Пятница
22.09.2017
17:22
Форма входа
Корзина
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Поиск
Календарь
«  Сентябрь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Национальный горный университет
    Центр по проблемам взрывных работ

    УКРАИНИТ

    Розробка та впровадження техніки і технології виготовлення та застосування високоефективних, безпечних емульсійних вибухових речовин на кар’єрах України

    1. КРИСІН Родерік Симонович – доктор технічних наук, професор, професор кафедри відкритих гірничих робіт ДВНЗ „Національний гірничий університет”
    2. КУПРІН Віталій Павлович – доктор хімічних наук, професор, професор кафедри фізичної хімії ДВНЗ „Український державний хіміко-технологічний університет”
    3. ІЩЕНКО Микола Іванович – кандидат економічних наук, директор гірничодобувного дивізіону ТОВ „МЕТИНВЕСТ ХОЛДИНГ”
    4. МОНАКОВ Валентин Федорович – голова правління ПАТ „ПВП „Кривбасвибухпром”
    5. МАКАРОВ Олег Ігорович – кандидат технічних наук, головний технолог ПАТ „ПВП „Кривбасвибухпром”
    6. КОЛТУНОВ Олег Вікторович – начальник технічного відділу ПАТ „ПВП „Кривбасвибухпром”
    7. ВІЛКУЛ Олександр Юрійович – Голова Дніпропетровської облдержадміністрації
    8. САВЧЕНКО Микола Васильович – кандидат технічних наук, технічний директор ТОВ „Іст-Форт”
    9. НОСОВ Володимир Миколайович – кандидат технічних наук, голова наглядової Ради ПАТ „Українська фінансова компанія”
    10. ЧЕПУРНИЙ Петро Григорович – директор ПАТ „Підприємство з іноземними інвестиціями „Інтервибухпром”
    реферат

    Дніпропетровськ – 2012

    Вступ. В основі видобутку та первинної переробки рудної сировини знаходяться вибухові роботи, які суттєво впливають на якість і собівартість продукції, безпеку виробництва, стан довкілля та здоров’я людини. Кар’єри України щорічно споживають понад 150 тисяч тон вибухових речовин (ВР) до складу яких, до останнього часу, входив тротил – високотоксична речовина, заборонена в країнах Європи з 1993 року. ВР, що містять тротил, небезпечні при виготовленні, транспортуванні, зберіганні та застосуванні, під час масових вибухів утворюють значну кількість отруйних газів (оксиди азоту і карбону), призводять до забруднення ґрунтових вод. Особливо напруженим є стан навколишнього середовища в Кривбасі, де сконцентровано найпотужніші гірничо-збагачувальні комбінати (ГЗК) України, які щорічно споживають понад 100 тис. тон вибухових речовин. Аналіз світового і вітчизняного досвіду показав, що для кар’єрів зі складними гірничо-геологічними умовами ведення вибухових робіт єдиною альтернативою тротилу є емульсійні вибухові речовини (ЕВР).

    Мета роботи: Комплексне вирішення проблеми переведення гірничорудної промисловості України на використання вітчизняних, високоефективних, безпечних емульсійних вибухових речовин, які за детонаційними та технологічними параметрами перевищують кращі світові зразки.

    Для реалізації мети були вирішені наступні науково-технічні задачі:
    • Створені наукові засади розробки емульсійних речовин з керованими властивостями.
    • Розроблені безпечні технології одержання емульсійних матриць ВР, введено в експлуатацію чотири високомеханізовані, автоматизовані промислові комплекси.
    • Створені принципово нові технології сенсибілізаці та заряджання емульсійних ВР.
    • Розроблена та впроваджена нова техніка й обладнання для безпечного механізованого заряджання гірського масиву з утворенням вибухових речовин безпосередньо у свердловинах.
    Наукова новизна:

    1. Розроблена нова фізико-хімічна модель детонації, яка дозволяє розраховувати основні вибухові характеристики емульсійних ВР в залежності від хімічної природи і концентрації компонентів, дисперсності емульсії і сенсибілізаторів, щільності. Показано, що основний вплив на швидкість детонації і детонаційний тиск має дисперсність емульсії та температура початку екзотермічного розкладу найменш стійкого компонента ЕВР – амоній нітрату.
    2. Проведені систематичні дослідження термічного розкладу амоній нітрату (АН) і гетерогенних систем на його основі.
    2.1. Вперше термодинамічно обґрунтовано і кінетично підтверджено умови реалізації автокаталітичного розкладу АН, що забезпечує вірогідність вибухового перетворення системи. Встановлено, що цей процес реалізується при температурах вище 260 0С, каталізатором є нітроген(IV) оксид (NO2). Процес реалізується за наступною системою рівнянь:
    NH4NO= 0,8N2 + 1,8H2O + 0,4HNO3 ; NH4NO3 = NH3 + HNO3;
    2HNO3 = 2NO2 + 0,5O2 + H2O;
    NH4NO3 + 2NO2 = N2 + 2HNO3 + H2O; 
    2HNO3 = 2NO2 + 0,5O2 + H2O …
    Показано, що добавки будь-яких речовин, які знижують температуру початку автокаталітичного розкладання амоній нітрату, сприятимуть розвитку в системі вибухових процесів. Диференційно-термічний і газовий аналіз впливу різних добавок на термоліз NH4NO3 показав, що нітрати металів мають сенсибілізуючу дію на термічний розклад амоній нітрату і значно підвищують енергетичні характеристики системи.

