Устройство для отбора проб взрывчатых веществ из скважин в карьерах

В.А. Синицын, П.В. Меньшиков, В.Г. Шеменев, ИГД УрО РАН, Екатеринбург,

С.Л. Мальберг, ООО «АВТ-Урал», г. Качканар,

С.Е. Синцов, ООО «АВТ-УралСервис», г. Качканар

Специалистам известно, что взрывчатые вещества (ВВ), применяемые для разрушения горных пород, в большинстве своем представляют собой смесь двух и более компонен-тов. В числе сформировавшихся на сегодня направлений по снижению затрат на взрывные работы уверенно лидирует использование взрывчатых смесей, приготавливаемых на ме-стах непосредственного производства взрывных работ горного предприятия.

В настоящее время разработаны, испытаны и применяются на ряде предприятий технологии изготовления многокомпонентных взрывчатых смесей на основе гранулированной аммиачной селитры, раствора окислителя и горючего. Такие смеси состоят из жидких, гранулированных и порошкообразных компонентов и других добавок, стабилизирующих, газифицирующих или придающих какие-либо другие требуемые свойства приготовляемому ВВ. Различные взрывчатые смеси с необходимыми характеристиками получают путем смешивания в различных пропорциях вышеперечисленных компонентов.

Крайние состояния системы, состоящей из нескольких компонентов, характеризуются полным их смешением и полным распределением. Все пробы, взятые из продукта, где полностью смешаны все компоненты, должны иметь одинаковый состав по всему объему.

Состояние полного смешения, определяемое статистически, относится к неупорядоченному. Это такое состояние, при котором вероятность нахождения частиц данного компонента в произвольной точке смеси – величина постоянная и равная доле этого компонента во всей смеси.

Под степенью перемешивания в общем случае следует понимать взаимное распределение двух или большего числа веществ после совершенного перемешивания всей системы.

Гомогенность – это основной показатель эффективности и качества смешения компонентов ВВ. Численное значение (степень) гомогенности смеси – это основной параметр, определяющий качество получаемого в результате смешения продукта. Современные промышленные ВВ в большинстве своем – двух-, трех- и более компонентные. Например, граммонит – это смесь гранулотола и гранулированной аммиачной селитры, игданит – смесь гранулированной аммиачной селитры и дизельного топлива, гранэмит – смесь эмульсии порэмита, дизельного топлива и гранулированной аммиачной селитры.

Сущность приготовления ВВ состоит в кратковременном (5–6 с) и интенсивном перемешивании составляющих, обеспечивающих равномерную агрегацию смеси требуемого состава. Смешение компонентов ВВ производится путем соединения объемов различных компонентов с целью получения однородной смеси. Оно может осуществляться самопроизвольно (например, в процессе заполнения скважины и истечения компонентов под действием силы тяжести) или же принудительно, в результате приложения к компонентам ВВ механической энергии (например, с помощью мешалок) [1].

Теоретически смесь компонентов рассматривается как статистическая система, поскольку число частиц того или иного компонента очень велико, а их расположение в объеме смеси совершенно случайно, что отвечает требуемому статистикой условию случайности событий. Практически степень гомогенности полученной смеси ВВ определяется путем отбора проб и их анализа. В результате получается группа чисел, которая представляет собой состав проб, т.е. объемную концентрацию компонентов. Среднее содержание какого-либо компонента определяется по уравнению:

Среднее содержание какого-либо компонента определяется по уравнению

где х1,х2,…, – относительные концентрации какого-либо компонента во взятой пробе; N – число взятых проб . Уровень колебаний от среднего значения оценивается стандартом колебаний σх, коэффициентом вариации V и дисперсией :

Уровень колебаний от среднего значения оценивается стандартом колебаний

где Рк – доля компонента в смеси; хi – значение i-й величины х, которая является числом, представляющим концентрацию какого-либо компонента в пробе взрывчатой смеси. В случае приготовления ВВ путем смешения компонентов, колебания объемной концентрации того или иного составляющего вещества вызываются различными, независимыми друг от друга, причинами. К ним относятся колебания режима работы дозирующих устройств и погрешности при их регулировке, колебания свойств подаваемых компонентов (крупность, вязкость) и т.д. Каждая из этих причин влияет на содержание компонентов в смеси, так что то отклонение, которое фактически регистрируется при анализе проб, представляет собой сумму большого числа отклонений.

