Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Смесевые энергонасыщенные материалы. Учебное пособие
.pdf
кое-то время под водой без изменения взрывчатых свойств. Длительное время в
подобных случаях использовали гранулированный тротил (гранулотол)
и гранулированную смесь алюминиевого порошка в расплавленном тротиле
(алюмотол). Однако применение этих ВВ во многих случаях экономически невыгодно. Их потенциальные энергетические возможности используются в отсутствие окислителя лишь частично. При взрыве выделяется много продуктов
неполного окисления, что также ставит дополнительную проблему проветривания глубоких карьеров после взрыва. Применение порошкообразных СПВВ
с окислителем в обводных скважинах возможно только при их герметичной
упаковке. При бестарном заряжании селитра быстро растворяется, а порошок
гидрофобных добавок типа тротила не тонет в воде и собирается на ее поверхности. Таким образом, переход к скважинным зарядам потребовал создания не
только сыпучих СПВВ, но и с повышенной водостойкостью, какими и явились
крупнодисперсные композиции.
Крупнодисперсные композиции, массово выпускаемые промышленностью
в разное время, можно подразделить на СПВВ с взрывчатым горючим:
– динафталиты;
– граммониты холодного смешивания;
– граммониты горячего смешивания;
– граммоналы
и СПВВ с невзрывчатым горючим:
– игданиты;
– гранулиты холодного смешивания;
– гранулиты горячего смешивания.
6.2.1. Динафталиты
Для взрывных работ в настоящее время рекомендована только одна из марок
данного типа. Это сыпучая малопылящая композиция с содержанием зерен размером 0,2–5 мм состава, %: аммиачная селитра неводоустойчивая – 53, водостойкая
– 35, динитронафталин – 11,6, парафин – 0,4. Зернение и гидрофобизация динитронафталином и парафином обеспечивают составу водоустойчивость и неслеживаемость. Смешивание измельченных компонентов проводится на бегунах, под
тяжелыми катками которых частички гидрофобного динитронафталина втираются
в неровности частиц селитры, образуя подобие пленки, и обеспечивают этим защиту последней от влаги. Добавка парафина усиливает эту защиту.
По взрывчатым показателям динафталиты мало отличаются от аммонита
№ 6, менее чувствительны к механическим воздействиям.
Выпускается динафталит только в патронированном виде. Относится
к СПВВ II класса, допущен к применению на открытых и подземных работах
для взрывания пород средней и повышенной крепости в обводненных условиях.
Может заменять в скважинах и шпурах заряды из аммонита № 6.
51
6.2.2. Граммониты холодного смешивания
Состав, %
Холодного смешивания
Горячего смешивания
79/21
30/70
79/21-В
30/70-В
Селитра гранулированная
неводоустойчивая
79
30
79
30
Тротил
чешуированньй
гранулированный
21
-
-
70
21
-
70
-
Масло индустриальное (сверх 100 %)
- - 1,0
-
Все композиции данного вида (табл. 6.5) мало слеживаются, сыпучи. При
пневмотранспортировании компоненты частично истираются и в призабойное
пространство может выноситься значительное количество пыли. Происходит также электризация частиц. Для устранения этих явлений, а также увеличения плотности заряжания рекомендуется в ходе пневмоснаряжения впрыскивать в СПВВ
3–5 % воды. Пневмозаряжание сухими составами запрещено. Пыление и электризация при ручном заряжании скважин незначительны. Заводами изготовителями
композиции выпускаются упакованными в полиэтиленовые мешки.
Помимо приведенных в табл. 6.5, производятся также и другие марки
граммонитов. В обозначениях числитель дроби показывает содержание селитры, а знаменатель – тротила.
Граммониты холодного смешивания производят из крупнозернистых или
гранулированных компонентов с диаметром частиц до 4–5 мм. Уменьшение
удельной поверхности компонентов и площади их соприкосновения отрицательно сказались на всех показателях детонационной способности: в 5–10 раз
возрос критический диаметр, уменьшилась восприимчивость к детонации и т.д.
Однако для практики взрывных работ скважинными методами все это большого значения не имеет. Основному же из поставленных требований – сыпучести
– такие СПВВ удовлетворяют. Механические смеси гранулированной селитры с
гранулированным или чешуированным тротилом первоначально получили название крупнодисперсных аммонитов, затем зерногранулитов, и позднее граммонитов.
