CC BY
24
Huang, D.Q. Li // Journal of environmental chemical engineering. 2017. V. 5(5). P. 184 -189.
28. Synthesis of a unique nanostructured magnesium oxide coated magnetite cluster composite and its application for the removal of selected heavy metals / R. Nagarajah [etc.] // Separation and Purification Technology. 2017. V. 174. P. 290 - 300.
29. Madzokere T. C., A. Karthigeyan Heavy metal ion effluent dis-charge containment using magnesium oxide (MgO) nanoparticles // Materials Today: Proceedings. 2017. V. 4(1). P. 9 - 18.
30. Kwiatkowski V. M., Zhivilova L. M., A. I. Baulina guidance on magnesia ob-strelyany water. Compiled by the Water Department of the VTI.
31. Magnesium hydroxide as a treatment for acid mine drainage in Northern Minnesota / P. Eger, G. Melchert, D. Antonson, J. Wagner // Proceedings America Society of Mining and Reclamation. 1993. P. 204 - 217.
32. Sulaiman A., Othman A., Ibrahim I. The use of magnesium oxide in acid mine drainage treatment // Materials Today: Proceedings. 2018. V. 5 (10). P. 21566 - 21573.
33. Integrated acid mine drainage treatment using Mg(OH)2 or Mg(HCO3)2 and Ca(OH)2: Implications for separate removal of metals and sul-phate / V. Akinwekomi, K. Kefeni, P. Maree, T. Msagati // International Journal of Mineral Processing. 2016. V. 155. P. 83 - 90.
34. Bologo V., Maree J. P., Zvinowanda C. M. Treatment of acid mine drainage using magnesium hydroxide // Proceedings of the International Mine Water Conference. 19 -23. 2009. Pretoria, South Africa. P. 19 - 23.
УДК 622.235.4
DOI: 10.46689/2218-5194-2021-3-1-169-181
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТОНАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЭВВ НПГМ С РАЗЛИЧНЫМИ ИСХОДНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ ЭМУЛЬСИИ ПРИ ИНИЦИИРОВАНИИ ЗАРЯДОВ РАЗНЫМИ ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ДЕТОНАТОРАМИ
В.А. Кутуев, А.С. Флягин, С.Н. Жариков
В условиях карьера и на испытательном полигоне выполнены замеры скорости детонации промышленных эмульсионных взрывчатых веществ НПГМ-100 и НПГМ-70 с добавлением в их состав компонентов аммиачной селитры различных производителей при инициировании зарядов ВВ разными промежуточными детонаторами, с последующим анализом детонационных характеристик зарядов ВВ.
Изучение детонационных характеристик смесевых промышленных ВВ, изготавливаемых вблизи мест непосредственного применения необходимо для развития инновационной направленности технологии БВР, основа которой закладывается при исследовании переходных процессов горного производства. Описанное является лишь малой частью перечня вопросов, рассматриваемых при выполнении темы №0405-20190005 государственного задания №075-00581-19-00.
Ключевые слова: промышленное эмульсионное взрывчатое вещество НПГМ, физико-химические и взрывчатые характеристики НПГМ, состав НПГМ, НПГМ-100, НПГМ-70, скорость детонации, детонационные характеристики, плотность ВВ.
Введение
Изучение детонационных характеристик промышленных эмульсионных взрывчатых веществ в условиях производства взрывных работ является важным элементом контроля качества их изготовления и основой для прогнозирования разрушающего действия взрыва в горном массиве [1 - 4]. Средства инициирования во многом могут улучшать качество дробления [5 - 7]. Однако свойства составов смесевых ВВ в большинстве случаев определяют результаты разрушения горных пород (табл. 1).
В условиях карьера и на испытательном полигоне ООО «Соврудник» сотрудниками Института горного дела УрО РАН выполнены замеры скорости детонации промышленных эмульсионных взрывчатых веществ (ПЭВВ) НПГМ-100 и НПГМ-70 производства НАО «НИПИГОРМАШ» с добавлением в их состав компонентов аммиачной селитры различных производителей при инициировании зарядов ВВ разными промежуточными детонаторами.