Подача компонентов при изготовлении взрывчатой смеси производится дозирующими устройствами, отрегулируемыми на определенные параметры, обусловленные рецептурой ВВ. В этой связи отклонения объемной концентрации какого-либо компонента будут одного порядка, т.е. суммарное отклонение будет представлять собой случайную величину с нормальным законом распределения.

Этот вывод подтверждается исследованиями, проведенными авторами при гравитационном смешении компонентов ВВ, которые показали, что содержание различных компонентов ВВ хорошо аппроксимируется функциями нормального и логнормального законов.

Качество смешения ВВ определялось анализом порций ВВ, отобранных из колонки скважинного заряда с помощью пробоотборника, конструкция которого разработана и изготовлена совместно сотрудниками ИГД УрО РАН и специалистами ООО «АВТ-Урал» (ОАО «ЕВРАЗ Качканарский ГОК») ( рис. 1).Рис. 1 Принципиальная конструкция отборника проб ВВ из скважины: 1 – тросик; 2 – шток поршня; 3 – соединительный патрубок; 4 – верхняя крышка; 5 – корпус; 6 – шток запорного клапана; 7 – поршень; 8 – пластинка; 9 – нижняя крышка; 10 – запорный клапан

Рис. 1 Принципиальная конструкция отборника проб ВВ из скважины: 1 – тросик; 2 – шток поршня; 3 – соединительный патрубок; 4 – верхняя крышка; 5 – корпус; 6 – шток запорного клапана; 7 – поршень; 8 – пластинка; 9 – нижняя крышка; 10 – запорный клапан

Отборник проб водосодержащих ВВ, в том числе и эмульсионных, из скважины с целью определения основных тепловых и энергетических характеристик ВВ состоит из десяти основных частей (рис. 1). При этом отметим, что корпус пробоотборника, имеющего форму цилиндра, изготавливается диаметром, равным 0,6–0,7 диаметра скважины.

Шток поршня выполнен составным, из трубок диаметром 15–20 мм длиной до 1 м которые, для получения нужной общей длины штока стыкуются с помощью соединительных патрубков, и таким образом достигается длина штока, достаточная для отбора пробы ВВ с требуемой глубины колонки заряда скважины.Рис. 2 Изменение плотности гранэмита И-30 в колонке заряда по глубине скважины (предельная плотность – 1,3 кг/ дм3, забойка – вода; РАВ = 1,7 кг/см2)

Отборник проб может быть помещен в скважину, которую предполагается зарядить водосодержащим ВВ, на интересующую глубину. После заполнения скважины водосодержащим ВВ с помощью тросика поднимается запорный клапан и затем поршень. После заполнения отборника взрывчатым веществом отборник извлекается из скважины, отобранная порция ВВ передается в соответствующее подразделение для определения основных характеристик.

Как показано выше, отбор порций ВВ отборником созданной нами конструкции, производится из уже заряженной скважины, а определение основных характеристик ВВ производится по известным методикам.

Теоретическое значение плотности гранэмита И-30, в зависимости от глубины заряженной скважины, представлено на графиках рис. 2.

Рис. 2 Изменение плотности гранэмита И-30 в колонке заряда по глубине скважины (предельная плотность – 1,3 кг/ дм3, забойка – вода; РАВ = 1,7 кг/см2)

Рис. 2 Изменение плотности гранэмита И-30 в колонке заряда по глубине скважины (предельная плотность – 1,3 кг/ дм3, забойка – вода; РАВ = 1,7 кг/см2)

Основная задача, решаемая в ходе заряжания глубоких скважин эмульсионными ВВ – достижение исходной плотности ЭВВ, при которой обеспечивалась бы надежная детонация заряда, размещенного в испытывающей максимальное давление донной части скважин.

Практика показывает, что при весьма незначительном увеличении относительной плотности (свыше 0,9 г/см3) происходит резкое возрастание критического диаметра заряда при детонации ЭВВ.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1. Синицын В.А. Повышение эффективности подготовки горной массы на карьерах с применением ВВ на основе обратных эмульсий . Дис. ... канд. техн. наук. Екатеринбург, 2007. –145 с.
2. Корнилков М.В., Синицын В.А., Меньшиков П. В. Методика определения плотности эмульсионных ВВ, сенсибилизированных химическим способом, в зависимости от глубины скважины // Изв. ВУЗов Горный журнал. 2014. 8. С. 78-84.
Ключевые слова: взрывчатые вещества, отборник проб, гомогенность смеси, глубина скважины

Журнал "Горная Промышленность"№3 (133) 2017, стр.48