов ЭВВ, обеспечивающих быстрый процесс газификации эмульсии с сохранением взрывчатых характеристик ВВ, совершенствования технологии ведения взрывных работ с целью снижения законтурных нарушений на рабочих блоках и расширения условий применения эмульсионных ВВ.
Целью работы является совершенствование технологии взрывных работ с использованием разработанных составов ЭВВ в сложных гидрогеологических и климатических условиях Хибинских месторождений для повышения эффективности скважинной отбойки и снижения законтурных нарушений с обоснованием способов для ее реализации.
Основная идея работы заключается в использовании для приготовления эмульсии эмульгаторов, способствующих процессу газификации в широком температурном диапазоне без введения закисляющнх добавок, и выборе значений объемной концентрации энергии зарядов ЭВВ, обеспечивающих снижение уровня динамического воздействия на законтурный массив.
Задачи исследований.
1. Выявить факторы, влияющие на процесс газификации эмульсии в скважинах в сложных горных, гидрогеологических, а также климатических условиях отработки Хибинских апатит-нефелиновых месторождений.
2. Разработать и исследовать новые рецептуры эмульсионных ВВ и произвести экспериментальную оценку их детонационных характеристик.
3. Определить условия применения разработанных составов эмульсионных ВВ и отработать технологию заряжания скважин эмульсионными ВВ с различной плотностью.
4. Обосновать технологию ведения взрывных работ в сложных гидрогеологических и климатических условиях Хибинских месторождений с использованием разработанных ВВ.
Методы исследований включают аналитические методы расчета энергетических и детонационных характеристик ВВ, стандартные статистические методы обработки экспериментальных данных, методы подобия при моделировании процессов в лабораторных условиях, методы физико-химических исследований, методы определения скорости детонации в полигонных и полевых условиях, лабораторные исследования и промышленные испытания.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Использование эмульгаторов с низким значением рН при непрерывном цикле производства окислителя позволяет расширить температурный диапазон устойчивой газификации эмульсионных ВВ с 80 до 20°С без введения закисляющих добавок в раствор окислителя.
2. Достижение заданных значений объемной концентрации энергии скважинного заряда при газовой сенсибилизации эмульсионного ВВ регламентируется воздействием гидростатического давления, температурой ЭВВ и временем до окончания момента газификации.
3. Технология взрывных работ, базирующаяся на использовании разработанных ЭВВ с оптимальными параметрами их применения, обеспечивает необходимую степень дробления горных пород и снижение законтурных нарушений в тыльную часть массива.
Научная новизна работы:
1 .Установлено, что использование нового эмульгатора «амфора» обеспечивает приготовление стабильной эмульсии при непрерывном цикле производства окислителя и позволяет ускорить процесс газификации в скважинах при температуре эмульсии от 80 до 20°С без введения закисляющих добавок в раствор окислителя.
2. Установлены параметры изменения плотности эмульсионного состава от величины гидростатического давления и температуры для различных глубин скважин в зависимости от исходной плотности заряжания.
3. Экспериментально определена скорость детонации эмульсионных ВВ в зависимости от плотности заряжания скважин и определены условия надежного взрывания зарядов эмульсионного ВВ.
4. На основе универсального эмульгатора "амфора" разработано новое эмульсионное ВВ -амфорэм АП и технологические режимы его изготовления и заряжания.
5. Разработана технология взрывных работ, базирующаяся на использовании разработанных ЭВВ с оптимальными параметрами их применения, которая обеспечивает необходимую степень дробления горных пород и снижение законтурных нарушений в тыльную часть массива.
6. Доказана возможность применения разработанного эмульсионного ВВ - амфорэм АП в "коротких" скважинах в условиях действия отрицательных температур, что значительно расширяет условия его применения.
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований и разработке методик исследований, в проведении расчетов детонационных характеристик эмульсионных ВВ, в выполнении экспериментального изучения зависимости плотности эмульсионных ВВ от гидростатического давления, температуры и рН, в планировании, организации и проведении промышленных испытаний, в расчете экономической эффективности применения эмульсионных ВВ на карьерах Хибинских месторождений.
