УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИОННОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

Полезная модель относится к безопасным способам механизированного изготовления водоустойчивых эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) на местах применения.
Известна технологическая линия для производства патронированных эмульсионных взрывчатых составов, включающая бункеры для создания технологического запаса сыпучих компонентов окислительной фазы, транспортирующие устройства для их подачи на стадию приготовления раствора окислителей, аппараты растворения с обогревом и перемешивающими устройствами, насос-дозатор для перекачивания раствора окислителей в блок приготовления эмульсионной матрицы, емкость с обогревом и перемешиванием для приготовления смеси компонентов горючей среды в виде углеводородов и поверхностно-активного вещества, насос-дозатор подачи горючей среды в блок приготовления эмульсионной матрицы, бункер со шнек-дозатором аммиачной селитры, расходную емкость и насос-дозатор сенсибилизирующего водного раствора нитрита натрия, смеситель и узел автоматического формования, наполнения и герметизации оболочек патронов, а также - измельчительное устройство, обеспечивающее измельчение аммиачной гранулированной селитры, при этом измельченную селитру подают в смеситель через течку, осуществляя в течке смачивание измельченной селитры сенсибилизирующим раствором нитрита натрия, и каскадом шнеков-охладителей - патент RU № 103804 U1, 2011г.
Известная технологическая линия имеет следующие недостатки.
Сложность и высокие массо-габаритные показатели вследствие того, что в ней предусмотрен полный цикл изготовления ЭВВ - от приготовления растворов до изготовления патронов, что не позволяет применить ее непосредственно в местах использования ЭВВ.
Оба производства - как самой эмульсии, так и газогенерирующей добавки (ГГД) - опасны: возможность взрыва при производстве эмульсии, опасность отравления персонала аэрозолью нитрита натрия.
Вследствие этого технологическая линия требует стационарного расположения, т.е. вариант ее мобильного исполнения невозможен.
3
3
Кроме того, практика горнодобывающих производств (например, Коршуновский ГОК в Иркутской области), показывает, что не всегда удобно при заряжании скважин использовать патроны. Сенсибилизированное химической газогенерацией ЭВВ имеет плотность 1,0-1,15 кг/м, а внутрискважинные рассолы представляют собой насыщенный раствор хлорида натрия с плотностью 1,3 кг/м. Патроны в такой обводненной скважине не потонут.
Прототипом полезной модели является технологическая линия изготовления эмульсионного взрывчатого вещества, включающая узел приготовления водной фазы, узел приготовления масляной фазы, узел эмульгирования для приготовления эмульсии, узел сенсибилизации эмульсии. Узел приготовления водной фазы состоит из последовательно установленных весоизмерительного дозирующего устройства, устройства для регулирования потока окислителя, устройства для измельчения окислителя, устройства транспортирования измельченного окислителя и, по меньшей мере, двух реакторов, один из которых предназначен для приготовления водного раствора из измельченного окислителя, а другой - для приготовления водной фазы. Узел приготовления масляной фазы состоит из баков предварительного разогрева компонентов масляной фазы, соединенных с последовательно установленными весоизмерительным дозирующим устройством и, по меньшей мере, двумя реакторами, один из которых предназначен для приготовления масляной фазы, а другой - для накопления масляной фазы. Узел эмульгирования состоит из последовательно установленных емкости с мешалкой для предварительного смешения водной и масляной фаз, насоса для перекачки полученной смеси и статического аппарата эмульгирования, причем, узел приготовления водной фазы и узел приготовления масляной фазы соединены с емкостью для предварительного смешения водной и масляной фаз посредством массопроводов. Узел сенсибилизации эмульсии состоит из последовательно установленных устройства для охлаждения эмульсии, устройства для введения газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию и устройства для введения активатора газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию - патент RU № 104551 U1, 2011г.
Известная технологическая линия - прототип имеет следующие недостатки.
Сложность и высокие массо-габаритные показатели вследствие того, что используется для получения многих вариантов рецептур ЭВВ, а так же - осуществления полного цикла изготовления ЭВВ: от растворов до сенсибилизированной эмульсии, что повышает опасность производства.
