Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния промышленной безопасности при ведении взрывных работ открытым способом 14-76
1.1. Технологические операции с промышленными взрывчатыми веществами, связанные с повышенной опасностью 14
1.2. Эволюция промышленных взрывчатых веществ и их современное состояние 24
1.3. Эмульсионные взрывчатые вещества и технологии их изготовления, достоинства и недостатки 34
1.3.1. Классификация технологий производства эмульсионных взрывчатых веществ 36
1.3.2. Типы эмульсионных взрывчатых веществ и их область применения 50
1.3.3. Типы смесительно-зарядных машин и их назначение 55
1.3.4. Выбор номенклатуры эмульсионных взрывчатых веществ, технологии их изготовления и типа смесительно-зарядных машин 66
1.4. Анализ состояния технологической безопасности при производстве и применении эмульсионных взрывчатых веществ 70
1.5. Обоснование научного направления работы, постановка задач исследований 74
Глава 2. Исследование факторов, определяющих технологическую безопасность при производстве и применении эмульсионных взрывчатых веществ 77-143
2.1. Выбор методов испытаний, позволяющих оценить технологическую безопасность производства и применения эмульсионных взрывчатых веществ 77
2.2. Анализ результатов испытаний и рекомендации по обеспечению технологической безопасности при производстве и применении эмульсионных взрывчатых веществ 130
Глава 3. Исследование влияния различных факторов на эксплуатационные характеристики и разработка эмульсионных взрывчатых веществ, предназначенных для механизированного заряжания скважин любой степени обводненности 144-206
3.1. Влияние структуры эмульсионной матрицы на эксплуатационные характеристики эмульсионных взрывчатых веществ и обоснование выбора типа эмульгатора 144
3.2. Влияние различных факторов на физическую стабильность эмульсионных матриц 156
3.2.1. Влияние рецептурного состава 157
3.2.2. Влияние параметров технологического процесса 166
3.2.3. Влияние качества сырья 169
3.3. Исследование динамики и разработка способов управления процессом сенсибилизации эмульсионной матрицы газовыми пузырьками 172
3.4. Влияние плотности и диаметра заряда на детонационные характеристики эмульсионных взрывчатых веществ 193
3.5. Особенности технологии заряжания скважин эмульсионными взрывчатыми веществами, сенсибилизированными газовыми пузырьками 194
3.6. Рецептура и взрывчатые характеристики эмульсионных взрывчатых веществ «Сибиритов-1000 и 1200» 203
Глава 4. Исследование влияния формы заряда на эксплуатационные характеристики и разработка смесевых эмульсионных взрывчатых веществ, предназначенных для механизированного заряжания сухих и слабообводненных скважин 207-229
4.1. Технико-экономическая оценка эффективности применения смесевых эмульсионных взрывчатых веществ 207
4.2. Исследование относительной эффективности взрыва зарядов смесевых эмульсионных взрывчатых веществ различной формы методом воронкообразования в песке 220
4.3. Исследование параметров детонации комбинированных зарядов смесевых эмульсионных взрывчатых веществ 223
4.4. Рецептура и взрывчатые характеристики смесевого эмульсионного взрывчатого вещества «Сибирита-2500 РЗ» 226
Глава 5. Исследование влияния типа твердого сенсибилизатора на эксплуатационные характеристики эмульсионных взрывчатых веществ и разработка патронированного эмульсионного взрывчатого вещества, предназначенного для использования в качестве промежуточных детонаторов скважинных зарядов и зарядов для вторичного дробления 230-251
5.1. Исследование сенсибилизирующей эффективности микросфер различных типов и физической стабильности эмульсионных взрывчатых веществ на их основе 231
5.2. Исследование возможности использования вспученного перлитового песка в качестве сенсибилизатора эмульсионных взрывчатых веществ 236
5.3. Влияние типа эмульгатора на эксплуатационные характеристики эмульсионных взрывчатых веществ 237
5.4. Особенности технологии производства патронированного эмульсионного взрывчатого вещества «Сибирита-П» 241
5.5. Рецептура и взрывчатые характеристики эмульсионного взрывчатого вещества «Сибирита-П» 248
Глава 6. Организация комплексов по производству и применению эмульсионных взрывчатых веществ «сибиритов» на горнодобывающих предприятиях 253-283
6.1. Особенности проектирования комплексов по производству невзрывчатых полуфабрикатов эмульсионных взрывчатых веществ «Сибиритов» 253
