CC BY
199
II. Пожарная и промышленная безопасность FIRE AND INDUSTRIAL SAFETY
Ю.В. Варнаков
канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
К.Ю. Варнаков
студент ФГБОУ ВПО «КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева»
УДК 622.235:213.2
некоторые способы регулирования вязкости (пластичности) эмульсионных взрывчатых веществ
Рассматриваются способы регулирования пластичности эмульсионных матриц и промышленных эмульсионных взрывчатых веществ, применяемых для формирования колонок скважинных и шпуровых зарядов на земной поверхности и в подземных выработках рудников и шахт.
Ключевые слова: БЕЗОПАСНОСТЬ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ВЗРЫВЧАТЫЕ, ВЕЩЕСТВА, ВЗРЫВНЫЕ, РАБОТЫ, ЭМУЛЬСИОННАЯ, МАТРИЦА, ЭМУЛЬСИЯ, ЭМУЛЬСИОННЫЕ, ВВ, ВЯЗКОСТЬ, ПЛАСТИЧНОСТЬ, ВОДОУСТОЙЧИВОСТЬ, РАБОТОСПОСОБНОСТЬ
Проблема оснащения горнодобывающих пред-
приятий эмульсионными взрывчатыми веществами (ЭВВ), обладающими высокими эксплуатационными характеристиками, до настоящего времени остается приоритетной.
Как правило, соответствие эксплуатационных показателей эмульсионных взрывчатых веществ
предъявляемым технологическим требованиям при ведении взрывных работ зависит от показателей качества эмульсионных матриц в рецептурах ЭВВ. Одним из таких показателей является вязкость (пластичность) эмульсий, определяющая водоустойчивость взрывчатого вещества, эффективность и безопасность его изготовления и применения при взрывных работах. Для создания эмульсионных взрыв-
чатых веществ, обладающих высокой водоустойчивостью, применяют высококонцентрированные обратные эмульсионные матрицы типа «вода в масле» с содержанием раствора окислителя в составе эмульсии от 90 до 95 %. Для их изготовления в России широко используют динамические перемешивающие устройства, имеющие частоту вращения исполнительных органов до 1000 мин-1 и обеспечивающие дробление диспергируемой фазы (раствора окислителя) на мелкие капли с размером от 10-7 до 10-6 мм, рассредоточивая их в дисперсной среде (масляной фазе). Диаметр получаемых капель, живучесть и пластичность эмульсии напрямую зависит от вязкости масляной фазы, типа используемого эмульгатора (поверхностно-активного вещества) и, как уже было сказано выше, от
частоты вращения исполнительных органов эмульгирующих устройств. Анализ рецептур эмульсионных взрывчатых веществ показывает, что эмульсионные матрицы, как правило, изготавливают с применением отечественных эмульгаторов марок РЭМ ТУ 75 11903-631-93 [1], ПЭС ТУ 84-08628424-806-2004 [2], ПГТ-С ТУ 7511903-589-92 [3] или с применением импортного эмульгатора LZ 2820 торговой марки «Lubrizol», основные технические характеристики которых представлены в таблице 1.
Как видно из таблицы 1, значения показателей качества по маркам эмульгаторов коррелируют между собой. Разброс незначителен. При достаточно малой массовой доле эмульгатора в составе эмульсионной матрицы, не превышающей
2,0 %, при содержании активного
Таблица 1 - Показатели качества эмульгаторов
Наименование показателя Марка эмульгатора
РЭМ ПЭС ПГТ-С \3. 2820 «І-иЬгігоІ»
1 Внешний вид Однородная вязкая маслянистая жидкость от светлокоричневого или кирпичного цвета до черного цвета
2 Массовая доля активного вещества в индустриальном масле, % 40-43
3 Кислотное число, мг КОН/г, не более 15-25 15 15 20
4 Эмульгирующая способность, пФ, не более 80 80
5 Плотность при температуре 20 °С, г/смл 0,88 - 0,92 0,88 - 0,99 0,92
6 Кинематическая вязкость при температуре 50 °С, мм2/с (сСт.) 400
7 Кинематическая вязкость при температуре 100 °С, мм2/с (сСт.) - 142
8 Температура вспышки, °С 195-226 (в открытом тигле) 199 (в открытом тигле) - 168 (в закрытом тигле)
вещества в составе эмульгатора от
40,0 до 43,0 % (раствор в индустриальном масле) и кинематической вязкости до 150 мм2/с в диапазоне рабочих температур от 75 до 85 оС эмульгаторы оказывают определяющее влияние на пластичность эмульсий только совместно с масляной фазой эмульсии.
