Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2014, № 10 (спецвып.)

И.Ю. Маслов
С.А. Горинов

НИЗКОПЛОТНЫЕ
ЭМУЛЬСИОННЫЕ
ВЗРЫВЧАТЫЕ
ВЕЩЕСТВА:
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
АСПЕКТЫ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ
И ПРИМЕНЕНИЯ

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
М 31 

622.235 
М 31 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной 
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.13 
 
 
Маслов И.Ю., Горинов С.А. 

Низкоплотные эмульсионные взрывчатые вещества: техноло
гические аспекты изготовления и применения: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 
Отдельные статьи (специальный выпуск). — 2014. — № 10. —
52 с.— М.: издательство «Горная книга» 

ISSN 0236-1493 

Получено выражение для определения плотности ЭВВ с учетом массовой доли изопентана в суспензионном полистироле, коэффициента вспенивания, отношения насыпного объема гранул пенополистирола к объему матричной эмульсии при изготовлении ЭВВ, технологии смешивания эмульсии с 
гранулами пенополистирола и химического состава эмульсии. Показано, что 
в низкоплотных эмульсионных взрывчатых веществах, полученных при смешении эмульсии со значительным объемом гранул пенополистирола (или подобными им гранулами), возможно устойчивое распространение взрывчатого 
процесса. Данный процесс происходит в виде детонационно-подобной волны 
горения капель эмульсии в струях взрывных газов, истекающих из области
высокого давления зоны реакции. Химическая реакция в данных ЭВВ происходит в форме поверхностного горения частиц эмульсии, взаимодействующих с потоком газа. Разработана методика определения параметров взрывчатого разложения низкоплотных ЭВВ и показано, что при взрыве данных ЭВВ
происходит постепенное возрастание давления в продуктах разложения ВВ. 
Получены аналитические критерии для оценки устойчивости распространения данного процесса. Полученные сведения позволяют получить полезные с 
практической точки зрения результаты для обоснования технологии осуществления щадящего взрывания с применением низкоплотных ЭВВ. 
 
УДК 622.235

 
©  И.Ю. Маслов, С.А. Горинов, 2014 
©  Издательство «Горная книга», 2014 
ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2014 

 
 

УДК 622.235 
 И.Ю.Маслов, 2014 
 

УЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ВСПЕНИВАНИЯ 
ГРАНУЛ ПОЛИСТИРОЛА ПРИ РАСЧЕТЕ 
ПЛОТНОСТИ ЭМУЛЬСИОННЫХ  
ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ,  
СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ ЭТИМИ  
ГРАНУЛАМИ 
 

Получено выражение для определения плотности ЭВВ с учетом массовой 
доли изопентана в суспензионном полистироле, коэффициента вспенивания, отношения насыпного объема гранул пенополистирола к объему матричной эмульсии при изготовлении ЭВВ, технологии смешивания эмульсии с 
гранулами пенополистирола и химического состава эмульсии. 
Ключевые слова: ЭВВ, сенсибилизированные гранулами пенополистирола, 
коэффициент вспенивания, плотность ЭВВ. 
 
Актуальность работы. В связи с увеличением глубины горных работ на угольных разрезах Кузбасса все большая часть 
вскрышных пород является обводненными. При этом длина 
взрывных скважин на данных разрезах изменяется в диапазонах 
10-50м, что обусловлено принятыми системами отработки месторождений. Таким образом, применяемое ВВ должно быть, как 
водоустойчивым, так и способным к стабильной детонации вертикальных зарядов длиной до 50 метров. Использование для отбойки ЭВВ, сенсибилизированных газовыми пузырьками, в данных условиях приводит к значительному расходу ЭВВ, обусловленному его уплотнением в нижней части скважинного заряда изза уменьшения размеров газовых пор от действия гидростатического давления колонки заряда ЭВВ. Помимо этого, уплотнение 
ЭВВ приводит к снижению его чувствительности и затруднению 
протекания полноценной детонации. Таким образом, применение 
в длинных скважинных зарядах ЭВВ, сенсибилизированных газовыми порами, ведет к необоснованным материальным затратам 
и не всегда обеспечивает надежность детонации этих ЭВВ. Применение ЭВВ, сенсибилизированных стеклянными или пластиковыми мономикросферами ухудшает экономические показатели 
взрывных работ вследствие дороговизны данных сенсибилизато

