Спосіб формування складу емульсійної вибухівки за ващенком-марченком

Реферат: Спосіб формування складу емульсійної вибухівки, при якому холодним змішуванням об'єднують вибухоформуючі емульсійну або полімерну композицію та аміачну селітру з дизельним паливом або комбінацією нафтопродуктів. Створюють базовий склад вибухівки, розраховують його для руйнування гірничої породи заданої міцності та корегують її склад для руйнування відмітної від базової міцності породи шляхом додаткового введення до складу вибухівки енергетично ємних компонентів. UA 103162 U (54) СПОСІБ ФОРМУВАННЯ СКЛАДУ ЕМУЛЬСІЙНОЇ ВИБУХІВКИ ЗА ВАЩЕНКОМ-МАРЧЕНКОМ UA 103162 U UA 103162 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірничої промисловості, зокрема як сукупність технологічних процесів виготовлення емульсійної вибухівки, призначеної для розробки родовищ корисних копалин, в першу чергу, підземним способом, також при енергетичному і транспортному будівництві, прохідці широкої номенклатури гірничих виробок та кар'єрному добуванню. Предметом корисної моделі є промислова вибухівка як засіб для руйнування гірничих порід різної міцності. При цьому буровибуховим впливам піддають гірничі породи від четвертої до першої категорії міцності, тобто породи, які класифікуються згідно зі шкалою професора Протодьяконова М.М. від 5…6 до 20 значення коефіцієнта міцності [1]. Наприклад міцність гірничих порід Криворізького басейну залізної руди (вміщуючі породи) лежить в межах 16…20 одиниць і відносяться до найбільш міцних і в'язких кварцитів та магнетитів, шахт по добуванню уранових руд Новоконстянтинівської та Інгульскої Східного ГЗК належать до міцних гранітів, що мають міцність 14…16 одиниць. Теж піщаники Донецького басейну мають міцність 10…16 одиниць, а вміщуючі (вклинюючі) породи Нікополь-Марганцевого басейну покладів марганцевих руд (м. Степногорск Запорізької обл.) - 5…6 одиниць. Для вибухового подрібнення (вибуховості) наведених порід необхідні різні по витратах кількості вибухівки, заданого рівня ефективності, на одиницю об'єму породи. Питомі витрати, згідно з [2], для їх (порід) розпушення, при міцності 5…8 одиниць з використанням емульсійної рідиннопаливної вибухівки типу ВМ-2 (ТУ У 20.5-34488510-003:2014) складуть 0,393…0,505 кг/м3, а для найбільш міцних магнетитових кварцитів (f20 одиниць) питомої витрати тієї ж вибухівки 3 досягнуто значень 1,348…2,359 та 2,247…2,472 кг/м . Вибухівка ВМ-2 у варіанті емульсійної композиції, при розрахунку питомих витрат приведена по ефективності до еталонної вибухівки амоніт 6ЖВ коефіцієнтом 0,89 [3], а при варіанті формування вибухівки з використанням полімерної композиції - 0,75. Таким чином наведені вище значення питомих витрат з використанням вибухівки ВМ-4 (при вибуховому розпушенні 3 породи) відповідно складуть 0,524…0,673 та 1,797…2,246 кг/м . В достатній опосередкованості наведені витрати можуть бути прийнятні як факт необхідності диференціації витрат вибухівки залежно від міцності породи і, як наслідок, потреби корегування енергетичної ефективності вибухівки. При цьому абсолютні витрати вибухівки одноразово досягають десятків і сотень тонн, наприклад в умовах шахти ім. Орджонікідзе ПАТ "Центральний ГЗК" одноразова маса вибухівки зерногрануліт 79/21 досягала 140000,0 кг, а шахти Артем 1, шахтоуправління ПАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг" - 120000,0 кг. Незважаючи на близькість до мінімуму кисневого балансу вибухівки до замкнутого об'єму гірничої виробки 3 мають місце викиди токсичних (гостро ядовитих) газів: сірчаного SO2 (10 мг/м ), сірководню 3 3 H2S (10 мг/м ), окислів вуглецю СО (чадного газу) та азоту N2O5 (відповідно 20 та 5 мг/м ), також акролеїну, формальдегіду, вуглеводнів. Крім названого в атмосферу виробки при вибуху 3 викидається пил з'єднань сірки, вуглецю, фосфору, кварцитів - нормативна величина 30 мг/м . Наявність ядовитих складових у атмосфері виробки є результатом ведення буровибухових робіт, сумарна концентрація яких не повинна перевищувати 0,008 % від буровибухових викидів [4]. В цілому об'єм отруйних газів регламентують в перерахунку на умовний окисел вуглецю СО в 40 л/кг вибухівки [5, 6]. Наведена нормативна величина є похідною від кількості вибухівки та її обґрунтованої енергетичної ефективності, тобто знову ж залежно від міцності вибухоруйнуючих гірничих порід. Крім того породжує економічні впливи на додаткове провітрювання виробок. В підземних умовах добувне буріння як правило ведуть буровими верстатами, типовими представниками яких є НКР100НВА [7] - діаметр свердловини 105 мм, глибина 80 м, Simba L6 з системою нарощування бурових штанг RHS27 [8] - відповідно 115 мм та 51 м, СБГ - 1М [9] відповідно 100 мм та 120 м по породах з коефіцієнтом міцності 10 одиниць. Згідно з даними практики величина критичного діаметра свердловини знаходиться в межах 80…90 мм і є нижчою діаметрів наведених вище верстатів. Наведені глибини свердловин породжують проблеми їх заряджання та детонації і потребують корегування складу вибухівки в частині її густини, повноти наповнення свердловини і енергетичної ефективності. При цьому додатково виникає питання критичності діаметру свердловини з позицій межі затухання детонації. Наведений перелік специфічних особливостей ведення буровибухових робіт в частині різноманітності міцності гірничих порід, наявності ядовитих вибухових газів, залежності їх кількості від обґрунтованої достатності або надлишку енергетичної ефективності вибухівки, відповідності кисневого балансу, складнощів заряджання свердловин та необхідності при цьому внесення змін (корегування) до процентного складу компонентів вибухівки, в тому числі теж рішення питань детонації, температурної стабільності параметрів, критичності діаметра свердловини, густини і механізації заряджання, безпеки, використання додаткових компонентів складають базу вихідних даних для створення пропонованої корисної моделі. 1 UA 103162 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Гнучкими до наведених вище специфічних особливостей ведення бурових робіт в частині їх рішення відповідають емульсійні рідинно-паливні вибухівки та на основі полімерної композиції. Найбільш простими вибуховими сумішами, які почали свій відрахунок з 50-х років минулого століття, є які складаються лише з аміачної селітри та дизельного палива [10]. Недоліками даного аналога, при його очевидній простоті, є нестабільність детонаційних властивостей та водостійкості; має місце низький рівень ефективності дії вибуху. Більш прогресивними є вибухові суміші, в яких в якості емульсії типу "вода в оливі" використовують розчини аміачної, натрієвої, кальцієвої селітр та суміш нафтопродуктів з емульгаторами [11]. Така вибухівка має широку номенклатуру, так як на практиці використовують співвідношення емульсії від 30 до 70 % та от 70 до 30 % гранульованої аміачної селітри (відповідно тут і далі % по масі). Але 70 % емульсії в складі вибухівки є неефективною по енергії вибуху із-за значної кількості пасивного компонента у вигляді води. Вода в емульсії є обов'язковою складовою і одночасно інертною добавкою яка знижує теплоту вибуху та відповідно руйнуючу дію вибухівки. При цьому згідно з [5, с. 37] на випарування води у водонаповнених вибухівок витрачається 55,6 ккал на кг вибухівки, що при значені теплоти вибуху в 700…900 ккал/кг має місце її зменшення від 7,9 до 6,2 %. В свою чергу, використання емульсії в межах 30 % без додаткових заходів формування густини вибухівки зменшує детонаційні можливості і корисну глибину заряджання свердловини. Наведений недолік також має технічне рішення згідно [12] при позитивній мінімізації кисневого балансу і відповідно мінімізації викидів токсичних газів. При цьому питання адаптації енергетичних впливів з урахуванням міцності гірничої породи залишились поза рішенням як і питання стабільності детонаційних властивостей. Більш близькими до пропонованої корисної моделі є технічні рішення, які наведені нижче. Способом формування складу емульсійних вибухових речовин згідно з [13] досягнуто створення економічної емульсійної рідинно-паливної вибухівки з керованою густиною. Останню досягають за рахунок введення до складу газогенеруючої домішки і, як наслідок, зменшення впливу з глибиною заряджання явища затухання детонаційних властивостей. Для досягнення наведеного формують рідинну вибухівку у складі: емульсія пореміту 60,0±2 %, гранульована аміачна селітра (або гранульована аміачна пориста селітра) 39,5±2 %, комбінація нафтопродуктів 0,5±0,2 % та газогенеруюча домішка 1,0±0,5 % поза 100 % складу. Як наведену домішку використовують нітрат натрію. При цьому емульсія пораміту складається з аміачної і кальцієвої селітр та води (відповідно 64,3; 15 та 20,7 %), але привносить в процес дії вибухівки згадані вище 40 л/кг токсичних викидів при пониженні енергетичної ефективності вибухівки в цілому. Більш прогресивним технічним рішенням в частині підняття енергетичної ефективності вибуху є емульсійна рідинно-паливна вибухівка згідно з [14]. В наведеному способі формування складу рідинної вибухівки використані зазвичай базові складові, тобто емульсію, як вибухоформуючий розчин, та аміачну селітру. При цьому частка аміачної селітри складає 10…45 %, а зворотна емульсія - 90…55 %. До емульсії, крім традиційного нафтопродукту, води, селітри, емульгатора та газогенеруючої домішки, введено як каталізатор хлориду натрію. Останнім забезпечують збільшення ефективності дії вибуху досягаючи цього за рахунок каталітичного впливу іонів натрію на динамічне використання потенційних можливостей компонентів вибухівки. Недоліки: обмежені функціональні можливості із-за густини як результат низького рівня води в емульсії та відповідно складнощі каналізації вибухівки до свердловини. При цьому питання адаптації складу вибухівки до міцності гірничої породи і її (вибухівки) енергетичності залишилися теж без вирішення. До відому. Сумарна довжина каналізації вибухівки разом з глибиною (довжиною) свердловин, наведених вище, та довжини зарядного трубопроводу змішувально-транспортної машини в 350 м, може перевищувати 400 м [машина УТЗ-ЗМ, НПКАиМ ВостГОК; E-mail: npkam@zhv.dp.urktel.net]. Згідно з [15] «…Содержание воды в эмульсионных ВВ (взрывчатых веществах), предназначенных для механизированного заряжания скважин, при которых обеспечивается безопасность перекачивания должно составлять не менее 15 % по весу" (Основные научные результаты и выводы. Пункт 3). В свою чергу, одностороннє вирішення питання простоти каналізації рідинної вибухівки до свердловини за рахунок збільшення у її складі води без додаткових заходів породжує негативне зменшення руйнуючого впливу на гірничу породу, так як відомо, що на кожне збільшення води у складі вибухівки в один кілограм остання поглинає руйнуючу роботу вибухівки на 55,6 ккал/кг, тобто зменшує руйнуючу роботу вибухівки на 23741,2 кГм/кг. 2 UA 103162 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В свою чергу, формування складу вибухівки з використанням полімерної композиції зменшує негативні впливи наявної води (із-за її меншої кількості), але привносить зменшення теплоти тобто енергії вибуху, - наприклад, у наведених вище емульсійних вибухівок ВМ-2 (на основі рідинно-паливної композиції) та ВМ-4 (з використанням полімерної композиції) теплота вибуху відповідно складає 4522 кДж/кг (1082 ккал/кг) та 3817 кДж/кг (913 ккал/кг). Відомий спосіб заряджання свердловин (на прикладі кар'єрної розробки родовищ корисних копалин), при якому уподібнють процес руйнування гірничої породи при умовно її змінній по глибині міцності, - тобто в нижній частині уступа за рахунок ущільнення і максимальної протидії (опору) вибуху розміщують вибухівку з високою, а у верхній - з меншою енергією вибуху [16]. Наведений спосіб має обмежене використання і суттєву залежність від людського фактора. Прототипом заявлюваної корисної моделі є спосіб формування складу емульсійної рідиннопаливної вибухівки [17, 18], яка містить аміачну селітру, нафтопродукти, емульгатор, воду та емульсію, який відрізняється тим, що вибухівку створюють у вигляді типорозмірного ряду, до якої вводять аміачну селітру з вмістом від 85,0±1,0 до 92,8±1,0 % і емульсійну композицію - від 7,2±0,5 до 15,0±0,5 %, при цьому емульсійна композиція містить аміачну селітру в межах від 25,0 до 40,0 %, кальцієву селітру до 5,0 %, суміш нафтопродуктів від 24,0 до 38,0 %, емульгатор від 2,0 до 4,0 % та воду від 20,0 до 32,0 % та допускає окрему або спільну участь з полімерною композицією. Недоліки прототипу: невідповідність глибини значень теплоти вибуху вибухівки типорозмірного ряду межам змін міцності гірничих порід. Різниця значень теплоти вибуху по типам вибухівки типорозмірного ряду між максимальним і мінімальним значеннями (відповідно 3747 та 3623 кДж/кг [17, таблиця додатку А]) складає 3,30 %, а по міцності руйнуючих порід з урахуванням питомих витрат вибухівки знаходиться в межах 343-336,6 %. Тобто енергетична можливість вибухівки у варіантах типорозмірного ряду по її складових закладена максимальна з розрахунку руйнування гірничих порід з найбільш можливою міцністю, а для менш міцних без винятку є надлишковою; наявність не доцільних економічних витрат та обмежені функціональні можливості із-за не врахування цільового використання під конкретну міцність породи і, як наслідок, надлишкові викиди токсичних газів; недовикористання потенційних можливостей вибухівки із-за підвищеної частки води у емульсійній композиції. Наведений перелік спеціальних особливостей ведення буровибухових робіт та недоліків аналогів і прототипу слугують основою створення корисної моделі, формування її задачі та відмітної частини формули. Задача корисної моделі - розширення функціональних можливостей вибухівки, підвищення економічних і екологічних показників буровибухових робіт. Поставлену задачу вирішують тим, що в способі формування складу емульсійної вибухівки, при якому холодним змішуванням об'єднують вибухоформуючі емульсійну або полімерну композицію та аміачну селітру з дизельним паливом або комбінацією нафтопродуктів, при цьому в емульсійній композиції об'єднують водний розчин аміачної селітри або суміші аміачної та кальцієвої селітр з сумішшю нафтопродуктів з емульгатором та спеціальними добавками, а в полімерній композиції складові емульсійної композиції з поліетиленом, поліпропіленом, полістиролом окремо або в комбінації, включаючи їх після вторинної переробки, - створюють базовий склад вибухівки, розраховують його для руйнування гірничої породи заданої міцності та корегують її склад до руйнування відмітної від базової міцності породи шляхом додаткового введення до складу вибухівки енергетично ємних компонентів. До останніх прийнятні компоненти із значним рівнем теплотворності - в межах від 30000,0 кДж/кг і більше, а саме суміші нафтопродуктів (дизельне паливо - 42000,0, мазут - 39000,0, нафта - 45000,0 кДж/кг), крупного мливу антрациту - 30000,0 кДж/кг, алюмінієвої стружки або його гранули - 30000,0 кДж/кг та інші енергоємні компоненти. В свою чергу, при технологічній необхідності зменшення густини вибухівки при використанні емульсійної композиції і відповідно збільшення по масі у її складі води компенсують зменшення потужності вибуху також шляхом пропорційних домішок енергоємних матеріалів з розрахунку нульового балансу між поглиненою енергією вибуху від нарощеної кількості води та енергією домішки. З практичного досвіду авторів використання алюмінієвої пудри (порошку) як енергоємної домішки, в зв'язку з її злежуванням безпосередньо у свердловині, після її зарядження, автори вважають більш доцільним використовувати мілку алюмінієву стружку. 3 UA 103162 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Порівняльний аналіз запропонованого способу з відомим рівнем техніки у відповідності наведеним джерелам інформації, досвід авторів в розробці, виробництві та удосконаленню вибухівок, їх практичного використання не виявив його (рівня) впливу на досягнення позитивного результату згідно з поставленою задачею. Таким чином, пропоноване технічне рішення відповідає вимогам корисності і новизни, призначене для використання у промисловості, зокрема у галузях добування корисних копалин, енергетичному і транспортному будівництві, реалізовано з використанням існуючих комплектуючих і матеріалів (селітра аміачна згідно з ДСТУ 7370:2013, селітра кальцієва водний розчин по ТУ У 6-13441912.004-99, дизельне паливо згідно з ДСТУ 368-99 теж масло індустріальне згідно з ГОСТ 20799, емульгатори по ТУ У 194367 11.002 або мило господарське згідно з ГОСТ 30266, вода питна згідно з ГОСТ 2874, високоенергетичні наповнювачі: крупне мливо антрациту по ТУ У 00191307-002-96, стружка (гранули) алюмінієва - ГОСТ 