Достоверность научных результатов подтверждается значительным объемом проанализированной и полученной информации, удовлетворительной сходимостью лабораторных и полигонных экспериментов с данными промышленных испытаний, корректным выбором методов измерений, использованием современной измерительной аппаратуры с высокой помехоустойчивостью и разрешающей способностью, практикой использования результатов исследований на предприятиях Кольского горнопромышленного комплекса.
Практическое значение работы:
На основе универсального эмульгатора "амфора" разработано новое эмульсионное ВВ -амфорэм АП, технические условия, технологические режимы изготовления и заряжания, организовано его промышленное производство, что позволило повысить безопасность производства работ при ведении зарядки вслед за бурением и сократить объемы применения штатных ВВ на открытых горных работах.
Разработана технология взрывных работ, базирующаяся на использовании разработанных ЭВВ с оптимальными параметрами их применения, которая обеспечивает необходимую степень дробления горных пород и снижение законтурных нарушений в тыльную часть массива.
Реализация результатов работы.
Основные результаты работы, связанные с разработкой новых составов эмульсионных взрывчатых веществ, включены в технологические регламенты производства эмульсионных ВВ, паспорта ведения буровзрывных работ, проекты на массовые взрывы и внедрены на карьерах ОАО "Апатит". За период с 01.10.2002 г. по 01.10.2005 г. на заводе по производству ЭВВ ОАО "Апатит" изготовлено 24,7 тыс. тонн эмульсионного ВВ амфорэм АП. Объем горной массы, отбитой с использованием разработанного ВВ, составил более 21 млн.м3. Суммарный экономический эффект, достигнутый за счет снижения удельного расхода ВВ на отбойку и уменьшения доли штатных ВВ, составил более 20 млн. рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на технических советах ОАО «Апатит», Всероссийском семинаре-совещании "Взрывное дело-99" (г. Москва, 1999г.), научно-технических семинарах "Неделя горняка" в 1999-2004 гг. Материалы исследований использованы при разработке технической документации на производство эмульсионных ВВ и освоении технологии приготовления ЭВВ в ОАО "Апатит".
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, содержит 117 страниц текста, 29 таблиц, 16 рисунков, список литературы из 75 наименований и приложения.
Автор выражает признательность директору Горного института КНЦ РАН академику Н.Н.Мельникову, заведующему лабораторией - доктору технических наук С.А.Козыреву, научному руководителю - доктору технических наук Д.С.Подозерскому, кандидату технических наук Е.А.Власовой, сотрудникам Горного института, генеральному директору ОАО «Апатит», кандидату технических наук А.В. Григорьеву, специалистам ОАО "Апатит" М.В.Тимофееву, В.М.Доильницыну за оказанную помощь и поддержку в выполнении работы.
Виды взрывчатых веществ изготавливаемых на местах применения и перспективы их совершенствования
Повышение эффективности работы горнодобывающих предприятий в значительной мере зависит от совершенствования технологии ведения взрывных работ, которые являются неотделимой частью процесса добычи полезных ископаемых. В акционерном обществе «Апатит» этому направлению уделяется большое внимание т.к. добыча руды на рудниках Хибинских месторождений ведется только взрывным способом [1,2]. Анализ деятельности горнодобывающих предприятий показывает, что затраты на взрывные работы в себестоимости добываемой горной массы достигают до 40%, причем половину затрат составляют затраты на взрывчатые вещества [3]. В настоящее время взрывная отбойка горной массы является самым эффективным способом дробления породы, которому в ближайшей перспективе долго не будет альтернативы [4]. С каждым годом в нашей стране и в мире в целом увеличивается производство и потребление взрывчатых веществ. Так, например горнодобывающие предприятия Мурманской области потребляют более 100 тыс. тонн взрывчатых веществ [3].
