ПромВВ
.pdfпри взрывании крепких пород и показали высокую эффектив- ность.
Карбатолы - горячельющиеся наполненные ВВ, отверде- вающие после загрузки их в скважину. Они изготавляются сме- шением низкоплавкой эвтектической смеси аммиачной селитры и карбамида с тротилом. Преимуществом карбатолов перед дру- гими наполненными ВВ является их высокая плотность. Карба- толы выпускаются двух марок: обычный карбатол T-15 и метал- лизованный ГЛ-10 В, включающий в состав небольшое количе- ство алюминия. Обводненные скважины заряжают закачивани- ем смеси под столб воды. В таких условиях затвердевшие заря- ды карбатолов могут находиться в скважине с непроточной во- дой 20-30 сут. Промышленные испытания показали целесооб- разность применения карбатолов для взрывания крепких и весь- ма крепких пород.
8.2. Эмульсионные взрывчатые вещества
Эмульсионные ВВ (ЭВВ, эмулиты) имеют неоспоримые преимущества по экологии и безопасности получения и приме- нения по сравнению со всеми другими, применяемыми в России, типами взрывчатых веществ. В производстве полностью исклю- чаются выбросы вредных веществ в атмосферу и водоемы, при взрыве выделяется в 10-15 раз меньше ядовитых газов, что, кро- ме экологии, сокращает время проветривания карьеров. Отлич- ная водоустойчивость снижает до минимума загрязнение грун- товых вод и почвы при выдержке заряда ПВВ до взрыва, а пол- ная механизация заряжания исключает пыление и контакт чело- века с вредными химическими веществами. Применение эмуль- сионных ПВВ дает возможность изготавливать различные со- ставы с широким диапазоном физико-химических и взрывчатых свойств на едином аппаратурном оформлении непосредственно на горных предприятиях и получать взрывчатые составы в про- цессе заряжания скважин из невзрывчатых компонентов.
61
ВВ этого типа являются перспективными в создании про- мышленных ВВ. По ряду причин ЭВВ имеют большие перспек- тивы применения. Разработка их в нашей стране началась в 1975 г. Эмульсионные ВВ представляют разновидность простей- ших АСВВ. Их особенность состоит в том, что в отличие от сме- сей АС-ДТ, в которых ДТ или другое низковязкое горючее по- крывает гранулы АС и частично впитывается внутрь гранул. В ЭВВ жидкое горючее покрывает тонкой пленкой капли насыщен- ного раствора АС (иногда смешанных растворов АС и натриевой селитры), образуя так называемую, обратную эмульсию «вода в масле». Процесс эмульгирования осуществляется в смесителях с быстро вращающейся мешалкой в присутствии эмульгаторов.
Эмульсии ПВВ относятся к высококонцентрированным дисперсным системам, где массовая доля внутренней фазы рас- твора окислителей более 90%. Вследствие этого размер масля- ной прослойки между каплями окислителя будет менее 0,1 мкм.
Полученная матричная эмульсия с высокой плотностью переводится в детонационно-способное состояние введением сенсибилизаторов в виде микросфер, пористых материалов или газовых пузырьков. «Очаговый механизм» возбуждения детона- ции у ЭВВ не вызывает сомнения, но сам процесс взрывчатого превращения имеет несколько гипотез. Заслуживает внимания характер влияния компонентного состава на детонационные ха- рактеристики, имеющие граничные и оптимальные условия по содержанию окислителя, горючего и воды.
Основой всех составов является матричная эмульсия, кото- рая образуется путем смешения в специальных аппаратах окис- лительного раствора и горючей жидкой фазы, где внешнюю фа- зу образуют различные нефтепродукты. Схематично процесс получения и компоновки эмульсионного промышленного взрывчатого вещества приведен на рис.10.
Такие смеси в отличие от смесей АС-ДТ обладают высокой водоустойчивостью и физически стабильны. Для повышения де- тонационной способности, как и в акваналы, вводят газовые пу- зырьки в виде, например, микросфер из полимерного материала
62
или стекла, добавлением порофоры или иным образом. Это по- вышает чувствительность к импульсу, они возбуждаются от кап- сюля-детонатора и имеют сравнительно малые критические диа- метры. В эмулитах достигается высокая поверхность контакта между окислителем (раствор АС) и горючим (нефтемасло).
