ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Ведение взрывных работ является неотъемлемой частью современных технологических процессов во многих отраслях промышленности.

Львиную долю ежегодно расходуемых промышленных взрывчатых веществ поглощают взрывы в горном деле. Разрушение пород с помощью энергии взрыва является универсальным и практически единственным высокоэффективным способом подготовки скальных горных пород к выемке

Наиболее применяемыми в настоящее время являются простейшие (АС-ДТ), типа игданитов; тротилсодержащие; ВВ на основе конверсионных материалов, но обладают высокой чувствительностью к механическим воздействиям, токсичны и выделяют большое количество ядовитых газов (СО, NOх), поэтому представляют серьезную опасность для людей и окружающей среды, как при изготовлении, так и при использовании.

Интенсивные исследования, проведенные в XX веке по теории детонации, позволили разработать новый тип промышленных взрывчатых веществ, к которому относятся эмульсионные ВВ (ЭВВ).

1. Актуальность темы

Эмульсионные ВВ имеют множество преимуществ:

  1. Они не содержат исходных материалов, классифицируемых как взрывчатые.
  2. Приобретают взрывчатые свойства на конечной стадии приготовления.
  3. Не содержат в своем составе токсичных веществ.
  4. Имея достаточно высокую скорость детонации, эти ЭВВ мало чувствительны к трению, удару, открытому огню и другим физическим воздействиям, что обеспечивает безопасную перевозку и обращение с ними.
  5. Имеют высокую водоустойчивость.
  6. Относительно экологически безопасны, так как в продуктах их взрыва содержатся преимущественно пары воды, углекислый газ и свободный азот.
  7. К тому же для производства используется отечественное сырье, что значительно снижает их стоимость.

Ряд существенных преимуществ ЭВВ дали им возможность найти широкое применение в промышленности как за рубежом, так и в нашей стране.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Регулирование физических, детонационных и энергетических характеристик ЭВВ за счет используемого сырья, позволяет создавать новые и совершенствовать существующие составы.

Для совершенствования состава ВВ необходимо определить факторы, влияющие на его детонационные характеристики.

Главным образом это:

  1. Тип эмульгатора и его количество, время эмульгирования, скорость вращения мешалки.
  2. Тип сенсибилизатора и его количество.
  3. Энергетические добавки.

Для обеспечения высокой эффективности работы все элементы ВВ должны быть взаимно согласованы и соответствующим образом подобраны.

Целью данной работы является установление влияния различных сенсибилизаторов на детонационные характеристики ЭВВ, выбор наиболее эффективого сенсибилизатора и определение его оптимального количества.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Рассмотреть структуру ЭВВ.
  2. Рассмотреть типы сенсибилизации матричной эмульсии.
  3. Выбрать найболее подходящую методику, позволяющую однозначно определить влияние сенсибилизатора на детонационные характеристики.
  4. Провести испытания в соответствии с выбранной методикой.
  5. Проанализировать полученные результаты.
  6. Выбрать наиболее эффективный сенсибилизатор и определить его оптимальное количество в составе ЭВВ.

Планируемые практические результаты работы - исследовать детонационные свойства ЭВВ с различными типами сенсибилизации. По результатам выявить наиболее эффективный сенсибилизатор, который позволит значительно повысить детонационные характеристики эмульсионного ВВ, а определение оптимального количества сенсибилизатора в составе ЭВВ сделает возможным снизить его себестоимость.

3. Научная новизна работы

Научная новизна работы состоит в исследовании влияния типа сенсибилизатора и его количества в составе эмульсионных ВВ на их детонационные характеристики.

4. Обзор исследований и разработок

4.1 Обзор международных источников

Анализ литературы [1]показал, что в мире широкое распространение получили такие ЭВВ: «Поремит С» (ФГУП «Кристалл», Россия); «Фортис 70 С» («Дино Нобель», Швеция; «Орика», Австралия – США); «Тован 60В (ETI, Канада). Состав некоторых зарубежных ЭВВ приведен в табл.1.