6.2. Модульная установка для изготовления невзрывчатых полуфабрикатов эмульсионных взрывчатых веществ «Сибиритов-1000 и 1200» 262
6.3. Доставочные и смесительно-зарядные машины, предназначенные для транспортирования невзрывчатых полуфабрикатов и изготовления эмульсионных взрывчатых веществ «Сибиритов» в процессе заряжания скважин 270
6.4. Организация технологического процесса 278
Глава 7. Опыт производства и применения эмульсионных взрывчатых веществ «сибиритов» на горнодобывающих предприятиях 284-295
7.1. Объемы производства и применения «Сибиритов» 284
7.2. Опыт применения «Сибиритов» на разрезе «Междуреченский» 289
Заключение 296-299
Литература 300-310
Приложение 311
- Эволюция промышленных взрывчатых веществ и их современное состояние
- Анализ результатов испытаний и рекомендации по обеспечению технологической безопасности при производстве и применении эмульсионных взрывчатых веществ
- Влияние различных факторов на физическую стабильность эмульсионных матриц
- Исследование относительной эффективности взрыва зарядов смесевых эмульсионных взрывчатых веществ различной формы методом воронкообразования в песке
Введение к работе
Горнодобывающая промышленность в настоящее время является не только одной из наиболее динамично развивающихся отраслей, но и отраслью, во многом определяющей уровень экономического развития страны в целом. При этом добыча руд и минерального сырья в основном ориентирована на открытый способ, как наиболее технологически эффективный, экономичный и безопасный.
Дальнейшие перспективы развития этого способа добычи связаны с работой в усложняющихся горно-геологических условиях, переходом на более глубокие горизонты и другими трудностями, приводящими к соответствующему увеличению объемов работ.
Вполне понятно, что с углублением карьеров (разрезов) возрастают и объемы вскрышных работ, большее значение приобретает качество подготовки горной массы, вопросы обеспечения промышленной безопасности при ведении работ и охраны окружающей среды.
Выполнение этих задач непосредственно зависит от эффективности и безопасности технологии ведения взрывных работ - важнейшей составляющей горной технологии.
Буровзрывной способ добычи полезных ископаемых при открытой разработке месторождений является основным, что иллюстрируют данные об объемах применения взрывчатых веществ. Так, мировое годовое потребление промышленных ВВ в настоящее время превысило 6 млн.т., из которых более 2 млн.т. потребляется в США. После спада, связанного с периодом экономического кризиса, в России в последние годы отмечается рост объемов производства и потребления промышленных ВВ, превысивших уже 600 тыс.т.
Экономическая эффективность взрывных работ определяется
эффективностью применяемых ВВ и возможностью максимальной механизации процессов, связанных с их изготовлением и применением. Этот вид работ, и без того выделяющийся своей повышенной опасностью, с повышением уровня их механизации и увеличением производительности может сделаться еще более опасным.
Исходя из вышеизложенного, в основе решения указанной задачи лежит выполнение трех, не всегда совместимых между собой требований, как повышение эффективности взрыва промышленных ВВ, а также уровней механизации и технологической безопасности при их изготовлении и применении.
Исторический путь развития промышленных взрывчатых веществ был обусловлен старанием совместить эти важнейшие требования.
Тем не менее, взрывные работы всегда отличались повышенным уровнем опасности. Так, несмотря на то, что средний уровень травматизма в 1986-1990гг. в целом по горнодобывающей промышленности составлял 5,2% [1], доля случаев с тяжелым и смертельным исходом была равна 15% от этой величины. При этом более половины всех случаев связано с операциями, производимыми с взрывчатыми веществами [2].
Повышение экономической эффективности взрывных работ и их безопасности, наметившееся в последние два десятилетия, связано с появлением взрывчатых веществ простейшего состава и водосодержащих ВВ.
Объемы применения таких ВВ в высокоразвитых горнодобывающих странах, таких, как, например, США, Канада, Австралия, в настоящее время превышают 90%о. При этом значительная доля этих ВВ, особенно предназначенных для беспатронного механизированного заряжания скважин, изготавливается непосредственно на горных предприятиях.
