ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Ведення вибухових робіт є невід'ємною частиною сучасних технологічних процесів у багатьох галузях промисловості.

Величезну частку промислових вибухових речовин використовують у гірничій справі. Руйнування порід за допомогою енергії вибуху є універсальним і практично єдиним високоефективним способом підготовки скельних гірських порід до виїмки.

Найбільш вживаними в наш час є найпростіші (АС-ДП), типу ігданітів; тротил; ВР на основі конверсійних матеріалів, але вони мають високу чутливість до механічних впливів, токсичні і виділяють велику кількість отруйних газів (СО, NOх), тому являють серйозну небезпеку для людей і навколишнього середовища, як при виготовленні, так і при використанні.

Інтенсивні дослідження, проведені в XX столітті з теорії детонації, дозволили розробити новий тип промислових вибухових речовин, до якого відносяться емульсійні ВР (ЕВР).

1. Актуальність теми

Емульсійні ВР мають безліч переваг:

  1. Вони не містять вихідних матеріалів, що класифікуються як вибухові.
  2. Набувають вибухові властивості на кінцевій стадії приготування.
  3. Не містять у своєму складі токсичних речовин.
  4. Маючи досить високу швидкість детонації, вони мало чутливі до тертя, удару, відкритого вогню та інших фізичних впливів, що забезпечує їх безпечне перевезення та поводження з ними.
  5. Мають високу водостійкість.
  6. Екологічно безпечні, тому що в продуктах їх вибуху містяться переважно пари води, вуглекислий газ і вільний азот.
  7. До того ж, для їх виробництва використовується вітчизняна сировина, що значно знижує їх вартість.

Ряд істотних переваг ЕВР дали їм можливість знайти широке застосування в промисловості як за кордоном, так і в нашій країні.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Регулювання фізичних, детонаційних і енергетичних характеристик ЕВР за рахунок сировини, що використовується дозволяє створювати нові та вдосконалювати існуючі склади.

Для вдосконалення складу ВР необхідно визначити фактори, що впливають на його детонаційні характеристики.

Головним чином це:

  1. Тип емульгатора та його кількість, час емульгування, швидкість обертання мішалки.
  2. Тип сенсибілізатора та його кількість.
  3. Енергетичні добавки.

Для забезпечення високої ефективності роботи всі елементи ВР повинні бути взаємно узгоджені та відповідним чином підібрані.

Метою даної роботи є встановлення впливу різних сенсибілізаторів на детонаційні характеристики ЕВР, вибір найбільш ефективний сенсибілізатора та визначення його оптимальної кількості.

Для досягнення зазначеної мети необхідно вирішити наступні задачі:

  1. Розглянути структуру ЕВР.
  2. Розглянути типи сенсибілізації матричної емульсії.
  3. Вибрати найкращу методику, що дозволяє однозначно визначити вплив сенсибілізатора на детонаційні характеристики ЕВР.
  4. Провести випробування у відповідності з обраною методикою.
  5. Проаналізувати отримані результати.
  6. Обрати найбільш ефективний сенсибілізатор і визначити його оптимальне кількість у складі ЕВР.

Заплановані практичні результати роботи - дослідити детонаційні властивості ЕВР з різними типами сенсибілізації. За результатами виявити найбільш ефективний сенсибілізатор, який дозволить значно підвищити детонаційні характеристики емульсійної ВР, а визначення оптимальної кількості сенсибілізатора в складі ЕВР зробить можливим знизити його собівартість.

3. Наукова новизна роботи

Наукова новизна роботи полягає в дослідженні впливу типу сенсибілізатора і його кількості в складі емульсійних ВР на їх детонаційні характеристики.

4. Огляд досліджень та розробок

4.1 Огляд міжнародних джерел

Аналіз літератури [1] показав, що в світі широкого поширення набули такі ЕВР: Пореміт С (ФДУП Кристал, Росія); Фортіс 70 С (Діно Нобель, Швеція; Оріка, Австралія - США); Тован (ETI, Канада). Склад деяких зарубіжних ЕВР наведено в табл.1. <

Таблица 1 – Состав и свойства некоторых зарубежных ЭВВ

Марка, производительвиробник Состав
Фортіс 70С (Діно Нобель, Швеція; Оріка, Австралія – США) NH4NO3 – 54,74 %
H2O – 14,00 %
Масло I-20 – 1,92 %
Емульгатор – 0,77 %
Карбамід – 2,57 %
ANFO (NH4NO3 – 28,26 %, ДТ – 1,74%)
Пореміт С (ФГУП Кристалл, Росія) NH4NO3 – 65,25 %
NaNO3 – 16,5 %
H2O – 9,25 %
Масло I-20 – 4,75 %
Карбамід – 2,35 %
Тован 60В (ЕТІ, Канада) NH4NO3 – 37,26 %
NaNO3 – 9,40 %
Масло I-20 – 2,76 %
Емульгатор – 1,10 %
ANFO (NH4NO3 – 37,68 %, ДТ – 2,32 %)
SiO2 – 1,5 %
Скляні мікросферы 2,5 % (понад 100 %)