Характеристики исследуемого ВВ
Таблица 1
Состав и основные физико-химические и взрывчатые свойства ПЭВВ НПГМ-10 и НПГМ-70 [8]
Состав ПЭВВ НПГМ
Наименование компонента Норма, %
НПГМ-100 НПГМ-70
Эмульсия 98,0.. .99,0 69,0.69,5
Аммиачная селитра, гранулированная ГОСТ 22013 (сухая фаза) 0 29,0.29,5
Газогенерирующая добавка (ГГД) 0,5.2,0 0,5.2,0
Подкисляющая добавка (ПК) 0.0,5 0.0,5
Свойства ПЭВВ НПГМ
Характеристики Норма для НПГМ по маркам
НПГМ-100 НПГМ-70
Расчетные
Кислородный баланс, % -8,69 -0,11
Теплота взрыва, Ккал/кг (кДж/кг) 558 (2335,5) 716 (2993)
Объёмная концентрация энергии, ккал/дм при плотности от 1,05 до 1,25 г/см3 586.697 751.895
Тротиловый эквивалент по объёмной концентрации энергии 0,586.0,697 0,751.0,895
Объем газообразных продуктов взрыва, л/кг 1059 1000
Объем ядовитых газов в пересчёте на СО, л/кг 25 3
Температура продуктов взрыва, К 2142 2498
Детонационное давление, кбар 26,26 29,37
Окончание табл. 1
Экспериментальные
Плотность состава через 30 мин. после введения ГГД, г/см3 1,05.. .1,25
Скорость детонации открытого заряда диаметром 240 мм при плотности 1,05-1,25 г/см3, км/с 5...5,4
Чувствительность к удару по ГОСТ 4545-88: - нижний предел, мм...................................., - частость взрывов,%.................................... 500 0
Чувствительность к трению на копре К-44-Ш максимальное давление прижатия, МПа Более 300
Чувствительность к нагреву (метод ДТА) Отсутствие экзотермического разложения до температуры 170 оС. Начало интенсивного экзотермического разложения Тнир=200... 220 оС.
Чувствительность к первичным средствам инициирования (ЭД, ДШЭ-12) Не чувствителен
Методика исследования и результаты измерений
Исследования детонационных характеристик ПЭВВ НПГМ производились по методике ИГД УрО РАН [9] с применением измерительной аппаратуры DATATRAP II DATA/VOD Recorder [10] (рис. 1). Подробнее о методике измерения скорости детонации можно узнать в публикациях авторов [11-14]. Погрешность измерений по методике составляет 8 = ±3 %.
а
б
Рис. 1. Измерительная аппаратура DATATRAP IIDATA/VOD Recorder (а) и схема измерения скорости детонации ВВ
в одной скважине (б)
Промышленные испытания ПЭВВ НПГМ на соответствие ТУ [8] были разбиты на два этапа. Первая часть проводилась в условиях карьера с измерением скорости детонации в технологических скважинах зарядов ПЭВВ НПГМ-100, приготовленных на основе разных растворов аммиачной селитры, и НПГМ-70 с добавлением сухой фазы производства АО «СДС Азот» (г. Кемерово) и АО «ММУ» (Республика Башкортостан, г. Мелеуз).
Задачей второго этапа являлось проведение полигонных испытаний гильзовых зарядов ПЭВВ НПГМ-100 в стальных трубах диаметром d = 0 0,159 м и длиной Ь = 1 м с использованием промежуточных детонаторов (ПД) различных производителей, таких как бластит-55-1000 (АО «Знамя») и шашка ДПУ-ПТ600 (ОАО «Калиновский химический завод»).
Исходные данные, характеристики зарядов ВВ и результаты испытаний ПЭВВ НПГМ представлены в табл. 2.