Рис.10. Схема получения эмульсионных ПВВ
По плотности ЭВВ несколько уступают взрывчатым сус- пензиям типа акватолов, но больше, чем у гранулированных ВВ и патронированных аммонитов. В зависимости от содержания жидкие фазы могут обладать как текучими, так и пластическими свойствами. Для повышения энергетических показателей в со- став ЭВВ вводится Аl-порошок. Технология эмульсионных ве- ществ имеет принципиальное отличие от технологии получения порошкообразных, гранулированных ВВ. Если в их производст- ве в основе лежат физико-химические процессы (измельчение, сушка, смешивание компонентов, укупорка), то производство эмульсионных ВВ, состоящих из высококонцентрированного водного раствора АС и жидкого нефтепродукта (ДТ, мазут), ба- зируется на гидромеханических процессах. Раствор АС, нагре- тый до 60-90°С, диспергируется в нефтепродукте за счет интен- сивного перемешивания. В образовавшуюся смесь для стабили- зации добавляют эмульгатор, и масса приобретает свойства ус- тойчивой эмульсии, в которой каждая капля (глобула) раствора АС покрыта тонкой пленкой нефтепродукта (эмульсия «вода в
63
масле»). Готовятся эмулиты непосредственно в местах потреб- ления на специальных установках, смонтированных на автома- шинах (но есть и заводское производство). Водоэмульсионные ПВВ обычно содержат 94-95% дисперсной фазы (раствор АС в воде) и 5-6% дисперсионной среды (горючее и эмульгатор). Эмульсионные ВВ с каждым годом приобретают все большие масштабы применения в горнодобывающей промышленности. Представителями этого типа ВВ являются порэмиты и гранэми- ты различных марок. Порэмит П-10А, например, представляет смесь, содержащую, %: 43 АС, 16 нитрата кальция, 11 воды, 10 Аl, 5 нефтепродукта (индустриальное масло+петролатум), 3 эмульгатора и 5 микросфер стеклянных. Применяется в сухих и обводненных скважинах. Изготавливается в заводских услови- ях. Кислородный баланс (КБ) равен 15, теплота взрыва Qв - 4800-5000 кДж/кг, тротиловый эквивалент по Qв - 1,17. Порэми- ты марок 1А, 5А соответственно имеют в составах 1 и 5% Аl. По физической структуре порэмиты - пластичные вещества. Гранэ- миты, например, гранэмит И-50, представляет смесь гранулита - игданита - 50% и эмульсии порэмита 50% , которая готовится на месте потребления. КБ равен 0,4%, Qв - 3500 кДж/кг, тротило- вый эквивалент 0,84, D = 4,2-5 км/с, dкр 80-90 мм в стальной трубе, объем газообразных продуктов взрыва Vo = 950 л/кг, чув- ствительность к удару по стандартной пробе равна 4%. В про- мышленности используются также марки эмулитов: эмульсоли- ты, эмулограны (Э-30 состоит из 30% порэмита и 70% гранулита АСМ, соответственно Э-50 - это состав 50/50).
8.3. Промышленные взрывчатые вещества на основе нитросоединений
Нитроглицериновые промышленные ВВ. Нитроглицерино-
выми называют все виды ПВВ, содержащие нитроглицерин или его смесь с другими нитратами многоатомных спиртов незави- симо от природы и содержания других компонентов. Нитрогли- цериновые ВВ классифицируют в основном по содержанию нитроэфиров и по консистенции ВВ. По первому признаку их
64
подразделяют на низкопроцентные (содержание нитроэфиров не более 15%), среднепроцентные (15-60%) и высокопроцентные (более 60%), а по второму признаку - на порошкообразные, по- лупластичные и пластичные, причем две последние группы на- зывают динамитами. К порошкообразным относятся составы, содержащие нитроэфиры до 15%.
Нитраты других многоатомных спиртов, например, эти- ленгликоля, диэтиленгликоля и т.п., вводятся в состав нитро- глицериновых ВВ с целью снижения температуры кристаллиза- ции нитроглицерина (10-13° С), поскольку при переходе послед- него в твердое состояние составы затвердевают, теряют пла- стичность, возрастает опасность в обращении, например, смесь нитроглицерина с нитродигликолем в соотношении 6:4 перехо- дит в твердое состояние при температуре -19,5° С.
С целью предотвращения эксудации нитроглицерина и других эфиров из состава ВВ их желатинизируют растворением нитроклетчатки, содержащей 12-12,5% азота, или коллоидным хлопком. Необходимость желатинизации определяется количе- ством нитроэфира и проводится лишь тогда, когда содержание его в составе ВВ более 5-6%.
В настоящее время применяют только порошкообразные нитроглицериновые ВВ: непредохранительные - детониты и предохранительные - углениты, победиты, серные и нефтяные аммониты. Состав, свойства и характеристики нитроглицерино- вых ВВ приведены в табл.16.
Детонит М изготовляется на труднозамерзающей смеси нитроэфиров, поэтому применяется во всех климатических рай- онах страны. Он не слеживается, водоустойчив, детонирует в сухом и увлажненном состоянии. Детонит М предназначен для трудновзрываемых весьма крепких пород в обводненных забоях, на подземных работах при взрывании шпуровыми зарядами.