Россия также следует общемировым тенденциям. Так, по данным Госгортехнадзора РФ более 50% взрывчатых веществ изготавливается на местах применения. Необходимо отметить, что с усилением роли экономических факторов в работе предприятий, доля ВВ, изготавливаемых на горных предприятиях, в последние годы постоянно увеличивается. Если в 1991г. эта величина составляла всего 16%, то в 1999г. она уже стала равна 43,5%, а в 2001г. превысила 50% и, по-видимому, будет продолжать расти.
Важное место в этом ряду занимают эмульсионные взрывчатые вещества, основными достоинствами которых являются наиболее высокий уровень безопасности производства и применения, возможность полной механизации процесса заряжания, регулирования энергетических характеристик, а также доступность и дешевизна сырья. В составе этих ВВ не содержится индивидуальных взрывчатых веществ, а, следовательно, снимаются проблемы, сопутствующие перевозке и хранению опасных грузов. Однако необходимо помнить, что не бывает абсолютно безопасных взрывчатых веществ, а любая смесь окислителя и горючего является потенциально взрывоопасной, и степень ее реальной опасности в обращении зависит от множества факторов.
Очевидная привлекательность этого типа взрывчатых веществ привела к активному строительству комплексов по их производству и применению на многих горнодобывающих предприятиях, особенно крупных.
В настоящее время в России действует 14 таких заводов, в т.ч. 6 из них введены в эксплуатацию в последние три года.
Начиная с 1990г. при непосредственном участии и под техническим руководством автора, ЗАО «Нитро Сибирь» занимается разработкой рецептур, технологии изготовления и применения эмульсионных ВВ, а также проектированием, строительством и эксплуатацией комплексов по
производству эмульсионных взрывчатых веществ, получивших название «Сибириты», на крупных горнодобывающих предприятиях России.
ЗАО «Нитро Сибирь» осуществило проектирование, изготовило оборудование, разработало необходимую конструкторскую и технологическую документацию и ввело в эксплуатацию комплексы по производству и применению «Сибиритов» на угольных разрезах «Нерюнгринский» (май 1996г.), «Бачатский» (март 1999г.) и «Междуреченский» (май 1999г.)
В декабре 2002г. завершено строительство и осуществлен пуск крупнейшего в Европе комплекса производственной мощностью 35-40 тыс.т. в год в ОАО «Карельский окатыш».
Таким образом, в горнодобывающей отрасли существует актуальная научно-техническая проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение и состоящая в необходимости разработки методологии обеспечения промышленной безопасности при изготовлении и применении промышленных эмульсионных взрывчатых веществ на горных предприятиях, основанной на полном исключении или минимизации риска и тяжести последствий аварии на каждой из стадий технологического цикла ведения взрывных работ.
Цель работы - создание научных основ безопасного производства и применения эмульсионных взрывчатых веществ типа «сибиритов» на горных предприятиях.
Идея работы заключается в разработке комплексной системы обеспечения промышленной безопасности при производстве и применении на горном предприятии эмульсионных взрывчатых веществ типа «сибиритов», основанной на использовании невзрывчатых полуфабрикатов с регулируемой химической активностью, смешиваемых в процессе
механизированного заряжания скважины и приобретающих взрывчатые свойства с требуемой задержкой во времени, и включающей меры и способы физико-химического, технологического, конструкторского и проектного характера, направленные на исключение возможности создания опасной ситуации на каждой из стадий процесса производства и применения «сибиритов» или минимизации тяжести последствий аварии.