    За результатами термодинамічних розрахунків встановлено, що максимальне значення швидкості детонації і ідеальної роботи вибуху досягається при використанні емульсій на монорозчині аміачної селітри, а максимальний детонаційний тиск – при введенні в систему кальцій нітрату. 

    2.3. Вперше встановлено вплив природи вуглеводневої фази на інтенсивність тепловиділення системи. Показано, що зі збільшенням числа ненасичених зв’язків і дієнових груп у молекулі органічних сполук інтенсивність тепловиділення стехіометричної суміші АН-пальне зростає в 1,5-3,0 рази.

    3. Встановлено загальні закономірності впливу складу і концентрації компонентів на дисперсність, стабільність і основні фізико-хімічні параметри емульсійних систем. Це дозволило науково-обгрунтовано розробити рецептури емульсій, які за даними експертних організацій відповідно до документів ООН не є вибуховими речовинами, і відносяться до класу небезпеки 5.1 з можливістю безпечного транспортування цистернами. Для переведення в детонаційноспроможний стан необхідно введення в емульсію фізичних або хімічних сенсибілізаторів.

    Дані рентгеноструктурного аналізу та імпедансометрії показали, що отримані емульсії по дисперсності та фізичній стабільності значно перевищують показники російського аналогу - ЕВР Пореміт.

    4. Розроблено і реалізовано нові принципи неаераційної сенсибілізації емульсійних матриць з використанням речовин, які каталітично впливають на термічний розклад селітр і вуглеводневої фази емульсії. Як тверді сенсибілізатори були використані порошки феросиліцію, які при високій температурі здатні взаємодіяти з продуктами вибуху, підвищуючи енергетику системи на 25-35% (теплота вибуху 4100 – 4400 кДж/кг). Встановлено, що порошки феросиліцію ФС-65 дисперсністю 250 – 400 мкм на відміну від алюмінію та кремнію каталітично впливають на терморозкладання аміачної селітри й емульсії на її основі. 

    5. Вперше в світовій практиці для аераційної сенсибілізації запропоновано використовувати водний розчин пероксиду водню (Н2О2), який здатен розкладатись з виділенням кисню. В результаті термічних досліджень встановлено, що присутність Н2О2 призводить до зниження характеристичної температури термолізу вуглеводневої фази на 50-70 градусів (рис. 1), що забезпечує вільнорадикальний ланцюговий механізм реакції вибухового перетворення.






     Рис. 1. Термограма розкладання емульсії: 
    1- несенсибілізована емульсія; 2-емульсія, сенсибілізована мікросферами; 
    3 – емульсія, сенсибілізована пероксидом водню 

    6. Систематично досліджено газонасичення емульсійних матриць при введенні сенсибілізаторів різної хімічної природи. Встановлені кінетичні закономірності та вплив температури, водневого показника, каталітичних добавок і в’язкості на процес газонасичення емульсії (рис. 2). Показано, що змінюючи рН і в'язкість емульсії, а також концентрацію газогенеруючої добавки, можна в широких межах при різних температурах змінювати щільність емульсійної ВР та її детонаційні характеристики.


    а)  

    б)  

    Рис. 2. Залежність газонаповнення емульсії від в’язкості:

    а) в’язкість емульсії 20∙103 сП (середній діаметр газового пухирця (200-300 мкм); 
    б) в’язкість емульсії 45∙103 сП (середній діаметр газового пухирця (50-100 мкм).

    7. Створено нові вітчизняні емульсійні вибухові речовини Україніт, Емоніт та Анемікс, які в комплексі забезпечують подрібнення гірських порід будь-якої міцності і заводненості, і за своїми детонаційними параметрами перевищують не тільки тротилові ВР, а й кращі світові аналоги - емульсійні ВР Тован («ЕТІ», Канада), Фрагмайт і Фортіс («Dyno Nobel», Швеція; «Orica», Австралія), Пореміт (Росія) (табл. 1).