Таблица 2
Исходные данные и результаты замеров скорости детонации ПЭВВ НПГМ в условиях карьера и полигона ООО «Соврудник»
№ испытания Диаметр скважины d, м Глубина скважины (длина гильзы) Ь, м Масса заряда 0, кг Длина заряда, 1, м Промежуточный детонатор (боевик) Взрывчатое вещество (исходный компонент для приготовления горячего раствора окислителя (ГРО) Плотность ВВ р, г/см3 Среднее значение скорости детонации Д м/с (5= ±3%)
ИСПЫТАНИЯ В КАРЬЕРЕ
1 0,220 11,5 320 7 НПГМ-100 (Кемеровская селитра) 4301 ±5
2 0,160 9 157 6,5 шашка ПТ-П750 НПГМ-70 (Кемеровская селитра) + Кемеровская селитра (сухая фаза) 1,2 4556 ±5
3 44 1 НПГМ-100 (Кемеровская селитра) 5451 ±5
4 НПГМ-100 нестабильная
0,220 (Мелеузовская селитра) 1,17 детонация
5 67 шашка ДПУ- НПГМ-70
5 1,5 ПТ600 (Кемеровская селитра) + Мелеузовская селитра (сухая фаза) 4924 ±5
6 0,265 97 НПГМ-100 (Мелеузовская селитра) 1,18 4991 ±5
ПОЛИГОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
7 бластит-55-1000 НПГМ-100 5033 ±5
0,159 1 23 1 1,18
8 шашка ДПУ-ПТ600 (Мелеузовская селитра) 4643 ±5
Осциллограммы экспериментальных измерений по 8 испытаниям представлены на рис. 2 - 9.
Рис. 2. Осциллограмма первого испытания, D = 4301 ±8
Рис. 3. Осциллограмма второго испытания, Б = 4556 ±8
Рис. 4. Осциллограмма третьего испытания, D = 5451 ±8
а
3,4467-,
3-
2,5-
2-
1,5-
1 -
0,5-
-0Г021783^~;
32,45
I
33
Time (ms)
f I
i
37
37,772
Рис. 5. Осциллограмма четвертого испытания, нестабильная детонация
Рис. 6. Осциллограмма пятого испытания, Б = 4924 ±8
Рис. 7. Осциллограмма шестого испытания, Б = 4991 ±8
Рис. 8. Осциллограмма седьмого испытания (полигон), Б = 5033 ±5
Рис. 9. Осциллограмма восьмого испытания (полигон), Б = 4643 ±5
Обсуждение результатов
Проведён анализ детонационных характеристик скважинных зарядов ПЭВВ НПГМ-100 и НПГМ-70, приготовленных на растворах Кемеровской и Мелеузовской селитры. Установлено, что процесс детонации заряда ВВ зависит не столько от исходного компонента эмульсии, сколько от плотностных показателей состава ВВ и качественных характеристик ПД. Так, например, из осциллограмм испытаний 3, 5, 6 и 8 (рис. 4, 6, 7, 9) видно, что детонация идет скачкообразно по колонке заряда, а при 4-м испытании (рис. 5) наблюдается и вовсе нестабильный детонационный процесс. Как можно видеть из графика (рис. 10), во всех пяти случаях инициирование зарядов ВВ осуществлялось ПД ДПУ-ПТ600, что говорит о неспособности данного средства инициирования (СИ) как следует инициировать заряд. Другие испытания (1, 2, 7) скважинных и гильзовых зарядов ВВ с ПД ПТ-П750 [3] и бластит-55-1000 показали стабильный процесс детонации, хоть в 1 -м и 2-м испытаниях скорость не достигла значений, предписанных ТУ, как для НПГМ-100, так и для НПГМ-70. Это может быть связано с
плотностью зарядов ВВ (р = 1,2 г/см ), которая находилась не в оптималь-
3
ных значениях (р = 1,16...1,18 г/см ).
о 5 5
^ ° ^ пГ
5 а
Я °
о. т
а> о
]> О-
а> о)
^ 5
—' О)
ск 10
+ а
ь
е - I
Г"— г > —-
| Ш га
3 к о т
£ т _ ш
С ¡5 и в
1 ё з |1 1!
