СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 1997 года по МПК C06B21/00 

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно, к взрывным работам, и может быть реализовано на пунктах приготовления эмульсии ЭВВ, расположенных непосредственно на предприятиях, ведущих и(или) использующих взрывные работы при открытом способе добычи полезных ископаемых или разработки грунтов. Однако это не исключает возможности применения изобретения и при поземном способе разработки месторождений полезных ископаемых или выемки грунтов, в заводских условиях и др.

Известен способ приготовления горячельющихся водосодержащих взрывчатых веществ (ГЛВВВ), одним из которых являются ЭВВ, включающий подготовку раствора окислителя, подготовку смеси сухой энергетической добавки и загустителя и приготовление ГЛВВВ путем смешивания указанных раствора и смеси непосредственно в емкости смесительно-зарядной машины, размещенной на эстакаде пункта приготовления ГЛВВВ [1]
Недостатком способа является высокая стоимость ГЛВВВ из-за необходимости использования дорогих и дефицитных компонентов: сухая энергетическая добавка, например, тротил, загуститель, структурообразователи и др. Кроме того, при аварийной длительной остановке СЭМ на пути следования от пункта приготовления до места заряжания готовая смесь может остыть до температуры кристаллизации и стать взрывоопасной, т.е. приобрести свойства ВВ.

Ближайшим техническим решением к заявленному является способ приготовления эмульсии ЭВВ, включающий подготовку раствора окислителя, подготовку смеси жидкого горячего и эмульгатора, приготовление эмульсии ЭВВ смешиванием раствора окислителя со смесью жидкого горячего и эмульгатора, наработку эмульсии и накопительную емкость путем ее принудительной подачи в нижнюю часть этой емкости и выдачу эмульсии из накопительной емкости, например, в емкость смесительно-зарядной машины (СЗМ) [2]
ЭВВ обладают значительными технологическими и экономическими преимуществами по сравнению с другими водосодержащими ВВ: высокая физическая стабильность, водоустойчивость, возможность в широких пределах изменять рецептуру и характеристики, безопасность, низкая стоимость и др. Эмульсия приобретает свойства ВВ только после ее сенсибилизации, например, после ввода газогенерирующей добавки в процессе заряжания скважин с использованием СЭМ. Однако способ приготовления эмульсии ЭВВ не может быть признан полностью взрывобезопасным. Так, известен случай взрыва пункта приготовления ЭВВ (порэмита), одной из причин которого могло быть возникновение взрывоопасной ситуации в накопительной емкости готовой эмульсии.

В состав эмульсии входит жидкое горючее, являющееся непрерывной фазой с удельным объемом до 7% температура эмульсии и накопительной емкости составляет 80-90^oC, а уровень эмульсии в этой емкости постоянно изменяется. При выдаче эмульсии, особенно в емкости СЗМ, он резко снижается и на внутренних стенках накопительной емкости остаются тонкие слои эмульсии, которые быстро сохнут. Жидкое горючее в этих слоях, например, мазут, разлагается с выделением из него серы, сульфидов и летучих компонентов, а капельки раствора окислителя частично освобождаются от обволакивающих их пленок этого горючего и укрупняются. Выделение летучих компонентов идет и с поверхности эмульсии в накопительной емкости. При длительном сохранении низкого уровня эмульсии над ней может образоваться взрывоопасная атмосфера, а на оголенных стенках накопительной емкости возникнут очаги экзотермических и автокаталитических реакций раствора окислителя, содержащего аммиачную селитру, с продуктами разложения жидкого горючего. В результате возможно локальное повышение температуры, что может привести к взрыву газовой среды в замкнутом объеме накопительной емкости с последующей передачей детонации эмульсии.

Задачей изобретения является повышение взрывобезопасности способа приготовления эмульсии ЭВВ за счет исключения возможности возникновения взрывоопасной ситуации в накопительной емкости готовой эмульсии.

Указанная задача решается тем, что в известном способе приготовления эмульсии ЭВВ, включающем подготовку раствора окислителя, подготовку смеси жидкого горючего и эмульгатора, приготовление эмульсии ЭВВ смешиванием раствора окислителя со смесью жидкого горючего и эмульгатора, наработку эмульсии в накопительную емкость путем ее принудительной подачи в нижнюю часть этой емкости и выдачу эмульсии из накопительной емкости, например, в емкость СЗМ, согласно изобретению, поверхность эмульсии в накопительной емкости изолируют слоем жидкости, инертной по отношению к эмульсии и имеющей плотность меньше, чем плотность эмульсии.