Таблица 1 – Состав и свойства некоторых зарубежных ЭВВ

Марка, производитель Состав
«Фортис 70С» («Дино Нобель», Швеция; «Орика», Австралия – США) NH4NO3 – 54,74 %
H2O – 14,00 %
Масло I-20 – 1,92 %
Эмульгатор – 0,77 %
Карбамид – 2,57 %
ANFO (NH4NO3 – 28,26 %, ДТ – 1,74%)
«Поремит С» (ФГУП «Кристалл», Россия) NH4NO3 – 65,25 %
NaNO3 – 16,5 %
H2O – 9,25 %
Масло I-20 – 4,75 %
Карбамид – 2,35 %
«Тован 60В» (ЕТІ, Канада) NH4NO3 – 37,26 %
NaNO3 – 9,40 %
Масло I-20 – 2,76 %
Эмульгатор – 1,10 %
ANFO (NH4NO3 – 37,68 %, ДТ – 2,32 %)
SiO2 – 1,5 %
Стеклянные микросферы 2,5 % (сверх 100 %)

4.2 Обзор национальных источников

В настоящее время, в Украине используются ЭВВ таких марок [2-3]: «Украинит» (ОАО «ППП Кривбасвзрывпром», ЗАО «Промвзрыв»), «Эмонит» (ОАО «ППП Кривбасвзрывпром»), «Анемикс» (ЗАО «Интервзрывпром»), «Эра» (НПО «Павлоградский химзавод»), «Эмульхим-ШМ» (ГосНИИХП, Рубежанский завод «Заря»), ЭВВ компании «Юнигран». детонационные характеристики и состав некоторых из них приведены в табл. 2.[4]

Таблица 2 – Состав и свойства ЭВВ, используемых в Украине Состав и свойства ЭВВ, используемых в Украине

3.3 Обзор локальных источников

Разработкой эмульсионных ВВ [5]в ДонНТУ занимаются на факультете экологии и химической технологии, на кафедре химической технологии топлива, где под руководством Ю.В. Манжоса разработано новое ЭВВ «Гремикс-М», которое было успешно внедрено в производство.

5. Структура эмульсионных взрывчатых веществ

Основу эмульсионных ВВ составляют обратные эмульсии типа «вода в масле», т.е. смесь двух жидкостей, практически не растворимых одна в другой.

В качестве дисперсионной фазы преимущественно используют водные растворы смеси аммиачной селитры с нитратами щелочных и щелочноземельных металлов. Иногда в состав водного раствора вводят инертные соли, такие как водорастворимые хлориды, играющие роль пламягасящих добавок.

Дисперсионную среду ЭВВ образуют преимущественно продукты переработки нефти, минеральные масла, воск, парафины в чистом виде или в виде их смесей. Количество углеводородного топлива в эмульсиях, как правило, соответствует нулевому кислородному балансу смеси, который достигается при массовой доле горючего 4–5% и редко превышает 6–8%.

Для ЭВВ характерно большое объемное содержание водного раствора окислителей 80–97%. Это превышает предельную упаковку сфер одинакового размера, когда их объемная доля составляет 74%. В результате капли эмульсии соприкасаются своими защитными оболочками и образуют связную (сплошную) структуру, которая приобретает «твердообразные» свойства — упругость формы. При еще более высоких концентрациях для достаточно устойчивой эмульсии глобулы, сдавливая друг друга, деформируются и превращаются в полиэдрические ячейки, разделенные пленками дисперсионной среды («маслом») толщиной порядка 10-20 нм для капель дисперсной фазы размером около 1 мкм.[6].

6. Способы сенсибилизации эмульсионной матрицы

Обратные эмульсии, вследствие присутствия в их составе значительной доли воды (8–15%) не находят практического применения без специальной обработки, именуемой сенсибилизацией.

Сенсибилизация может осуществляться различными способами.

