CC BY
139
--------------------------------- © А.В. Варичев, С.И. Кретов, А.В. Козуб
С.Д Викторов, Н.Н. Казаков, А.В. Шляпин,
2010
УДК 622.235
А.В. Варичев, С.И. Кретов, А.В. Козуб С.Д. Викторов, Н.Н. Казаков, А.В. Шляпин
УСЛОВИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ДРОБЛЕНИЯ РУДЫ В «МИХАЙЛОВСКОМ» КАРЬЕРЕ ЭМУЛЬСИОННЫМИ ВЗРЫВ ЧА ТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
Дано определение массы и концентрации газогенерирующей добавки при заряжании эмульсионными ВВ глубоких обводненных скважин на предприятиях ОАО «Михайловский ГОК».
Ключевые слова: взрывные работы; глубокие скважины; взрывчатое вещество; эмульсия; газогенерирующая добавка.
~ИЪ настоящее время активно вне-
А#дряются в горное производство эмульсионные взрывчатые вещества. Начало разработки взрывчатых веществ, изготавливаемых на горных предприятиях, в нашей стране осуществлялось по инициативе академика Н.В. Мельникова коллективом сотрудников УРАН ИПКОН РАН под руководством академика Н.В. Мельникова и профессора Г.П. Демидюка [1, 2, 3]. Эмульсионные взрывчатые вещества являются положительным итогом коллективных усилий многих научно-исследовательских, проектных и производственных организаций и предприятий по созданию и внедрению в производство взрывчатых веществ, изготавливаемых на горных предприятиях [1, 2, 3, 4, 5].
ОАО «Михайловский ГОК» построил и запустил в эксплуатацию собственный промышленный комплекс по изготовлению эмульсионных взрывчатых веществ - гранэмитов.
Базовой основой эмульсионных взрывчатых веществ является эмульсия типа «вода в масле», при этом дисперсная фаза, состоящая из микрокапель
водного раствора неорганического окислителя, растворена в непрерывной фазе, образованной жидким горючим
[4].
В качестве неорганических окислителей используют аммиачную селитру и, при необходимости, натриевую или кальциевую селитры. Жидким горючим служат нефтепродукты (дизельное топливо, минеральные масла, реже мазут и др.). Содержание окислителей в эмульсии варьируется в пределах 60 - 85 % по весу, воды 8 - 20 %, жидкого горючего 3
- 7 % и эмульгатора 0,5 - 2,5 %.
При необходимости для повышения энергетических характеристик в состав вводят специальные добавки, такие как алюминиевый порошок, ферросилиций и др.
В качестве эмульгаторов применяются эфиры сорбита и жирных кислот (стеариновой, оливой), а также эфиры глицерина, неорганические соли высших алкиламинов и полимерные соединения, обладающие эмульгирующими свойствами.
Основными достоинствами эмульсионных взрывчатых веществ являются:
относительно высокий уровень безопасности их изготовления и применения; возможность комплексной механизации всех видов технологических операций с взрывоопасными материалами; возможность регулирования энергетических характеристик ВВ; доступность и дешевизна сырья; отсутствие в составе эмульсионных ВВ индивидуальных взрывчатых веществ.
Основные технологические проблемы на горных предприятиях, изготавливающих и использующих эмульсионные взрывчатые вещества для дробления горных пород взрывом, связаны:
- с созданием условий безопасного приготовления на стационарных пунктах эмульсионной матрицы, исключающих возможность несанкционированного взрыва материала в технологических емкостях и в трубопроводах;
- с приданием эмульсионной матрице такой вязкости, при которой она эффективно транспортируется по трубопроводам и шлангам, но не растекается по трещинам в массиве горных пород, прилежащих к заряжаемым скважинам;
- с изготовлением эмульсионных взрывчатых веществ, исключающих возможность не полной детонации зарядов в скважинах;
- с таким эмульгированием эмульсионной матрицы, при котором заряды эмульсионного взрывчатого вещества безотказно детонируют в скважинах применяемых диаметров и глубин.