5
Граммониты
Граммонит 79/21 сбалансирован по кислороду и может использоваться как
на открытых, так и на подземных работах для заряжания сухих и слабообводненных полостей (СПВВ II класса). Устойчивая детонация зарядов обеспечивается патроном аммонита.
КБ граммонита 30/70 сильно отрицателен и из-за образования большого количества токсичных газов при взрыве он допущен только для открытых работ. Селитра в граммоните не имеет гидрофобной защиты и поэтому сравнительно быст-
52
ро растворяется в воде. Однако и в растворе она участвует в процессе взрыва в ка-
Состав, %
А-8
А-45
А-50
Селитра аммиачная
порошкообразная
гранулированная
-
80
40
-
47
-
Тротил
12
45
50
Алюминиевый порошок
8
15
3
честве окислителя, увеличивая на 15–20 % взрывной эффект. Поэтому граммонит
30/70 наиболее эффективен в частично обводненных скважинах, где нет проточ-
ной воды. Подрыв заряда осуществляется шашкой-детонатором.
6.2.3. Граммониты горячего смешивания
Из граммонитов горячего смешивания в табл. 6.5 представлены только две
марки, состав которых аналогичен выше рассмотренным граммонитам холодного
смешивания. Они представляют собой хорошо сыпучие и однородные продукты,
поверхность гранул селитры которых частично пропитана и покрыта расплавленным тротилом в аппаратах «кипящего слоя». Закапсулированная в пленку тротила
селитра не должна в идеале контактировать с водой и растворяться в ней. В действительности же пленка тротила всегда имеет дефекты, через которые вода проникает внутрь гранул, а раствор диффундирует в окружающую воду. Сплошность
пленки зависит в какой-то мере от массы тротила, израсходованного для капсулирования. Поэтому наряду со сбалансированными по кислороду граммонитами горячего смешивания (79/21–В) имеются составы с содержанием тротила до 70 %
(30/70–В). Однако и в них селитра полностью не защищена от воды. Заметное изменение свойств таких составов из-за вымывания селитры через микротрещины
покрытия наступает через 10–30 суток их пребывания в непроточной воде.
В граммоните 79/21-В поверхность капсулирующей оболочки дополнительно
ожирена минеральным маслом. Размер гранул 2–3 мм. Оба граммонита не слеживаются при хранении, пневмотранспортабельны, не пылят.
Граммонит 79/21-В по энергетическим характеристикам и детонационным
качествам близок к аммониту № 6, а граммонит 30/70-В – к тротилу. Для полной детонации граммонитов требуется достаточно мощный начальный импульс, поэтому в качестве промежуточных детонаторов применяют шашки из
аммонитов или тротила.
6.2.4. Граммоналы
Граммоналы готовятся смешиванием селитры и алюминиевого порошка
с расплавленным тротилом в лопастных смесителях с последующим гранулированием массы (табл. 6.6).
6
Граммоналы
53
Граммоналы сыпучи, мало пылят, хорошо тонут в воде, водостойки. Заряды из граммоналов, содержащих 40–50 % тротила, могут без изменения свойств
находиться в непроточной воде до 2–3 суток. Энергетические показатели определяются, в основном, содержанием алюминия. Граммонал А-45 считается наиболее мощным из всех гранулированных промышленных ВВ. Его назначение –
работы в весьма крепких труднодобываемых породах. Другие граммоналы по
энергии взрыва схожи с гранулотолом. Граммоналы детонируют от КД, но надежнее – от промежуточного детонатора.
6.2.5. Крупнодисперсные СПВВ с невзрывчатым горючим
К этому классу относятся простейшие ВВ на основе смесей гранулированной аммиачной селитры с жидкими продуктами. Простейшими они называются
потому, что не содержат нитросоединений. Простейшие ВВ в русской транскрипции обозначают индексом АС-ДТ (аммиачная селитра – дизельное топливо). К ним относятся игданиты и гранулиты.
Технология приготовления таких смесей чрезвычайно проста. Она сводится к механическому перемешиванию твердой и жидкой фаз, для чего пригодны
простые по устройству лопастные смесители как в заводских условиях, так и
на передвижных зарядно-смесительных агрегатах.