В качестве жидкости, инертной по отношению к эмульсии, используют воду.

При изменении уровня эмульсии в накопительной емкости изменяют высоту слоя жидкости, инертной по отношению к эмульсии, а суммарный объем эмульсии и жидкости в накопительной емкости поддерживают равным внутреннему объему этой емкости.

Кроме того, устанавливают дополнительную емкость, соединяют ее трубопроводом с накопительной емкостью, одну сторону трубопровода подключают к донной части дополнительной емкости, другую к верхней части накопительной емкости выше верхнего уровня эмульсии в ней, часть жидкости, инертной по отношению к эмульсии, размещают в этой дополнительной емкости, а место подключения трубопровода к дополнительной емкости располагают выше месте подключения этого трубопровода к накопительной емкости.

Также при выдаче эмульсии в емкость СЗМ объем дополнительной емкости принимают равным не менее объема емкости СЗМ и не более объема накопительной емкости.

Изоляция поверхности эмульсии в накопительной емкости слоем жидкости, инертной по отношению к эмульсии и имеющей плотность меньше, чем плотность эмульсии, позволяет предотвратить выделение летучих компонентов из жидкого горючего с поверхности эмульсии и смыть пленки эмульсии со стенок накопительной емкости при понижении уровня эмульсии в процессе ее выдачи из этой емкости. Это исключает образование взрывоопасной атмосферы внутри накопительной емкости и очагов возможных экзотермических и автокаталитических реакций раствора окислителя с продуктами разложения (серой, сульфидами и др. ) на оголенных и нагретых стенках емкости, повышая взрывобезопасность способа.

Использование в качестве жидкости, инертной по отношению к эмульсии, воды эффективно, наиболее просто, доступно и экономически выгодно.

Изменение высоты слоя жидкости при изменении уровня эмульсии в накопительной емкости обеспечивает наиболее полное использование объема этой емкости.

Поддержание суммарного объема эмульсии и жидкости в накопительной емкости равным внутреннему объему этой емкости позволяет полностью исключить газовую среду внутри емкости, что наиболее эффективно с точки зрения взрывобезопасности.

Установка дополнительной емкости, ее соединение с верхней частью накопительной емкости и размещение части жидкости, инертной по отношению к эмульсии, в этой дополнительной емкости дает возможность упростить поддержание указанного суммарного объема эмульсии и жидкости в накопительной емкости и снизить расход этой жидкости. Кроме того, при достаточно большой высоте накопительной емкости (>5 м) возможна выдача эмульсии из этой емкости самотеком, что исключает применение насоса для выдачи эмульсии в емкость СЗМ и дополнительно повышает взрывобезопасность способа, т.к. этот насос также может явиться источником взрывоопасности.

Расположение места подключения трубопровода к дополнительной емкости выше места подключения этого трубопровода к накопительной емкости увеличивает суммарную высоту столба эмульсии и жидкости, позволяет отказаться от указанного насоса при меньшей высоте накопительной емкости и подавать жидкость из дополнительной емкости в накопительную при падении уровня эмульсии в ней только за счет силы тяжести.

Объем дополнительной емкости, равный не менее объема емкости СЭМ и не более объема накопительной емкости, обеспечивает постоянное полное заполнение объема накопительной емкости эмульсией и жидкостью, инертной по отношению к эмульсии, при любом режиме работы устройства для осуществления способа. Большой объем дополнительной емкости не имеет смысла с технической точки зрения и приведет только к неоправданным затратам.

На чертеже (фиг. 1) показан пример схемы устройства для осуществления способа.

Устройство включает аппарат 1 для подготовки раствора окислителя, аппарат 2 для подготовки смеси жидкого горючего и эмульгатора, диспергатор 3 для приготовления эмульсии 4, накопительную емкость 5 для наработки эмульсии 4 и дополнительную емкость 6 для жидкости 7, инертной по отношению к эмульсии 4 и имеющей плотность меньше, чем плотность эмульсии 4. Аппараты 1 и 2 соединены с диспергатором 3 посредством трубопроводов 8 и 9 с насосами 10 и 11. Диспергатор 3 имеет выходной трубопровод 12, заканчивающийся над приемной воронкой 13, соединенной с нижней частью накопительной емкости 5 трубопроводом 14 с насосом 15. Дополнительная емкость 6 соединена трубопроводом 16 с накопительной емкостью 5. Одна сторона трубопровода 16 подключена к донной части дополнительной емкости 6, а другая к верхней части накопительной емкости 5 выше верхнего уровня поверхности 17 эмульсии 4. В трубопроводе 16 может быть установлен кран 18. Накопительная емкость 5 снабжена раздаточным трубопроводом 19 с насосом 20. Насосы 10, 11 и 15 являются одновременно дозаторами и могут быть выполнены, например, героторными. Насос 20 также может быть героторным или, при выдаче эмульсии в емкости 21 СЗМ 22, шестеренчатым.