Для придания эмульсионной матрице детонационных свойств, т.е. для превращения ее во взрывчатое вещество, в матрицу вводят газифицирующие добавки, снижающие ее плотность. В ОАО «Михайловский ГОК» в качестве газифицирующей добавки используют водные растворы нитрита натрия. Вводи-
мый в виде водного раствора в эмульсию нитрит натрия вступает в реакцию с аммиачной селитрой, в результате образуется нитрат аммония, который в кислой среде и при повышенной температуре разлагается с образованием газообразного азота и воды.
Технологически введение раствора газогенерирующей добавки в эмульсию осуществляется при помощи специального насоса в процессе заряжания скважин транспортной смесительнозарядной машиной. Эмульсия проходит через турболизатор, способствующий равномерному распределению в ней капелек раствора газогенерирующей добавки, после чего эмульсия поступает по зарядному шлангу в скважину, где и происходит ее сенсибилизация, связанная с образованием газовых пузырьков.
В вертикальном скважинном заряде плотность эмульсионного взрывчатого вещества с газогенерирующей добавкой в каждой точке по высоте заряда разная. Под действием веса столба заряда в скважине пузырьки газа сжимаются. В нижней части скважины пузырьки газа сжимаются больше, чем в верхней части скважины, и плотность ВВ по длине скважины меняется. Плотность заряда минимальная в верхней части скважины и максимальная в нижней части заряда.
С плотностью эмульсионного ВВ в скважине связана объемная концентрация энергии и теплота взрыва взрывчатого вещества. По теплоте взрыва рассчитываются рациональные параметры буровзрывных работ. Они рассчитываются по фиксированной теплоте взрыва. Нет методики расчета параметров буровзрывных работ по теплоте взрыва, величина которой меняется по высоте заряда.
по весу
Проблема газогенерирования
эмульсионного взрывчатого вещества, заряды которого в скважинах разных диаметров и глубин обеспечивают безотказное взрывание зарядов, сводится к результирующему критерию, к плотности заряжания, особенно в донной части скважины, в местах установки промежуточных детонаторов.
Но если при изготовлении эмульсионной матрицы опасно снижение плотности, т.к. это может вызвать несанкционированный взрыв, то при заряжании скважин опасным является чрезмерное повышение плотности заряда, что может сопровождаться отказами зарядов.
На практике существует стремление увеличивать плотность заряда с целью повышения объемной концентрации энергии. При этом исполнители не всегда помнят, что превышение критического диаметра детонации, связанное с повышением плотности заряда, может сопровождаться отказами.
Рис. 1. Графики зависимости плотности эмульсионных ВВ от содержания нитрита натрия
Реальная плотность заряжания в донной части скважины должна быть меньше критической, чтобы не было отказов.
На рис. 1 представлен график изменения плотности эмульсионных ВВ с разной плотностью эмульсионной матрицы, при введении разной массы нитрита натрия в весовых процентах к массе эмульсии [5]. По оси абсцисс отложен весовой процент введения нитрита натрия в эмульсионную матрицу, по оси ординат отложена плотность эмульсионного взрывчатого вещества.
Если известна рациональная плотность для заряда заданного диаметра, то вводя разную массу нитрита натрия можно получать эмульсионную матрицу разной плотности и газогенерировать до рациональной плотности. В донной части скважины, особенно глубокой скважины, реальная плотность может быть выше рациональной. Поэтому могут иметь место отказы.
На рис. 2 представлены кривые изменения плотности эмульсионных ВВ в колонке заряда по глубине скважины
[5]. По оси абсцисс отложена глубина скважины в метрах, по оси ординат плотность заряда в скважине в г/см3. По верхнему краю рисунка, с переходом на правый край, отложена плотность эмульсионного взрывчатого вещества, какая была бы в скважине, если бы ВВ не попадало бы под гидростатическое давление собственного столба. Верхняя темная полоса на рисунке ограничивает
п.............|....I-------1------------^—*------------------------------------------------------------------------------------------1-1-1-1-1-1-1-1-
О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
глубина скважины, м
Рис. 2. Изменение плотности эмульсионных ВВ в колонке заряда по глубине скважины
критическую плотность эмульсионного ВВ, равную 1, 27 г/см3.