« 5000 3
£ 2000 и о а.
2 юоо о
1 17 1,17 1,17
нестабильная детонация
ПД ПТ-П750
Скорость детонации
ПД ДПУ-ПТ600
ПД бластит-
55-1000
ПД ДПУ-
ПТ600
Плотность ВВ
Рис. 10. Графическое представление экспериментальных данных
По результатам полигонных испытаний гильзовых зарядов ПЭВВ НПГМ-100, приготовленных на Мелеузовской селитре и инициированных ПД бластит-55-1000 и шашкой ДПУ-ПТ600 при прочих равных параметрах зарядов, сравнив две осциллограммы (рис. 8, 9), можно сказать, что процесс детонации заряда ВВ с ПД бластит-55-1000 протекал стабильно по всей колонке с хорошими показателями скорости (О = 5033 ±5) в интервале значений согласно ТУ [8]. На рис. 9 наблюдается неустойчивый процесс детонации по всей длине заряда ВВ инициируемого ПД ДПУ-ПТ600, следствием чего является низкая скорость детонации (О = 4643 ±5) (ниже, указанной в ТУ [8]). В других случаях причиной низких детонационных характеристик ВВ, наиболее вероятно, также является ПД ДПУ-ПТ600, не обеспечивающая необходимой величины импульса передачи детонации при возможной неравномерной газификации состава ВВ по колонке заряда.
Заключение
В ходе исследования влияния исходного компонента эмульсии двух производителей на детонационные характеристики ПЭВВ НПГМ установлено, что даже при разных параметрах зарядов ВВ с условием должного входного контроля исходный компонент эмульсии от разных производителей не оказывает существенного воздействия на скорость детонации заряда ВВ. Проанализировав все осциллограммы, мы пришли к выводу, что наибольшее значение имеет выбор средств инициирования (промежуточного детонатора). Поэтому перед производством БВР рекомендуется осуществлять качественный входной контроль путем проведения промышленных полигонных испытаний промежуточных детонаторов различных производителей.
Ещё один немаловажный фактор, влияющий на детонационные характеристики, - плотность ВВ. Экспериментально установлена оптимальная плотность для ПЭВВ НПГМ марки «100» и «70» в интервале значений р = 1,16-1,18 г/см , которая позволяет достигать скоростей детонации, заявленных в ТУ [8].
Исследования выполнены в рамках Государственного задания №075-00581-19-00, темы № 0405-2019-0005 (2019 - 2021 гг.).
Список литературы
1. Зырянов И. В., Бондаренко И. Ф., Жариков С. Н. Определение параметров буровзрывных работ на кимберлитовых карьерах криолитозо-ны. Якутск : Издательский Дом СВФУ, 2019. 96 с.
2. Белин В. А. Исследования качества взрывных работ при использовании эмульсионных взрывчатых веществ // Взрывное дело. 2020. №127/84. С. 37-64.
3. Горинов С. А. Инициирование и детонация эмульсионных взрывчатых веществ. Йошкар-Ола: ООО «ИПФ «Стринг», 2020. 214 с.
4. Mishra, Arvind & Rout, Manamohan & Singh, Deepanshu & Jana, Sakti. Influence of Gassing Agent and Density on Detonation Velocity of Bulk Emulsion Explosives // Geotechnical and Geological Engineering. 2018, Vol. 36, pp. 89-94. doi.org/10.1007/s10706-017-0308-7.
5. Raina, Avtar & Agarwal, Ankur & Singh, R.B. & Choudhury, P.B. Electronic detonators: The psychological edge // Journal of Mines, Metals & Fuels. 2015. Vol. 63. P. 88-96.
6. Changping Yi, Jonny Sjoberg, Daniel Johansson, Nikolaos Petropou-los. A numerical study of the impact of short delays on rock fragmentation // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2017. Vol. 100. P. 250-254. doi.org/10.1016/j.ijrmms.2017.10.026.