Благодаря низкой стоимости исходных компонентов и малым производственным затратам смеси данного типа имеют низкую себестоимость и являются
одними из наиболее экономичных промышленных СПВВ для горных пород малой и средней крепости. Их применяют как на открытых, так и на подземных
горных разработках, причем в последнем случае заряжание шпуров и скважин
производят с помощью пневмоустройств благодаря наличию жидкой фазы
с высокой плотностью.
Смеси АС-ДТ имеют ряд недостатков:
– неводоустойчивость. При содержании влаги более 5 % они теряют детонационную способность и поэтому их нельзя применять в обводненных забоях. Для
повышения водоустойчивости в них вводятся низкоплавкие твердые нефтепродукты (марки АС-В), обладающие гидрофобными свойствами. Применяют также
методы гидроизоляции зарядов с помощью полиэтиленовых рукавов;
– недостаточная физическая стабильность. При больших высотах скважинных зарядов жидкая фаза стекает в нижнюю часть. Для повышения физической стабильности применяют микропористую гранулированную аммиачную
селитру, обладающую повышенной впитывающей способностью по отношению к дизельным топливам. Физическая стабильность может быть повышена
и за счет применения более вязких минеральных масел, а также припудриванием поверхности гранул алюминиевой пудрой, древесной мукой и т.п.;
54
– для взрывания крепких пород детонационные параметры этих смесей не-
Состав, %
Игданит
Гранулиты
С-2
АС-8
АС-8В
М
Селитра аммиачная
гранулированная
пористая
94,5
-
92,8
-
89
-
89
-
-
94,5
Масло минеральное
-
4,2
3,0 - 5,5
Парафин
- - -
3,0
-
Дизельное топливо
5,5
- - -
-
Алюминиевая пудра
- - 8,0
8,0
-
Мука древесная
-
3,0 - -
-
достаточно высоки. В целях повышения энергетических характеристик простейших ВВ в их состав вводят алюминиевый порошок или пудру (гранулиты АС).
Введение 4–8 % алюминия приводит к повышению теплоты взрыва на 20–40 %.
В табл. 6.7 приведен состав некоторых отечественных простейших гранулированных СПВВ.
7
Игданит, гранулиты
Игданит – простейшее сбалансированное по кислороду, сравнительно безопасное, сыпучее СПВВ. Может изготавливаться из любых марок гранулированной
селитры и дизельных топлив как на передвижных, так и на стационарных смесительных установках. Физическая стойкость продукта невелика. В ходе хранения
часть горючего испаряется; оставшееся медленно стекает в нижнии слои заряда.
Поэтому дизельное топливо берется с избытком в 2–2,5 %. Инструкциями предписывается использовать игданит в течение 6–8 часов после изготовления. Устойчиво детонирует от промежуточного детонатора. Водоустойчивостью не обладает.
Предназначен для взрывания в сухих забоях при плотности заряжания 1,1–
1,25 г/см3. Скорость детонации достигает 3,3–3,8 км/с.
Гранулиты холодного смешивания – сыпучие продукты, опудренные
древесной мукой (С-2) или алюминиевой пудрой (АС-8). Слабая летучесть минеральных масел и опудривающая добавка обеспечивают удовлетворительную
физическую стойкость композиций. При промышленных взрывных работах необходим в качестве промежуточного детонатора патрон аммонита. Как и игданит, гранулиты при пневмозаряжании уплотняются. Скорость детонации может
достигать 4,8 км/с.
Гранулит М изготавливается на пористых сортах селитры, содержит в качестве горючего соляровое масло, которое полностью впитывается в гранулы.
Гранулит очень стабилен, сыпуч, не электризуется, хорошо транспортируется
по трубопроводам. Характеризуется низкой чувствительностью к механическим воздействиям. Скорость детонации в зависимости от плотности заряжания
может достигать 3,8 км/с.
55
Гранулиты изготавливаются на автоматизированных заводских технологических потоках непрерывного действия так называемого «холодного смешивания».
Смешивание компонентов осуществляется в барабанно-лопастных смесителях.
