CC BY
151
П. Г. Тамбиев
канд. техн. наук, зам. генерального директора ТОО НІ III «Интеррин»
А. Э. Франк
ведущий инженер ТОО НІ III «Интеррин»
Е. А. Петров
д-р техн. наук, проф., начальник отдела ОАО «ФНПЦ «Алтай»,
зав. кафедрой Бийского технологического института (филиал) «АлтГТУ им. И.И. Шлзунова»
УДК 622.235.2:678.742.2
ГРАНУЛИРОВАННЫЕ ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА МАРКИ «ИГДАРИН» ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ
Приведены результаты разработок ТОО НПП «Интеррин» гранулированных взрывчатых веществ (ВВ), предназначенных для заряжания шпуров и скважин в подземных условиях. Предложены новые рецептуры ВВ марки «игдарин» взамен гранулитов АС-8, А6.
Ключевые слова: ГРАНУЛИРОВАННЫЕ ВВ, ГОРНЫЕ РАБОТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ УСЛОВИЯ, ЭМУЛЬСИФИЦИРОВАННЫЕ ГОРЮЧИЕ, ВЗРЫВЧАТЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВЗРЫВНАЯ ОТБОЙКА
В связи с особенностями горно-геологических условий многие карьеры стремятся перейти на подземный способ добычи полезных ископаемых. Наряду с основными проблемами, связанными с этим переходом, встает вопрос о выборе подходящего ВВ.
Наиболее перспективным направлением повышения безопасности и эффективности ведения взрывных работ в подземных условиях является внедрение эмульсионных технологий. Механизированное заряжание эмульсионными ВВ (ЭВВ) лишено недостатков, присущих пневматическому способу заряжания гранулированными ВВ (пыление и электризация). Кроме этого, при использовании эмульсионных технологий матрица становится взрывчатым веществом только после ее сенсибилизации в зарядной полости. В мировой практике уже накоплен определенный опыт применения ЭВВ для заряжания шпуров и скважин. Так, на рудниках ЮАР при заряжании шпуров применяют переносные зарядчики конструкции фирмы AEL. Фирма DYNO NOBEL широко использует зарядно-доставоч-ные машины при проходке выработок большого сечения. Довольно широко ЭВВ на подземных работах применяют фирмы ORICA, МАХАМ.
Для успешного внедрения технологий заряжания ЭВВ в подземных горных выработках необходимо решить ряд задач экономического и технического характера. В техническом плане следует отметить достаточную трудность заряжания ЭВВ восстающих скважин. ЭВВ должно
обладать достаточной вязкостью, чтобы задерживаться в таких скважинах и в то же время должно быть настолько подвижным, чтобы обеспечивалась возможность его транспортирования по зарядному шлангу на расстояние до 100 м. Другим важным фактором является процесс сенсибилизации эмульсионной матрицы. Сенсибилизация, как правило, происходит при температуре матрицы не ниже 60 °С, поэтому производство должно располагаться в максимальной близости от горного предприятия. В иных случаях необходимо использовать специальные доставочные машины-термоса. Кроме того, сам процесс газо-генерирования недостаточно надежен и зависит не только от температуры матрицы, но и от ее вязкости, качества и времени смешения, степени обводненности. Все это накладывает ряд ограничений на применение ЭВВ в подземных условиях.
Экономический аспект обусловлен тем, что подземные рудники не являются крупными потребителями ЭВВ по сравнению с открытыми разработками. Средний годовой объем использования ЭВВ на рудниках не превышает 10 тыс. тонн, а стоимость комплекта оборудования для открытых и подземных работ отличается незначительно и составляет несколько миллионов долларов США. Поэтому в инвестиционном плане проекты для малых потребителей не привлекательны.
В настоящее время гранулированные ВВ остаются приоритетными при ведении взрывных работ. Сравнительный анализ ВВ, применяемых
научно-технический журнал № 2-2013 А
ВЕСТНИК 51
для подземных работ, показал преимущества гранулированных ВВ типа игданита и гранулитов АС-4 и АС-8 перед патронированными ВВ (дето-нит М, аммонал, аммонит 6ЖВ и др.) по себестоимости и возможности механизации взрывных работ [1]. С учетом более полного использования зарядных полостей количество энергии гранулированных ВВ выше, чем патронированных, а стоимость энергии значительно меньше. Амми-ачно-селитренные (АС) гранулированные ВВ более безопасны в использовании, чем тротилсодержащие патронированные ВВ, и имеют более широкие границы допустимых санитарных норм.
Промышленный опыт применения грану-лита АС-8 выявил серьезные недостатки. Наличие тонкодисперсной алюминиевой пудры в составе ВВ, покрывающей гранулы АС в несколько слоев, уменьшает сцепление и ведет к срыву частиц алюминия при пневмозаряжании. Вынос алюминия из зарядов, зафиксированный в ходе измерений, составляет около 33 %, т. е. вместо положенных 8 % алюминия в шпуровых зарядах остается 5,3 %. Это нарушает кислородный баланс, ухудшает качество взрывных работ, увеличивает количество ядовитых газов в виде окислов азота, выделяемых при взрыве.
НПП «Интеррин» совместно с Институтом проблем комплексного освоения недр РАН (г. Москва) был разработан гранулит А6, состоящий из алюминиевого порошка (6 %), дизельного топлива (4 %) и аммиачной селитры (90 %). Проведенные испытания показали, что алюминиевый порошок практически не срывается с гранул АС и не выносится из шпуров при пневмозаряжании. Состав гранулита А6 в зарядах остается хорошо сбалансированным по кислороду, что способствует понижению количества выделяемых ядовитых газов до нормы, допущенной для подземных работ. Улучшились санитарно-гигиенические условия труда в забое, резко снизилась электризуе-мость процесса пневмотранспортирования ВВ.
Сравнительные результаты взрывной отбойки с применением гранулитов А6 и АС-8 на шахтах АО «Жезказганцветмет» показали уменьшение средней глубины «стаканов», увеличение коэффициента использования шпура (КИШ) и выхода горной массы при снижении удельного расхода ВВ (таблица 1).
Измерения показали, что запыленность воздуха в призабойной зоне при пневмозаряжании шпуров гранулитом АС-8 в несколько раз превышает норму. Также установлено, что алюминиевая пудра резко увеличивает электри-зуемость ВВ в процессе пневмотранспортирования по зарядным шлангам. Несмотря на ряд положительных свойств, главным недостатком гранулита А6 является стекание дизельного
научно-технический журнал № 2-2013
52 вестник
топлива (ДТ). Как один из вариантов решения этой проблемы специалистами НПП «Интеррин» было предложено в состав гранулита А6 вводить пористую АС (таблица 2).
Из таблицы 2 видно, что для хорошей физической стабильности гранулит А6 должен содержать около 30 % пористой АС. Однако из-за низкого качества аммиачной селитры (Россия) положительный результат не был достигнут. Данная АС обладает недостаточной прочностью гранул. В результате измельчения пористых гранул АС при пневмозаряжании может происходить нежелательное переуплотнение заряда или образование пробок в зарядных шлангах. Опыты показали, что при использовании свыше 25% пористой АС в составе ВВ резко возрастает пыление при пневмозаряжании, ухудшается состояние воздуха рабочей зоны. Использование импортной пористой АС ведет к значительному удорожанию гранулита А6.
В результате проведенного анализа специалистами НПП «Интеррин» были предложены новые гранулированные ВВ марки «игдарин» [2]. Игдарин - механическая смесь гранулированной аммиачной селитры, карбамида, эмульсифици-рованного горючего (марка ЭГ) и алюминиевого порошка (ЭГА), взрывчатые характеристики которых приведены в таблице 3.
В России известны бестротиловые взрывчатые вещества, в составе которых использована эмульсионная матрица, примененная в качестве эмульсионного горючего и связующего компонента, например в гранулите ЭМ-6 [3] (патенты РФ на изобретение [4, 5] и научная публикация [6]).
Отличием гранулированных составов марки «игдарин» является применение ЭГ, состоящего из микрокапель воды, тонко диспергированных в дизельном топливе с помощью эмульгатора пигментного марки П собственного производства с ярко выраженным отрицательным кислородным балансом, что позволяет отказаться от использования в составах грану-литов, например, мелкодисперсного угольного порошка, применявшегося в качестве горючего компонента в составе гранулита ЭМ-6.
Вода в небольших количествах является катализатором в процессе термического распада селитры. Исследования показывают повышение ударно-волновой чувствительности селитры при увеличении содержания воды (таблица 4).
Кроме этого, благодаря введению воды в дизельное топливо, повышается безопасность при изготовлении и обращении с игдарином. Наличие воды незначительно снижает удельное электрическое сопротивление и повышает температуру вспышки дизельного топлива (таблица 5).
Таблица 1 - Сравнительные результаты взрывной отбойки с применением гранулитов АС-8 и А6
Показатель Взрывчатое вещество
Гранулит АС-8 Гоанулит А6
Площадь забоя, м2 66,0 64,0
Средняя глубина шпура, м 3,5 3,5
Площадь забоя, приходящаяся на шпур, м2 1,57 1,52
Средняя величина «стаканов», м 0,42 0,30
КИШ 0,88 0,91
Выход горной массы с 1 м шпура, м3/м 1,38 1,39
Удельный расход ВВ, кг/м3 0,96 0,92
Таблица 2 - Удерживающая способность гранулита А6 от количества пористой АС
Содержание компонентов, % Удерживающая способность, %
Пористая АС Гранулированная АС ДТ Алюминиевый порошок
0 92 4 6 2,21
10 82 4 6 2,86
20 72 4 6 3,3
25 67 4 6 3,48
50 42 4 6 4,2
70 22 4 6 4,8
92 0 4 6 5,7
Таблица 3 - Взрывчатые характеристики игдарина (марки ЭГ и ЭГА)
Показатель ЭГ ЭГА
Теплота взрыва, кДж/кг 3640 4 000-4 200
Кислородный баланс, % +0,1 -0,1
Объем газов, л/кг 948 925
Температура взрыва, К 3151 3 277
Полная идеальная работа взрыва, кДж при насыпной плотности 3 560 3 816,8
при пневмозаряжании 3 559 3 822
Скорость детонации, м/с 4 927 5476
Критический диаметр, мм, при плотности пневмозаряжания в стальной трубе 45 32
Чувствительность к удару по ГОСТ 4545-88 нижний предел, мм >500 300
частота взрывов, % 0 8-12
Чувствительность к трению, нижний предел, по ГОСТ Р 50835-95, кг/см2 >7 000 6 000
Температурные условия применения Для всех климатических зон
Таблица 4 - Влияние массовой доли воды на ударно-волновую чувствительность аммиачной селитры
Характеристика Показатель влажности, %
0,1 2,0
Плотность, г/см3 0,86 1,1
Давление, кбар
возбуждение 40,7 29,5
отказ 37,5 27,5
Таблица 5 - Температура вспышки и удельное электрическое сопротивление горючих материалов
Наименование Удельное электрическое сопротивление, Ом м Температура вспышки, 0С
Эмульсифицированное горючее 1,4108 86-87
Дизельное топливо 1109 34-65
Индустриальное масло 1,3109 180-200
Высокодисперсные (в пределах размерного ряда 5-10 мкм) частицы воды при взрыве превращаются в паровые пузырьки с увеличением объема в 50-100 раз. При взрыве паровые пузырьки мгновенно «схлопываются», дробят топливные капли на мельчайшие частицы. При этом увеличиваются площадь соприкосновения горючего с окислителем, повышается КПД взрыва. Вода, являясь окислителем для алюминия, повышает полноту протекания химических реакций при взрыве, тем самым снижая количество ядовитых газов в продуктах взрыва. Этот аспект становится все более значимым в условиях постоянно углубляющихся рудников.
Для определения таких важных характеристик, как сыпучесть и удерживающая способность, были получены образцы ЭГ с различной степенью вязкости (рисунок 1).
Изменение вязкости достигалось за счет содержания в ЭГ эмульгатора П. Опыты показали, что практический интерес представляет собой ЭГ с вязкостью около 20-22 сСт, при которой гранулированная АС надежно удерживает 4 % ЭГ, сохраняя необходимую сыпучесть.
Дальнейшее увеличение вязкости приводит к снижению сыпучести, налипанию ВВ в зарядных шлангах.
