CC BY
59
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ГЛОБУЛ ЭМУЛЬСИИ НА ДЕТОНАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭВВ ПРИ ИХ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ ПЛАСТИКОВЫМИ ПОЛИМИКРОСФЕРАМИ
Осуществлена оценка влияния размеров глобул эмульсии на детонационные характеристики ЭВВ при их сенсибилизации пластиковыми по-
Ключевые слова: эмульсионная матрица, детонация, взрывчатое вещество, аммиачная селитра.
При распространении опыта применения ЭВВ сенсибилизированных пластиковыми полимикросферами для осуществления щадящего взрывания, в качестве базовых эмульсий предусматривается использование эмульсионных матриц местного производства. Вследствие использования предприятиями различных технологий и эмульгаторов, при создании ЭВВ неизбежно будет наблюдаться использование эмульсий, имеющих глобулы различного размера. В настоящее время отсутствуют методики учета влияния размеров глобул на детонационные характеристики ЭВВ сенсибилизированных пластиковыми полимикросферами.
Данная работа посвящена оценке влияния размеров глобул эмульсионных матриц на детонационные параметры эмульсионных взрывчатых веществ сенсибилизированных пластиковыми полимикросферами.
Согласно [1—5] скорость детонации Э и давление в т. Чепмена-Жуге Р* определяется выражением:
лимикросферами.
В2
2(к +1)0,
(1)
с(1 - к-+1 ОС )(1 -1 в,)
Р
Р* = -^- В2
газ
к +1
(2)
где рг =р0(і - Е в.) Iі-ро Е -
і V і Р.
а. 0) — коволюм і( і) — вещества; 0>у — теплота взрыва; в.
— массовая доля і — твердого вещества в продуктах взрыва; р. — плотность і -твердого вещества в продуктах взрыва; с
— отношение средней мольной теплоемкости продуктов детонации при температуре взрыва к универсальной газовой постоянной.
Таким образом, для определения детонационных характеристик ВВ необходимо знание величины ро.
В случае сенсибилизации ЭВВ пластиковыми микросферами начало развития детонационного процесса обусловлено схлопыванием поверхностных микропор [5]. Величина ро при
этом определяется из уравнения [5]:
где р00 — начальная плотность ВВ, рэм — плотность эмульсии; Хвозд — пористость ЭВВ, обусловленную воздухом, подхваченным при смешении полимикросфер с эмульсией; эффек-
полимикросферы. Я0 — радиус микропоры, г — относительное уменьшение объема поверхностной поры.
Величина г для поверхностных микропор определяется из уравнения [5]:
(4)
тивная пористость ЭВВ 2эфф = 1 -
пЯ,
,
где Я0 — радиус микропоры, А — размер частиц эмульсии; Ру — величина фронтального давления детонационной волны; рс, Хс, Сс — плотность, коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость аммиачной селитры соответственно; ц — внутренний коэффициент трения аммиачной селитры; рэ —
плотность матрицы ЭВВ; %°э — пористость эмульсионной составляющей ВВ, обусловленная полимикросферами; АT — подъем температуры ЭВВ вследствие трения, необходимый для начала реакции взрывного горения.
Величина АT определяется, исходя из уравнения:
АT =
W1L1+ w2 L2
(1 + Ю-Т0
T
1 + ке^
(6)
0
где Т* = 523 К (температура начала автокаталитической реакции разложения аммиачной селитры [1]); и м2 — удельные площади пленок воды и аммиачной селитры на поверхностях трещин сдвига соответственно; Ц и L2 — удельные теплоты парообразования воды и разложение аммиачной селитры соответственно; ке — коэффициент термоактивности:
кс =
Х1с1р1
X с р
э эг э
(7)
(Х1 , с1, р1 — коэффициент теплопроводности, теплоемкость и
плотность газов в пузырьке (в ударной волне); X э, сэ, рэ —
коэффициент теплопроводности, теплоемкость и плотность эмульсии);
= 8 (1 -1) ц
( 1 )2 - и)
(1 +1) Я
(8)
где Я — универсальная газовая постоянная; Ж — массовая скорость вещества ВВ за фронтом ударной волны, Ц- приращения массовой скорости [2].
(у1, ц1 коэффициент адиабаты, средний молекулярный вес газов пузырька соответственно);
у +1
величина р1 равна: р1 = р,° —--- (9)
71 -1
(рО — начальная плотность газов в пузырьке).
Система уравнений (1)—(9) позволяет учесть влияние А — размер частиц эмульсии на значения скорости детонации и давления в т.Чепмена-Жуге.
