CC BY
96
УДК 622.235 Н.Г. Демченко
РОЛЬ ВОДЫ В ПРОМЫШЛЕННЫХ СОСТАВАХ ВВ
Проведено исследование роли воды и ее функциональных особенностей в составах промышленных взрывчатых веществ и ее влияние на процесс их взрывчатого превращения.
Ключевые слова: промышленные взрывчатые вещества, флегматизатор, водоустойчивость составов ВВ.
Неделя горняка
~ИЪ ода в составах промышленных
-Ж.} взрывчатых веществ (ПВВ) может присутствовать в силу сложившихся горно-геологических условий (обводненность взрывных полостей и скважин) или по необходимости в связи с выбранной технологией изготовления и применения ПВВ. В соответствии с классификацией, предложенной в [1], ПВВ в первом случае называют водонаполни-мые, а во втором - водосодержащие, т.к. вода входит в состав ПВВ.
Вопросами влияния наполнения ВВ начали заниматься в середине прошлого века. В 1945 г. Н.М Сытый в 1945 г. отмечал, что при заливке пироксилиновых по-рохов водным раствором аммиачной селитры (АС), наблюдается значительное увеличение эффекта взрыва. А.Я. Апин [2] описал экспериментальные исследования влияния различных наполнителей на показатели взрыва бездымных порохов и тротила. Он рассмотрел три функции влияния наполнителя: обволакивающего агента (флегматизатора), заполнителя пустот и разбавителя (нарушения контакта между зернами). Так, исходя из функции действия воды, как обволакивающего агента (флегматизатора), оказалось невозможным применения в обводненных скважинах чешуированного тротила (ТНТ) ввиду его значительной удельной поверхности. Так в обводненных услови-
ях с проточной водой стали применять водоустойчивое ПВВ - гранулотол, а в случае непроточной воды - смесь АС с повышенным содержанием ТНТ от 50 до 35%. Вода или водный раствор АС в скважинном заряде находятся в свободном состоянии, заполняя межгранульное пространство, и их содержание в объеме может достигать 40%. Результаты исследования влияния воды, как наполнителя, в зарядах ПВВ приведено в [3]. В качестве основных можно отметить следующие:
• снижение ударно-волновой чувствительности состава;
• увеличение критического диаметра;
• смена механизма взрывного разложения ВВ с поверхностного горения на разложение в объеме по механизму теплового взрыва;
• увеличение полноты превращения в детонационной волне;
• увеличение плотности заряжания;
• вода не участвует в детонационном превращении и не влияет на скорость детонации;
• потери энергии на сжатие воды незначительны, а частичный нагрев воды в волне разгрузки продуктов взрыва (ПВ) не следует рассматривать, как безвозмездным.
Однако следует отметить, что в случае применения алюмотола в обводненных
условиях вода принимает участие во вторичных реакциях с алюминием за плоскостью Чепмена - Жуге.
В условиях рыночной экономики, когда стоимость ТНТ, легла непосильным бременем на себестоимость продукции Американская фирма ADTEC в качестве альтернативы к гранулотолу разработала простейший состав - водоустойчивый ANFO. В основе разработки данного состава были заложены следующие идеи:
• сокращение свободного объема межгранульного пространства;
• создание покрытия гранул АС, препятствующего проникновению воды в
АС.
В данном составе используется пористая АС с размерами гранул от 0,5 до 1,0 мм, позволяющая оптимизировать объем межгранульного пространства. Покрытие АС обладает способностью создавать разбухающий плотный гель при проникновении воды в межгранульное пространство и препятствующий дальнейшему проникновению воды к гранулам АС. Однако следует заметить, что данный состав требует предварительного «осушения» взрывных скважин перед их зарядкой и выполнения специальной системы инициирования зарядов. Кроме этого следует отметить единичные положительные опыты пневмозаряжания игданита под столб воды в обводненные скважины. При этом выдержка состава под водой составляла около одних суток. В данных опытах основным моментом, позволившим получить положительный результат, явилось сокращение до минимума свободного межгранульного пространства. Однако этот опыт требует тщательного его изучения и проведения дополнительных исследований и разработки технологии, позволяющей получать надежные результаты. Горные и технологические условия настолько разнообразны, что данные технологии могут оказаться востребованы.