    Таблиця 1

    ^ Параметри ЕВР

    Тован-60

    Фортіс-70

    Пореміт С

    Україніт-ПП-2Б

    Емоніт

    Анемікс-70

    Швидкість детонації, м/с

    4750

    4850

    4900

    5200

    5200

    5300

    Детонаційний тиск, ГПа

    7,4

    7,9

    6,9

    8,2

    8,0

    8,1

    Основні науково-технічні результати та практична значимість:

    Створені основні принципи та науково-обгрунтовані засади розробки рецептур, техніки і технології виготовлення та застосування вітчизняних, високоефективних, безпечних емульсійних вибухових речовин, які за детонаційними і технологічними параметрами перевищують кращі світові зразки.

    1. Реконструйовано і введено в експлуатацію чотири високомеханізовані і автоматизовані комплекси з виготовлення основного компонента емульсійних вибухових речовин (ЕВР) – емульсійної матриці загальною продуктивністю понад 160 тис. тон на рік, що повністю забезпечує потреби України в промислових ВР. Це комплекси «Інгулецькій», «Північний», «Південний» та «Комсомольський» (рис. 3, 4). 



     Рис. 3. Комплекс «Інгулецький»

    Все обладнання комплексів виготовлено на вітчизняних заводах хімічного машинобудування і ПрАТ „Інтервибухпром”, захищено від статичної електрики, обладнане датчиками температури, тиску, рівня, витрат, автоматичною системою керування технологічним процесом, що забезпечує безпечне виготовлення і відвантажування компонентів ЕВР.



     Рис. 4. Комплекс «Північний»

    2. Розроблено і виготовлено 48 змішувально-зарядних машин (ЗЗМ) оригінальної конструкції для одержання емульсійних ВР з невибухових компонентів безпосередньо у свердловині, що забезпечило потреби гірничих підприємств України у зарядній техніці:

    ЗЗМ марки Емоніт: для підвищення коефіцієнта використання та надійності роботи обладнання була реалізована технологічна схема з постійною витратою компонентів, що дозволяє повністю вивільняти бункери ЗЗМ і мати більш високий запас надійності і безвідмовності вибуху зформованого заряду. В схемі було вперше реалізовано спосіб приготування ЕВР з рідких і твердих компонентів у змішувачах з різним напрямком потоків, які потім одночасно подають в шнековий змішувач. Як транспортний засіб, було використано спеціально модернізоване шассі КрАЗ-6322 (чотири ЗЗМ Емоніт-1) і БелАЗ-7958 (три ТСЗМ-30 Е) (рис. 5).






    а)

    б)

    Рис. 5. Змішувально-зарядні машини: а) Емоніт-1; б) ТСЗМ-30 Е

    ЗЗМ марки Анемікс: технологічні схеми ЗЗМ марки Анемікс передбачають два варіанти роботи: 

    • компоненти ЕВР з бункерів і баків подаються за допомогою шнеків і насосів у шнек-змішувач, а потім у насос готового продукту, де відбувається остаточне змішування і подача ЕВР через гнучкий рукав у свердловину;

    • компоненти ВР із бункерів і баків подаються за допомогою шнеків і насосів у шнек-змішувач з подачею продукту безпосередньо в свердловину.


    Рис. 6. Змішувально-зарядні машини Анемікс в кар’єрі

    Безпека роботи ЗЗМ забезпечується системою контролю та керування, яка базується на даних, що одержують з датчиків тиску, температури та протоки, встановлених в ємностях і трубопроводах. Конструктивні рішення ЗЗМ серії Анемікс забезпечують можливість виготовлення ЕВР різного складу і відповідає вимогам безпеки України і ЄС (рис. 6). 

    Всього розроблено і виготовлено 29 одиниць ЗЗМ, сім з яких експортовано в Росію, Білорусь та Казахстан.

    ЗЗМ марки Україніт: сконструйовані на принципово новій схемі поршневого насосу з гідрокеруванням і твердим механічним зв’язком основного насоса емульсії і насоса-дозатора подачі газогенеруючої добавки з можливістю її плавного регулювання (рис. 7). Поєднання в одному агрегаті функцій регульованої дискретності подачі одного компонента (газогенеруючої добавки) в потік іншого (емульсії) забезпечує необхідний тиск для виготовленні ЕВР з заданою щільністю і можливістю її заряджання на будь-яку глибину.



    Рис. 7. Насоси-дозатори «подвійної дії»: НД-250М и НД-400М.