Победит ВП-4 применяется для взрывания пород в шахтах, опасных по газу и пыли. Предохранительные свойства его невы-
65
сокие, что объясняется небольшим содержанием соли-инги- битора, повышенным содержанием сенсибилизатора и других активных компонентов.
66
Таблица 16 -Состав и характеристики нитроглицериновых
ВВ
|
|
|
Аммониты |
Углениты |
|||
|
Детонит |
Победит |
|
Нефтя- |
|
|
|
Показатели |
Серный |
ной |
Э-6 |
№5 |
|||
|
М |
ВП-4 |
№1 ЖВ |
№3 |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
ЖВ |
|
|
|
Состав, %: |
|
|
|
|
|
|
|
нитрофиры |
10 |
9 |
5 |
9 |
14 |
10 |
|
аммиачная селитра |
78 |
65 |
52 |
52,5 |
- |
14 |
|
ЖВ |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
селитра натриевая |
- |
- |
- |
- |
46,3 |
- |
|
тротил |
- |
12 |
11,5 |
7 |
- |
- |
|
алюминиевая пудра |
10,7 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
хлористый натрий |
- |
- |
30 |
- |
29 |
- |
|
(калий) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
хлористый аммоний |
- |
1,5 |
1,5 |
- |
2,5 |
1,0 |
|
стеарат кальция |
1 |
- |
- |
1,5 |
1 |
0,15 |
|
коллоидный хлопок |
0,3 |
0,13- |
- |
0,13- |
0,2 |
0,1- |
|
(св.100%) |
0,15 |
0,15 |
0,3 |
||||
|
|
|
|||||
сода (св.100%) |
0,2-0,3 |
0,1-0,3 |
0,2-0,3 |
0,2-0,3 |
0,1- |
0,1- |
|
0,3 |
0,3 |
||||||
|
|
|
|
|
|||
Теплота взрыва, |
5791 |
3867 |
2024 |
3117 |
2682 |
1299 |
|
кДж/кг |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Объем газов, л/кг |
832 |
780 |
878 |
635 |
560 |
216 |
|
Работоспособность |
|
|
|
230- |
130- |
50- |
|
по пробе Трауцля, |
460-500 |
320-340 |
200-220 |
||||
240 |
170 |
90 |
|||||
мл |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
Бризантность, мм |
18-22 |
15-18 |
10-12 |
13-14 |
7,5- |
5-8 |
|
11 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Скорость детона- |
3,9-5,0 |
3,8-4,6 |
2,5-3,0 |
2,8-3,2 |
1,9- |
1,7- |
|
ции, км/с |
2,2 |
1,9 |
|||||
|
|
|
|
||||
Чувствительность к |
40-60 |
40-60 |
36-44 |
36-56 |
40- |
40- |
|
удару, % |
70 |
60 |
|||||
|
|
|
|
67
Серный аммонит № 1 ЖВ, благодаря специфическим пла- мегасящим свойствам, используется в серных и колчеданных шахтах, опасных из-за загорания и взрывов серной пыли и сер- нистых соединений.
Нефтяной аммонит № 3 ЖВ, в состав которого введено большое количество хлористого калия, предназначен для нефтя- ных и азокретовых шахт, опасных по парам бензина и тяжелых углеводородов. Серный и нефтяной аммониты выпускаются в небольших количествах в соответствии с их потребностью.
Углениты предназначены для работ по добыче угля и по- роды в угольных шахтах III категории, в очистных и подготови- тельных забоях с машинным врубом, в тупиковых забоях и ла- вах без вруба, при отбойке мягких углей, в забоях с суфлярным выделением газа, для создания водяных завес перед взрыванием угля и в других особо опасных условиях.
Нитросоединения и их смеси с металлами. К этому типу ПВВ относятся гранулированный тротил (гранулотол) и грану- лированная смесь тротила с алюминием (алюмотол). Данные взрывчатые вещества применяются для заряжания скважин с проточной водой или с высоким уровнем воды на открытых горных разработках, что обусловлено малой растворимостью тротила в воде и низкой химической активностью алюминия по отношению к чистой воде.
Кроме того, гранулотол и алюмотол экономически выгодно применять только в наполненных водой скважинах, так как при водонаполнении значительно повышаются их взрывчатые свой- ства, что видно из данных табл.17.
Взрывчатые характеристики алюмотола и гранулотола в во- де зависят от размеров частиц и их удельной поверхности; с уве- личением поверхности частиц снижается флегматизирующее действие воды, и взрывчатое превращение этих взрывчатых ве- ществ протекает полнее. Поэтому эти взрывчатые вещества вы- пускают в виде гранул диаметром 5 мм.