К защите представлены следующие научные положения;
возникновение и развитие опасной ситуации при производстве и применении связано с несанкционированным снижением относительной плотности и содержания воды в составе эмульсионной матрицы в процессе технологического обращения с ней, приводящим к тому, что интенсивность технологических или случайных воздействий становится выше критических параметров, характеризующих чувствительность вещества к данному воздействию в конкретных внешних условиях;
управление дисперсностью эмульсионной матрицы позволяет регулировать эксплуатационные характеристики эмульсионного ВВ, такие как физическая стабильность, вязкость и детонационные параметры, соответственно, конкретным условиям применения данного ВВ;
безопасность при хранении и транспортировании эмульсионной матрицы, а также при изготовлении эмульсионного ВВ в процессе заряжания скважины обеспечивается оптимизацией показателя кислотности (рН) раствора окислителей, регулирующего термохимическую стабильность эмульсионной матрицы и время запаздывания ее перехода во взрывчатое состояние после завершения процесса заряжания;
надежность и эффективность взрывания скважинного заряда эмульсионного ВВ, сенсибилизированного газовыми включениями и испытывающего воздействие гидростатического давления, зависящего от
глубины скважины, обеспечивается при относительной плотности слоя, размещенного в донной части скважины, при которой диаметр скважины будет, по крайней мере, вдвое больше критического диаметра эмульсионного ВВ при данной плотности;
5) применение смесей эмульсионного ВВ с ВВ простейшего состава в виде комбинированных зарядов коаксиальной формы, в которых эмульсионное ВВ выполняет функцию осевого линейного инициатора, позволяет при оптимальном соотношении между компонентами заряда (25/75) обеспечить надежность взрывания низкочувствительных простейших ВВ и увеличить эффективность их взрыва в 1,8 раза.
Практическая ценность работы:
разработаны нормативные документы, позволяющие осуществлять безопасную эксплуатацию комплексов по производству и применению эмульсионных взрывчатых веществ «сибиритов» на горных предприятиях, а также программы подготовки персонала, участвующего в технологическом процессе;
разработана рецептура и организовано промышленное производство высокоэффективного эмульгатора ИНС-6, применение которого позволило снизить минимально необходимую интенсивность технологических нагрузок, тем самым, повысив безопасность производства эмульсии «сибиритов»;
разработаны рецептуры безопасных при производстве и применении, высокоэффективных эмульсионных взрывчатых веществ «сибиритов» различных типов, обладающих низкой газовой токсичностью и предназначенных для механизированного заряжания скважин в породах любой степени обводненности, а также для использования (в виде патронов) в качестве промежуточных детонаторов скважинных зарядов и зарядов для
дробления «негабаритов», и технология производства и применения этих взрывчатых веществ;
разработана конструкторская документация, позволившая осуществить изготовление технологического оборудования, смесительно-зарядных и транспортировочных машин для комплексов по производству и применению эмульсионных ВВ «сибиритов».
Эволюция промышленных взрывчатых веществ и их современное состояние
Обращаясь к истории совершенствования промышленных ВВ, необходимо отметить, что в основе их эволюции лежало стремление не только увеличить эффективность взрыва ВВ и снизить его стоимость, но и повысить безопасность в обращении, создающую возможность для механизации многих операций технологии ведения взрывных работ.
Черный порох, представляющий смесь серы, древесного угля и калиевой селитры, был первым взрывчатым веществом, как военного, так и промышленного назначения. Начало применения черного пороха в горном деле относят к XVI веку. С помощью пороховых зарядов велась расчистка русел рек, а несколько позже черный порох начали применять для дробления породы в рудниках.
К концу XVII века черный порох стал достаточно широко применяться в горнодобывающей промышленности, как России, так и Западной Европы, и оставался единственным, практически применяемым ВВ, до середины XIX века.
В конце XVIII века была изобретена бертолетова соль (хлорат калия) и начато производство ВВ на ее основе. Однако взрыв, произошедший на заводе при изготовлении этого ВВ, воспрепятствовал вхождению хлоратных ВВ в практику взрывного дела.
Примерно в эти же годы (1771 г) была получена пикриновая кислота (тринитрофенол), являющаяся, как было установлено позже (1873г), довольно мощным взрывчатым веществом.
В 1832 г. была синтезирована нитроклетчатка, а через 14 лет разработан способ получения пироксилина из хлопковой целлюлозы. Еще 38 лет спустя появилась технология получения бездымного пороха из пироксилина.
Наиболее значительным событием середины XIX века явилось появление нитроглицерина, мощного бризантного ВВ, впоследствии заменившего черный порох и послужившего основой для различных взрывчатых смесей, многие из которых применяются и в настоящее время, особенно, в угольных шахтах.
Так, в России (1863-1866 гг.) на золотых приисках Восточной Сибири применялся динамит Петрушевского, состоявший из нитроглицерина и углекислого магния, а также и, собственно, нитроглицерин в жидком виде.
Параллельно с этими работами русских исследователей, А. Нобелем велись исследования по разработке промышленной технологии получения нитроглицерина, которые были им успешно завершены в 1864г. и послужили основой для строительства нескольких заводов по производству нитроглицерина в Германии и Швеции.