Вертикальные линии это отметки по глубине скважины. Пересечение вертикальной линии с кривой дает численное значение плотности эмульсионного ВВ на рассматриваемой глубине.
По уровню газификации определяется плотность эмульсионного ВВ подаваемого в скважину. По графику (рис. 2), с учетом глубины скважины, определяется максимальная плотность ВВ в донной части заряда. Если эта плотность меньше критической плотности, детонация пройдет в рациональном режиме. Если плотность больше критической, нужно менять соотношение компонентов или уровень газификации.
На рис. 2 расчетная плотность эмульсионного ВВ изменяется от 0,8 г/см3 до 1,27 г/см3.
Заряжать скважины можно только такими эмульсионными ВВ, при которых в донной части скважины плотность заряда ниже критической плотности. Например, при глубине скважины 15 м. нельзя заряжать скважины с расчетной плотностью эмульсионного ВВ больше 1,25 г/см3, а всеми остальными ВВ, представленными на графиках рисунка
2, можно. При глубине скважины 30 метров нельзя заряжать скважины с расчетной плотностью больше 1,1 г/см3. Но всеми другими составами, представленными на графике, с плотностью меньше 1,1 г/см3 заряжать скважины 30 метровой глубины можно.
Весовое процентное содержание нитрита натрия в составе эмульсионного взрывчатого вещества марки И-30, изготавливаемого на «Михайловском» пункте по приготовлению эмульсион-
ных взрывчатых веществ, определяется следующим образом.
В смесительно-зарядную машину на «Михайловском» пункте приготовления эмульсионного взрывчатого вещества загружают сбалансированные объемы компонентов:
- массу эмульсии порэмита - 16933 кг;
- массу дизельного топлива - 366 кг;
- аммиачную селитру - 6800 кг.
Масса всех компонентов в машине,
за исключением массы газогенерирующей добавки составляет 24099 кг.±200 кг. Эта масса после смешения представляет собой 100% массы эмульсионного взрывчатого вещества.
В смесительно-зарядную машину, сверх этой массы загружают 217 кг 8% раствора нитрита натрия.
В 8% водном растворе нитрита натрия, который является газогенерирующей добавкой на «Михайловском ГОКе», содержится нитрита натрия 17,36 кг. Весовое процентное содержание нитрита натрия в готовом эмульсионном взрывчатом веществе 0,07%.
Плотность смеси всех компонентов при соотношении 70% матрицы и 30% игданита до газогенерирования, т.е.
плотность заряжания эмульсионного взрывчатого вещества марки И-30 равна 1,32 г/см3. По графикам рисунка 1, при заряжании в скважину гранэмита И-30 и введении в заряд 0,07% нитрита натрия по весу, после газогенерирования, эмульсионное взрывчатое вещество, вводимое в скважину будет иметь плотность 0,98 г/см3, без учета гидростатического давления.
Под действием гидростатического давления (под действием собственного веса столба взрывчатого вещества в скважине) в донной части заряда образуется самая высокая плотность ЭВВ. Ее необходимо определить и сравнить с
критической плотностью, при достижении которой могут возникать отказы.
По графикам рисунка 2 при плотности ЭВВ 0,98 г/см3 без учета влияния гидростатического давления определяем давление в донной части заряда при глубине скважины 17 м. Плотность в донной части заряда в скважинах глубиной 17 м будет равна 1,18 г/см3. Эта плотность значительно ниже критической плотности, равной 1,27 г/см3. Поэтому отказы из-за переуплотнения в 17 метровой скважине возникать не будут.
По графику рисунка 2 плотность в донной части 32 м скважины будет равна 1,24 г/см3. Эта плотность тоже ниже критический, равной 1,27 г/см3. Следовательно, заряженные этим ЭВВ скважинные заряды при глубине скважин 32 м тоже будут взрываться. Отказов из-за переуплотнения ЭВВ в данной части заряда не будет.