68
Таблица 17 - Физические и взрывчатые свойства грануло- тола и алюмотола
|
Гранулотол |
Алюмотол |
|||
Показатели |
|
водона- |
|
водона- |
|
сухой |
полнен- |
сухой |
полнен- |
||
|
|||||
|
|
ный |
|
ный |
|
Теплота взрыва, кДж/кг |
3457- |
4190 |
4738- |
5615 |
|
3645 |
5279 |
||||
|
|
|
|||
Объем газов, л/кг |
745 |
895 |
635 |
845 |
|
Работоспособность по |
285-295 |
310-320 |
420-440 |
450-460 |
|
пробе Трауцля, мл |
|||||
|
|
|
|
||
Плотность, г/см3 |
1,48-1,54 |
- |
1,52-1,68 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
Бризантность в стальном |
24-26 |
32-34 |
28-30 |
34 |
|
кольце, мм |
|||||
|
|
|
|
||
Скорость детонации, км/с |
4,5-5 |
5,5-6,7 |
4,3-4,8 |
5,5-6 |
|
|
|
|
|
|
ВВ для импульсной обработки металлов. В машинострои-
тельной промышленности при помощи взрыва производятся различные виды работ по обработке металлов: штамповка, ка- либровка, сварка, развальцовка, упрочнение, прессование по- рошкообразных материалов, гравировка и т.д.
Для выполнения каждого из этих видов работ нужны взрывчатые вещества с определенными характеристиками. На- пример, для упрочнения и пробивания отверстий необходимы ВВ с высокой (7-8 км/с) скоростью детонации и малым кри- тическим диаметром. В то же время для взрывной сварки метал- лов требуются ВВ со скоростью детонации от 1,5 до 4,5 км/с. Кроме этого, в отдельных случаях необходимы взрывчатые ве- щества, способные легко деформироваться и принимать нужную форму, детонировать в тонких слоях с определенной скоростью, давать необходимый взрывной импульс. В табл.18 приведены характеристики ВВ, используемых для импульсной обработки металлов.
69
Таблица 18 - Характеристики ВВ, используемых при импульсной обработке металлов
|
Пла- |
Гексо- |
Аква- |
Аммониты |
||
Показатели |
стик |
пласт- |
|
|
||
нит-2 |
А-40 |
А-50 |
||||
|
Г-75 |
87 |
||||
|
|
|
|
|||
|
пла- |
эла- |
пла- |
порошкообраз- |
||
Физическое состояние |
стич- |
стич- |
стич- |
|||
ные |
||||||
|
ные |
ные |
ные |
|||
|
|
|
||||
Плотность, г/см3 |
1,4-1,5 |
1,5-1,6 |
1,4- |
0,9-1,0 |
1,0-1,1 |
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
Теплота взрыва, кДж/кг |
4609 |
5028 |
4538 |
2514 |
2041 |
|
Скорость детонации, км/с |
7,0-7,6 |
7,0-7,6 |
5,5-6,0 |
2,0-2,5 |
1,7-2,0 |
|
Критический слой дето- |
4-5 |
3-4 |
8-10 |
10-15 |
15-17 |
|
нации, мм |
||||||
|
|
|
|
|
||
Бризантность, мм |
21-22 |
23-25 |
18-22 |
10-12 |
8-10 |
|
Работоспособность по |
330- |
400- |
380- |
180- |
130- |
|
пробе Трауцля, мм |
350 |
410 |
400 |
200 |
150 |
|
Область применения |
упрочнение, |
штам- |
сварка |
|||
штамповка, резка |
повка |
|||||
|
|
|
Пластик Г-75, гексопласт-87 и акванит-2 содержат в соста- ве гексоген, благодаря чему они имеют высокую скорость дето- нации в тонком слое и способны сообщать мощный импульс ударной волны обрабатываемой поверхности. Эти ВВ имеют пластичную консистенцию и характеризуются повышенной чув- ствительностью к механическим воздействиям (чувствитель- ность к удару 40-70%). Заряды, изготовленные из ВВ, перечис- ленных в табл.18, инициируют обычными или специальными средствами взрывания, разработанными для взрывных работ в условиях применения на машиностроительных заводах.
ВВ в предохранительных оболочках. Для выполнения взрывных работ в особо опасных условиях угольных шахт (от- бойка шпуровыми зарядами мягких углей в подготовительных забоях с машинным врубом, при взрывании в печах, нишах и т.д.) разработаны патроны ПВП-1-У, ПВП-1-А и СП-1. Все они имеют однотипную конструкцию. ВВ находится в оболочке, со-
70