7. Saadatmand Hashemi A., Katsabanis P. The Effect of Stress Wave Interaction and Delay Timing on Blast-Induced Rock Damage and Fragmentation // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2020. Issue 5. doi.org/10.1007/s00603-019-02043-9.
8. Вещества взрывчатые промышленные «НПГМ» Технические условия ТУ 7276-001-37945333-2014. Екатеринбург: ЗАО «НИПИГОР-МАШ», 2014. 22 с.
9. Методика измерений скорости детонации взрывчатых веществ реостатным методом, интервалов замедления между взрывами скважин-ных зарядов, ускорения сейсмических колебаний и давления на фронте ударной воздушной волны с использованием измерителя скорости детонации DATATRAP II DATA/VOD RECORDER : стандарт организации: СТО 01.01.001-2019 / ИГД УрО РАН. Екатеринбург, 2019. 28 с.
10. Руководство по использованию измерителя скорости детонации. DataTrap II DATA/VOD Recorder. Редакция 3.0. MREL Group of Companies Limited, Kingston, Canada, 2013. 102 с.
11. Меньшиков П. В., Синицын В. А., Шеменев В. Г. Определение основных детонационных характеристик взрывчатых веществ с помощью измерительного оборудования DATATRAP II DATA/VOD RECORDER // Проблемы недропользования. 2016. №4 (11). С. 112-120. DOI: 10.18454/2313-1586.2016.04.112.
12. Меньшиков П. В., Синицын В. А., Шеменев В. Г., Шамин В. В. Инструментальные замеры фактических интервалов замедлений для оптимальных параметров сетки скважин с использованием системы электронного взрывания «DAVEYTRONIC» // Успехи современного естествознания. 2016. № 3. С. 183-189.
13. Кутуев В. А., Меньшиков П. В., Жариков С. Н. Анализ методов исследования детонационных процессов ВВ // Проблемы недропользования. 2016. №3. С. 78-87. DOI: 10.18454/2313-1586.2016.03.078.
14. Кутуев В. А. Изучение детонационных характеристик промышленного эмульсионного взрывчатого вещества порэмит-1А, с использованием регистратора данных "DATATRAPII™" // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2016. № 21. С. 101-109.
Кутуев Вячеслав Александрович, науч. сотрудник лаборатории, sla-vik1988@,mail.ru, Россия, Екатеринбург, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук,
Флягин Александр Сергеевич, мл. науч. сотрудник лаборатории, flyagingdr@,mail.ru, Россия, Екатеринбург, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук,
Жариков Сергей Николаевич, канд. техн. наук, вед. науч. сотрудник, зав. лабораторией, [email protected], Россия, Екатеринбург, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук
INVESTIGATION OF DETONATION CHARACTERISTICS OF AN EMULSION EXPLOSIVE NPGM WITH DIFFERENT INITIAL COMPONENTS OF THE EMULSION WHEN INITIATING CHARGES WITH DIFFERENT INTERMEDIATE DETONATORS
V.A. Kutuev, A.S. Flyagin, S.N. Zharikov
In the conditions of the quarry and at the test site, the detonation rate of industrial emulsion explosives (IEE) was measured NPGM-100 and NPGM-70 with the addition of components of ammonium nitrate from different manufacturers when initiating explosive charges with different intermediate detonators, followed by an analysis of the detonation characteristics of explosive charges.
The study of the detonation characteristics of mixed industrial explosives manufactured near the places of direct use is necessary for the development of the innovative orientation of the BWR technology, the basis of which is laid in the study of the transients of mining production. What is described in the article is only a small part of the huge list of issues considered in the implementation of the topic No. 0405-2019-0005 of the state task No. 07500581-19-00.
Key words: industrial emulsion explosive NPGM, physical, chemical and explosive characteristics of NPGM, composition of NPGM, NPGM-100, NPGM-70, detonation velocity, detonation characteristics, density of explosives.