  • С помощью мощных конденсированные ВВ, таких как тринитротолуол и ТЭН, нитроглицерин, нитрамины, растворимые в углеводородном горючем эфиры азотной кислоты и аминонитраты[6]. Но такая сенсибилизация сводит на нет преимущества ЭВВ;
  • Химическим способом, который заключается во введении в объем ЭВВ химических газогенерирующих веществ. Такие вещества в результате реакции или при разложении под действием повышенной температуры выделяют газ, который в виде микропузырьков распределяется по всему объему эмульсии ВВ; Количество газообразующих веществ составляет 0,01–2,0% по массе. Наряду с доступными смесями нитрита натрия с водой, мочевиной, тиомочевиной для аэрации используют динитрозопентаметилентетрамин, азобисизобутиронитрил, боргидриды щелочных металлов. Но такие ЭВВ физически мало стабильны. При хранении и температурных изменениях газовые включения могут диффундировать в атмосферу, в результате чего детонационная способность ВВ падает.
  • Аэрация физическим способом связана с сенсибилизацией эмульсии ВВ частицами газонаполненных материалов или специально изготовленными микросферами. Для этого в состав ВВ вводят 1–10% пористых частиц цеолита, перлита, порошка алюминия, золы, песка или специальных микросфер. Микросферы изготовляют из неорганических материалов: стекла, окиси алюминия, кварца, вулканических пород, силикатов, буры, различных шлаков. В последнее время все шире используют микросферы из полистирола, фенолформальдегидных, поливинилиденхлоридных, эпоксидных смол, резины, стекла. Размер микросфер составляет 10–150 мкм при объемной плотности 7–150 кг/м3

    7. Определение влияния сенсибилизатора (стеклянных микросфер) на критический диаметр детонации

    7.1 Проведение эксперимента

    Детонация может распространяться по заряду ВВ без прочной оболочки только в том случае, если наименьший его диаметр больше некоторого критического значения.

    Критический диаметр является важнейшей характеристикой детонационной способности ВВ. В зависимости от его значения определяют в зарядах какого диаметра данное ВВ можно применять при взрывных работах[7].

    Определение критического диаметра ВВ сводится к нахождению наименьшего диаметра заряда, при котором в нем ещё возможна устойчивая детонация.

    Для проведения эксперимента использовалось ЭВВ, состоящее из раствора аммиачной и кальциевой селитр, индустриального масла, парафина, эмульгатора и сенсибилизатора, в виде стеклянных микросфер.

    Приготовление окислителя происходило в обогреваемом смесителе c механической мешалкой путем растворения аммиачной, а затем кальциевой селитры в воде при t=85–90°C. Горючую фазу получали смешением подогретого до t=75–85°С индустриального масла со стабилизатором эмульсии – парафином и эмульгатором – «Лубризол» в обогреваемом смесителе при t=80°C со включенной мешалкой.

    Эмульгирование (смешение горючей фазы с окислителем и образование эмульсии типа «вода в масле») осуществлялось в обогреваемом смесителе при температуре 80–85°С, оснащенном лопастной и турбинной мешалкой до образования однородной эмульсии по всему объему вещества. Сенсибилизация эмульсии с помощью стеклянных микросфер происходила на мини модели смесителя с механической мешалкой. Готовое ЭВВ под микроскопом изображено на рис 1.

    Готовое ЭВВ под микроскопом

    Рисунок 1 – Готовое ЭВВ под микроскопом

    Таким образом, было получено пять взрывчатых составов с содержанием стеклянных микросфер: 1,25%; 1,50%, 1,75% , 2% и 2,2% (сверх 100% основного состава).

    Определение критического диаметра осуществлялось методом конических зарядов. Для чего были подготовлены бумажные оболочки в виде конусов с углом при вершине 8–12°, в которые были запатронированы полученные составы.

    Для того, чтобы исключить ошибку, связанную с тем, что в конусном заряде детонация может распространяться на затухающем режиме несколько дольше, чем до диаметра, соответствующего критическому, приготовленный заряд крепился к медной трубке – свидетелю (d=5мм), на которой отмечали положение концов заряда (рис. 2).

    Конический заряд с электродетонатором

    Рисунок 2 – Конический заряд с электродетонатором

    После подрыва заряда измерялось расстояние от вершины до того места, где кончается след механического действия продуктов детонации.