4.2 Огляд національних джерел

Зараз, в Україні використовуються ЕВР таких марок [2-3]: Україніт (ВАТ ППП Кривбасвзривпром , ЗАТ Промвзрив), Емоніт (ВАТ ППП Кривбасвзривпром), Анемікс (ЗАТ Інтервибухпром), Ера (НВО Павлоградський хімзавод ), Емульхім-ШМ (ДержНДІХП, Рубіжанський завод Зоря), ЕВР компанії Юнігран. Детонаційні характеристики і склад деяких з них наведено в табл. 2. [4]

Таблиця 2 - Склад і властивості деяких ЕВР, що використовуються в Україні Состав і властивості деяких ЕВВ, використовуваних в Украіні

4.3 Огляд локальних джерел

Розробкою емульсійних ВР [5] у ДонНТУ займаються на факультеті екології та хімічної технології, на кафедрі хімічної технології палива, де під керівництвом Ю.В. Манжоса розроблено нове ЕВР Гремікс -М, яке було успішно впроваджено у виробництво.

5. Структура емульсійних вибухових речовин

Основу емульсійних ВР складають зворотні емульсії типу вода в маслі, тобто суміш двох рідин, практично не розчинних одна в іншій.

У якості дисперсійної фази переважно використовують водні розчини суміші аміачної селітри з нітратами лужних і лужноземельних металів. Іноді до складу водного розчину вводять інертні солі, такі як водорозчинні хлориди, які відіграють роль пламягасячих добавок.

Дисперсійне середовище ЕВР утворюють переважно продукти переробки нафти, мінеральні масла, віск, парафіни в чистому вигляді або у вигляді їх сумішей. Кількість вуглеводневого палива в емульсіях, як правило, відповідає нульовому кисневому балансу суміші, який досягається при масовій частці пального 4-5% і рідко перевищує 6-8%.

Для ЕВР характерний великий об'ємний зміст водного розчину окислювачів 80-97%. Це перевищує граничну упаковку сфер однакового розміру, коли їх об'ємна частка становить 74%. В результаті краплі емульсії стикаються своїми захисними оболонками і утворюють зв'язну (суцільну) структуру, яка набуває твердоподібні властивості - пружність форми. При ще більш високих концентраціях для досить стійкою емульсії глобули, здавлюючи один одну, деформуються і перетворюються в поліедрічні осередки, розділені плівками дисперсійного середовища (маслом) товщиною порядку 10-20 нм для крапель дисперсної фази розміром близько 1 мкм. [6].

Способи сенсибілізації емульсійної матриці

Зворотні емульсії, внаслідок присутності в їх складі значної частки води (8-15%) не знаходять практичного застосування без спеціальної обробки - сенсибілізації.

Сенсибілізація може здійснюватися різними способами:

  • За допомогою потужних конденсовані ВР, таких як тринітротолуол і ТЕН, нітрогліцерин, нітраміни, розчинні в вуглеводневому пальному ефіри азотної кислоти і амінонітрати [6]. Але така сенсибілізація зводить нанівець переваги ЕВР;
  • Хімічним способом, який полягає у введенні в об'єм ЕВР хімічних газогенеруючих речовин. Такі речовини в результаті реакції або при розкладанні під дією підвищеної температури виділяють газ, який у вигляді мікробульбашок розподіляється по всьому об'єму емульсії ВР; Кількість газоутворюючих речовин становить 0,01-2,0% по масі. Поряд з доступними сумішами нітриту натрію з водою, сечовиною, тіомочевиною для аерації використовують динитрозопентаметилентетрамин, азобісізобутіронітріл, боргідріда лужних металів. Але такі ЕВР фізично мало стабільні. При зберіганні і температурних змінах газові включення можуть дифундувати в атмосферу, в результаті чого детонаційна здатність ВР падає.
  • Аерація фізичним способом пов'язана з сенсибілізацією емульсії ВР частками газонаповнених матеріалів або спеціально виготовленими мікросферами. Для цього до складу ВР вводять 1-10% пористих частинок цеоліту, перліту, порошку алюмінію, золи, піску або спеціальних мікросфер. Мікросфери виготовляють з неорганічних матеріалів: скла, окису алюмінію, кварцу, вулканічних порід, силікатів, бури, різних шлаків. Останнім часом все ширше використовують мікросфери з полістиролу, фенолформальдегідних, полівініліденхлорідних, епоксидних смол, гуми, скла. Розмір мікросфер складає 10-150 мкм при об'ємної щільності 7-150 кг/м3.