Все гранулиты холодного смешивания предназначены для работ в сухих зарядных полостях. Увлажнение их свыше 8 % может повлечь обрыв детонации.
Гранулиты горячего смешивания в отличие от гранулитов холодного
смешивания вместо солярового масла в качестве органического горючего содержат легкоплавкие нефтепродукты (парафин, воск).
При изготовлении водоустойчивых гранулитов (АС-8В) применяется технология «горячего смешивания», при которой гранулы селитры покрываются
пленкой расплавленного гидрофобного воскообразного состава и опудриваются
алюминиевой пудрой. При пневмотранспортировании парафин не стирается
с поверхности гранул, а еще лучше размазывается по ней, уменьшая дефектность. Тем не менее малая его масса не позволяет сформировать совершенно
сплошные пленки. Благодаря покрытию гранул пленкой из гидрофобного нефтепродукта могут находиться в шпурах и скважинах с непроточной водой
в течение 2–4 часов.
По восприимчивости к детонации гранулиты горячего смешивания близки
к гранулиту М.
6.3. ВОДОСОДЕРЖАЩИЕ СПВВ
Создание и опыт использования гранулированных АСПВВ показали реальность их бестарного хранения, перемещения к местам подрыва с помощью
трубопроводов, уменьшения стоимости взрывных работ. Однако полной реализации этих возможностей препятствовал ряд обстоятельств. Во-первых, опасность приготовления большинства композиций требовала проводить их изготовление только на специализированных заводах. Это ставило запрет на изготовление СПВВ горными предприятиями, вынуждало фасовать продукты и перевозить их к потребителю железнодорожным и автомобильным транспортом.
Во-вторых, малая водостойкость большинства гранулированных составов сильно ограничивала масштабы их употребления.
Поиск СПВВ повышенной водостойкости, безопасных в изготовлении и об-
ращении, пригодных для бестарного транспортирования на небольшие расстояния
привел к созданию принципиально нового типа смесевых композиций. Их отличительной особенностью является содержание больших количеств воды.
В 1957–1960 годах были разработаны и получили промышленное применение водосодержащие СПВВ с загустителями. Помимо горючих и окисляющих компонентов они содержат воду и добавку полимерного водорастворимого
загустителя. Набухая в воде смесевого состава, эта добавка образует вязкую гелеобразную массу, обволакивающую остальные компоненты СПВВ и защи-
56
щающую их от вымывания водой, окружающей заряд. Вода в подобные ВВ
вводится на стадии их изготовления. Такие СПВВ являются суспензиями или
эмульсиями, где твердые или жидкие компоненты распределены в жидкой фазе,
которой служит загущенный полимерной добавкой водный раствор селитры
и других водорастворимых веществ. Такие СПВВ получили название водосуспензионных, водонаполненных или гелеобразных.
В 1961–1963 годах были разработаны водосодержащие СПВВ нового поколения. По физической структуре это эмульсии, в которых насыщенный водный раствор окислителей и других водорастворимых веществ является не
внешней, а внутренней (дисперсной) фазой. Диспергирующей же (сплошной)
средой служат жидкие или легкоплавкие горючие: нефтепродукты, нитроароматические углеводороды. Такие структуры принято называть обратными
эмульсиями или эмульсиями типа вода в масле. Ряд преимуществ подобных
СПВВ (взрывчатых обратных эмульсий) перед сухими и водосуспензионными
составами привел к быстрому внедрению их в промышленность и позволяет
прогнозировать рост их производства и использования в добывающих отраслях.
Характерной особенностью водосодержащих СПВВ является их сплошность. В отличие от порошкообразных и зернистых ВВ пустоты между отдельными частицами заполнены не воздухом, а жидкостью – водой, водными растворами солей, жидкими органическими веществами, что значительно улучшает детонационные параметры и показатели взрыва.
6.3.1. Гелеобразные СПВВ
Гелеобразными называют АСПВВ, в которых нерастворимые в воде компоненты распределены в жидкой среде. Таковой служит раствор селитры, загущающих и других добавок в воде. Содержание воды достигает 10–25 %
от общей массы СПВВ.