    Конический заряд перед взрыванием

    Рисунок 3 – Конический заряд перед взрыванием

    Взрыв экспериментальных образцов

    Рисунок 4 – Взрыв экспериментальных образцов
    (анимация: 6 кадров, 5 циклов повторения, 344 килобайт)
    (xi – входные сигналы, yi – биты кода состояния, zi – выходные сигналы)

    Конический заряд после взрывания

    Рисунок 5 – Конический заряд после взрыванием

    Зная размеры конуса до опыта, по измеренному расстоянию, был вычислен диаметр заряда в том месте, где прекратилась детонация. Этот диаметр считается критическим[8].

    Результаты эксперимента

    Полученные данные в графическом виде приведены на рис.6

    Зависимость критического диаметра детонации от содержания микросфер

    Рисунок 6 – Зависимость критического диаметра детонации от содержания микросфер.

    8.Выводы

    Проведенные исследования показали, что увеличение содержания микросфер («горячих точек») ведет к уменьшению критического диаметра детонации.

    Из полученной зависимости видно, что это изменение критического диаметра можно описать степенной зависимостью. Математическая обработка показала, что полученные результаты описываются уравнением dкр=50,63 w-1,79. Коэффициент корреляции при этом составляет 0, 796.

    Исходя из полученных результатов, оптимальным содержанием микросфер является 1,75–2,0%. Дальнейшее увеличение их количества вызовет ощутимое увеличение себестоимости ЭВВ, но не приведет к значительному уменьшению критического диаметра.

    Исследования будут продолжены для выявления зависимости детонационных характеристик от других видов сенсибилизатора, в качестве которого, помимо стеклянных микросфер, планируется использовать пластиковые микросферы, а также пергидроль.

    При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2012 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

    Список источников

    1. Купрін В.П., Вілкул О.Ю., Іщенко М.І., Колтунов О.В. Оцінка детонаційних характеристик емульсійних вибухових речовин марки «Украйніт» та «Емоніт» / Купрін В.П., Вілкул О.Ю., Іщенко М.І., Колтунов О.В.- Информационный бюллетень УСИВ.-2012.-№4. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.usiv.com.ua...
    2. Куприн В.П., Коваленко И.Л. О детонационных характеристиках эмульсионных взрывчатых веществ и гранэмитов / Куприн В.П., Коваленко И.Л. Информационный бюллетень УСИВ. - 2010.-№3. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.usiv.com.ua...
    3. Шиман Л.Н. Безопасность процессов производства и применения на горных предприятиях эмульсионных взрывчатых веществ марки «ЕРА». / Шиман Л.Н. Диссертация на соискание ученой степени доктора наук. - Павлоград.-2010.-412с.
    4. Желтоножко А.А., Закусило В.Р. Состояние и перспективы развития промышленных взрывчатых веществ и средств инициирования в Украине и за рубежом / Желтоножко А.А., Закусило В.Р. - Информационный бюллетень УСИВ.-2009.-№3.[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.usiv.com.ua...
    5. Перспективы развития экологически чистых взрывчатых веществ угольных шахт Украины. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.resurs.org.ua...
    6. Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ: учебное пособие для вузов/ Генералов М. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. -397с.: ил.- ISBN 5-94628-130-5
    7. Гольбиндер А.И. Лабораторные работы по курсу теории взрывчатых веществ/ Гольбиндер А.И. - М.:Госвузиздат,1963.-142с.
    8. Шевцов Н.Р., Калякин С.А., Левит В.В Практикум по взрывному делу/ под ред. Шевцова Н.Р.- Донецк: Норд-Пресс, 2003.-95с.
    9. Илюхин В.С., Соснин В.А., Черемухина В.И., Макогон Л.В. Свойства матричных эмульсий и взрывчатых веществ на их основе / Горный журнал. – 2003. -№12.
    10. Буллер М.Ф. Промышленные взрывчатые вещества / Буллер М.Ф. - Суммы: СумГУ. -2009г. - 225с.