Научная статья на тему 'Результаты исследований возможности создания предохранительных вв для разрезов'

Результаты исследований возможности создания предохранительных вв для разрезов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
87
48
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Кушнеров Петр Иванович, Панчишин Виктор Ярославович

В краткой форме излагаются результаты исследований промышленных и экспериментальных составов ВВ, содержащих антипирогенные добавки. Приведены экспериментальные и расчетные данные, позволяющие количественно оценить уровень их предохранительности в отношении метановоздушной среды и наметить оптимальные пути повышения предохранительных свойств ВВ. Сделан вывод о возможности применения в составах гранулированных и эмульсионных ВВ карбамида, пенополистирола и хлористого натрия

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Кушнеров Петр Иванович, Панчишин Виктор Ярославович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Результаты исследований возможности создания предохранительных вв для разрезов»

УДК 622.235 П.И. Кушнеров

Кемеровский филиал ЗАО ИТЦ «Взрывиспытания» В.Я. Панчишин

ОАО НЦ ВостНИИ

Результаты исследований возможности создания предохранительных ВВ для разрезов

В краткой форме излагаются результаты исследований промышленных и экспериментальных составов ВВ, содержащих антипирогенные добавки. Приведены экспериментальные и расчетные данные, позволяющие количественно оценить уровень их предохранительности в отношении метановоздушной среды и наметить оптимальные пути повышения предохранительных свойств ВВ. Сделан вывод о возможности применения в составах гранулированных и эмульсионных ВВ карбамида, пенополистирола и хлористого натрия

Известно, что все ранее выполненные исследования были направлены исключительно на изучение свойств предохранительных патронированных ВВ, применяющихся в качестве шпуровых зарядов в условиях, опасных по возникновению взрывов метана и угольной пыли при подземной добыче угля. В связи с этим в настоящее время нет данных, характеризующих предохранительные свойства гранулированных и эмульсионных ВВ, которые применяются при открытой добыче полезного ископаемого. Критерии, служащие для оценки возможности тех или иных ВВ при взрывных работах поджигать уголь и метан, также отсутствуют. В связи с этим для оценки безопасных свойств промышленных ВВ (Порэмит 1 и 1А, сибириты, гранулиты НК и др.) использовались такие параметры ВВ, как теплота и температура взрыва, плотность ВВ и удельный объем газов, образующихся при взрыве ВВ, полученные исходя из уравнений реакций взрывчатого превращения ВВ и метода последовательного приближения с помощью данных о теплоте взрыва, а также молекулярного веса веществ, входящих в составы взрывчатых веществ, широко представленных в научно-технической литературе и нормативной документации.

Целью исследований являлось определение показателей пожароопасности ВВ в отношении возможности поджигания ими угля, определение эффективности способов снижения возможности загорания угля в условиях метановыделения, а также создание специальных ВВ для ведения взрывных работ в пожароопасных зонах угольных разрезов.

Для этого наряду с действующими промышленными ВВ изучались экспериментальные составы ВВ, содержащие антипирогенные добавки, - карбамид (мочевина), пенополистирол, а также водные растворы хлористого натрия.

Скорость детонации ВВ определялась при диаметре заряда не менее предельного и общей длине не менее пяти диаметров заряда. Измерения выполнялись по ГОСТ В 3250-75. Длину участка «прохождения» детонации определяли экспериментально при выполнении данных исследований.

Опыты выполнялись в трубах из стали диаметром 36 мм. Инициатором служил патрон аммонита № 6 ЖВ массой 50 г.

После подрыва заряда, уложенного на грунт во взрывной камере, находили остаток трубы и с точностью до 1 мм измеряли в 4 диаметрально противоположных точках его длину. Длину прохождения детонации определяли как разницу первоначальной длины и остатка трубы.

Эффективность действия ВВ находили по методу определения эффективности действия ВВ обжатием свинцовых цилиндров [1].

Бризантность ВВ определялась с помощью стальных колец в соответствии с методом Гес-

са [2].

Отбор проб продуктов взрыва для определения количества ядовитых газов производился после взрыва во взрывной камере емкостью 90 м3 в соответствии с методом определения объема и состава продуктов взрыва [3].

Температуру разложения ВВ определяли в соответствии с ГОСТ 19433-88 с помощью де-риватографа марки Q-1500 Д (ВНР) при скорости нарастания температуры 5 0С/мин, чувствительности 100 мг и скорости протягивания ленты 2 мм/мин.