Но плотность заряда в донной части 32 метровой скважины, равная 1,24 г/см3, находится в опасной близости к критической плотности, равной 1,27 г/см3. Из-за случайных отклонений в режимах заряжания она иногда может перейти в область закритической плотности. Чтобы плотность заряжания в донной части заряда 32 метровой скважины стала близкой к плотности в донной части заряда 17 метровой скважины, достаточно увеличить процентное содержание нитрита натрия в ГГД с 8% до 12%, оставляя объемные соотношения ГГД с ЭВВ неизменными.
При 12% растворе нитрита натрия в его массе равной 217 кг содержится масса нитрита натрия, равная 26 кг. Весовое процентное содержание нитрита натрия в готовом ЭВВ 0,107%.
При заряжании скважины взрывчатым веществом И-30, имеющим плотность 1,32 г/см3 и введением 0,107 % нитрита натрия, плотность эмульсионного взрывчатого вещества после газо-
генерирования, определяе-мая по графикам рисунка 1, будет равна 0,9 г/см3.
По графикам рисунка 2 при плотности ЭВВ 0,9%, плотность заряда в донной части 32 метровой скважины будет 1,2 г/см3, т.е. близкой к плотности заряда в донной части 17 метровой скважины при 8% содержании нитрита натрия в газогенерирующей добавке.
При заряжании 32 метровых скважин эмульсионным взрывчатым веществом И-30 в заряд нужно вводить 12% водный раствор нитрита натрия вместо 8% раствора, не изменяя массу вводимого водного раствора.
Приготовление и введение 12,0% раствора газогенерирующей добавки не выходит за пределы, предусмотренные регламентом технологического процесса опытно-промышленной установки по-
1. Мельников Н.В. (ред). Теория и практика открытых разработок. М., Недра, 1973. - С. 636.
2. Демидюк Г.П., Бугайский А.Н. Средства механизации и технология взрывных работ с применением гранулированных взрывчатых веществ. М., Недра, 1975. - С. 312.
3. Казаков Н.Н. Взрывная отбойка руды скважинными зарядами. М., Недра, 1975. - С. 191.
лучения полуфабрикатов для изготовления гранэмитов И-30, в ТСЗМ на ОАО «Михайловский ГОК» РТП 47-
00186849-001-2007.
Выводы
1. При заряжании 32 метровых скважин эмульсионным взрывчатым веществом гранэмит И-30 необходимо повысить процентное содержание нитрита натрия в водном растворе с 8% до 12%, не изменяя массу вводимой в заряд газогенерирующей добавки.
2. При заряжании скважин другими эмульсионными взрывчатыми веществами массу вводимой газогенерирующей добавки и процентное содержание в ней нитрита натрия нужно определять индивидуально для каждого взрывчатого вещества.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Колганов У.В., Соснин В.А. Эмульсионные промышленные взрывчатые вещества. Дзержинск, ГосНИИ «Кристал». 2009. - С. 585.
5. Жученко Е.И., Иоффе В.Б., Кукиб Б.Н., Сундуков И.Ю., Овчаренко М.И. Заряжание глубоких скважин эмульсионными ВВ сибири-тами на разрезах Кузбасса. // Физические проблемы разрушения горных пород. Новосибирск, Наука, 2003. - С. 154-162. шгЛ
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------
Варичев А.В. - ОАО «Металлоинвест», тел.: (495)98і-5555,
Кретов С.И. - ОАО «Михайловский ГОК», postfax@mgok.ru,
Козуб А.В. - ОАО «Михайловский ГОК», E-mail: A_Kozub@mgok.ru
Викторов С.Д. - профессор, доктор технических наук, Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр РАН,
E-mail: V ictorov_S @mail.ru
Казаков Н.Н. - доктор технических наук, Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр РАН, E-mail:kazakov32@mail.ru Шляпин А.В. - кандидат технических наук, Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр РАН, E-mail:Shlyapin@mail.ru