В России исторически сложилось, что производство взрывчатых веществ было организовано на отдельных специализированных предприятиях, расположенных на значительных расстояниях от горнорудных предприятий, и только незначительное количество простейших ВВ изготавливалось на местах применения, в то время как мировой практике наблюдалась устойчивая тенденция роста производства взрывчатых веществ местного изготовления [5]. Тенденция развития технологии горных работ при добыче полезных ископаемых свидетельствует о неуклонном снижении потребления взрывчатых материалов, содержащих индивидуальное бризантное ВВ. Особенно существенные изменения в ассортименте промышленных ВВ в развитых странах произошли в 80-е годы и были связаны с созданием и внедрением простейших и водосодержащих ВВ, изготовляемых вблизи мест потребления. В отдельные годы, например в США объем потребления таких ВВ достигал 80 % /6/, в то время как российский ассортимент промышленных ВВ характеризуется преобладанием различных видов тротилсодержащих ВВ.
Следуя мировой тенденции развития горнорудного производства, в последние годы и в России наблюдается рост производства ВВ на местах ведения горных работ. В 2002 году из 700 тыс. тонн ВВ израсходованных на отбойку горной массы, 420 тыс. тонн (59%) было изготовлено на местах применения. В 2003 году общий объем потребления ВВ составил 795 тыс. тонн, из них 510 тыс. тонн было изготовлено на местах ведения взрывных работ, что составляет 64% от общего объема.
Из диаграмм видно, что в ОАО «Апатит» доля ВВ собственного изготовления применяемых на открытых горных работах по сравнению с 2002 годом увеличилась с 64 до 83%, и по рудникам распределяется следующим образом- Восточный рудник - 88,5% и Центральный рудник - 77,4%. Рост объемов ВВ собственного изготовления произошел в основном за счет эмульсионных ВВ.
В зависимости от технологии приготовления и компонентного состава взрывчатые вещества, изготавливаемые на местах применения, можно условно разделить на три класса: 1. Механические смеси, не содержащие в своем составе тротил. 2. Механические тротилсодержащие смеси. 3. Водосодержащие взрывчатые вещества. Классическим представителем первого класса, представляющим собой в основном смеси аммиачной селитры и горючей добавки, является простейшее ВВ- смесь аммиачной селитры и дизельного топлива - АС-ДТ. Такие смеси широко применяются в нашей стране и особенно за рубежом. Широкое распространение они получили благодаря низкой стоимости, полной механизации изготовления и заряжания, безопасности обращения [4,6]. В России одной из причин недостаточно широкого применения явилась причина недостаточно высокой стабильности состава. С появлением пористой аммиачной селитры, обладающей необходимой масловпитывающей способностью, необходимой для удержания на своей поверхности жидких нефтепродуктов, проблема стабильности составов АС-ДТ была практически решена. К недостаткам таких ВВ относится низкая водоустойчивость, поэтому АС-ДТ применяют только в сухих скважинах или используют зарядку в полиэтиленовые рукава. Недостаточную энергию взрыва таких ВВ повышают добавками металлов и их соединений. Наибольшее распространение в качестве высокоэнергетической добавки получил алюминий, который применят в виде порошка или пудры. Из достаточно широкого ряда известных составов в настоящее время, в нашей стране получили распространение гранулит А6 и гранулит АС-8. Гранулит А6 изготавливается не посредственно на местах работ, а гранулит АС-8 изготавливается на заводах. Существенным недостатком таких ВВ является высокая стоимость, так как алюминиевый порошок или пудра увеличивают стоимость ВВ на 40-50% [7].
На горнорудных предприятиях достаточно давно применяются взрывчатые вещества, представляющие собой механические смеси гранулированного или чешуированного тротила и гранулированной аммиачной селитры. Смеси на основе чешуированного тротила изготавливаются на заводах, так как требуют повышенной безопасности изготовления [8]. Смеси с применением гранулированного тротила изготавливаются также на прикарьерных пунктах горнорудных предприятий [9]. В последние годы стоимость тротила- основного компонента штатных ВВ в России значительно возросла. Вследствие роста цен на тротил повысились цены на граммониты и порошкообразные аммониты. Это способствовало развитию других классов промышленных взрывчатых веществ (ПВВ), в том числе ПВВ нового поколения- во-досодержащих и эмульсионных ВВ. Однако применение гранулотола и граммонита еще в значительной степени сохранилось, несмотря на удорожание горных работ.