Для характеристики ВВ определяли Тмакс - температуру максимальной скорости потери массы, Ткон - конечную температуру термораспада, а также потери вещества при термораспаде, выраженные в процентах, от начального значения массы. Температуру разложения Тн.р. рассчитывали как среднее арифметическое температуры выделения тепла и температуры начала потери массы.

Тмакс принимали равной минимальной температуре зажигания, которая служит для определения пожароопасности ВВ.

Результаты расчета параметров и экспериментально определенных взрывчатых характеристик ВВ приведены в таблице 1.

Определение предельной массы заряда, при которой с заданной надежностью Р=0,975 отсутствуют воспламенения метана, производили расчетным путем с помощью математической модели, позволяющей количественно оценить уровень их предохранительности в отношении мета-новоздушной среды и наметить оптимальные пути повышения предохранительных свойств ВВ.

Расчет производился по известным или экспериментально установленным значениям плотности, скорости детонации, удельному объему газообразных продуктов взрыва ВВ, теплоте и энергии взрыва, в соответствии с эмпирическими соотношениями Б.И. Вайнштейна для оценки предохранительных свойств ВВ [4]:

т ^бЫ^-Ю11^1'54 г,

где = р ' ' - (1-Р)/ Б4 -У^ 0,34 - обобщающий параметр, учитывающий плотность ВВ (р),

содержание твердых веществ в продуктах взрыва (в), удельный объем газов (У), энергию взрыва скорость детонации (Б).

Таблица 1 - Параметры и характеристики промышленных и модельных составов ВВ

Наименование ВВ Теплота взрыва, кДж/кг Удельный объем газов, л/кг Плотность, г/см3 Предельный диаметр в стальной трубе, мм Длина участка детонации, мм Скорость детонации, км/с Температура взрыва, оС Максимальная температура зажигания, оС

Гранулит АС-8 5,195 847 0,95 25-30 400 3,6 2871 260

Гранулит АС-4 4,525 907 0,85 30-40 225 3,2 2531 260

Гранулит УП -1 3,40 980 0,9 30-40 205 2,9 2210 270

Игданит 3,855 990 0,85 25-40 370 2,7 2167 310

Граммонит 79/21 3,394 895 0,9 10-15 Более 400 4,2 2850 252

Граммонит 30/70 4,316 852 0,95 15-20 То же 5,2 2906 -

Гранулотол 3,455 750 1,0 10-15 -«- 6,0 2950 -

Аммонит № 6 ЖВ 4,312 905 0,9 9-11 -«- 4,8 2964 -

ПЖВ-20 3,427 819 1,05 15-20 -«- 4,0 2331 -

АП-5 ЖВ 3,816 788 1,0 9-15 -«- 4,6 2529 -

Гранулит НК 3,18 980 0,85 25-35 2,6 1547 -

Порэмит-1 3,14 920 1,3 36-45 400 4,4 1677 288

Порэмит-1 с добавкой

хлористого натрия 2,83 828 1,3 36-45 250 4,2 1509 320

Порэмит -1 А 3,01 1010 1,25 36-45 250 4,0 1607 300

Порэмит-1 А с добавкой 270

хлористого натрия 2,71 910 1,25 36-45 270 3,6 1446 320

Смесь селитры с пенопо-

листиролом 2,54 398 0,5 30-40 320 1,8 1260

Данные расчета предельной массы заряда, при взрыве которого ВВ не воспламеняет метан, представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Предельная масса зарядов ВВ, не воспламеняющая метан

Предельная масса заряда, не

Наименование ВВ воспламеняющая метан, г

(расчетная)

Гранулит АС-8 1100

Гранулит АС-4 1300

Гранулит УП-1 3100

Игданит 3400

Граммонит 79/21 400

Граммонит 30/70 100

Гранулотол 93,9

Аммонит № 6 ЖВ 93,9

ПЖВ-20 900

АП-5 ЖВ 400

Гранулит НК 4800

Порэмит-1 1400

Порэмит-1 с добавкой хлористого натрия 2300

Порэмит 1А 2200

Порэмит-1 А с добавкой хлористого натрия 5100

Смесь аммиачной селитры с пенополистиролом 20000

В результате исследований установлено, что наибольшими предохранительными свойствами по отношению к опасности воспламенения метана обладают смеси аммиачной селитры с пенополистиролом, гранулит НК и эмульсионные взрывчатые вещества (ЭВВ), у которых предельная масса заряда составляет 2200-20000 г, что значительно больше, чем у тротилосодержащих ВВ, например гранулотола или граммонита 79/21 (93,9-400 г). Причем температура взрыва этих ВВ значительно ниже, чем у других ВВ, и составляет всего 1260-1677оС, что на 20-50% меньше, чем у игданита и граммонита 79/21. Однако, с точки зрения опасности поджигания угля выгорающим зарядом ВВ, в условиях метановыделения наиболее безопасными являются ЭВВ, содержащие добавки хлористого натрия, которые не выгорают и не поджигают уголь в случае воспламенения метана.