    7. Визначення впливу сенсибілізатора (скляних мікросфер) на критичний діаметр детонації

    7.1 Проведення експерименту

    Детонація може поширюватися вздовж заряду ВР без міцної оболонки тільки в тому випадку, якщо найменший його діаметр більше деякого критичного значення.

    Критичний діаметр є найважливішою характеристикою детонаційної здатності ВР. В залежності від його значення визначають в зарядах якого діаметру дану ВР можна застосовувати при вибухових роботах [7].

    Визначення критичного діаметра ВР зводиться до знаходження найменшого діаметра заряду, при якому в ньому ще можлива стійка детонація.

    Для проведення експерименту використовувалося ЕВР, що складається з розчину аміачної та кальцієвої селітр, індустріального масла, парафіну, емульгатора та сенсибілізатора, у вигляді скляних мікросфер.

    Приготування окислювача відбувалося в змішувачі, що обігрівається, шляхом розчинення аміачної, а потім кальцієвої селітри в воді при t = 85-90°C. Горючу фазу отримували змішуванням підігрітого до t = 75-85°С індустріального масла зі стабілізатором емульсії - парафіном і емульгатором - Лубрізол в змішувачі, що обігрівається при t = 80°C з увімкненою мішалкою.

    Емульгування (змішання горючої фази з окислювачем і утворення емульсії типу вода в маслі) здійснювалося в змішувачі при температурі 80-85°С, устаткованому лопастною та турбінною мішалками до утворення однорідної емульсії по всьому об'єму речовини. Сенсибілізація емульсії за допомогою скляних мікросфер відбувалася на міні моделі змішувача з механічною мішалкою. Готова ЕВР під мікроскопом зображено на рис 1.

    Готова ЕВР під мікроскопом

    Рисунок 1 – Готова ЕВР під мікроскопом

    Таким чином, було отримано п'ять вибухових складів з вмістом скляних мікросфер: 1,25%; 1,50%, 1,75%, 2% і 2,2% (понад 100% основного складу).

    Визначення критичного діаметра здійснювалося методом конічних зарядів. Для чого були підготовлені паперові оболонки у вигляді конусів з кутом при вершині 8-12°, в які були запатроніровани отримані склади.

    Для того, щоб виключити помилку, пов'язану з тим, що в конусному заряді детонація може поширюватися на згасаючому режимі трохи довше, ніж до діаметра, відповідного критичному, приготовані заряди кріпилисяя до мідної трубки - свідка (d = 5мм), на якій відзначали положення кінців заряду (рис. 2).

    Конічний заряд з електродетонатором

    Рисунок 2 - Конічний заряд з електродетонатором

    Після підриву заряду вимірювалася відстань від вершини до того місця, де кінчається слід механічної дії продуктів детонації.

    Конічний заряд перед вибухом

    Рисунок 3 - Конічний заряд перед вмбухом

    Вибух експериментального зразку

    Рисунок 4 – Вибух експериментального зразку
    (анимація: 6 кадрів, 5 циклів повторения, 344 килобайт)
    (xi – входні сигнали, yi – біти кода стану, zi – вихідні сигнали)

    Конічний заряд після вибуху

    Рисунок 5 - Конічний заряд після вибуху

    Знаючи розміри конуса до вибуху, по вимірній відстані, був обчислений діаметр заряду в тому місці, де припинилася детонація. Цей діаметр вважається критичним [8].

    7.2 Результати експерименту

    Отриманні данні у графічному вигляді представлені на рис.3

    Залежність критичного діаметру детонациї від вмісту мікросфер

    Рисунок 3 – Залежність критичного діаметру детонациї від вмісту мікросфер

    8. Висновки

    Проведені дослідження показали, що збільшення вмісту мікросфер (гарячих точок) веде до зменшення критичного діаметра детонації.

    З отриманої залежності видно, що цю зміна критичного діаметра можна описати ступеневою залежністю. Математична обробка показала, що отримані результати описуються рівнянням dкр = 50,63 w -1,79. Коефіцієнт кореляції при цьому становить 0,796.

    Виходячи з отриманих результатів, оптимальним вмістом мікросфер є 1,75-2,0%. Подальше збільшення їхньої кількості викличе відчутне збільшення собівартості ЕВР, але не призведе до значного зменшення критичного діаметру.

    Дослідження будуть продовжені для виявлення залежності детонаційних характеристик від інших видів сенсибілізатора, в якості якого, крім скляних мікросфер, планується використовувати пластикові мікросфери, а також пергідроль.

    При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2012 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

    Перелік посилань

    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.