Все эмульсионные взрывчатые вещества, изготавливаемые в России, можно разделить на две группы - на ЭВВ, изготавливаемые смесительно-зарядными машинами (СЗМ) непосредственно на месте применения (на месте ведения взрывных работ) и патронирован-ные ЭВВ, предназначенные к транспортированию на значительные расстояния, превышающие значение 500 км от предприятия-изготовителя взрывчатого вещества, по всей территории Российской Федерации. Эмульсионные взрывчатые вещества, изготавливаемые СЗМ на местах ведения взрывных работ, содержат в качестве масляной фазы эмульсионных матриц, как правило, дизельное топливо (ДТ), изготавливаемое по ГОСТ 305-82 [4], или другое с аналогичными показателями
качества по нормативной документации предприятия-изготовителя. Патронированные эмульсионные взрывчатые вещества изготавливаются на основе эмульсионных матриц, содержащих в качестве масляной фазы индустриальные масла по ГОСТ 20799-88 [5] или другие с аналогичными показателями качества.
При кинематической вязкости ЭВВ в пределах от 1,5 до 6,0 мм2/с [4] дизельное топливо обеспечивает нагрузку на оборудование смесительно-зарядных машин в пределах технических характеристик, а также обеспечивает проходимость ЭВВ по зарядному шлангу СЗМ. Живучесть таких ЭВВ во взрывной скважине не превышает 7- 10 сут с момента изготовления и зарядки.
Патронированные же ЭВВ, предназначенные к перевозке на значительные расстояния и изготовленные с применением индустриального масла марки И-40А, даже при химической сенсибилизации имеют гарантийный срок хранения (ГСХ) не менее 12 мес со дня изготовления.
Столь разительное отличие в длительности ГСХ обусловлено разницей в значениях вязкости масляной фазы, применяемой для изготовления эмульсионных матриц ЭВВ. Основные показатели качества дизельного топлива представлены в таблице 2.
Основные показатели качества индустриальных масел, изготавливаемых отечественной промышленностью, представлены в таблице 3.
Совместный анализ сведений, приведенных в таблицах 1, 2 и 3, показывает, что кинематическая вязкость ДТ по ГОСТ 305-82 любых марок при нормальной температуре значительно меньше кинематической вязкости индустриальных масел марок И-20, И-30А и И-40А, обычно используемых для производства патронированных ЭВВ, транспортируемых на дальние расстояния. Значения плотности эмульгаторов и индустриальных масел различных марок при нормальной температуре практически не различаются между собой и пригодны для совместного использования.