Главное преимущество тротила заключается в том, что, являясь достаточно сильным бризантным взрывчатым веществом, он обладает сравнительно невысокой чувствительностью к механическим воздействиям, химической нейтральностью и наличием широкой сырьевой базы для его производства. Благодаря высокой химической стойкости взрывчатые и другие свойства тротила сохраняются даже при длительном (десятки лет) хранении, а ограниченная реакционная способность позволяет приготовлять на его основе ряд других ВВ, например, различные сплавы и смеси с гексогеном и с аммиачной селитрой. В тоже время тротил содержащие ВВ- это одни из самых экологически неблагоприятных составов по количеству вредных газов содержащихся в продуктах взрыва (таблица 1.1) [10].
Исследование влияния расхода органической кислоты и раствора газогеперируїощей добавки на скорость газификации эмульсии
Цель эксперимента - достижение максимальной скорости газификации эмульсии с получением оптимальной плотности эмульсионного ВВ. Под оптимальной плотностью понимается итоговая плотность скважинного заряда, сформировавшаяся при воздействии на состав внешнего давления, температуры и других параметров и свойств, при воздействии которых наблюдается наибольшая эффективность взрыва. Определение диапазона оптимальной плотности лежит в основе данной работы.
Образцы эмульсии готовились в лабораторных условиях с применением раствора аммиачной селитры из емкости хранения цеха. Состав эмульсии: раствор аммиачной селитры - 93 в.ч. индустриальное масло И-40А - 5,4 в.ч. эмульгатор ПГТ-Т (ОК) - 1,6 в.ч. Плотность эмульсии - 1,32 г/см3 Для определения влияния рН среды на скорость процесса газификации были проведены эксперименты по регулированию рН раствора аммиачной селитры с помощью сульфами-новой и уксусной кислот с одновременным введением газогенерирующей добавки. С процессе многочисленных экспериментов, изменялись количества, расходы и концентрации вводимых в матрицу веществ. В результате проведенной работы определили эмульсионный состав с добавкой сульфаминовой кислоты в количестве 0,2 % и сенсибилизированный нитритом натрия в количестве 0,5%. Состав является оптимальным с точки зрения скорости газификации и полученной плотности. Результаты экспериментов приведены в таблице 2.1 .
Имеющийся схема приготовления окислителя в цехе по производству промышленных ВВ ОАО «Апатит» обладает одной особенностью, которая отличает данное производство от других известных производств и установок по изготовлению эмульсионных ВВ. Такой особенностью является непрерывный цикл приготовления окислителя, состоящий из каскада двух аппаратов растворения соединенных перетоком.
Как видно из описания технологического процесса по изготовлению ЭВВ (глава 3), непрерывный цикл приготовления окислителя заключается в постоянном дозировании аммиачной селитры и воды (раствора натриевой селитры) в аппарат № 9, с последующим перетоком раствора в аппарат №10, где происходит окончательное растворение аммиачной селитры. Далее готовый раствор самотеком поступает в емкость- накопитель №11.
При подобной технологии непрерывного изготовления окислителя, очень трудно добиться равномерного постоянного дозирования небольшого количества слабой органической кислоты. Кроме этого в случае использования эмульгатора ПГТ- Т(ОК) возникает необходимость изготавливать окислитель для двух видов ВВ,- для гранэмита, и порэмита. Гранэ-мит, как эмульсионный концентрат, содержит в своем составе до 50% твердой фазы, в качестве которой выступает простейшее ВВ -гранулит (аммиачная селитра + дизельное топливо). Введение твердой фазы в эмульсию предъявляет к последней повышенные требования с точки зрения стабильности. С этой позиций для грапэмитов предпочтительно использование сложного раствора окислителя, т.е. раствора двух видов селитр- аммиачной и натриевой, т.к. сложный окислитель обладает более низкой температурой кристаллизации по сравнению с раствором одной аммиачной селитры- 55С и соответственно 63С. Лабораторные опыты показывают, что гранэмит (состав изготовленный на эмульгаторе ПГТ- Т(ОК)), в состав которого входит натриевая селитра, более стабилен во времени, т.е. не кристаллизуется, в отличии от гранэмита не содержащего в своем составе натриевую селитру. Кроме того, гранэмит, в состав которого входит натриевая селитра, содержит меньшее количество воды, что благоприятно сказывается на его энергетических характеристиках. Таким образом, в подобном производстве, при использовании эмульгатора типа ПГТ- Т(ОК), нужно иметь либо две установки для приготовления разных окислителей, либо один аппарат растворения и два накопителя для разных окислителей.