    Реалізація цього технічного рішення здійснена при модернізації ЗЗМ Акватол у змішувально-зарядні машини «Україніт» і виготовленні ЕЗЗМ-12. Всього в кар’єрах експлуатується 10 одиниць ЗЗМ Україніт на базі БелАЗ-7523 і КрАЗ-65053 і дві ЕЗЗМ-12 (рис. 8).






    Рис. 8. Змішувально-зарядна машина «Україніт-5» на базі КрАЗ.
    Розроблені емульсійні ВР і змішувально-зарядна техніка визнані «Кращими вітчизняними товарами» у 2006 та 2007 рр.

    3. Створення і впровадження нової техніки і технології забезпечило успішне промислове застосування розроблених ЕВР: Україніт, Емоніт, Анемікс на всіх залізорудних і 86 нерудних кар’єрах України. Це дозволило вирішити основні соціальні, екологічні та економічні проблеми при видобутку корисних копалин. 

    3.1. Обсяг застосування розроблених ЕВР у 2011 році перевищив 117 тис. т., що склало понад 78 % від загального обсягу річного застосування всіх ВР в Україні (рис. 9, 10). В тому числі на залізорудних кар’єрах Кривбасу у 2011 році – 99 тис. тон, що складає 97 % від усіх витрат ВР.



    Рис. 9. Динаміка виробництва емульсійних ВР (тон) за період з 2006 р. по 2011 р.


    Рис. 10. Доля емульсійних ВР Україніт, Емоніт, Анемікс у загальному обсягу ВР, які 
    застосовуються в Україні 

    3.2. Впровадження розроблених ЕВР призвело до підвищення якості і ефективності вибухових робіт. Вихід негабариту знизився на 80% при одночасному зменшенні обсягів буріння. Це забезпечило зниження питомих витрат ВР на 8-12 %, що складає понад 10 тис. тон на рік. Продуктивність навантажувального і транспортного обладнання зросла на 10-15 %.

    3.3 За даними інститутів-експертів промислове застосування ЕВР забезпечило зменшення токсичних викидів газів: «СО» у 4,5 рази, «NOx» - у 2,5 рази. Тільки по Кривбасу зменшення обсягів викидів шкідливих газів складає понад 3000 тон/рік (рис. 11).







    Рис. 11. Хмара вибуху емульсійного ВР Україніт (в центрі) у порівнянні зі штатними тротиловими ВР : Грамоніт 79/21 (ліворуч), Акватол Т-20 Г (праворуч).

    3.4. Перехід гірничих підприємств на використання безтротилових емульсійних ВР забезпечив:
    - виключення необхідності зберігання ВР на складах і операцій по їх транспортуванню до місць використання;
    - запобігання нещасних випадків внаслідок несанкціонованого вибуху тротилу від аварії чи теракту, виключення небезпеки викрадення детонаційноспроможних матеріалів; 
    - незалежність від імпорту сировини для виготовлення вибухових речовин;
    - підвищення безпеки ведення вибухових робіт завдяки низькій чутливості ЕВР до механічного впливу;
    - виключення забруднення грунтових вод при знаходженні ВР у свердловині;
    - суттєве поліпшення стану навколишнього середовища.

    Висновки:

    1. Комплексно вирішена проблема переведення гірничорудної промисловості України на використання вітчизняних, високоефективних безпечних емульсійних вибухових речовин, які за детонаційними та технологічними параметрами перевищують кращі світові зразки.

    2. Створені основні принципи та науково-обгрунтовані засади розробки безпечних емульсійних вибухових речовин з керованими властивостями, техніки і технології їх виготовлення та застосування. Реконструйовано і введено в експлуатацію чотири високомеханізовані і автоматизовані промислові комплекси продуктивністю понад 160 тис. тон на рік, що повністю забезпечує потреби України у промислових ВР. Розроблено і виготовлено 48 змішувально-зарядних машин (ЗЗМ) оригінальної конструкції для одержання емульсійних ВР з невибухових компонентів безпосередньо у свердловині. 

    3. Застосування нової техніки і технології забезпечило значне підвищення якості й ефективності вибухових робіт, зменшення обсягів буріння та споживання вибухових речовин до 10 тис. тон на рік. Продуктивність навантажувального і транспортного обладнання зросла на 10-15 %, викиди пилу і токсичних газів знизились на 60-70 %. Загальний економічний ефект від впровадження розроблених емульсійних ВР склав 541,8 млн. грн., в тому числі в 2011 р. – 168,9 млн. грн.
    За результатами роботи опубліковано 3 монографії, понад 80 статей, отримано 25 патентів (в тому числі Євразійський патент і 2 патенти Росії), захищено 3 кандидатські дисертації. 
    Автори: