7. Исследование причин изменения физико-химических свойств эмульсионных вв при взрывной отбойке апатито-нефелиновых руд

Крупным достижением в области разработки промышленных ВВ в последнее время стало появление в производстве взрывных работ нового класса ВВ - эмульсионных ВВ (ЭВВ), получивших в отечественной практике название “Порэмиты”.

Сама по себе эмульсия не детонирует от мощного промежуточного детонатора. Для обеспечения достаточной чувствительности (сенсибилизации) в состав ЭВВ вводят стеклянные и другие микросферы, газовые пузырьки. В отечественной практике сенсибилизацию водоэмульсионных ВВ чаще всего осуществляют химическим способом, основанным на реакции взаимодействия нитрита натрия с аммиачной селитрой, сопровождающейся выделением пузырьков азота. Нитрит натрия (газогенератор) вводят в эмульсию в виде водного раствора. Чувствительность “Порэмита” зависит от качества смешения эмульсии с газогенератором и количества последнего.

Основной причиной, обусловившей постановку исследований, речь о которых пойдет ниже, явилось возникновение нештатных ситуаций, наблюдавшихся при использовании "Порэмита" на рудниках ОАО "Апатит". Суть их заключается во «вскипании» "Порэмита" при зарядке его в скважины, сопровождающееся вспениванием этого состава и, вследствие этого, резким увеличением объема, вплоть до вытекания из скважин.

Причинами возникновения этих ситуаций, по нашему мнению, может быть:

1. Несоблюдение режимов смешения газогенерирующей добавки с эмульсией.

2. Взаимодействие эмульсии с какими-либо компонентами (минералами), содержащимися в апатито-нефелиновых рудах.

В связи с этим, нами изучено влияние изменений концентрации растворов газогенерирующей добавки, ее расхода, температуры смешения и времени ее дозирования на объем и плотность готового "Порэмита", а также изменение этих показателей при взаимодействии эмульсии с отдельными компонентами (минералами) которые могут присутствовать в апатито-нефелиновой руде.

7.1. Влияние параметров смешения газогенерирующей добавки на объем и плотность ‘‘Порэмита’’

Опыты по влиянию концентрации NaNO₂ проводились следующим образом: брали навески эмульсии массой 50 г и помещали в термостойкие стаканы. Нагревали до 80⁰С, затем при интенсивном перемешивании добавляли растворы нитрита натрия различной концентрации (5; 10 и 46% NaNO₂) при его расходе 0,1%. Штатными параметрами при приготовлении "Порэмита" в промышленных условиях являются: концентрация NaNO₂ – 5%, расход – 0,1%, температура – 80⁰С. Измеряли объемы: первоначальный (без добавления нитрита натрия) и измененный после добавления NaNO₂ и выстаивания массы в течение 10 минут. Первоначальный объем был постоянным и составлял 76,5 см³, исходная плотность - 1,307 г/см³. Изменения плотности при концентрации нитрита натрия показаны на рисунке 45 (кривая 1). Как видно из приведенных графиков, с увеличением концентрации NaNO₂ происходит уменьшение плотности и, соответственно, увеличение объема "Порэмита". Максимальное увеличение объема составило менее 5% и наблюдалось при концентрации нитрита натрия 46% (насыщенный раствор NaNO₂), что более, чем в 9 раз выше штатной концентрации.

Увеличение концентрации газогенератора может наблюдаться при высыхании его раствора на стенках емкости хранения и трубопроводах транспортирования раствора газогенератора в зарядной машине, что может привести к нестандартному увеличению концентрации NaNO₂. Для исключения этого явления необходима периодическая промывка системы подачи газогенератора.

Эксперименты по влиянию расхода NaNO₂ на плотность и объем ‘‘Порэмита’’ проводились аналогично опытам при изучении влияния концентрации нитрита натрия. Постоянными факторами являлись температура - 80⁰С и концентрация NaNO₂- 5%. Расход нитрита натрия меняли от 0,05% до 0,2%. Максимальное увеличение объема наблюдается при расходе 0,2% NaNO₂ (в 2 раза выше стандартного) и превышает начальное значение (без добавления нитрита натрия) всего в 1,2 раза по сравнению со стандартным. Изменение плотности от расхода NaNO₂ представлены на рис. 45 (кривая 2).

Для точного дозирования расчетного количества газогенератора необходима точная тарировка расходомера подачи раствора газогенератора.

Опыты с изменением времени дозирования NaNO₂ проводили при Т = 80⁰С, С NaNO₂ = 5%, расход NaNO₂ = 0,1%. Изменение плотности от времени дозирования NaNO₂ представлены на рис. 45 (кривая 3).

Увеличение времени дозирования ведет к росту объема ‘‘Порэмита’’, что, по нашему мнению, можно объяснить большей полнотой протекания реакции взаимодействия нитрита натрия с селитрой. При снижении скорости подачи ВВ в скважину, а значит при увеличении времени дозирования, будет наблюдаться рост объема ‘‘Порэмита’’. При быстрой подаче ВВ в скважину объем ‘‘Порэмита’’ уменьшается. Однако влияние этого фактора крайне незначительно: так увеличение времени дозирования в два раза изменяет объем “Порэмита” всего на 8%.

Опыты по влиянию температуры проводили при следующих условиях - расход NaNO₂ = 0,1%, концентрация NaNO₂ - 10%. Температура менялась от 20 до 95^оС. Данные опытов представлены на рис. 45 (кривая 4).

Из рисунка видно, что влияние температуры ‘‘Порэмита’’ также незначительно. Повышение температуры с 80⁰С до 95⁰С всего на 5% увеличивает его объем. После заряжания

скважин ‘‘Порэмитом’’ его температура падает, поэтому этот параметр не может быть причиной вспенивания ‘‘Порэмита’’. Полученные результаты позволяют предполагать, что режимы смешения растворов нитрита натрия с эмульсией вряд ли могут быть причиной чрезмерного вспенивания "Порэмита" в скважинах. Лишь при одновременном нарушении всех параметров объем “Порэмита” может значительно превысить его первоначальный объем. Однако даже при таких грубых нарушениях режима, как одновременное повышение расхода газообразователя в два раза, его концентрации в 9 раз, времени дозирования в два раза и повышение температуры на 150С суммарное увеличение объема “Порэмита” не должно превысить 40%.

Рис. 45. Зависимость плотности “Порэмита” от концентрации NaNO2, процентного содержания NaNO2, времени дозирования NaNO2 и температуры.