Однако введение закисляющих добавок в раствор аммиачной селитры в условиях эмульсионного производства ОАО «Апатит» представляет сложность, ввиду непрерывного цикла изготовления окислителя и отсутствия перемешивающих устройств в накопительной емкости. Предлагается вариант изменения схемы приготовления окислителя, в котором окислитель циркулирует по каскаду в противоположную обычному движению сторону. В настоящей работе предлагается схема приготовления двух марок окислителя на основе имеющегося непрерывного технологического цикла.
Приготовление раствора одной аммиачной селитры идет по действующей технологии, и готовый раствор собирается в емкости- накопителе № 3. Подача раствора на изготовление эмульсии осуществляется прямо из емкости- накопителя погружным насосом №13р.
Сложный раствор ( раствор с присадкой слабой органической кислоты, предлагается приготавливать в каскаде из аппаратов № 1, № 2 и погружного насоса № 4 с емкостью, смонтировав дополнительно линию подачи раствора № 38в от насоса № 4 в аппарат №2. Конструктивно данная схема представляет собой два аппарата как сообщающиеся сосуды, и насос, который перекачивает раствор из аппарата №1 в аппарат №2. Здесь получается периодическая схема приготовления раствора, но с проточным аппаратом, и тем самым легко решается проблема закислення раствора кислотой. Технология приготовления раствора заключается в следующем (рис.2.2). В аппарат №1, имеющий два змеевика и рубашку для обогрева паром, подается расчетное количество воды или раствора натриевой селитры. Затем в аппарат, с помощью шнека, подается аммиачная селитра и включается мешалка для повышения интенсивности растворения селитры. Объем раствора со временем увеличивается и раствор запол 40 няет оба аппарата. Для уравнивания концентраций в аппаратах, открывают донный клапан аппарата №1 и при заполнении промежуточной емкости включают насос №4, который подает раствор в аппарат №2. Раствор, таким образом, циркулирует из аппарата №1 в аппарат №2, при этом добавляется нужное количество кислоты, на пример сульфаминовой.
Количество компонентов для приготовления раствора рассчитывается из суммарного рабочего объема аппаратов, насоса и трубопроводов. Расчет показывает, - данный суммарный объем составляет 18 м, что соответствует 24750 кг раствора одной аммиачной селитры или 26208 кг сложного раствора, закисленного до необходимого значения рН. Учитывая соотношение в эмульсии окислителя и горючего как 93:7, можно рассчитать, что из 24750 кг окислителя можно получить 26613 кг эмульсии, а из 26208 кг сложного раствора- соответственно 28181 кг эмульсии.
Данная схема позволяет нарабатывать относительно небольшие объемы производства окислителя, что в условиях неритмичного спроса на ЭВВ вносит определенные трудности в производственный процесс.
Промышленные испытания ЭВВ амфорэм АП
В процессе допуска к постоянному применению нового эмульсионного В В- амфорэм АП, были проведены промышленные испытания на предмет соответствия его требованиям технических условий, а также уточнения области применения, оценки взрывной и экономической эффективности. Промышленные испытания проводились в точном соответствии с «Программой и методикой приемочных испытаний промышленного взрывчатого вещества амфорэм АП» в условиях ОАО «Апатит». Изготовление и применение осуществлялось в точном соответствии с ТУ 7276-077-00203938 на амфорэм АП, «Регламентом технологического процесса изготовления эмульсионного взрывчатого вещества - амфорэм АП смеси-телыю-зарядными машинами СЗМ-8, СЗМ- 10», а также Едиными правилами безопасности при взрывных работах», Правилами устройства зарядного, доставочного и смесительного оборудования», «Правилами устройства и безопасной эксплуатации пунктов производства и механизированной подготовки к применению взрывчатых веществ в организациях ведущих взрывные работы».
