CC BY
295
------------------------------------------ © А.М. Бейсебаев, П.Г Тамбиев,
2010
УДК 622.235
А.М. Бейсебаев, П.Г. Тамбиев
РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВ ЧА ТЫХ ВЕЩЕСТВ
Разработана принципиально новая технология получения эмульсии с использованием кавитационного гидродинамического преобразователя.
Ключевые слова: сульфидосодержащая руда, взрывные работы, водомасляная эмульсия, игданит, гранулит.
Семинар № 14
^Современное состояние горного
^-'производства предопределяется многообразием горно-геологи-ческих условий, объемами и интенсивностью отработки. Немалую долю в себестоимости добычи полезных ископаемых занимают взрывные работы. Затраты на буровзрывной комплекс колеблются от 25 до 40 %, из которых на ВВ приходится более 60 %. Значительно увеличивается стоимость взрывных работ в обводненных массивах и сульфидсодержащих рудах.
С началом рыночных отношений, развитием и совершенствованием технологии взрывных работ, строительством объектов изготовления ВВ, приближенных к местам их потребления, ассортимент применяемых взрыв-чатых веществ значительно расширился. В настоящее время практически каждый блок можно взрывать с использованием такого взрывчатого вещества, которое дает наибольший эффект в конкретных условиях и безусловно это позволяет экономить предприятиям значительные средства.
Одним из последних зарубежных достижений в области создания ВВ следует считать появление смесей эмульсии и игданита. Соотношение компонентов
смеси «Эмульсия — АС — ДТ» легко изменяется непосредственно на месте производства взрывных работ, так как оба компонента являются самостоятельными ВВ и их можно смешивать в любых пропорциях. Эти составы обладают по сравнению со смесями АС — ДТ большей объемной концентрацией энергии и более высокой водоустойчивостью, а по сравнению с эмульсионным ВВ — меньшей стоимостью.
Научно производственным предприятием «Интеррин» разработаны составы эмульсионных гранулитов, (гранулиты ЭТ для подземных и ЭТВ для открытых) Они также состоят из двух частей: одна — АС: ДТ или только АС, а вторая эмульсия, но не взрывчатая. Данная эмульсия не является взрывчатым веществом из-за резко отрицательного кислородного баланса. Она как правило изготавливается одного состава без корректировки соотношения компонентов, а в смеси АС: ДТ изменяется количество ДТ.
При изготовлении ЭВВ для подземных условий положительные свойства составов достигнуты за счет введения в водомасляную эмульсию (ВМЭ) твердых горючих энергетических добавок типа дисперсного алюминия, угля, гранул пенопо-
листирола и уменьшения содержания воды и исходного нефтепродукта. Следует отметить, что ВМЭ для гранулита ЭТ обычно получают без дополнительного нагрева компонентов смеси, используя тепло горячей воды. Высокую ность смеси обеспечивает относительно невысокое содержание АС — не более 30 %, повышенное содержание воды — 20—25 %, которые флегматизируют став. В составе гранулита ЭТ, по нию с гранулитом Э, разработанным нее в КазНТУ, массовая доля воды уменьшена в среднем на 33 %, нефтепродукта — более чем в два раза, эмульгатора на 25 %. Объем жидкой фазы ВВ сии) сократился на 40 %. Наличие твердых горючих добавок в составе ВМЭ практически исключает стекание жидкой фазы с гранул АС. Теплота взрыва лита ЭТ за счет введения дисперсного алюминия и снижения массовой доли ды составляет 3,5—3,7 МДж/кг.
Разработана принципиально новая технология получения эмульсии с использованием кавитационного гидродинамического преобразователя, принцип действия которого заключается в том, что при изменении площади поперечного сечения движущейся жидкости воз-
поверхностей аппарата, и они не подвергаются кавитационной эрозии. Установлено, что эффективность кавитационного воздействия зависит от величины энергии, затрачиваемой на кавитацию в расширяющемся сопле, которая определяется по формуле:
„ иг и I „ ри„ . I Рп ч2
Яст
-иА8^
F дхЛ
Ро +
(6)
где дст — энергия, идущая на кавитацию (энергия стока); и0 — начальная скорость движения потока; F0 — площадь
нулевого (начального) сечения; Vм —
молекулярный объем газа; F — переменная площадь сечения на участке длиной L; R — универсальная газовая постоянная R = 8,31.Н/кмоль град; — Po- давление жидкости; р — плотность жидкости.
На рис. 1 показана закономерность изменения энергии кавитации. Как видно из графиков при повышении начального давления пик энергии кавитации смещается к расширяющемуся концу трубки Вентури длиной, равной L.
На основе эффекта кавитационного воздействия на ВМЭ и суспензию для ВВ была разработана эксперименталь-
0,3 МПа
0,25МПа 0,2 МПа 0,15МПа
Рис. 1. Изменение энергии кавитации по длине L выходной части трубки Вентури
никают процессы кавитации, вызываю- ная установка, схема которой показана щие образование эмульсии (трубка Вен- на рис. 2.
тури). Процесс происходит непосредст- Установка представляет собой сис-
венно в потоке, удаленном от рабочих тему трубопроводов с запорной
Рис. 2. Экспериментальная установка: 1 — гидродинамический преобразователь; 2 — пульт управления; 3 — рама установки; 4 — насосная установка; 5 — манометр; 6 — термометр; 7 — рабочая емкость; 8 — кран спусковой
Л 11 “\ 4 5 Г—Ч Ь-
тр^і \ \ — — —. ~ — _ \ ( Ы1
Ь і І і \ V » *“ * V.
\\ ' -3
Рис. 3. Гидродинамический преобразователь: 1 — выходной патрубок; 2 — корпуса; 3 — полый шток; 4 — входной патрубок; 5 — механизм перемещения штока
арматурой; шестеренчатый насос НШ-32 с электродвигателем мощностью 2,1 кВт, N = 1460 об/мин; рабочая емкость на 7 литров; пульт управления и гидродинамический преобразователь, который имеет следующую техническую характеристику:
Производительность по жидкой
давление на выходе, МПа диаметр на входе, мм длина, мм масса, кг
0,35
18
540
5,6
фазе, м /час
0,96
Поток обрабатываемой эмульсии под давлением подается через входной патрубок. Затем поток, проходя через кон-фузор, приобретает за счет его сжатия более высокую скорость движения, про-
ходит проточную камеру, набегает на кавитатор, в результате за кавитатором в диффузоре образуется суперкаверна. За счет перепада давлений происходит схлопывание кавитационных пузырьков. При их схлопывании создается локальное давление до 0,507 Па, скорость кумулятивных микроструек достигает от 12 до 30 м/с. Осевое перемещение кави-татора вдоль проточной камеры позволяет регулировать скорость набегания потока эмульсии на кавитатор, при этом изменяется длина каверны, размеры кавитационных пузырьков и их количество, а также интенсивность ударных волн, в результате чего в создается возможность выбора оптимального режима приготовления ВМЭ и водомасляной суспензии.
С целью снижения количества воды в общем объеме водомасляной эмульсии эмульгатор растворяется в дизельном топливе. Экспериментальными исследованиями получено, что способ растворения эмульгатора в дизельном топливе дает качественно лучшие эмульсии, чем способ растворения в воде, причем, микрокапсулы, как показывает микроскопический анализ, оказываются достаточно малыми по размеру — 1—5 мкм. Установлено, что кавитационное воздействие позволяет не только уменьшить содержание воды в ВМЭ, но и получить дисперсный уголь размером частиц менее 50 мкм.
В водосодержащих, эмульсионных ВВ широко применяется дисперсный алюминий в виде пудры, порошка или чешуек. В связи с тем, что дисперсный алюминий является химически активным элементом, нами проведены исследования по безопасному его применению в разработанных составах гранули-та ЭТ. При смешивании дисперсного алюминия с водным раствором АС, эмульгатором или дизельным топливом
в различных соотношениях, реакции взаимодействия между ними не установлено даже при нагревании смеси до 900 С. Дисперсный алюминий различных марок не реагирует с водным раствором АС даже при добавлении значительного количества щелочи и нагревании до 65С Следовательно, использование дисперсного алюминия в качестве твердой горючей добавки в ВМЭ при изготовлении гранулита ЭТ безопасно, не вызывает процессов саморазогрева-ния компонентов и выделения водорода. Причем, дисперсный алюминий целесообразно вводить непосредственно в водомасляную эмульсию.
При изготовлении гранулитов ЭТ твердое горючее (алюминий, уголь, пе-нополистирол) вводятся в эмульсию в количестве от 6 до 12 % от массы эмульсии. Разработаны три типа гра-нулитов ЭТ под литерами А, У и П, означающими наличие в ВВ алюминия, угля или пенополи стирола. Гра-нулит ЭТ технологичен и безопасен в обращении. Наличе воды в его составе уменьшает степень статической электризации, связывает твердые горючие добавки, препятствуя пылению и просыпи в процессе пневмозаряжания. При пневмозаряжании гранули-том ЭТ нефтепродукт, связанный водой, не испаряется в призабойное пространство, благодаря чему улучшаются санитарно-гигиенические условия труда в рабочей зоне. Составы гранулита ЭТ, разработанные на основе исследований его свойств, представлены в таблице.
При выборе технологии приготовления ВВ на подземных рудниках за основу была принята цикличная технология приготовления ВВ в стационарных условиях на подземных мини-заводах, позволяющая изготавливать взрывчатые смеси с высокой точностью дози-
Наименование компонентов Массовая доля компонентов, %
Гранулит А6 Гранулит ЭТ
А У П
Аммиачная селитра 90 91,0 91,0 91,0
Нефтепродукт 4 2,7 2,7 2,7
Алюминий 6 1,5 - -
Уголь — 1,5 3,0 -
Пенополистирол — - - 3,0
Эмульгатор — 0,3 0,3 0,3
Вода — 3,0 3,0 3,0
рования компонентов. Данная технология дает возможность оперативно корректировать рецептуру ВВ с учетом потерь компонентов при хранении и пневмозаряжании.
Разработанные гранулиты ЭТВ для открытых горных предприятий имеют отличительную особенность, которой является их водоустойчивость, достигаемая введением в состав ВМЭ эффективных эмульгаторов и изменением соотношения компонентов. Гранулиты получили общее наименование ЭТВ-30; ЭТВ-40; ЭТВ-П. Они содержат от 20—
50 %водомасляной эмульсии и 2-3 % полистирола(ЭТВ-П).
В настоящее время гранулиты ЭТВ применяются для взрывания пород и руд любой степени крепости и обводненности на карьерах Казахстана. Общий годовой расход в 2007г составил 27тыс.т. Они обладают высокой степенью безопасности по отношению к механическим и тепловым воздействиям, высокой водоустойчивостью, сохраняющейся в проточной воде, доступной сырьевой базой.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------
Бейсебаев А.М. — доктор технических наук, профессор Каз НТУ; Тамбиев П.Г. — аспирант ИГД им. Кунаева (г. Алматы),
E-mail: pio_info_@igd.kz; info@igd.kz
А