Сужение области применения готовой продукции из-за вышеуказанного недостатка аналога-производства технологической линией патронов.
3
В связи с этим, техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в уменьшении массо-габаритных показателей технологической линии, повышении ее безопасности, возможности не только патронирования полученного ЭВВ, но и использования его для зарядки скважин, внутрискважинная вода в которых имеет плотность порядка 1,3 кг/м.
Дополнительно решена задача выявления того количества оборудования, которое, обеспечивая возможность безопасного производства ЭВВ, может быть размещено не только стационарно, но и на шасси автомобиля, на автомобильном прицепе, на железнодорожной платформе. Мобильность установки повышает универсальность ее применения.
Техническая задача решена в установке для получения ЭВВ, которая содержит первый бункер для гранулированного продукта и второй бункер для эмульсии, каждый из которых имеет шнековый питатель, горизонтально расположенный в его донной части, третий бункер для раствора кислоты, четвертый бункер для раствора нитрита натрия и пятый - приемный бункер. Выход первого бункера соединен с загрузочным патрубком установленного с наклоном шнека подачи гранулированного продукта, выход второго, третьего и четвертого бункера соединен со входом соответствующего насоса через свое запорное устройство. Насос второго бункера является реверсивным, выход пятого бункера непосредственно соединен со входом своего насоса, выгрузочный патрубок шнека подачи гранулированного продукта соединен с загрузочным патрубком установленного с наклоном шнека - смесителя, выгрузочный патрубок которого через заслонку, выполненную в виде наклонного желоба, состоящего из телескопически выдвигающихся секций, образующих первый выход ЭВВ для заряжания его в скважину, соединен со входом пятого бункера. Выход реверсивного насоса второго бункера соединен через трехходовой кран со входом первого турбулизатора и с приемным патрубком эмульсии. Выход первого турбулизатора соединен с загрузочным патрубком шнека - смесителя, выход насоса третьего бункера соединен через первый обратный клапан со входом реверсивного насоса второго бункера, выход насоса четвертого бункера соединен через второй обратный клапан со входом насоса пятого бункера, выход насоса пятого бункера соединен со входом второго турбулизатора, выход которого является вторым выходом ЭВВ для аппарата пакетирования в патроны. Третий выход ЭВВ для заряжания его в скважину из зарядного шланга размещен в узле заряжания, содержащем шестой бункер для лубриканта, выход которого соединен со входом двухскоростного насоса через запорное устройство, выход насоса имеет основной и два дополнительных выхода, каждый из дополнительных выходов снабжен своим запорным устройством и быстроразъемным соединением, а основной выход соединен через свое запорное устройство со входом третьего обратного клапана, выходом связанного с кольцом орошения, представляющим собой две коаксиальных трубы, одна из которых, имеющая меньший диаметр, является выходным патрубком второго турбулизатора, жестко закрепленным в торце трубы большего диаметра, имеющей у ее торца фитинг для тангенциальной подачи лубриканта, соединенный с выходом третьего обратного клапана, а выход трубы большего диаметра предназначен для соединения с зарядным шлангом, размещенным на барабане с приводом вращения, роликовым механизмом его подачи и гидроцилиндром стрелы зарядного шланга.