Kutuev Vyacheslav Alexandrovich, researcher at the laboratory, sla-vik1988@,mail. ru, Russia, Yekaterinburg, Institute of Mining of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences,
Flyagin Alexander Sergeevich, junior researcher at the laboratory, flyag-ingdr@,mail. ru, Russia, Yekaterinburg, Institute of Mining of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences,
Zharikov Sergey Nikolaevich, candidate of technical sciences, leading researcher, head of the laboratory, 333vista@mail. ru, Russia, Yekaterinburg, Institute of Mining of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences
References
1. Zyryanov I. V., Bondarenko I. F., Zharikov S. N. Determination of parameters of drilling and blasting operations at kimberlite pits of the cryolithozone. Yakutsk: NEFU Publishing House, 2019. 96 p.
2. Belin V. A. Studies of the quality of explosive work when using emulsion explosives // Explosive business. 2020. No. 127/84. pp. 37-64.
3. Gorinov S. A. Initiation and detonation of emulsion explosives. Yoshkar-Ola: IPF "String" LLC, 2020. 214 p.
4. Mishra, Arvind & Rout, Manamohan & Singh, Deepanshu & Jana, Sakti. Influence of Gassing Agent and Density on Detonation Velocity of Bulk Emulsion Explosives // Geotechnical and Geological Engineering. 2018, Vol. 36, pp. 89-94. doi.org/10.1007/s10706-017-0308-7.
5. Raina, Avtar & Agarwal, Ankur & Singh, R.B. & Choudhury, P.B. Electronic detonators: The psychological edge // Journal of Mines, Metals & Fuels. 2015, Vol. 63, pp. 88-96.
6. Changping Yi, Jonny Sjoberg, Daniel Johansson, Nikolaos Petropoulos. A numerical study of the impact of short delays on rock fragmentation // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2017, Vol. 100, pp. 250-254. doi.org/10.1016/j.ijrmms.2017.10.026.
7. Saadatmand Hashemi A., Katsabanis P. The Effect of Stress Wave Interaction and Delay Timing on Blast-Induced Rock Damage and Fragmenta-tion // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2020. Issue 5. doi.org/10.1007/s00603-019-02043-9.
8. Industrial explosive substances "NPGM" Technical specifications of TU 7276001-37945333-2014. Yekaterinburg: CJSC "NIPIGOR-MASH", 2014. 22 p.
9. The method of measuring the detonation velocity of explosives by the rheostatic method, the deceleration intervals between the explosions of borehole charges, the acceleration of seismic vibrations and the pressure at the front of the shock air wave using the detonation velocity meter DATATRAP II DATA/VOD RECORDER: the organization's standard: SRT 01.01.001-2019 / IGD UrO RAS. Yekaterinburg, 2019. 28 p.
10. Instructions for using the detonation velocity meter. DataTrap II DATA/VOD Recorder. Revision 3.0. MREL Group of Companies Limited, Kingston, Canada, 2013. 102 p.
11. Menshikov P. V., Sinitsyn V. A., Shemenev V. G. Determination of the main detonation characteristics of explosives using measuring equipment DATATRAP II DA-TA/VOD RECORDER // Problems of subsurface use. 2016. No. 4 (11). pp. 112-120. DOI: 10.18454/2313-1586.2016.04.112.
12. Menshikov P. V., Sinitsyn V. A., Semenov V. G., V. V. Shamin Instrumental measurements of the actual intervals slowdowns for the optimal parameters of the grid of wells with the use of electron-tion blasting "DAVEYTRONIC" // Successes of modern estestvenno-tion. 2016. No. 3. P. 183-189.
13. Kutuev, A. V., Menshikov P. V., Zharikov S. N. Analysis methods for the study of detonation processes VV // Problems of subsoil use. 2016. No. 3. pp. 78-87. DOI: 10.18454/2313-1586.2016.03.078.
14. Kutuev V. A. The study of detonation characteristics of the industrial emulsion explosive poremit-1A, using the data recorder "DATATRAPII™" // Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2016. No. S21. pp. 101-109.