Роль воды в наполненных АСПВВ многозначна. Прежде всего она пластифицирует вещества, обеспечивает их текучесть, возможность транспортирования с помощью насосов или сжатых газов по шлангам и трубопроводам. Вовторых, вода придает композиции сплошность, позволяет полностью, без зазоров и пустот, заполнять зарядные полости. Одновременно, за счет растворения
селитры и заполнения этим раствором пустот между частицами других веществ
происходит увеличение плотности СПВВ до 1,5–1,6 г/см3. В-третьих, вода
взрывчатого состава защищает этот состав от воды, окружающей заряд. Последнее достигается загущением содержащейся в СПВВ воды добавками высокомолекулярных водорастворимых загустителей.
Гелеобразователями в составах водосуспензионных ВВ служат камеди,
модифицированные природные вещества, синтетические полимеры. Камеди –
вещества или смеси растительного происхождения, способные набухать в воде
57
и образовывать вязкие коллоидные системы. По химической структуре они
представляют собой углеводы, чья полимерная цепь содержит большое число
гидроксильных, карбоксильных и аминных групп. Наиболее известны из камедей гуммиарабик, агары, гуараны, гуары. С камедями сходны по структуре
и свойствам вещества, полученные химической обработкой некоторых природных высокомолекулярных продуктов. Таковы декстрины (производные крахмалов), соли карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ или Na-КМЦ) и полиакриламид.
Дополнительная стабилизация суспензий для обеспечения требуемой текучести достигается добавками буры, солей хрома, железа, алюминия. Эти вещества «сшивают» линейные полимеры-гелеобразователи, создавая пространственные структуры. Такие структуры способствуют замедлению расслаивания за
счет увеличения вязкости системы.
Для компенсации загустевания и поддержания на приемлемом уровне текучести массы принимаются технологические меры или введение в рецептуру
специальных добавок, которыми могут являться вазелиновые масла, минеральные масла, сульфитно-спиртовые барды. К технологическим мерам относят подогрев массы перед заряжанием и введение «сшивок» непосредственно перед
заливкой СПВВ в зарядную полость, чтобы процессы структурирования проходили в уже сформировавшемся заряде.
Для работы зимой вводятся антифризы (гликоль, диэтиленгликоль), понижающие температуру затвердевания водных растворов. Тот же эффект достигается заменой части аммиачной селитры нитратами натрия, калия, кальция.
Введение воды в АСПВВ заставляет обратить внимание на обеспечение химической стабильности композиций. Жидкая фаза в них (водный раствор аммиачной селитры) проявляет заметные кислые и окислительные свойства. Это требует
исключить из состава все компоненты, способные в такой среде к медленному
химическому превращению. Одним из таковых является алюминий. Однако его
исключение крайне нежелательно из-за положительного влияния на взрывчатые
показатели. Поэтому принимают специальные меры по его гидроизоляции или
пассивированию. Надежная гидроизоляция в составах с тротилом обеспечивается
капсулированием. Для этого алюминий гранулируют в расплавленном тротиле.
Пассивация достигается уплотнением оксидных пленок путем введения небольших количеств солей хромовой, азотистой кислот или других активных окислителей. С той же целью могут использоваться добавки сульфатов. Существует и чисто физический способ замедления реакции алюминия с водным раствором селитры, заключающийся в уменьшении поверхности контакта реагентов. Поэтому
алюминий вводится в состав многих СПВВ не в виде пудр, а в виде крупнозернистых порошков, хотя это и отрицательно сказывается на детонационных качествах. Следует заметить, что при надежной химической пассивации и сравнительно
малом времени пребывания составов в водонаполненном состоянии вполне возможно и использование пудр.
58
Номенклатура известных гелеобразных СПВВ довольно многочисленна.
Отличаются составы друг от друга природой компонентов, взрывчатыми и реологическими свойствами, водостойкостью, технологией изготовления. Технологические различия касаются, в основном, места и температуры проведения
стадии совмещения твердых компонентов с водой или селитряным раствором и
положены в основу классификации по технологическому признаку. Принято
подразделять все гелеобразные СПВВ на водосодержащие (акватолы, акваниты,
акваналы) и водосовместимые (акватолы, ифзаниты, горячельющиеся, карботолы). Приготовление водосодержащих СПВВ полностью ведется на специализированных предприятиях и потребители получают готовый расфасованный продукт. Водосовместимые приготавливаются на горных предприятиях непосредственно перед употреблением. При этом может осуществляться либо весь процесс приготовления СПВВ из отдельных компонентов, либо проводиться только водонаполнение сухой смеси компонентов, полученной со специализированного завода. Водосодержащие СПВВ поступают на зарядные работы с температурой окружающей среды. К тому же за время транспортирования и хранения в них практически завершаются процессы гелеобразования и структурирования. В результате увеличивается вязкость и затрудняется процесс заряжания.