Способ может быть осуществлен и без дополнительной емкости 6 и (или) насоса 20. Так, насос 20 не обязателен, если при загрузке СЗМ 22 верхний уровень ее емкости 21 ниже места подключения трубопровода 19 к накопительной емкости 5, особенно при расположении дополнительной емкости 6 выше накопительной емкости 5.

Способ поясняется описанием работы устройства на примере получения эмульсии ЭВВ типа "порэмит".

В аппарат 1, обогреваемый паром и оборудованный мешалкой, подают воду и окислитель, в качестве которого используют смесь аммиачной и натриевой (или кальциевой) селитр. Температура готового раствора окислителя составляет 89-90^oC. В аппарат 2 подают жидкое горючее, например, котельное топливо (мазут топочный 40 или топочный 100, или их смеси), и эмульгатор, например, ПТ сложный эфир таловых кислот с пентоэлитритом. При температуре 80-85^oC при непрерывном перемешивании до получения однородной массы подготавливают смесь жидкого горючего и эмульгатора. Затем готовые раствор окислителя и смесь жидкого горючего и эмульгатора насосом 10 по трубопроводу 8 и насосом 11 по трубопроводу 9, соответственно, подают в диспергатор 3, смешивают и получают эмульсию 4 ЭВВ с температурой 80.90^oC и плотностью 1,25-1,40 г/см³. Готовую эмульсию 4 нарабатывают в накопительную емкость 5 путем ее принудительной подачи в нижнюю часть этой емкости 5 насосом 15 через выходной трубопровод 12, воронку 13 и трубопровод 14. Выдачу эмульсии 4 из накопительной емкости 5 осуществляют через раздаточный трубопровод 19 насосом 20, например, в емкость 21 СЭМ 22 при приготовлении эмульсии на пунктах, расположенных непосредственно на предприятиях, ведущих и (или) использующих взрывные работы при открытом способе добычи полезных ископаемых или разработки грунтов.

Поверхность 17 эмульсии 4 в накопительной емкости 5 изолируют слоем жидкости 7, инертной по отношению к эмульсии и имеющей плотность меньше, чем плотность эмульсии. В качестве такой жидкости может быть использована вода, что наиболее просто и экономически выгодно, водные растворы солей, например, хлоридов (хлористый натрий или хлористый калий) и др. Жидкость 7 предотвращает выделение летучих компонентов из жидкого горючего с поверхности 17 эмульсии и смывает пленки эмульсии со стенок накопительной емкости 5 при понижении уровня эмульсии в процессе ее выдачи из этой емкости. Тем самым исключается образование взрывоопасной атмосферы внутри емкости 5 и источников возможных экзотермических и автокаталитических реакций раствора окислителя с продуктами разложения жидкого горючего на оголенных и нагретых до температуры около 80^oC стенках емкости.

Поскольку при работе устройства уровень поверхности 17 эмульсии 4 в накопительной емкости 5 постоянно изменяется, целесообразно изменять и высоту слоя жидкости 7 над эмульсией. При понижении уровня эмульсии высоту слоя жидкости следует увеличивать, а при повышении уровня уменьшать, что будет способствовать более полному использованию объема накопительной емкости. Это может быть осуществлено, например, путем поддержания уровня поверхности жидкости 7 в накопительной емкости на заданной отметке за счет автоматического слива части этой жидкости (дополнительная емкость 6 отсутствует).