Использование ЭГ с такой вязкостью устраняет расслоение, пыление и вынос ВВ из зарядной полости при пневмозаряжании. За счет отсутствия выноса компонентов из заряда ВВ после пневмозаряжания сохраняет свой первоначальный состав, благодаря чему не нарушается кислородный баланс, повышается КИШ, снижается удельный расход ВВ.
В таблице 6 приведены сравнительные результаты взрывной отбойки с применением гра-нулита А6 и игдарина ЭГА, полученные в подземных рудниках ТОО «Корпорация «Казахмыс».
Из таблицы 6 видно, что качество отбойки гранулитом А6 и игдарином практически одинаково, хотя игдарин содержит меньшее количество алюминиевого порошка.
В настоящее время игдарин успешно применяется на открытых и подземных рудниках ТОО «Корпорация «Казахмыс», а общий объем ВВ, изготовленных ТОО НПП «Интеррин», составляет свыше 50 тыс. тонн в год.
Показатель Игдарин ЭГА Гоанулит А6
Площадь забоя, м2 65,0 65,0
Количество шпуров 57 57
Диаметр шпуров, мм 51 51
Средняя глубина шпура, м 3,8 3,8
Тип вруба Призма Призма
Крепость пород по шкале М.М. Протодьяконова 12-14 12-14
Величина заряда в шпуре, кг 5,6 5,6
Средняя величина «стаканов», м 0,3 0,2
КИШ 0,92 0,94
Выход горной массы с 1 м шпура, м3/м 1,38 1,39
Удельный расход ВВ, кг/м3 1,4 1,36
54
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Викторов, С. Д. Разработка и применение простейших взрывчатых веществ: под ред. К. Н. Трубецкого / С. Д. Викторов . - М. : ИПКОН РАН. - 1996. - 156 с.
2. Тамбиев, П. Г. Использование промышленных взрывчатых веществ местного приготовления при добыче руд. - М: Цветная металлургия. - 2011. - № 3. - С. 3-7.
3. ТУ 7276-067-00173769-2005. Вещества взрывчатые промышленные. Гранулит ЭМ-6. Технические условия.
4. Пат. № 2303023 на изобретение, Российская Федерация, МПК С06В 31/28, С06В 45/34. Состав гранулированного взрывчатого вещества и способ его приготовления / Панчишин В. Я., Варнаков Ю. В.; заявители и патентообладатели Панчишин В. Я., Варнаков Ю. В. - № 2005102420/02; заявл.02.02.2005; опубл. 20.07.2007, Бюл. № 20.
5. Пат. № 2421436 на изобретение, Российская Федерация, МПК С06В 31/28, С06В 45/00. Состав гранулированного взрывчатого вещества (варианты) и способ его приготовления / Панчишин В. Я., Варнаков Ю.В., Агапитова Е. М., Образцов С. А., Образцова Е. Ф., Левкоев С. Б; заявитель и патентообладатель ОАО «Калиновский химический завод». - № 2008122699/05; заявл. 04.06.2008; опубл. 10.12.2009, Бюл. № 34.
6. Варнаков, Ю. В. Экологическая безопасность применения при взрывных работах бестротило-вых взрывчатых веществ II класса, предназначенных для механизированного формирования шпуровых и скважинных зарядов / Ю. В. Варнаков, К. Ю. Варнаков // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2011. - № 1. - С.152-156.
GRANULATED EXPLOSIVES OF«IGDARIN» Тамбиев Петр Геннадьевич
BRAND FOR UNDERGTOUND MINING WORK е-таН: [email protected]
P. G. Tambiev, A. E. Frank, Ye.A. Petrov
Results of granulated explosive developed Франк Александр Эдуардович
at TOO NPP «Interrin» which are aimed for charg- е-таН: [email protected]
ing of underground boreholes are described. New
composition explosives of «igdarin» brand instead Петров Евгений Анатольевич
of granulites AC-8, A6 are suggested. е-таН: [email protected]
Key words: GRANULATED EXPLOSIVES,
MINING WORKS, UNDERGROUND
CONDITIONS, EMULSIFIED URNING,
EXPLOSIVE PROPERTIES, EXPLOSION
MINING
55