Вторая половина XIX века оказалась весьма продуктивным периодом, когда был синтезирован ряд новых бризантных и инициирующих ВВ, впоследствии получивших очень широкое применение. В 1863г. был получен тротил, в 1887г. - тетрил, в 1894г. - тэн, в 1897г. - гексоген, в 1890г. - азид свинца.
Особое место в истории развития промышленных ВВ занимают смесевые ВВ. Динамиты были первыми смесевыми ВВ, нашедшими широкое применение в горной промышленности. Вначале это был гурдинамит, представлявший собой кизельгур, пропитанный нитроглицерином. Позже появились запатентованные А. Нобелем более мощные и стабильные пластичные динамиты, которые помимо желатинированного нитроглицерина, содержали смесь натриевой, калиевой или аммиачной селитры с древесной или злаковой мукой.
Во многих странах мира динамиты оставались доминирующим типом промышленных ВВ вплоть до последних десятилетий, а в некоторых западноевропейских странах применяются и в настоящее время на подземных проходческих работах, ведущихся мелкошпуровым методом.
В России производство пластичных динамитов осуществлялось, начиная с 70-х годах XIX века и до 60-х годов XX века.
Динамиты являли собой важный и длительный этап в развитии взрывного дела. Они имели большую мощность, высокую водоустойчивость, пластичность, были менее опасными в обращении в сравнении с черным порохом, чрезвычайно чувствительным к огневому импульсу. Благодаря этим качествам динамиты весьма эффективно применялись при взрывной отбойке пород шпуровым методом с ручным заряжанием шпуров.
Основным, чрезвычайно опасным недостатком динамитов является высокая чувствительность к механическим воздействиям, еще более возрастающая в замерзшем или полуоттаявшем состоянии. Эти особенности динамитов требовали их хранения в отапливаемых складах. Значительную опасность представляли остатки патронов в шпурах при их последующем обуривании.
Высокая стоимость и принципиальная непригодность динамитов к механизированному заряжанию стали причиной интенсивного поиска других более безопасных и дешевых смесевых ВВ.
Поиски возможностей удешевления ВВ привели к разработке смесей на основе жидких окислителей. Наибольшее распространение получили смеси на основе жидкого кислорода - оксиликвиты, первое применение которых относится к 1899г.
Промышленное применение оксиликвитов в горнодобывающих странах мира было начато после разработки технологии получения жидкого кислорода высокой чистоты и, в основном, относится к 20-3 Огг. XX века.
В СССР оксиликвиты применялись в значительных объемах в 1926-1933гг. В связи с острой нехваткой бризантных ВВ, в период Великой Отечественной войны вновь вернулся интерес к оксиликвитам. Однако в послевоенные годы применение оксиликвитов практически прекратилось вследствие их низкой физической стабильности, обусловленной испарением жидкого кислорода.
Достаточно ограниченное применение, как правило, в патронах для шпурового метода взрывания, нашли хлоратные и перхлоратные ВВ, которые также весьма опасны в обращении по причине высокой чувствительности к трению и удару.
Из смесевых ВВ, по вполне понятным причинам, наиболее широкое распространение получили аммиачноселитренные ВВ.
Их экономичность, доступность сырьевой базы и низкая чувствительность к механическим воздействиям открывала возможности для организации высокопроизводительного производства этих ВВ, как в заводских, так и местных условиях и механизации операций транспортирования и заряжания. Объемы применения аммиачноселитренных ВВ постепенно возрастали. В настоящее время они являются основным типом промышленных ВВ, как в России, так и в мире.
Анализ результатов испытаний и рекомендации по обеспечению технологической безопасности при производстве и применении эмульсионных взрывчатых веществ
Как показали результаты испытаний, эмульсионная матрица «Сибиритов-1000 и 1200» характеризуется наименьшей чувствительностью к низкоскоростному однократному удару (копер) в сравнении к каким-либо известным промышленным ВВ. После придания указанной эмульсионной матрице взрывчатых свойств, т.е. ее сенсибилизации, чувствительность к удару продолжает оставаться относительно низкой, что, в первую очередь, может быть объяснено достаточно высоким содержанием воды в ее составе ( 15% вес). При уменьшении содержания воды в составе эмульсионного ВВ его чувствительность к удару возрастает, что иллюстрирует результат, полученный при испытаниях «Сибирита-П», матрица которого содержит всего 10 % воды. Однако необходимо подчеркнуть, что, тем не менее, чувствительность «Сибирита-П» к удару несоизмеримо ниже чувствительности промышленных ВВ и изделий из них, для замены которых он предназначен (патроны аммонита 6 ЖВ, шашки Т-400, ТГФ-850, ТГП-600 и др.).