На рис. 1—3 приведены расчетные зависимости скорости детонации, давления газообразных продуктов взрыва в т.Чепмена-Жуге, коэффициента политропы продуктов взрыва — от плотности ЭВВ при различных размерах глобул. При построении приведенных выше зависимостей рассматривалась эмульсия следующего химического состава (NH4NOз-80,7 %, И20 — 14 %, топл. фаза -5.3 %). Радиус полимикросферы 1,5 мм, радиус поры 60 мкм, насыпная плотность полимикросфер
0,05 г/см3. При расчетах полагали, что объем «подхваченного»
Рис. 1. Зависимость скорости детонации от плотности ЭВВ при различных размерах глобул эмульсии
Плотность ЭВВ, г/см3
—♦—Диаметр частиц эмульсии 5 мкм —«—Диаметр частиц эмульсии 7,5 мкм —а—Диаметр частиц эмУльсии 10 мкм
Рис. 2. Зависимость давления в т. Чепмена-Жуге от плотности ЭВВ при различных размерах глобул эмульсии
Плотность ЭВВ, г/см3
—♦— Диаметр частиц эмульсии 5 мкм —■— Диаметр частиц эмульсии 7,5 мкм
Диаметр частиц эмУльсии 10 мкм
Рис. 3. Зависимость коэффициента политропы продуктов взрыва от плотности ЭВВ при различных размерах глобул эмульсии
воздуха при смешении матричной эмульсии с полимикросферами пропорционален объему вводимых полимикросфер (%возд
изменяется от 0,18 до 0,05 при увеличении плотности ЭВВ от 0,5 г/см3 до 1,0 г/см3).
Анализ полученных зависимостей показывает:
• величина коэффициента политропы газообразных продуктов взрыва определяется в основном плотностью ЭВВ и слабо зависит от размера глобул эмульсии;
• для эмульсий среднего качества (7—10 мкм) скорость детонации существенно зависит как от плотности ЭВВ, так и от размера глобул эмульсии. При этом скорость детонации увеличивается с ростом плотности ЭВВ и уменьшением глобул эмульсии. Скорость детонации высококачественных эмульсий (диаметром 5 мкм и менее) слабо зависит от плотности ЭВВ;
• давление газообразных продуктов взрыва в т.Чепмена-Жуге увеличивается при уменьшении размера глобул эмульсии.
Полученные зависимости не противоречат основным физическим представлениям о развитии детонационных процессов в ЭВВ сенсибилизированных пластиковыми полимикросферами [5] и представляют интерес при производстве и применении рассматриваемого вида ВВ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Колганов Е.В., Соснин В.А. Эмульсионные промышленные взрывчатые вещества. 1-я книга (Составы и свойства). Дзержинск Нижегородской области, издательство ГосНИИ «Кристалл», 2009. 592 с.
2. Проф. Ванг Ксюгуанг. Эмульсионные взрывчатые вещества. Перевод монографии издания Metaiiurgical Indusry Press, Beijing, 1994, под редакцией к.т.н. Старшинова А.В., Москва-Красноармейск, 2002.
3. Горинов С.А., Кутузов Б.Н., Собина Е.П. Структура окислительной фазы эмульсионных взрывчатых веществ. В препринте «Эмульсионные ВВ, гранэмиты и ANFO: структура, инициирование,
физико-технические основы создания» (отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2011 — №7 — 64с. — М.: «Горная книга».
4. Лыков А.В. Тепломассобмен. 1978. — 479 с. — М.: Энергия.
УДК 662.217 © С.А. Горинов, И.Ю. Маслов,
2011
ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ФАЗЫ ЭМУЛЬСИИ ЭВВ НА ВЗРЫВЧАТЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИ ИХ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ ПЛАСТИКОВЫМИ ПОЛИМИКРОСФЕРАМИ
Рассмотрено влияние химического состава окислительной фазы эмульсии ЭВВ на взрывчатые характеристики при их сенсибилизации пластиковыми полимикросферами.
Ключевые слова: сенсибилизированные пузырьки, взрыв, газообразные вещества, термоактивность, теплопроводность.
В настоящее время горнодобывающие предприятия применяют эмульсионные взрывчатые вещества, имеющие окислительную фазу различной химической природы (на базе только ЫИЫОз, а также ЫИЫОз + ЫаЫОз и ЫИЫОз + Са(ЫОз)2). Известно [1,2] что химический состав окислительной фазы ЭВВ оказывает существенное влияние на детонационные характеристики ЭВВ, сенсибилизированные газовыми пузырьками или стеклянными микросферами. Оценка влияния химического состава окислительной фазы на взрывчатые характеристики ЭВВ сенсибилизированные пластиковыми полимикросферами ранее не рассматривалась. Однако разрешение данного вопроса является необходимым для обоснования выбора химического состава окислительной фазы для матричной эмульсии при создании рассматриваемого вида ВВ.
