CC BY
128
П. Г. Тамбиев
канд. техн. наук, зам. генерального директора ТОО НІ III «Интеррин»
И. Л. Забудкин
канд. техн. наук, начальник технологического отдела ТОО НІ III «Интеррин»
Е. А. Петров
д-р техн. наук, проф., начальник отдела ОАО «ФНПЦ «Алтай»,
зав. кафедрой Бийского технологического института (филиал) «АлтГТУ им. И. И. Ползунова»
УДК 622.235.2
КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ В НПП «ИНТЕРРИН»
Предложена концепция изготовления и применения водоэмульсионных взрывчатых веществ в НПП «Интеррин».
Приведены физико-химические и взрывчатые характеристики гранулитов марки ЭТВ и ин-теритов, общий объем потребления которых на горных предприятиях Казахстана достигает 30 тыс. тонн в год.
Ключевые слова: ЭМУЛЬСИОННОЕ ВВ, КИСЛОРОДНЫЙ БАЛАНС, ВОДОУСТОЙЧИВОСТЬ, СКВАЖИННЫЕ ЗАРЯДЫ, ВЗРЫВЧАТЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ГРАНУЛИТЫ, ИНТЕРИТЫ
Анализ существующего положения в области изготовления эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) за рубежом позволил сделать следующие выводы.
Практически все разработчики эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) стремятся спроектировать эмульсионные матрицы (ЭМ) с содержанием компонентов (горючего и окислителя) в пропорции, обеспечивающей как можно более полное сгорание ЭМ в процессе протекания взрыва, то есть сделать так, чтобы кислородный баланс ЭМ был максимально приближен к нулевому значению.
Как правило, кислородный баланс (КБ) стандартных эмульсионных матриц колеблется в пределах КБ ~ (-4,5 ... -9,5) % (в зависимости от кислородного баланса примененных окислителей). Впоследствии для приведения КБ самого взрывчатого вещества в уже изготовленную эмульсионную матрицу дополнительно дозируют окислитель в сухом виде (гранулированная аммиачная селитра) или ее высококонцентрированные водные растворы.
Агрегатное (жидкотекучее) состояние эмульсионных матриц, их высокая плотность и отрицательный кислородный баланс делают эмульсионную матрицу относительно безопас-
научно-технический журнал № 2-2013
56 ВЕСТНИК
ной в процессе транспортирования смесительнозарядными машинами и изготовления ЭВВ на местах применения. При этом четко следует понимать, что чем больше отрицательный кислородный баланс эмульсионной матрицы, тем более она безопасна.
Содержание в эмульсионной матрице 95 % тяжелого раствора окислителя (плотность аммиачной селитры 1,6 г/см3) предопределяет ее высокую плотность (до 1,45 г/см3), поэтому для придания чувствительности к так называемому санкционированному взрывному импульсу (патрон-боевик, детонирующий шнур и т. д.) матрицу следует разуплотнить (сенсибилизировать).
В настоящее время сенсибилизация эмульсионных взрывчатых веществ осуществляется в основном газогенерированием и (или) введением полых стеклянных или полимерных микросфер. Для управления плотностью в качестве газифицирующей добавки в состав ЭВВ обычно вводят водный раствор нитрита натрия, вступающий в кислой среде в химическую реакцию с аммиачной селитрой при температурах не ниже 60 °С, в результате которой образуется нитрат аммония, микроскопические пузырьки газообразного азота, сенсибилизирующие ЭВВ, и вода. Таким образом, сенсибилизация
эмульсионной матрицы нитритом натрия требует повышенных температур и рН-контроля горючего раствора окислителя. Заряжание скважин при температурах эмульсии ниже 65 °С неэффективно - снижается скорость протекания реакции газификации ЭВВ, а следовательно, увеличивается время подготовки взрыва и снижается его эффективность. Поэтому смесительнозарядные машины (СЗМ), предназначенные для транспортирования невзрывчатых компонентов и изготовления ЭВВ на местах применения, и автомобили-доставщики эмульсионной матрицы к местам ведения взрывных работ изготавливаются в термоизолированном исполнении.
Следует иметь в виду опасность, сопряженную с применением нитрита натрия. Так, попадание кристаллического нитрита натрия в эмульсию вызывает ее вспышку с переходом во взрыв. Контакт нитрита натрия с органическими веществами легко приводит к возгоранию и взрыву. Кроме того, это вещество токсично.
Сенсибилизация эмульсии стеклянными или полимерными микросферами значительно повышает стоимость ЭВВ. Введение стеклянных микросфер повышает взрывоопасность технологического процесса. При перекачивании ЭВВ разрушается до 30% введенных микросфер с образованием абразивных частиц, что приводит к резкому сокращению срока службы насосов, а также к осаждению ненужного балласта в ЭВВ. Исключить описанные явления позволяет использование полимерных микросфер, разработанных фирмой «Акзо-Нобелъ» (Швеция) с насыпной плотностью от 0,015 до 0,040 г/см3 [1]. Исследования, выполненные ФГУП «ФНПЦ «Алтай», подтвердили эффективность использования этих микросфер в патронах малого диаметра.
Высокая концентрация раствора окислителя при производстве эмульсионных матриц приводит к кристаллизации высоконасыщенного раствора при снижении температуры изготовления, что нарушает процесс эмульгирования. Для уменьшения концентрации аммиачной селитры необходимо применять натриевую селитру, кислородный баланс которой более чем в два раза выше кислородного баланса аммиачной селитры (АС). При этом растет стоимость продукции. Кроме этого, натриевая селитра повышает чувствительность эмульсионной матрицы.
С другой стороны, отечественная аммиачная селитра (сельскохозяйственная) содержит различные противослеживающие добавки - доломитную, магнезиальную или в виде ПАВ, которые при длительном хранении способствуют реакции нейтрализации раствора окислителя, что
затрудняет ее газификацию нитритом натрия. Именно поэтому при газификации эмульсионной матрицы нитритом натрия ее изготовление без натриевой селитры нецелесообразно.
При изготовлении так называемых тяжелых ANFO добавление в эмульсию гранулированной аммиачной селитры (окислителя) требует введения в нее дизельного топлива, что нарушает структуру ЭВВ, приводит к его расслоению и увеличению текучести.
Необходимость газификации эмульсионных матриц предопределяет конструктивную сложность смесительно-зарядных машин, которые должны иметь теплоизолированные емкости для эмульсии, газогенерирующей добавки и раствора водяного орошения (горячей воды).
Особенностью заводов по производству невзрывчатых компонентов эмульсионных ВВ является то, что они не могут иметь накопительных емкостей эмульсионных матриц (в целях безопасности), и смесительно-зарядная машина (СЗМ) загружается эмульсией по мере ее изготовления. Этот процесс приходится на дневное время суток, то есть на время производства взрывных работ. При транспортировании на расстояние до 20.25 км производительность СЗМ не превышает 15 тонн в смену, то есть смесительно-зарядная машина за время работы завода делает всего одну поездку. Таким образом, производительность предприятий зависит от производительности СЗМ.
В ТОО НПП «Интеррин», благодаря проведенному анализу, удалось избежать этих недостатков. Предприятие первым в Казахстане разработало технологию получения водомасляной эмульсии, обладающей абсолютной водоустойчивостью. Для ее получения специально был разработан эмульгатор «пигментный марки П» отечественного производства, обеспечивающий микроструктуру эмульсии с размером 0,12 мкм. Уникальные свойства созданной эмульсии заключаются в том, что она изготавливается с ярко выраженным отрицательным кислородным балансом, который делает производство эмульсии абсолютно безопасным. По данным «ФНПЦ «Алтай», эмульсия не чувствительна к механическим, тепловым воздействиям и не обладает детонационной способностью при инициировании ее мощным боевиком. Уникальность эмульсии заключается также в том, что она позволяет создавать целую гамму смесевых эмульсионных составов путем наполнения ее сыпучим окислителем в различных процентных соотношениях и в сочетании с энергетическими добавками получать ВВ, отвечающие практически всем требованиям потребителя (таблица 1).
научно-технический журнал № 2-2013 ^^9
вестник 57
Таблица 1 - Физико-химические и взрывчатые показатели гранулитов и интеритов
Показатель Значения показателя
Гранулит ЭТВ марок Интерит марок
30 40 П 20 20П 20Э 40 40Т
РАСЧЕТНЫЕ
Теплота взрыва, кДж/кг 3 575 3 478 3 366 3 417 3 309 3 471 3 502 3 122
Кислородный баланс, % -3,7 -30,4 -21,6 -1,98 -1,9 -0,1 -2,0 -14
Идеальная работа, кДж/кг 3 376 3 378 3 304 3 116 3 308 3 470 3 501 3 119
Объем газов, кДж/кг 936 871 918 974 979 964 989 1 002
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
Плотность ВВ, г/см3 1,25 1,36 1,15 1,10 1,11 1,12 1,35 1,35
Критический диаметр открытого заряда, мм 70-100 50-70 100-120 100 100 100 100 100
Скорость детонации, м/с 5 750 5 950 5 350 5 414 5 328 5 457 5 481 5176
Чувствительность к удару по ГОСТ 4545 [2], % 0-4 12-16 0-8 0 0 0 0 4
Водоустойчивость, сут. Относит. Устойч. Устойч. Неуст. Неуст. Неуст. Устойч. Устойч.
В зависимости от условий проведения взрывных работ (обводненности, глубины и диаметра скважин, физико-механических и структурных особенностей массива) подбирается подходящий вид ВВ с определенным соотношением компонентов в смеси. Возможность выбора ВВ с учетом их взрывчатых характеристик и стоимости повышает эффективность отбойки горных пород и сокращает затраты на буровзрывные работы.
Широкие возможности представляют гра-нулиты ЭТВ и интериты в комбинированных скважинных зарядах, когда нижняя часть скважин заряжается более мощными водоустойчивыми ВВ, а верхняя часть - менее мощными и менее водоустойчивыми, но более дешевыми ВВ.
Резервы неводоустойчивых эмульсионных ВВ по количеству энергии, сконцентрированной в зарядах, и относительно низкая стоимость позволяют применять их вместо игданита для заряжания сухих скважин. При этом увеличивается выход горной массы с 1 м скважины, уменьшаются затраты на взрывную отбойку 1 м3. Улучшению качества взрывной отбойки и дробления горных пород способствует увеличение объемной энергии взрыва за счет повышения плотности заряжания. Плотность смеси
возрастает по мере заполнения эмульсией меж-гранульного пространства сыпучего окислителя. С повышением плотности смеси возрастает скорость детонации, и это в сочетании с нулевым кислородным балансом способствует наибольшему выделению энергии при взрыве ВВ.
В условиях обводненности горных пород при наличии проточной и непроточной воды в скважинах используют водоустойчивые эмульсионные ВВ с количеством эмульсии в смеси, превышающим суммарный объем межгрануль-ного пространства. Полное заполнение межгра-нульного пространства окислителя эмульсией препятствует проникновению воды в заряд, благодаря этому ВВ обладают отличной водоустойчивостью со сроком пребывания в скважине до 30 сут.
Разработанные составы эмульсионных ВВ отвечают практически всем технико-экономическим требованиям потребителя и показывают существенные преимущества по сравнению с игданитом, граммонитом и гранулотолом [3, 4, 5].
В настоящее время НПП «Интеррин» изготавливает и успешно применяет на горных предприятиях Казахстана до 30 тыс. тонн в год собственных эмульсионных ВВ.
научно-технический журнал № 2-2013
5о вестник
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Петров, Е. А. Исследование сенсибилизирующей способности микросфер «Ехрапсе!» в гетерогенных ВВ / Е. А. Петров, И. И. Золотухина, Н. В. Бычин // Взрывное дело. -2008. - № 99/56. - С. 174-178.
2. ГОСТ 4545-88. Вещества взрывчатые бризантные. Методы определения характеристик чувствительности к удару.
3. Тамбиев, Г. И. Современное состояние и перспективы развития производства и применения промышленных ВВ в Казахстане / Г. И. Тамбиев, П.Г . Тамбиев // Мат-лы междунар. научно-практ. конф. «Научно-техническое обеспечение горного производства»: Труды ИГД им. Д. А. Кунаева. - Алматы. -2007. - Т. 73. - С. 298-305.
4. Тамбиев, Г. И. Развитие производства промышленных ВВ и их применение в НПП «Интеррин» / Г. И. Тамбиев, Е. Н. Ольшанский // Взрывное дело. - 2007. - № 98/55. - С.192-203.
5. Тамбиев, П. Г. Использование промышленных взрывчатых веществ местного приготовления при добыче руд / П. Г. Тамбиев // Цветная металлургия. - 2011. - № 3. -С. 3-7.
CONCEPT OF EMULSION EXPLOSIVES Тамбиев Петр Геннадьевич
CREATION AT NPP «INTERRIN» е-mail: [email protected]
P. G. Tambiev, I. L. Zabudkin, Ye. A. Petrov
Concept of emulsion explosives creation at Забудкин Игорь Леонидович
NPP «Interrin» is suggested. е-mail: [email protected]
Physico-chemical and explosive
characteristics of granulites brand ETV and interites Петров Евгений Анатольевич
are shown, the total consumption amount of which е-mail: [email protected]
at mining enterprises of Kazahstan reaches 30
thousand tons per year.
Key words: EMULSION EXPLOSIVE,
OXIGEN BALANCE, WATER-RESISTANCE,
BOREHOLE CHARGES, EXPLOSIVE
PROPERTIES, GRANULITES, INTERITES
научно-технический журнал № 2-2013
ВЕСТНИК
59