Растворы хлористого натрия можно вводить не только в ВВ, но и в обводненную скважину путем предварительного растворения порошка хлористого натрия в воде. Дальнейшие исследования проводились с целью определения вредного влияния раствора хлористого натрия на физиче-

ские, термические и взрывчатые свойства ЭВВ.

Оценка физической стабильности эмульсионных ВВ (Порэмит-1) в воде и в растворе хлористого натрия (338 г/л) проводилась по двум показателям: по изменению плотности раствора и уменьшению массы ВВ. В обоих случаях навеска свежеприготовленного ВВ массой 1000 г помещалась в стеклянный мерный сосуд, после чего поверх столба ВВ в свободное пространство доливалось 500 мл воды или раствора. Плотность в стеклянных цилиндрах ежесуточно замерялась стандартными ареометрами из набора. Раствор перед каждым замером плотности над столбом ВВ перемешивался шпателем в течение 1 мин. Наблюдения велись в течение 8 сут. Начальное значение плотности (0 сут) определялось сразу после заливки воды и раствора хлористого натрия на столб ВВ. Полученные усредненные данные замеров представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Изменение плотности раствора над столбом Порэмита -1 после его выдержки в воде или растворе хлористого натрия

Сутки Плотность раствора над столбом ЭВВ, г/см 3

Вода Раствор хлористого натрия

0 1,004 1,224

1 1,008 1,227

2 1,010 1,229

3 1,012 1,233

4 1,012 1,234

5 1,013 1,235

6 1,013 1,235

7 1,014 1,235

8 1,015 1,236

Из таблицы 3 видно, что плотность раствора над столбом ЭВВ изменялась незначительно и примерно в равной степени, т.е. как для воды, так и для раствора хлористого натрия. Изменение

3 3

плотности воды за 8 сут составляло 0,011 г/см , для раствора хлористого натрия - 0,012 г/см . Полученные результаты свидетельствуют о практически одинаковом воздействии воды и раствора хлористого натрия на физическое состояние ЭВВ в рассмотренном интервале времени.

Подобные результаты получены в опытах по изменению массы вещества Порэмита-1. Наблюдения велись в течение 15 сут. Масса ЭВВ, постепенно растворяющегося в водной фазе, оп-

ределялась следующим образом. Из стеклянного цилиндра осторожно сливали слой водной фазы и масла, всплывающего на поверхность вследствие разложения эмульсии ЭВВ. Всю жидкость взвешивали на весах с точностью до 1 г. После взвешивания жидкость заливали обратно в стеклянный цилиндр с ЭВВ. Наблюдения проводились ежедневно. Масса ЭВВ в стеклянном цилиндре определялась по изменению массы жидкости над столбом ЭВВ. Результаты представлены графически на рисунке 1.

Су тки

1 - ЭВВ в воде; 2 - ЭВВ в растворе хлористого натрия Рисунок 1 - Изменение массы ЭВВ в воде и растворе хлористого натрия

Из графика видно, что скорость растворения ЭВВ в растворе хлористого натрия на 5-10% выше, чем в случае растворения в воде. Можно предположить, что разложенные в воде ЭВВ определяются механизмом диффузии ионов NH4+, Na+, NOз- с поверхности эмульсии в раствор.

Интересно отметить существование «точки перегиба» на кривых растворения ЭВВ (рисунок 1). Это объясняется тем, что в первые 1-2 сут «набухание» эмульсии под действием сил осмоса превалирует над процессом растворения и деструкции.

Таким образом, и в этой серии опытов не обнаружено дополнительного отрицательного воздействия хлористого натрия на физическую стабильность ЭВВ в сравнении с воздействием на него воды.

Оценка термохимической стойкости образцов ЭВВ (Порэмит-1), выдержанных под слоем воды или раствора хлористого натрия в течение 15 сут, как видно из таблицы 4, примерно одинакова.