Кроме того, техническое решение имеет ряд признаков, характеризующих предлагаемую установку в частных случаях ее выполнения:
- в качестве гранулированного продукта используется аммиачная селитра, или пенополистирол, или гранулотол, или стеклянные микросферы, или перлит, или вермикулит, или ферросилиций, или алюминиевый порошок;
- каждое шнековое устройство и насос имеют гидравлический или электрический привод;
- используется насос героторного, шестеренного или диафрагменного типа;
- в качестве запорного устройства используется шаровой кран или шиберная задвижка;
- соединения выхода бункера для эмульсии и выхода приемного бункера со входами соответствующих насосов осуществляются через соответствующие трубопроводы, в которые врезаны патрубки с запорными устройствами и быстроразъемными соединениями;
- шнек подачи гранулированного продукта и шнек- смеситель оборудованы каждый нижним и верхним инспекционным люком;
- в качестве лубриканта используется вода, или нейтральный водный раствор, или водно-солевой раствор с температурой замерзания ниже 0°С;
- все указанное оборудование размещено в закрытом помещении с теплоизоляцией. При этом закрытое помещение расположено или стационарно, или на шасси автомобиля, или на автомобильном прицепе, или на железнодорожной платформе.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в разделении стадий производства, когда в качестве компонентов используется готовая эмульсия и готовые растворы ГГД - раствор нитрита натрия и кислоты. Это позволяет выделить производство самой эмульсии и ГТД в отдельные технологические линии, что повышает безопасность производства, снижая вероятности взрыва, а также снижает опасность отравления персонала аэрозолью нитрита натрия вследствие применения его в виде более безопасного водного раствора.
На фиг. 1 представлена схема установки для получения эмульсионного взрывчатого вещества, на фиг. 2 - конструкция одного из элементов установки - кольца орошения.
Установка содержит первый бункер 1 для гранулированного продукта, в качестве которого используется аммиачная селитра, или пенополистирол, или гранулотол, или стеклянные микросферы, или перлит, или вермикулит, или ферросилиций, или алюминиевый порошок.
Второй бункер 2 предназначен для эмульсии, третий бункер 3 - для раствора кислоты, четвертый бункер 4 - для раствора нитрита натрия; пятый бункер 5 является приемным.
Использование в установке двух бункеров 3 и 4 для ГГД позволяет применять как однокомпонентные ГГД, используя только один из двух бункеров, так и бинарные двухкомпонентные ГГД, используя сразу два бункера.
Бункеры 1 и 2 имеют соответствующие шнековые питатели 6 и 7, горизонтально расположенные в их донной части.
Выход бункера 1 соединен с загрузочным патрубком установленного с наклоном шнека 8 подачи гранулированного продукта. Шнек 8 имеет нижний инспекционный люк, предназначенный для его очистки от остатков гранулированного продукта после прекращения работы, а также верхний инспекционный люк - для ликвидации аварийных ситуаций.
Выходы бункеров 2, 3 и 4 соединены со входами соответствующих насосов 9, 10 и 11 через свои запорные устройства 12, 13 и 14, в качестве которых используется шаровой кран или шиберная задвижка.
Насос 9 бункера 2 является реверсивным.
Выход бункера 5 непосредственно соединен со входом своего насоса 15.
Выгрузочный патрубок шнека 8 соединен с загрузочным патрубком установленного с наклоном шнека - смесителя 16, выгрузочный патрубок которого через заслонку 17 соединен со входом бункера 5.
Наклонное, по отношению к горизонтали, расположение шнека-смесителя 16 обеспечивает транспортирование смеси с одновременным ее перемешиванием.
Возможная аварийная ситуация, например, забивание шнека 8 в случае недостаточной производительности шнека - смесителя 16, ликвидируется с помощью верхнего инспекционного люка шнека 8.
Производительность шнека-смесителя 16 больше совокупной производительности шнека 8, насоса 9 и насоса 10, что необходимо для предотвращения запрессовывания шнека-смесителя 16. Шнек-смеситель 16 имеет нижний инспекционный люк, предназначенный для его очистки от остатков гранулированного продукта, эмульсии и первого компонента ГГД после прекращения работы, а также верхний инспекционный люк - для ликвидации аварийных ситуаций.
Использование разделительного шнека 8 препятствует попаданию эмульсии из шнека - смесителя 16 в бункер 1 гранулированного продукта. Наклонное, по отношению к горизонтали, расположение шнека 8 способствует его предельной наполняемости: витки шнека 8 заполнены гранулами транспортируемой селитры, что является дополнительным препятствием просачиванию эмульсии из шнека 16 в бункер 1.
Заслонка 17 закрывает подачу готового продукта с выхода шнека-смесителя 16 в горловину приемного бункера 5, а также предохраняет насос 15 от выхода из строя вследствие попадания в него избытка гранулированного продукта при калибровке и проведении пуско-наладочных работ.
Заслонка 17 выполнена в виде наклонного желоба, состоящего из телескопически выдвигающихся секций, образующих первый выход ЭВВ для заряжания его в скважину.
Выход насоса 9 соединен через трехходовой кран 18 со входом первого турбулизатора 19 и с приемным патрубком 20 эмульсии. Выход турбулизатора 19 соединен с загрузочным патрубком шнека - смесителя 16. Выход насоса 10 соединен через первый обратный клапан 21 со входом насоса 9, выход насоса 11 соединен через второй обратный клапан 22 со входом насоса 15, выход которого соединен со входом второго турбулизатора 23.
При использовании установки для производства патронированного ЭВВ выход турбулизатора 23 является местом подключения аппарата пакетирования ЭВВ в патроны. Для этого могут применяться любые конструкции известных устройств пакетирования ЭВВ.
Все шнековые устройства, а также насосы имеют гидравлический или электрический приводы 24-31 при этом, часть оборудования может иметь гидравлический, часть - электрический привод.
Соединения выхода бункера 2 и выхода бункера 5 со входами соответствующих насосов 9 и 15 осуществляются через трубопроводы, в которые врезаны патрубки с запорными устройствами 32 и 33 и соответствующими быстроразъемными соединениями 34 и 35. Эти элементы установки служат для промывки оборудования: насоса 9, трехходового крана 18, патрубка 20, турбулизатора 19, шнека - смесителя 16 - от остатков эмульсии и для промывки приемного бункера 5, насоса 15, турбулизатора 23 и зарядного шланга - от остатков ЭВВ.
Бункер 3 служит для хранения запаса и расходования раствора кислоты (первого компонента бинарной ГГД). Бункер 3 имеет верхнюю заливную горловину с крышкой, боковую трубку-уровнемер (или смотровое стекло) для определения степени заполнения бункера 3 раствором, а также нижний сливной патрубок, оборудованный запорным устройством 13, которое закрывается в случае проведения ремонтных работ на насосе 10 с приводом 29.
Бункер 4 служит для хранения запаса и расходования из него раствора нитрита натрия (второго компонента бинарной ГГД). Бункер 4 имеет верхнюю заливную горловину с крышкой, боковую трубку-уровнемер (или смотровое стекло) для определения степени заполнения бункера 4 раствором, а также нижний сливной патрубок, оборудованный запорным устройством 14, которое закрывается в случае проведения ремонтных работ на насосе 11 с приводом 30.
В установке используются насосы 9, 10, 11, 15 героторного, шестеренного или диафрагменного типа; они могут быть одно- или разнотипные, в зависимости от требований при изготовлении установки или имеющегося ассортимента.
Насос 9 и привод 28 - реверсивного типа, что позволяет как выкачивать эмульсию из бункера 2, так и закачивать эмульсию в бункер 2 из внешнего бункера-накопителя, или доставщика, или бункера эмульсии смесительно-зарядной машины (СЗМ) через приемный патрубок 20 и быстроразъемное соединение 34 (например, типа «E-Clamp»). Через этот же патрубок 20, при необходимости, производят слив эмульсии из бункера 2 в накопитель, в доставщик или в СЗМ. Направление потока эмульсии после насоса 9 определяется положением трехходового крана 18: в положение «на приемный патрубок» или «на турбулизатор».
Третий выход ЭВВ для заряжания его в скважину из зарядного шланга размещен в узле заряжания 36, подсоединенном к выходу турбулизатора 23.
Узел заряжания 36 содержит шестой бункер 37 для хранения запаса и расходования из него лубриканта, в качестве которого используется вода, или нейтральный водный раствор, или водно-солевой раствор с температурой замерзания ниже 0°С, например, водно-гликолевый.
Бункер 37 выходом соединен со входом двухскоростного насоса 38, работающего от двухскоростного привода 39.
Бункер 37 имеет верхнюю заливную горловину с крышкой, боковую трубку-уровнемер (или смотровое стекло) для определения степени заполнения бункера 37 лубрикантом, а также нижний сливной патрубок, оборудованный запорным устройством 40, которое закрывается в случае проведения ремонтных работ на насосе 38.
Выход насоса 38 имеет основной и два дополнительных выхода.
Каждый дополнительный выход имеет соответствующее запорное устройство 41, 42 со своим быстроразъемным соединением 43, 44.
Основной выход насоса 38 соединен через запорное устройство 45 со входом третьего обратного клапана 46, выходом связанного с кольцом орошения 47; таким образом запорное устройство 45 перекрывает подачу лубриканта от насоса 38 на кольцо орошения 47.
Двухскоростной привод 39 обеспечивает работу насоса 38 в двух режимах - большой и малой подачи: на малой скорости лубрикант подается на кольцо орошения 47, а на большой - на промывку насосов и трубопроводов установки через запорные устройства 41, 42 с быстроразъемными соединениями 43, 44.
Зарядный шланг 48 намотан на барабан 49 с приводом вращения 50, роликовым механизмом 51 подачи зарядного шланга 48 и гидроцилиндром 52 направляющей стрелы зарядного шланга 48. Вращение барабана 49 - реверсивное, позволяющее сматывать и наматывать на него шланг 48. С помощью роликового механизма 51 осуществляется ровная укладка шланга 48 на барабан 49. Вылет шланга 48 за габариты помещения, в котором размещена установка, регулируется гидроцилиндром 52 через шток с роликом для размещения шланга 48 в скважине 53.
Кольцо орошения 47, размещенное между выходом турбулизатора 23 и зарядным шлангом 48, показано на фиг. 2 и представляет собой две коаксиальных трубы 54 и 55. Труба 54 имеет меньший диаметр и является выходным патрубком турбулизатора 23, жестко закрепленным в торце трубы 55 большего диаметра, предназначенной для соединения с зарядным шлангом 48.
Труба 55 имеет у ее торца фитинг 56 для соединения с выходом обратного клапана 46. Фитинг 56 осуществляет тангенциальную подачу лубриканта в кольцевой зазор между трубами 54 и 55.
По осевой трубе 54 - выходному патрубку турбулизатора 23 - подается ЭВВ, а по кольцевому зазору между трубами 54 и 55 - лубрикант. Пара «лубрикант - ЭВВ» имеет меньший коэффициент трения, чем пара «стенка трубы - ЭВВ».
Тангенциально подаваемый из фитинга 56 поток лубриканта в кольцевом зазоре подхватывает осевой поток ЭВВ из трубы 54 и не дает ЭВВ осесть на стенку трубы 55. Для этого обеспечивается скорость лубриканта в кольцевом зазоре на порядок больше скорости ЭВВ.
Применение кольца орошения 47 позволяет значительно снизить гидравлическое сопротивление зарядного шланга 48, вследствие чего снижаются требования к прочностным качествам самого зарядного шланга, а также к давлению нагнетания насоса 15.
Все оборудование установки для производства ЭВВ размещено в закрытом помещении с теплоизоляцией, предохраняющей агрегаты от охлаждения при отрицательных температурах окружающей среды. Это помещение расположено или стационарно, или на шасси автомобиля, или на автомобильном прицепе, или на железнодорожной платформе.
Работа установки осуществляется следующим образом.
При получении ЭВВ для заряжания его в скважину с первого выхода установки - заслонки 17 - открывают запорные устройства 12, 13, 14, обратный клапан 21; трехходовой кран 18 устанавливают в положение соединения насоса 9 и турбулизатора 19.
Секции наклонного желоба заслонки 17 выдвигают и направляют в устье заряжаемой скважины 53.
Осуществляется подача продуктов из бункеров 1, 2, 3; при этом объем гранулированного продукта из бункера 1 превышает, более чем на 50% объем эмульсии из бункера 2, что обеспечивает получение вязкосыпучего ЭВВ.
Гранулированный продукт из бункера 1, в котором шнековый питатель 6 обеспечивает быструю направленную подачу продукта к разгрузочному штуцеру бункера 1 по всей длине его донной части, направляется в шнек 8.
Шнек 8 подачи приводится во вращение приводом 26 и имеет установленную производительность, определяемую его геометрией (диаметр и шаг винтовой образующей шнека) а также частотой вращения. Производительность шнека 8 больше производительности шнекового питателя 6, что необходимо для предотвращения запрессовывания шнекового питателя 6.
При подаче эмульсии из бункера 2 шнековый питатель 7 собирает вязкую эмульсию со дна бункера 2 по всей его длине и направляет ее к разгрузочному штуцеру для подачи на насос 9.
Смесь поступает в шнек-смеситель 16, где происходит смешение гранулированного продукта и эмульсии и выталкивание готовой смеси - ЭВВ - на наклонный желоб заслонки 17. По желобу ЭВВ в виде вязкосыпучего продукта ссыпается в устье скважины 53.
При получении ЭВВ для аппарата пакетирования в патроны со второго выхода установки - выхода турбулизатора 23, насос 10 бункера 3 подает раствор ГГД на вход насоса 9, который засасывает эмульсию и раствор ГГД, проталкивая эту смесь через турбулизатор 19, где происходит интенсивное перемешивание потока эмульсии с первым компонентом бинарной ГГД.
Турбулизатор 19 представляет собой устройство с последовательно расположенными внутри него сужениями и поворотами проходного сечения, которые переводят ламинарный режим течения среды в турбулентный, обеспечивая интенсивное перемешивание эмульсии с первым компонентом ГГД, после чего смесь поступает в шнек-смеситель 16. В шнеке-смесителе 16 происходит смешение гранулированного продукта, эмульсии и ГГД и выталкивание готовой смеси - ЭВВ в приемный бункер 5 и далее - в насос 15. При этом секции наклонного желоба заслонки 17 задвинуты.
Кроме того, при подаче продуктов из бункеров 1, 2, объем гранулированного продукта из бункера 1 составляет менее 50% общего объема продуктов из бункеров 1 и 2, что обеспечивает получение вязкотекучего ЭВВ.
Насос 11 засасывает второй компонент бинарной ГГД из бункера 4 и нагнетает его через обратный клапан 22 в участок трубопровода непосредственно перед всасывающим патрубком насоса 15.
Процесс интенсивного перемешивания потока ЭВВ со вторым компонентом бинарной ГГД, происходящий в турбулизаторе 23, аналогичен вышеописанному процессу в турбулизаторе 19.
К выходу турбулизатора 23 подключают аппарат пакетирования ЭВВ в патроны.
При заряжании ЭВВ в скважину с третьего выхода установки - из зарядного шланга 48, осуществляют все вышеописанные действия для получения ЭВВ при его пакетировании в патроны со второго выхода, т.е. когда готовое ЭВВ получено с выхода второго турбулизатора 23.
Зарядный шланг 48 помещают в скважину 53 и открывают запорное устройство 45 для подачи насосом 38 лубриканта в кольцо орошения 47.
Из зарядного шланга 48 ЭВВ поступает в скважину 53.
С задержкой по времени, необходимой для начального формирования в скважине колонки заряда высотой 1,5-2 м, привод 50 включается на реверс, вследствие чего зарядный шланг 48 медленно извлекается из скважины 53. Это необходимо для исключения разрывов в формируемой колонке заряда.
3
Предлагаемая установка, относящаяся к линиям механизированного изготовления водоустойчивых ЭВВ на местах применения, являясь безопасной, обеспечивает возможность не только патронирования полученного ЭВВ, но и использования его для зарядки скважин, внутрискважинная вода в которых имеет плотность порядка 1,3 кг/м.
Все оборудование установки может быть размещено не только стационарно, но и на шасси автомобиля, на автомобильном прицепе, на железнодорожной платформе, например, используемая как смесительно-зарядная машина, она универсальна в применении.