Таблица 2 - Основные показатели качества дизельного топлива по ГОСТ 305-82 [4]
Наименование показателя Норма для марки
Л 3 А
1 Кинематическая вязкость при температуре 20 °С, мм2/с (сСт.) 3,0 - 6,0 00 1 01 о 1,5-4,0
2 Температура застывания, °С, не выше, для климатической зоны: умеренной холодной -10 -35 -45 -55
3 Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже 40 35 30
4 Кислотность, мг КОН на 100см 3 топлива, не более 5 5 5
5 Содержание воды Отсутствие
6 Плотность при температуре 20 °С, кг/мл, не более 860 840 830
Таблица 3 - Основные показатели качества индустриальных масел по ГОСТ 20799-88 [5]
Наименование показателя Норма для марки
И-5А И-8А И-12А И-20А И-ЗОА И-40А И-50А
1 Кинематическая вязкость при 40 °С, мм2/с (сСт.) СО і СО 9-11 13-17 29-35 41 -51 61-75 90 -110
2 Кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не более 0,02 0,02 0,02 0,03 0,05 0,05 0,05
3 Содержание воды Следы
4 Плотность при температуре 20 °С, кг/м3, не более 870 880 880 890 890 900 910
5 Температура застывания, °С, не выше -18 -15 -15 -15 -15 -15 -15
6 Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, не ниже 140 150 170 200 210 220 225
Применение дизельного топлива для изготовления патронированных ЭВВ невозможно вследствие высокой летучести нефтепродукта и его испарения через заклипсованные торцы патронов, а также через не-провары сварных швов (при их существовании) и микроскопические трещины и разрывы в материале (пленке), образующиеся в процессе изготовления материала полимерных гильз патронов. Скопление паров ДТ в замкнутых непроветриваемых помещениях и пространствах может привести к объемному
взрыву при наличии источника воспламенения газовоздушной смеси и достижении взрывоопасных концентраций паров ДТ в воздухе. Следствием низкой вязкости эмульсионных взрывчатых веществ, изготовленных с применением ДТ в составе эмульсионных матриц, является низкая водоустойчивость ЭВВ. Этот недостаток влечет за собой частичное вымывание компонентов из объема скважинного заряда, что, в свою очередь, приводит к изменению кислородного баланса ЭВВ, к снижению эффективности
действия взрыва вплоть до отказов детонации взрываемых зарядов, к повышенному выделению токсичных составляющих газообразных продуктов взрыва в атмосферу и увеличению содержания токсичных компонентов в сточных водах горнодобывающих предприятий. Регулирование вязкости эмульсионных взрывчатых веществ осуществляют, как правило, регулированием вязкости индустриальных масел, применяемых для изготовления эмульсий. Индустриальное масло заданной вязкости в преде-
о 120
<41
г
И-5А И-8 А И-12А И-20А И-30 А И-40А И-50А
Марка индустриального масла
Рисунок 1 - Зависимость кинематической вязкости от марки индустриальных масел
лах от 6 до 110 мм2/с, не указанное в сортаменте ГОСТ 20799-88, можно получить методом смешения стандартных марок между собой в различных пропорциях, тем самым заполнить «разрывы» по показателю «1 Кинематическая вязкость...» таблицы 3 между соседними марками сортамента. При этом можно получить непрерывную кривую, описывающую изменение вязкости, представленную на рисунке 1.
Использование мелкокристаллических парафинов с целью дальнейшего увеличения вязкости эмульсионных матриц приводит также к дополнительному улучшению эксплуатационных характеристик разрабатываемых эмульсионных матриц, в числе которых необходимо отметить устойчивость к окислению, химическую устойчивость, водоустойчивость, устойчивость к воздействию низких и высоких температур, пластичность и др. Представляет значительный интерес использование церезина как в смеси с индустриальными маслами, так и в смеси с мелкодисперсными парафинами. Благодаря меньшим, чем у парафинов, размерам кристаллов церезин обладает повышенной липофильной способностью, вследствие чего образует устойчивые однородные смеси с указанными нефтепродуктами, что позволяет дополнительно улучшить эксплуатационные свойства ЭВВ, в том числе вязкость и водоустойчивость эмульсионных матриц. Изменения вязкости эмульсионных взрывчатых веществ можно добиться введением в состав ЭВВ добавок из гранулированных, дробленых, порошкообразных и связующих материалов, а также жидких компонентов и растворов, применяемых одновременно как для регулировки кислородного баланса, так и для повышения теплоты взры-
ва эмульсионных ВВ. Примерами использования гранулированных добавок в эмульсионных ВВ могут служить ЭВВ, разработанные ОАО «НЦ ВостНИИ», такие как эмульсионный состав АС-25П [6], изготавливаемый ОАО «Промсинтез» (г Чапаевск Самарской обл.); эму-ласт АС-25П [7], изготавливаемый ОАО «Новосибирский завод искусственного волокна» (г. Искитим Новосибирской обл.); эмуласт АС-30ФП [8], изготавливаемый ОАО «Калиновский химический завод» (пос. Калиново Свердловской обл.), ФГУП «Прогресс» (г. Кемерово) и ФГУП «Дальневосточное производственное объединение «Восход» (пос. Эльбан Хабаровского края). Введение гранулированной аммиачной селитры при массовых долях от 25 до 30 % позволяет «искусственно» уменьшить массовую долю воды в составах ЭВВ, тем самым увеличив теплоту взрыва, и привести значение кислородного баланса к значениям, близким к нулю, при этом уменьшить количество токсичных составляющих
газообразных продуктов взрыва, а также вязкость и, как следствие, водоустойчивость составов.