Технология изготовления амфорэма АП с использованием СЗМ-8(10) по сравнению с технологией изготовления ранее применявшегося ЭВВ порэмит1А отличается следующими положительными факторами: - универсальностью эмульгатора «амфора»(ТУ2181-076-0023938-2002) и возможность изготовления на его основе амфорэма АП; - возможность газификации эмульсии при более низкой температуре (до 40 С); - возможность снижения расхода газогенерирующей добавки в 2,5 раза. В период с 05.03.03 г. по 22.08.03 г. на основании разрешения Госгортехнадзора России № 08-УГР/38 от 24.01.2003 г.и № 08-УГР/462 от 23.07.2003 г были проведены приемочные испытания эмульсионного ВВ Амфорэм АП (ТУ 7276-077-00203938) совместно с СЗМ-8(10). Испытания амфорэма АП проводились в породах различной крепости (6-18 по шкале проф. Протодьяконова) и обводненности, в том числе с проточной водой.
Контроль качества эмульсионных ВВ производился в соответствии с ТУ и Программой методикой испытаний. Дополнительно периодически проводились испытания на полноту детонации в трубах диаметром 100 мм.
Параметры бурения и взрывания при использовании амфорэма АП не менялись относительно параметров порэмата 1А и гранулотола для аналогичных условий. Инициирование зарядов производилось от двух шашек ТГП-850 или ТГФ-850Э, располагаемых в перебуре. При производстве массовых взрывов использовалась комбинированная схема взрывания, состоящая из ДШЭ-12 (поверхностная взрывная сеть) и СИНВ-С-450(500). Все элементы взрывной сети дублировались. За все время испытаний отказов зарядов амфорэма АП не зафиксировано. В карьерах ОАО «Олкон» заряжание скважин производилось по принятым параметрам буровзрывных работ, которые также не менялись по сравнению с применяемыми -гранулотолом и акватолом Т-20 ГК. Результаты взрывания удовлетворительные.
Сравнительные показатели буровзрывных работ по испытанию новых ЭВВ приведены в таблице 14. Сравнение проведено с ранее применявшимися ВВ- порэмитом 1А и гранулотолом. Как показал опыт, новые ЭВВ находят наилучшее применение в ОАО «Апатит» при комплексном использовании. Высокие энергетические характеристики амфорэма АП позволили добиться хорошего качества дробления породы, т.к. первый ряд скважин в большинстве случаев характеризуется большим значением ЛНС и ВВ вынуждено работать в более жестких условиях.
Внедрение новых ЭВВ на карьерах ОАО «Апатит» позволило шире применять зарядку скважин вслед за бурением, когда в условиях сильной трещиноватости и обводнености массива пробуренные скважины обваливаются, и в этих условиях применение обсадных труб не решает целиком эту проблему. Теперь есть возможность долгого нахождения смеситель-но-зарядной машины на заряжаемом блоке, несмотря на сложные климатические условия. Благодаря низкой чувствительности к механическим воздействиям и открытому огню, а также в связи с применением неэлектрических средств взрывания, безопасное расстояние от бурового станка до скважины, при заряжании скважин вслед за бурением, сократилось с 10 до 3 метров, что привело к значительному снижению числа потерянных скважин. Ранее заряжание вслед за бурением производилось с применением только гранулотола, теперь доля гранулотола, вследствие применения ЭВВ, уменьшилась в 2 раза. В настоящее время стоимость ЭВВ амфорэм АП составляет около 9 тыс. рублей за тонну, а стоимость тонны гранулотола составляет 25 тыс. рублей. За период с момента внедрения - с октября 2002 г. по май 2005 г. объемы внедрения на рудниках ОАО «Апатит» разработанного эмульсионного ВВ амфорэм АП оставили 19,45 тыс. тонн. Показатели буровзрывных работ при проведении испытаний на карьерах ОАО «Апатит» приведены в табл. 3.4
Внедрение новых ВВ позволило управлять процессом регулирования концентрации энергии. Технологии регулирования были апробированы при проведении массовых взрывов на Восточном руднике. Данные учитывались при разработке проектов на массовые взрывы. В процессе проведения массовых взрывов была отработана технология заряжания. Результаты экспериментов выявили улучшение устойчивости откосов без ухудшения качества дробления горной массы.