Таблица 4 - Термохимическая стойкость ЭВВ в воде или растворе хлористого натрия

Испытуемое ВВ Т н.р., оС Ттах, оС Потери, %

Порэмит-1 в воде 245 320 85

Порэмит-1 в растворе

хлористого натрия 245 320 85

После обработки дериватограмм установлено: потери массы после выдержки ЭВВ в воде и рассоле составляют при 100оС - по 4,5%, при 150оС - 8,0 и 7,3%, при 200оС - 10,0 и 10,7%. При температуре 245оС в обоих случаях наблюдается мощный экзопик (резкое повышение температуры). Все это в совокупности свидетельствует о практически одинаковом поведении вещества, выделенном в обычной воде и в растворе хлористого натрия в течение 15 сут.

Образцы Порэмита-1, выдержанные под слоем воды или раствора хлористого натрия в течение 10 сут, испытывались также на содержание и состав ядовитых газов в продуктах взрыва. Результаты газового анализа представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Содержание и состав ядовитых газов в продуктах взрыва Порэмита -1 после выдержки под слоем воды и раствора хлористого натрия

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Содержание ядовитых газов в продуктах взрыва, г/л

Порэмит-1 выдержан под водой Порэмит-1 выдержан под раствором хлористого натрия

СО N Ох 2СО СО N Ох 2СО

6,1 2,09 19,7 4,99 2,1 17,6

Как видно из таблицы 5, содержание условной окиси углерода в продуктах взрыва ЭВВ после его контакта с водой или раствором хлористого натрия отличается незначительно. Разница между ними сопоставима с погрешностью метода оценки содержания ядовитых газов.

Взрывчатые показатели Порэмита-1 после его контакта с водой или раствором хлористого натрия представлены в таблице 6. При этом вначале исследовались свежеприготовленные навески ЭВВ, а затем после 3 и 5-суточной выдержки ЭВВ под слоем воды или раствора хлористого натрия.

Таблица 6 - Взрывчатые показатели Порэмита -1 после выдержки его под слоем воды или раствора хлористого натрия

Время выдержки Порэмита-1, сут Бризантность, мм Эффективность взрыва, мм

после выдержки в воде после выдержки в растворе хлористого натрия после выдержки в воде после выдержки в растворе хлористого натрия

0 28-29 28-29 40-42 40-42

3 24-26 24-26 38-39 38-39

5 13,2 12,1 35,2 36,5

Из таблицы 6 видно, что взрывчатые показатели ЭВВ после контакта его с водой или раствором хлористого натрия изменяются примерно в равной мере.

Таким образом, на основании выполненных исследований было установлено следующее:

1 Наиболее безопасными, с точки зрения воспламенения метана продуктами детонации, образующимися при взрыве ВВ, из всех рассмотренных и вновь разрабатываемых ВВ являются смеси аммиачной селитры с пенополистиролом, гранулит НК и ЭВВ, у которых предельная масса заряда, не воспламеняющая метан, составляет 2200-20000 г, что значительно больше, чем у тротилосодержащих ВВ. У этих ВВ предельная масса составляет всего 94-400 г, а температура взрыва наиболее безопасных ВВ составляет 1260-1677 0С, что на 20-50% меньше, чем у игданита и граммонита 79/21.

2 Наибольшей предохранительностью в условиях метановыделения обладают эмульсионные ВВ с добавками хлористого натрия, которые, в отличие от всех рассмотренных ВВ, не поджигают уголь в условиях метановыделения от выгорающего заряда ВВ массой 1 кг.

3 Влияние воды и водного раствора хлористого натрия на ЭВВ при их непосредственном контакте с ВВ практически одинаково в течение 15 сут. Так, например, плотность раствора аммиачной селитры над столбом ЭВВ за 8 сут нахождения в воде и растворе хлористого натрия изменилась соответственно всего на 0,011-0,012 г/см от начальной плотности; потери ЭВВ при выдержке в воде всего на 5-10% меньше, чем в растворе хлористого натрия; термическая стойкость ЭВВ после выдержки ЭВВ в воде или в растворе хлористого натрия в течение 15 сут одинакова.

4 Взрывчатые характеристики ЭВВ после выдержки в течение 5 сут в воде или водном растворе хлористого натрия также практически не отличаются.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Технические требования и методы испытания взрывчатых веществ местного приготовления для угольных разрезов. - Кемерово: ВостНИИ, 1995.

2 Светлов, Б.Я. Теория и свойства промышленных взрывчатых веществ/ Б.Я. Светлов, Н.Е. Яременко. - М.: Недра, 1973. -133 с.

3 Поздняков, З.Г. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания /З.Г. Поздняков, Б.Д. Росси. - М.: Недра, 1977. -С.188-190.

4 Вайнштейн, Б.И. Эмпирические соотношения для оценки предохранительных свойств ВВ // Взрывное дело. - №84/41. -М.: Недра, 1982. -С. 54-60.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.