Наибольшая эффективность с точки зрения взрывобезопасности достигается при полном исключении атмосферы внутри накопительной емкости 5. Для этого суммарный объем эмульсии 4 и жидкость 7, инертной по отношению к эмульсии, в накопительной емкости поддерживают равным внутреннему объему этой емкости. При этом устанавливают дополнительную емкость 6, соединяют ее трубопроводом 16 с накопительной емкостью 5, причем одну сторону трубопровода 16 подключают к донной части дополнительной емкости 6, а другую к верхней части накопительной емкости 5 выше верхнего уровня эмульсии 4 в ней, часть жидкости 7, инертной по отношению к эмульсии, размещают в этой дополнительной емкости, а место подключения трубопровода 16 к дополнительной емкости располагают выше места подключения этого трубопровода к накопительной емкости. При наработке эмульсии в накопительную емкость 5 жидкость 7 из этой емкости вытесняется эмульсией по трубопроводу 16 в дополнительную емкость 6, а при выдаче эмульсии из накопительной емкости жидкость 7 под действием силы тяжести сама сливается из дополнительной емкости в накопительную (кран 18 открыт). Так как суммарная высота столба эмульсии и жидкости при любом уровне поверхности 17 эмульсии в накопительной емкости составляет не менее высоты этой емкости, давление в раздаточном трубопроводе 19 будет достаточным для выдачи эмульсии самотеком. Отсутствие насоса 20 не только снизит затраты, но и дополнительно увеличит взрывобезопасность способа, т.к. этот насос периодически сообщается с атмосферой, может захватить пузырьки воздуха, а последнее сыграть роль сенсибилизатора и сделать эмульсию внутри насоса взрывоопасной (превратить ее в ЭВВ). При выдаче эмульсии из накопительной емкости 5 в емкость 21 СЗМ 22 объем дополнительной емкости 6 принимают равным не менее объема емкости СЗМ и не более объема накопительной емкости.

Способ может быть реализован и при расположении места подключения трубопровода 16 к дополнительной емкости 6 ниже места подключения этого трубопровода к накопительной емкости 5. Однако это усложняет конструкцию устройства для осуществления способа, так как потребует принудительной синхронной подачи жидкости 7 из дополнительной емкости в накопительную при понижении уровня поверхности 17 эмульсии, например, сжатым воздухом.

Использование: взрывные работы в горной промышленности в строительстве. Сущность изобретения: для повышения взрывобезопасности поверхность эмульсии в накопительной емкости изолируют слоем жидкости, инертной по отношению к эмульсии и имеющей плотность меньше, чем плотность эмульсии, в качестве такой жидкости используют воду, а суммарный объем эмульсии и жидкости в накопительной емкости поддерживают равным внутреннему объему этой емкости. Кроме того, устанавливают дополнительную емкость, соединяют ее трубопроводом с накопительной емкостью, а часть жидкости размещают в этой дополнительной емкости, которую предпочтительно, располагают выше накопительной емкости. При выдаче эмульсии в емкость смесительно-разрядной машины (СЗМ), объем дополнительной емкости принимают равным не менее объема СЗМ и не более объема накопительной емкости. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ приготовления эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ), включающий подготовку раствора окислителя, подготовку смеси жидкого горючего и эмульгатора, приготовление эмульсии ЭВВ смешиванием раствора окислителя со смесью жидкого горючего и эмульгатора, наработку эмульсии в накопительную емкость путем ее принудительной подачи в нижнюю часть этой емкости и выдачу эмульсии из накопительной емкости, например, в емкость смесительно-зарядной машины (СЗМ), отличающийся тем, что поверхность эмульсии в накопительной емкости изолируют слоем жидкости, инертной к эмульсии и имеющей плотность меньше, чем плотность эмульсии. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкости, инертной к эмульсии, используют воду. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при изменении уровня эмульсии в накопительной емкости изменяют высоту слоя жидкости, инертной к эмульсии. 4. Способ по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что суммарный объем эмульсии и жидкости, инертной к эмульсии, в накопительной емкости поддерживают равным внутреннему объему этой емкости. 5. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что устанавливают дополнительную емкость, соединяют ее трубопроводом с накопительной емкостью, причем одну сторону трубопровода подключают к донной части дополнительной емкости, другую к верхней части накопительной емкости выше уровня эмульсии в ней, а часть жидкости, инертной к эмульсии, размещают в этой дополнительной емкости. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что место подключения трубопровода к дополнительной емкости располагают выше места подключения этого трубопровода к накопительной емкости. 7. Способ по пп.5 и 6, отличающийся тем, что при выдаче эмульсии в емкость СЗМ объем дополнительной емкости принимают равным не менее объема емкости СЗМ и не более объема накопительной емкости.