Кроме роли наполнителя в составах ПВВ вода может исполнять роль компонента в составе. Такие составы ПВВ называют водосодержащими. Содержание воды в таких составах не превышает 25%. Данные составы за счет водного раствора АС позволяли увеличить плотность заряжания взрывных полостей и объемную плотность энергии заряда. В исторической ретроспективе можно отметить следующие водосодержащие составы ПВВ [1]:
• водосодержащие, поступавшие на горные предприятия в готовом виде (аква-тол АВ, акватол МГ, акванит ЗЛ);
• водосовместимые, поставляемые
заводами в сухом виде и совмещаемые с водой в процессе заряжания (акватол
65/35, акватол М-15);
• водосодержащие взвеси грануло-тола в высоконцентрированных водных растворах АС, насыщенных при температуре 90 0С (акватол 20 ГМ, карбатолы);
• растворосодержащие ВВ (ифза-ниты, ипкониты). Представляют смесь сухой фазы, содержащей АС и ТНТ и насыщенного высоконцентрированного водного раствора АС.
Использование водосодержащих составов позволило решить ряд проблем по применению ПВВ:
• возможность применения водосодержащих составов, обладающих высокой водоустойчивостью в любых условиях обводненности ;
• более высокая в сравнении с гранулированными составами объемная плотность энергии;
• комплексная механизация работ по изготовлению и применению ПВВ.
Однако ряд проблем, связанных с наличием в составе взрывчатого сенсибилизатора (ТНТ), недостаточная стабильность и водоустойчивость составов привело к созданию нового класса водосодержащих ПВВ - эмульсионных. Эмульсионная матрица представляет обратную эмульсию (типа «вода в масле»), в которой
сплошной фазой является смесь нефтепродуктов с эмульгатором, а диспергируемой - высококонцентрированный водный раствор окислителя ( АС или ее смеси кальциевой или натриевой селитрами). Эмульсия состоит из мицелл размером 510 мкм, покрытых оболочкой масляной фазы, внутри которой находится водный раствор окислителя. Эмульсия имеет высокую степень водоустойчивости, при отсутствии в ней газовых включений ее плотность составляет порядка 1,4 г/см3. Хотя эмульсионная матрица и имеет в своем составе все необходимые компоненты для взрывчатого состава, однако при такой плотности ее детонационная способность является низкой и при диаметре заряда около 500 мм она не детонирует. Для сенсибилизации эмульсионной матрицы используют газификацию (насыщение пузырьками газа эмульсии), введение полых микросфер, введение взрывчатого сенсибилизатора или твердых микрочастиц (ферросилиция). Кроме этого смешение эмульсионной матрицы с игда-нитом, изготовленным на пористой селитре, при содержании последнего свыше 50%, обеспечивает надежную детонацию такого состава в скважинах диаметром 180-200 мм. Составы, изготовленные на основе эмульсионной матрицы - эмуланы, содержащие в составе твердую фазу -игданит, обладают хорошей водоустойчивостью, а объемная плотность энергии может регулироваться соотношением эмульсионной матрицы и твердой фазы.
В водосодержащих составах вода является одним из составляющих компонентов ПВВ, в которых она может выполнять двойственную функцию: исполнять только технологическую роль в изготовлении состава (приготовление водного раствора АС) либо кроме технологической функции может также исполнять роль полноценного компонента, участвующего в реакциях взрывчатого превращения соста-
вов с металлизированной горючей добавкой. Практика применения ПВВ с металлизированной горючей добавкой показывает заметный прирост эффекта действия взрыва этих составов.