Отмеченные тенденции в еще более явном виде проявились при испытании «Сибиритов» на чувствительность к высокоскоростному удару (прострел пулей). Так, даже при максимально возможных для данного вида испытаний скоростях пули (1260-1360 м/с) каких-либо признаков реакции разложения в эмульсионных матрицах «Сибиритов-1000 и 1200» не было замечено.
Критическая скорость пули для эмульсионных ВВ «Сибиритов-1000 и 1200» составляла 1120-1200м/с, что существенно превышает значения, полученные для других типов промышленных ВВ, включая простейшие (АСДТ).
Определение чувствительности «Сибиритов» к однократному кратковременному трению на фрикционном приборе ВАМ показало, что при максимальной для этого испытания нагрузке, равной 360 Н, признаков реакции разложения отмечено не было, как, впрочем, и для ТНТ. Этот факт показывает, что данный метод испытаний обладает весьма ограниченной информативностью и позволяет оценивать относительную чувствительность к трению лишь тех промышленных ВВ, которые проявляют реакцию на воздействие при существенно меньших нагрузках.
Для решения практических задач обеспечения технологической безопасности более информативен тест на чувствительность эмульсионных матриц «Сибиритов» и эмульсионных ВВ на их основе к многократному, долговременному трению во внештатных режимах перекачивания этих продуктов.
Как показали результаты тестирования, при перекачивании эмульсии, предназначенной для изготовления ЭВВ типа «Сибиритов-1000 и 1200» в процессе механизированного заряжания скважин и содержащей не менее 15% воды, в течение 30-35 мин, существенного повышения температуры статора насоса, выгорания и повреждения нитриловой обоймы статора и уплотнений не наблюдалось.
При перекачивании смеси такой же эмульсии с АСДТ (80/20) в тесте «при закрытом клапане» в статоре насоса уже через 15мин было отмечено повышение температуры, которое, однако, после 37мин перекачивания не привело к каким-либо последствиям. При «сухом» перекачивании через 27мин температура в статоре насоса повысилась до 800С. Осмотр, проведенный после остановки и охлаждения насоса, показал, что нитриловая обойма, резиновые уплотнения и продукт, находившийся внутри насоса, выгорели без взрыва.
При перекачивании эмульсии, предназначенной для изготовления высокочувствительных ЭВВ типа «Сибирита-П» и содержащий 10% воды, последняя в горячем состоянии вела себя аналогично эмульсии, содержащей 15 э/о воды, и дополнительного беспокойства не вызывала.
При перекачивании в течение 35мин эмульсионного ВВ типа «Сибиритов-1000 и 1200», предназначенных для механизированного заряжания скважин, в статоре насоса отмечалось некоторое неопасное повышение температуры до 135 С.
При перекачивании в режиме «закрытого клапана» смеси, состоящей из 75% ЭВВ типа «Сибирита-1200» и 25% АСДТ, температура 135С была достигнута за более короткое время (23 мин), однако обошлось без разрушительных последствий. При «сухом» перекачивании этой смеси через 40 мин произошло возгорание насоса.
При перекачивании высокочувствительного ЭВВ типа «Сибирита-П» через 35 мин «сухого» перекачивания в статоре насоса произошел взрыв с частичным разрушением насоса и трубопровода.
Оценка химической совместимости компонентов и термической стабильности эмульсионной матрицы показала, что при технологических температурах каких-либо реакций разложения вещества, сопровождающихся энерго-газовыделением не происходит. При нагреве эмульсионной матрицы до более высоких температур на участке до 140-170С отмечалось достаточно медленное испарение воды из состава, а после 180-190С начиналось ускоренное экзотермическое разложение вещества.
Воспламеняемость «Сибиритов», в связи с присутствием в составе значительного количества воды, относительно низка и горение начинается лишь при температуре на поверхности нагревательного элемента около 400С. Введение в состав эмульсии алюминиевого порошка заметно повышает способность эмульсионных ВВ к горению, которое протекает более интенсивно, сопровождаясь вспышками, что может увеличить вероятность перехода горения в детонацию.