6058-73, які пройшли промислову апробацію, сертифікацію, мають серійне виробництво), а також визнаних науково обґрунтованих методів та новітніх технологій і при реалізації в умовах гірничодобувних підприємств (підземне добування корисних копалин) досягнутий практичний результат промислового використання, яке вбачали і реалізували автори. Виробництво емульсійної вибухівки в розмірі випробувальної партії в 300000,0 кг та дозвільно-узгоджувальних документів організовано в умовах підприємства ТОВ "ДЗНВА-КР" та успішно випробувано у варіанті емульсійної вибухівки з полімерною композицією на шахтах "Жовтнева" - міцність порід 16-18 одиниць, горизонт 1618, "Леніна" - відповідно 15-18 одиниць, горизонт 1308 м, "Гвардійська" - відповідно 12-14 одиниць, горизонт 1325 м, "Батьківщина" відповідно 7-9 одиниць, горизонт 1195 м ПАТ "Криворізький залізорудний комбінат". З метою більш розширеної апробації вибухівки згідно з даною корисною моделлю в промислових умовах одержано в установленому порядку (Держпромнагляд; Відділ нагляду гірничорудної промисловості по вибухових роботах) дозвіл на випуск 600000,0 кг. В свою чергу, наробки авторів склали основу технічних умов ТУ У 20.5-34488510-003:2014 "Речовина вибухова промислова гранульована грануліт ВМ" зареєстрованих в усталеному порядку. Джерела інформації: 1. Справочник. Открытые горные работы. Авт. Трубецкой К.Н. и др., - М., Горное бюро, 1994, 590 с., с. 17. 2. Справочник по буровзрывным работам. Авт. Друкованый М.Ф. и др., - М.: Недра, 1976, 631 с., с. 42…43. 3. Ялтанец И.М., Щадов М.И. Практикум по открытым горным работам. - М., МГУ, 2003, 428 с., с. 18. 4. Безопасность подземных работ в горнорудной и нерудной промышленности. Сборник официальных документов. - Киев: Техника, 1979. - 288 с., с. 82…84. 5. Сивенков В.И., Иляхин С.В., Маслов И.Ю. Эмульсионные взрывчатые вещества и неэлектрические системы инициирования. Монография. - М.: Щит-М, 2013, 320 с., с. 113. 6. Михайлов Ю.М., Калганов Е.В., Соснин В.А. Безопасность аммиачной селитры и ее применение в промышленных взрывчатых веществах. - Дзержинск, ООО "Партнер-плюс", 2008, с. 185, табл. 6.48. 7. Буровой станок НРК100М. Проспект ОАО "Криворожский завод горного машиностроения", www.kzgm.com.ua, 2010. 8. Подземное горно-шахтное оборудование. Проспект Atlas Copco, www.atlascopco.com/mining, 2012. 9. Станок буровой газодренажный СБГ-1М. Проспект ЧАО "НГМЗ-БУР", ngmz.com.ua, 2012,14 с., с. 5…6. 10. Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ. - М., ИКЦ "Академкнига", 2004, с. 8. 11. Барон В.Л., Кантор Б.Х. Техника и технология взрывных работ в США. - М, Недра, 1989, с. 88…90. 12. RU № 2383519 Эмульсионное взрывчатое вещество, С06В 31/28, С06В 45/08, С06В 47/14, 10.03.2010. 13. RU № 22529526 Состав эмульсионных взрывчатых веществ, С06В 47/14, С06В 45/32, С06В 31/28, 25.08.2003. 14. RU № 2496760 Эмульсионный взрывчатый состав для ведения взрывных работ шпуровыми зарядами, С06В 47/14, С06В 31/28. 4 UA 103162 U 5 15. Иоффе В.Б. Научные основы безопасного производства и применение эмульсионных взрывчатых веществ типа "сибиритов" на горных предприятиях. Диссертация на соискание ученной степени доктора технических наук. - М., 2002, 349 с. 16. RU № 2156431 Способ заряжания сухих и слабообводненных скважин и конструкция скважинного заряда. F42D 1/08, 20.09.2000. 17. Композиции жидкостно-топливные РПК. Технические условия ТУ У 24.6-30950298-0012000. 18. Композиции эмульсионные ЭК и полимерные ПК. Технические условия ТУ У 24.630950298-001-2000 с изменением 1 со сроком введения с 26.02.2010. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб формування складу емульсійної вибухівки, при якому холодним змішуванням об'єднують вибухоформуючі емульсійну або полімерну композицію та аміачну селітру з дизельним паливом або комбінацією нафтопродуктів, який відрізняється тим, що створюють базовий склад вибухівки, розраховують його для руйнування гірничої породи заданої міцності та корегують її склад для руйнування відмітної від базової міцності породи шляхом додаткового введення до складу вибухівки енергетично ємних компонентів. 20 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5