При регулировании вязкости введением сухих мелкодисперсных добавок, таких как алюминиевый порошок (пудра), дробленая или порошкообразная селитра, и других добавок необходимо учитывать влияние абразивного трения поверхностей мелкодисперсного материала о капельки эмульсионной матрицы и возможность разрушения последних, что может привести к перекристаллизации ЭВВ.
Наилучшим способом регулирования вязкости эмульсионных матриц служит создание маловодных эмульсий на основе низкотемпературных окислительных плавов в комбинации с углеводородной фазой из мелкодисперсных парафинов с добавкой церезина, предназначенных для изготовления патронированных эмульсионных взрывчатых веществ малого диаметра, чувствительных к взрывному импульсу первичных средств ини -
циирования (КД, ЭД, ДШ, неэлектрических систем инициирования).
Разработка таких эмульсионных матриц реализована сотрудниками лаборатории безопасности взрывных работ ОАО «НЦ ВостНИИ».
Постановка на производство нового эмульсионного патрониро-ванного взрывчатого вещества II класса (по условиям применения, классифицированным требованиями «Единых правил безопасности взрывных работ» (ПБ 13-407-01))
- эмуласта И-ДП осуществляется в настоящее время в производственных условиях ОАО «Промсинтез» и ОАО «Новосибирский завод искусственного волокна».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 ТУ 75 11903-631-93. Эмульгатор полимерный для эмульсионных промышленных взрывчатых веществ. Технические условия.
2 ТУ 84-08628424-806-2004. Эмульгатор синтетический. Технические условия.
3 ТУ 7511903-589-92. Эмульгатор полиглицериновый таловый для промышленных взрывчатых веществ. Технические условия.
4 ГОСТ 305-82. Дизельное топливо. Технические условия.
5 ГОСТ 20799-88. Масла индустриальные. Технические условия.
6 ТУ 7276-066-00173769-2008. Вещества взрывчатые промышленные. Эмульсионный состав АС-25П. Технические условия.
7 ТУ 7276-077-00173769-2010. Вещества взрывчатые промышленные. Эмуласт АС-25П. Технические условия.
8 ТУ 7276-014-16359200-2004. Вещества взрывчатые промышленные. Эмуласт АС-30ФП. Технические условия.
SOME WAYS OF REGULATING THE VISCOSITY (PLASTICITY) OF EMULSION EXPLOSIVES
Yu.V. Varnakov, K.Yu. Varnakov
Ways of regulating the plasticity of emulsion matrix and industrial emulsion explosives, used for formation of well columns and blast-hole charges on the surface and in underground workings of pits and mines.
Key words: SAFETY, EFFECTIVENESS, EXPLOSIVES, BLASTING,
OPERATIONS, EMULSION, MATRIX, EMULSION, EMULSIVE, SUBSTANCE, VISCOSITY, PLASTICITY, WATERPROOF, PERFORMANCE
Варнаков
Юрий Владимирович e-mail: [email protected]
Варнаков Кирилл Юрьевич e-mail: [email protected]
48
научно-технический журнал № 1.1-2013
ВЕСТНИК