Склонность эмульсионных ВВ к развитию теплового взрыва при нагревании в условиях повышающегося давления заметно ниже, чем у других типов промышленных взрывчатых веществ и близка к смесям АСДТ.
Качественно изготовленная эмульсия устойчива к вибронагрузкам и может транспортироваться на дальние расстояния без снижения физической стабильности, проявляющейся в виде расслоения или кристаллизации.
Влияние различных факторов на физическую стабильность эмульсионных матриц
Физическая стабильность эмульсии является важнейшим показателем, определяющим эксплуатационные характеристики эмульсионного взрывчатого вещества и, в первую очередь, надежность взрывания в различных условиях применения.
Физическая стабильность зависит как от содержания того или иного компонента, так и от совместимости компонентов между собой.
Большое влияние на физическую стабильность оказывает качество сырья, и, особенно, тип добавок различного назначения, присутствующих в сырье. Не меньшее значение имеют технологические особенности производства эмульсии, т.е. температурные режимы и динамика процесса эмульгирования.
В настоящем разделе приведены результаты исследования влияния указанных факторов на физическую стабильность эмульсий «Сибиритов», позволившие оптимизировать рецептуру этих взрывчатых составов.
При производстве основного компонента эмульсионных ВВ -эмульсионной матрицы обычно используют воду питьевую или пожаро-хозяйственного назначения с показателем рН=6-9.
Для выяснения влияния содержания воды на физическую стабильность эмульсий в лабораторных условиях были приготовлены опытные образцы эмульсий с различным содержанием воды.
При этом рецептурный состав этих эмульсий моделировал две основные базовые рецептуры на основе смеси аммиачной и натриевой селитр, либо только аммиачной селитры, соответственно, названые эмульсиями типа «Сибирит-1000» и «Сибирит-1200». Опытные образцы эмульсий готовили следующим образом.
В соответствии с рецептурным составом при температуре 60-70С готовили масляную фазу (смесь индустриального масла с эмульгатором) и при температуре 80-90 С солевую фазу (водный раствор солей-окислителей). Эмульгирование проводили путем медленного добавления солевой фазы в масляную при одновременном перемешивании смеси при помощи бытового миксера «Филипс» с последовательным увеличением скорости вращения мешалки. Общее время перемешивания составляло - 3 мин. При необходимости увеличения вязкости эмульсии (л г) проводили ее дополнительную обработку в течение 1 мин специальным миксером при скорости вращения мешалки 1500 об/мин.
Отобранную пробу ставили на хранение при комнатной температуре, периодически проводя визуальный осмотр и замер величины электрической емкости С0.
В качестве критерия физической стабильности было выбрано «время жизни» эмульсии (тж), т.е. время, прошедшее с момента приготовления эмульсии до момента появления заметных признаков ее кристаллизации или деструкции, которое также идентифицируется по перелому зависимости С/С0 (х).
Первая серия опытов была проведена с эмульсиями типа «Сибирит-1000», приготовленными на растворе окислителей с различным, строго фиксированным, содержанием воды. Содержание масляной фазы в этих образцах составляло 8% (2% эмульгатора ИНС-6 и 6% индустриального масла И-12А). Некоторые свойства этих образцов и полученные результаты приведены в таблице 3.3.
Вторая серия опытов была проведена с образцами эмульсии типа «Сибирит-1200». Содержание масляной фазы в этих образцах также было постоянным и составляло 6% (1% эмульгатора ИНС-6 и 5% индустриального масла И-12А). Свойства образцов и результаты опытов приведены в таблице 3.4.
Следует оговориться, что как в первой, так и во второй серии опытов для искусственного сокращения длительности эксперимента было осознанно выбрано неоптимальное содержание масляной фазы, включая содержание эмульгатора. На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы.
Изменение содержания воды в составе эмульсии почти не влияет на вязкость и электрическую емкость эмульсии, но сильно влияет на физическую стабильность эмульсии, причем, чем больше воды содержится в составе эмульсии (чем ниже точка кристаллизации раствора окислителей), тем выше физическая стабильность эмульсии.
Содержание воды (не менее 15%) также определяет уровень технологической безопасности процесса производства эмульсии.