Водонаполнение или полное изготовление на месте использования позволяют
заполнять зарядные полости горячей хорошо льющейся массой. Охлаждение ее
с выделением некоторого количества твердых солей и структурирование геля
проходят уже в сформированном заряде. Это повышает его сопротивляемость
действию внешней воды.
В ряде случаев гелеобразные ВВ из-за низких детонационных свойств сенсибилизируют газовыми пузырьками. Насыщение газовыми пузырьками проводят
несколькими способами. Простейший из них (но не очень надежный) состоит
в механическом занесении пузырьков воздуха при интенсивном перемешивании
массы жидкого СПВВ мешалкой. Этот процесс называется аэрацией. Другой способ состоит в том, что в состав ВВ вносят так называемые порофоры или газогенерирующие добавки (ГГД) – вещества, способные взаимодействовать с какимлибо из компонентов смеси с образованием газообразных продуктов реакции, например нитрит натрия, который взаимодействует с нитратом аммония с выделением азота. Практикуют и введение в состав ВВ полых тонкостенных шариков из
полимеров или стекла, заполненных воздухом (микросферы).
Акватолы в качестве твердой фазы содержат смесь гранулированной амми-
ачной селитры с гранулотолом или алюмотолом. В качестве жидкой фазы используется загущенный насыщенный раствор селитры. При температуре 15–25 °С масса акватола представляет собой высокоплотную суспензию крупных твердых частиц в загущенном растворе (табл. 6.8 и 6.9).
Некоторые марки акватолов металлизированы. Для замедления взаимодействия алюминия с кислым раствором селитры он вносится в форме крупного по-
59
рошка. Можно вводить алюминий с алюмотолом, тротил которого полностью
Состав, %
АВ
АВМ
МГ
Селитра аммиачная гранулированная
51
51
26,5
Селитра натриевая
- - 20
Тротил чешуированньй
28
19
-
Алюминиевый порошок
-
10
-
Алюмотол 75/25
- - 40
КМЦ - 2
-
Полиакриламид
2 - -
Гуар-гам - -
1,5
Антифриз
5 5 4
Вода
14
13
8
Сшивающий агент (свыше 100 %)
0,1
0,1
0,1
Состав, %
65/35 С
М-15
Селитра аммиачная гранулированная
63
58,5
Тротил чешуированньй
34
25
Алюминиевый порошок
-
15
КМЦ 3 1,5
Масло индустриальное (сверх 100 %)
-
1,5
Вводятся при наполнении:
Вода
12
12
Сшивающий агент
0,02–0,4
0,02–0,4
предотвращает его контакт с водой. Физическая стабилизация и водоустойчивость
суспензии обеспечиваются гелеобразователями и структурирующими добавками.
В качестве структурирующих добавок для акватолов с КМЦ используют сульфат
или нитрат хрома, сульфаты алюминия или трехвалентного железа.
Акватолы водосодержащие
Акватолы водосовместимые
Акватолы малочувствительны к механическим воздействиям. Они допущены для применения на карьерах с ручным и механизированным заряжанием.
К действию КД нечувствительны. Подрыв акватолов производится посредством
промежуточных зарядов массой 400–500 г. По мощностным показателям неметаллизированные акватолы несколько уступают аммониту № 6. Металлизированные превосходят его и рекомендуются для взрывания крепких пород.
, т.е. гелеобразные заводского изготовления,
представляют собой высоковязкие суспензии. Для транспортирования к потребителям они расфасовываются в полиэтиленовые оболочки диаметром
до 200 мм. Масса такого патрона составляет 17–20 кг. Предназначены такие ак-
ватолы для ручного заряжания сухих и обводненных скважин. Перед сбрасыва-
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]