Новое эмульсионное ВВ - амфорэм АП, прошло промышленные испытания в различных горно-геологических условиях и разрешением Ростехнадзора РФ допущено к постоянному применению. Объем горной массы, отбитой с использованием разработанного ВВ, со-ставил более 21 млн.м .Свойства, которыми обладают данное ЭВВ позволило комплексно решить поставленную задачу - повысить эффективность ведения взрывных работ при разработке Хибинских месторождений апатито-нефелиновых руд. Выводы 1. С использованием нового перспективного эмульгатора «амфора» разработано новое эмульсионное взрывчатое вещество амфорэм АП и определены его взрывчатые характеристики. 2. Для изготовления нового эмульсионного ВВ разработаны технические условия и определены области его применения на карьерах Хибинских месторождений. 3. Показано, что новое эмульсионное ВВ может эффективно использоваться для производства взрывных работ в породах с различной крепостью и обводненностью. 4. ЭВВ Амфорэм АП выдержало промышленные испытания, проведенные в ОАО «Апатит» и в ОАО «Олкон», и допущено Ростехнадзором РФ к постоянному применению. 5. За период с момента внедрения - с октября 2002 г. по май 2005 г. объемы внедрения на рудниках ОАО «Апатит» разработанного эмульсионного ВВ амфорэм АП оставили 19,45 тыс. тонн. 6. Новое эмульсионное ВВ позволило повысить безопасность производства работ при ведении зарядки вслед за бурением. 7. Объем горной массы, отбитой с использованием разработанного ВВ, составил более 21 млн.м3.
Исследование газовой вредности и детонационных характеристик при различных плотностях эмульсионных ВВ
Испытания по определению газовой вредности ЭВВ проводились на подземном испытательном полигоне в специальном штреке. Количество ядовитых газов, выделяющихся при взрыве ВВ, измерялось модифицированным бескамерным методом с использованием многокомпонентного газоанализатора "Каскад-312.4".
Процесс разложения аммиачной селитры происходит наиболее полно при низких плотностях и сравнительно низких детонационных давлениях, поэтому в продуктах взрыва ЭВВ при низкой плотности содержится минимальное количество окиси азота (рис.4.5). В свою очередь низкая температура продуктов взрыва аммиачной селитры не способствует полному окислению горючего, в результате чего в продуктах взрыва ЭВВ при низких плотностях фиксируется значительное количество окиси углерода. При оптимальной плотности эмульсионных взрывчатых веществ содержание ядовитых газов в продуктах взрыва в пересчете на условную окись углерода минимально.
Кроме того, при повышении плотности ВВ процесс взаимодействия кислородосодер-жащих продуктов разложения аммиачной селитры с минеральным маслом замедляется, в результате чего снижается полнота окисления горючего, и соответственно снова наблюдается возрастание окиси углерода в продуктах взрыва. Интересно отметить, что в продуктах взрыва ЭВВ отсутствует двуокись азота. Кроме того, при взрыве эмульсионных ВВ по сравнению с тротилсодержащими ВВ, и даже по сравнению со смесями АС-ДТ, вьщеляется значительно меньшее количество ядовитых газов, что позволяет их считать наиболее экологически безопасными.