В то же время вода выполняет только технологические функции и в отношении энергетики взрывчатого состава является балластом.
На основе этих соображений, а также с учетом того, что цикличность проведения массовых взрывов на горных предприятиях обычно составляет 3-4 дня и в редких случаях доходит до 10-12 дней, оптимальное содержание воды в составе принято равным 15,5+0,5% вес. Влияние содержания эмульгатора на свойства эмульсии
Исследование относительной эффективности взрыва зарядов смесевых эмульсионных взрывчатых веществ различной формы методом воронкообразования в песке
В последние 10-20 лет появилось несколько экспериментальных методов оценки относительной эффективности низкочувствительных промышленных ЗВ [103-106 и др.] Для предварительной оценки относительной работоспособности -комбинированных зарядов нами был использован один из наиболее удобных и іростьіх методов, разработанный с участием автора и приведенный в работе 107]. Критерием относительной эффективности является отношение масс зарядов из испытываемого и эталонного ВВ, образующих при взрыве в песке воронки одинакового объема Испытания проводили с зарядами, помещенными в пластиковую оболочку, схематическое изображение которых дано на рис.4.6. При проведении экспериментов в качестве эталонного ВВ использовали смесь гранулированного и чешуйчатого ТНТ в соотношении 50/50. Результаты опытов приведены в таблице 4.1. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что использование комбинированных зарядов коаксиальной формы приводит к более полному выделению энергии в «Гранулите НП». По-видимому, это обусловлено влиянием осевого заряда ЭВВ, имеющего более высокую скорость детонации (эффект линейного инициирования).
Таким образом, комбинированные коаксиальные заряды могут иметь заметные преимущества перед сплошными зарядами, особенно в неоптимальных условиях взрывания (малый диаметр скважины, использование непористой аммиачной селитры и т.п.). Следует ожидать, что эффективность взрыва зарядов коаксиальной формы в еще большей степени проявится в скальных породах вследствие увеличения скорости детонации в заряде. Поскольку работоспособность коаксиальных комбинированных зарядов, как это установлено опытными взрывами в песке, значительно выше работоспособности сплошных зарядов из «Гранулита НП», были проведены дополнительные исследования по определению скорости детонации «Гранулита НП» в сплошных и коаксиальных зарядах. Опыты проводились с «Гранулитом НП», приготовленном как на плотной АС (ГОСТ 2-85), так и на пористой АС (ОАО «Акрон», г.Новгород). Взрывчатые смеси патронировали в картонные оболочки диаметром 120мм. Высота заряда составляла 180мм. Инициирование заряда осуществлялось боевиком из аммонита 6ЖВ массой 200г и диаметром 80мм.
По оси заряда и в его нижней части по радиусу были установлены 5 датчиков регистрации детонационного фронта. Схема расположения датчиков в сплошном зарядке представлена на рис.4.7а. Наличие двух баз измерения по оси заряда позволяло сделать выводы о стабильности взрывного процесса по оси заряда, а датчики, расположенные на торце заряда позволяли определить радиус кривизны фронта детонации. Результаты измерений представлены в таблице 4.2. Измерения показали, что в зарядах указанных размеров скорость распространения взрывного процесса в «Гранулите БИ», изготавленном на плотной и пористой аммиачной селитре, соответственно, составляла 1,3 км/с и 2,4 км/с. При этом, как в первом, так и во втором опыте, взрывной процесс являлся затухающим, о чем свидетельствует снижение скорости по длине заряда, а также несрабатывание датчиков 5. Затем с использованием этих же ВВ были проведены опыты с коаксиальными комбинированными зарядами. Конструкция заряда и схема расположения датчиков представлены на рис.4.7б. Внутренняя часть коаксиального комбинированного заряда состояла из эмульсионного ВВ, а наружная - из «Гранулита НП». В качестве эмульсионного ВВ была использована эмульсия «Сибирита-1200», сенсибилизированная 2% вспученного перлитового песка. При этом плотность ЭВВ составляла 1,14 г/см . Диаметр заряда эмульсионного ВВ был равен 80мм, а диаметр наружного заряда из «Гранулита НП» (содержание отработанного масла - 6%) составлял 120мм, что близко к постановке опытов на воронокообразованье в песке (толщина слоя «Гранулита НП» составляла 20мм).