Принципиальным моментом для учета роли воды в составах ПВВ является учет влияния воды при проведении термодинамических расчетов теплоты взрыва. Так в [4] рекомендуется в случае, если вода присутствует в заряде в качестве наполнителя, вычитать из теплоты взрыва теплоту испарения воды, заполняющей меж-гранульное пространство. Однако при оценке относительной работоспособности состава [5] используется характеристическое произведение удельного объема ПВ на удельную теплоту взрыва, и учет образования дополнительных паров воды, как наполнителя, в какой - то мере может скомпенсировать потери тепла на ее парообразование. Однако в этом случае неопределенным является, то количество воды, которое поглощает часть теплоты взрыва на парообразование и просто на нагрев.
В случае, если водосодержащее ПВВ содержит алюминий, то в термохимических расчетах воду следует рассматривать как активный компонент смесевого состава и в тепловой баланс включать теплоту образования воды в жидком состоянии.
Роль воды водосодержащих ПВВ оказывается неоднозначной. С точки зрения технологии изготовления эмульсионной матрицы вода является необходимым технологическим компонентом, однако, из рассмотрения взрывного разложения эмульсии и необходимости выполнения условия необходимости «тесного» контакта между окислителем и горючим компонентами для простейших составов ПВВ, в мицелле на молекулярном уровне вода в водном растворе окислителя играет роль разбавителя. С точки зрения технологического компонента вода полностью выполняет свое предназначение и, даже
Среднегодо-
вая
перевыполняет его, обеспечивая высокий уровень безопасности не только при изготовлении, но и обращении с эмульсионными ПВВ. Однако применение эмульсионной матрицы невозможно без ее сенсибилизации. Общепринятые методы ее сенсибилизации посредством снижения ее плотности ведут к снижению объемной концентрации энергии. В этом смысле эмульсионная матрица не является сбалансированным составом. Разработка методов, позволяющих скомпенсировать роль воды, как разбавителя в водном растворе окислителя является одним из резервов повышения сбалансированности и качества эмульсионных составов.
Кроме этого также следует обратить внимание на неоднозначную роль воды (водного раствора АС), вводимую в простейшие составы ПВВ при пневмозаряжании. С одной стороны введение воды в количестве 3-5% препятствует образова-
1. Демидюк Г.П. Направления развития гранулированных и водосодержащих ВВ.// Взрывное дело. - М.: Госгортехиздат, 1974 - № 74/31. - С.5-13
2. Апин А.Я., Димза Г.В. О детонации наполненных и смесевых ВВ.// Взрывное дело. -М.: Госгортехиздат, 1974 - № 74/31. - С. 13-17
3. Друкованный М.Ф., Оберемок О.Н. О влиянии воды на детонацию водоустойчивых гранулированных ВВ.// Взрывное дело. - М.: Г осгортехиздат, 1974 - № 74/31. - С. 17-27
нию и накоплению статического электричества на зарядных шлангах и обеспечивает необходимый уровень безопасности работ. Однако эта вода создает на поверхности гранул АС пленку водного раствора, что препятствует загоранию гранул в поверхностном слое (данные составы разлагаются по механизму взрывного горения) и снижает детонационную способность составов ПВВ. Разработка способа, позволяющего снизить негативное влияние этой воды, является одним из средств повышения взрывной эффективности данных составов ПВВ.
Детальное исследование роли воды и ее функциональных особенностей в составах ПВВ и ее влияние на процесс их взрывчатого превращения позволит не только улучшить качество составов ПВВ, но и повысить их взрывную эффективность.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1988 - 358 с.
5. Кукиб Б.Н., Панкова Е.В., Афанасенков А.Н. и др. Расчетный экспресс-метод предварительной оценки энергетических характеристик, параметров детонации, относительной работоспособности и экономической эффективности промышленных ВВ.// Методы испытаний низкочувствительных ВВ (методические рекомендации) ОИХФ АН СССР - Черноголовка, 1991. -С.90-108 ЕШ
г Коротко об авторе
Демченко Н.Г. - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, ИПКОН РАН, [email protected]