Замеры скорости детонации эмульсионного ВВ амфорэм АП в промышленных условиях Эксперименты по определению скорости детонации ЭВВ Амфорэм АП были произведены на Восточном руднике в Коашвинском, Ньоркпахском карьерах и на опытном полигоне, на макетах скважин представляющих собой стальные трубы диаметром 100 мм при толщине стенки 5 мм. Экспериментальные скважины имели диаметр 250 мм. Скважины были пробурены на одном уступе с массовым взрывом и имели глубину 11 и 17 м соответственно, в зависимости от высоты уступа. Уступы сложены вскрышными породами (трахитоидные ийолит-уртиты, крепость 10-12 по шкале проф. Протодьяко-нова). Зарядка осуществлялась с применением рукавов из ткани куда перед зарядкой в скважину опускались оптоволоконные датчики. Скорость детонации измерялась на двух базах длиной по 25см. Была произведена серия измерений на скважинах заряженных ЭВВ с Hexe дящей плотностью 970 кг/мЗ и 1160 кг/мЗ. Инициирование производилось с помощью системы неэлектрического взрывания СИНВ-С с дублированием.
Анализ приведенных данных показывает, что для эмульсионных взрывчатых веществ существует оптимальная плотность, при которой скорость детонации достигает своих максимальных значений. Оптимальная плотность находится в пределах 1,15-1,2 г/см3. При возрастании плотности выше указанных значений наблюдается резкое снижение детонационной способности. При снижении плотности ниже оптимальных значений, происходит плавное падение скорости детонации. Данные эксперимента показывают достаточно стабильный детонационный процесс в широком интервале плотности ЭВВ. Но в диапазоне плотности 1150-1190 кг/мЗ скорость детонации максимальна и достигает 5610 м/с при плотности заряда 1160 кг/мЗ (рис.4.7).
Характер изменения начального давления продуктов детонации в зависимости от высоты колонки заряда. Кроме того, была получена корреляционная зависимость начального давления продуктов детонации от плотности ВВ (рисунок 4.10), аналогичный анализ которой по условию dYldX = 0 позволил определить значение плотности (уяа =1129 кг/м ), при которой достигается максимальное начальное давление продуктов детонации. Как видно из рисунка 4.10, при этом значении плотности скорость детонации несколько ниже своего максимального значения. Отсюда можно сделать вывод, что максимум начального давления (как основного физического параметра, определяющего интенсивность нагружения окружающего заряд породного массива) не всегда соответствует максимуму скорости детонации, что обусловлено комплексным учетом плотности ВВ и скорости детонации при определении начального давления и начального показателя адиабаты расширения продуктов детонации в соответствии с выводами работы [40].
Еще один существенный технологический вывод заключается в следующем. Из корреляционной зависимости, приведенной на рисунке 4.11 и преобразованной к более понятному виду Ро = -9.6198-А2 + 308.13-А + 3086.9 следует, что например при h 15 м (уровень подошвы 15-метрового уступа при недозаряде 5м) начальное давление составит Ро = 5544.4 МПа, а при А = 5 м (уровень верха колонки заряда) начальное давление составит Ра = 4387.1 МПа, то есть примерно в 1.264 раза меньше. Общий характер изменения степени снижения начального давления продуктов детонации по высоте колонки заряда высотой 10 м показан на рисунке 22, откуда видно, что по мере приближения фронта детонации к верхнему концу скважинного заряда (при нижнем инициировании) начальное давление продуктов детонации существенно уменьшается, что обеспечивает снижение интенсивности динамического на-гружения окружающего породного массива в верхней части приграничного блока и является
Характер изменения степени снижения начального давления продуктов детонации по высоте колонки заряда высотой 10 м. физической предпосылкой для снижения степени его нарушенное. Этот вывод был положен в основу разработки метода дифференцированного заряжания отбойных скважин приграничных рядов отбиваемого блока с целью обеспечения степени сохранности приграничных блоков и повышения устойчивости их откосов.
В настоящее время при технологической отбойке горных пород на открытых горных работах существует проблема устойчивости уступов. При проведении массовых взрывов, даже при уменьшенном заряде в последнем ряду скважин происходит разрушение массива за контурами отбиваемого блока. В результате возникает много проблем связанных с бурением по разрушенному массиву, ВВ уходит по трещинам при зарядке, происходит осыпание или обрушение уступа. При взрывании примыкающего последующего блока находящегося на одном разрезе и горизонте, наблюдается повышенный выход негабарита, в основном с первого ряда, ввиду разрушения массива по раскрытым естественным трещинам.