ров. Использование в качестве сенсибилизаторов микрогранул 
перлита или продуктов переработки зол не обеспечивает надежной детонации вследствие неконтролируемости наличия в них 
микрогранул со значительной открытой пористостью. 
Из пористых органических веществ наибольший интерес для 
использования их в качестве сенсибилизатора в ЭВВ представляют гранулы вспененного полистирола (гранулы пенополистирола). Данные гранулы характеризуются низкой величиной открытой пористости и, являясь продуктом устойчивого и управляемого органического синтеза, характеризуются повторяемостью внутренней структуры [1]. Кроме этого данный материал 
доступен как по цене, так по стабильности поставок. 
Выполненные 
теоретические, 
полигонные 
и 
опытнопромышленные работы [2—5] показали, что работоспособность 
ЭВВ, сенсибилизированных гранулами пенополистирола, в зависимости от их химического состава, структуры гранул и матричной эмульсии, способов смешивания и плотности, изменяются в 
широких пределах: от дымного пороха до граммонита 79/21. 
Следовательно, данные ЭВВ имеют широкую область применения на открытых горных работах. Однако, в настоящее время отсутствует методика расчета технологической плотности данных 
ЭВВ с учетом сортности исходных гранул полистирола и коэффициента вспенивания их, что осложняет работу взрывниковтехнологов и снабженцев. Решению данного вопроса посвящена 
настоящая работа. 
Результаты исследований. Гранулы пенополистирола образуются путем нагревания гранул суспензионного вспенивающегося полистирола в пароводяной среде. Суспензионный вспенивающийся полистирол получают из эмульсии изопентана в стироле при полимеризации стирола и гранулировании полимеризующейся массы [1]. 
Введем обозначения: 
о
грr , 
гр
R
— начальный радиус гранулы суспензионного вспе
нивающегося полистирола и радиус этой гранулы после вспенивания, соответственно; 

пор
r
 — средний радиус поры в грануле после вспенивания; 

о
пс
 , ип - плотность полистирола и изопентана, соответственно; 

ип  — содержание изопентана в суспензионном полистироле 
до вспенивания («изопентанная пористость»); 
спс
оо  — плотность вещества гранулы суспензионного вспенивающегося полистирола; 
  — средняя толщина перегородки между внутренними порами в грануле пенополистирола; 

.
вспен
К
- коэффициент вспенивания (отношение объема вспененной гранулы к начальному); 

.
упак
k
- коэффициент упаковки (отношение общего объема, 

занимаемого гранулами, к собственному объему гранул) при свободной засыпке вспененных гранул полистирола. 
Плотность вещества гранулы суспензионного вспенивающегося полистирола в рамках принятых обозначений равна 


1

  

 

спс
о
оо
ип
ип
ип
пс . 
 (1) 

Учитывая, что согласно исследованиям структуры гранул 
пенополистирола [6] в области коэффициентов вспенивания, 
представляющих практический интерес (
.
вспен
К
> 6), выполняется 
условие  << пор
r
, имеем следующее из условия сохранения массы 

полистирола в грануле до и после вспенивания уравнение 






3
2
4
1
1
4
3
2


 

 


о
о
о
гр
пс
ип
пор
пор
пс
r
r
N
,  
(2) 

где 

3


 






гр
пор
пор

R
N
r
– количество пор в грануле.  
(3) 

По определению 

3

.


 






гр
вспен
о
гр

R
K
r
. 
 (4) 

На основании (1)-(4) имеем 

.

2
3

 
 
 
 

спс
оо
ип
о
пор
вспен
пс
ип
r
К
. 
 (5) 

Введем в рассмотрение насыпную плотность гранул пенополистирола 
нас
пп

. Тогда для массы полистирола в грануле имеем 
следующее равенство 

2
3
.
1
4
4
2
3

 




о
нас
пор
пор
пс
гр
упак
пп
r
N
R k
. 
 (6) 

На основании (3), (6) получаем 

.
2
3


 



нас
упак
пп
о
пор
пс

k

r
. 
 (7) 

Из (5), (7) находим 

.
.



 


 
 

о
спс
нас
пс
оо
ип
пп
о
упак
вспер
пс
ип
k
К
.  
(8) 

Обозначим через 
o
m – массовую долю изопентана в суспензионном полистироле. Тогда плотность вещества гранулы суспензионного полистирола для вспенивания будет равна  

1
1















спс
o
o
оо
о
ип
пс

m
m
.  
(9) 

Согласно (8), (9), получаем 

.
.

1

1
1






 

о
нас
пс
пп
о
o
пс
упак
вспен

o
ип

m
k
К
m

. 
 (10) 

Согласно [7], плотность оо  ЭВВ, сенсибилизированного 
гранулами пенополистирола, равна 




.
.
1
1




 
 
 
нас
оо
упак
пп
гр
эм
возд
гр
k
,  
(11) 

где гр , 
.
возд – гранульная и воздушная пористости в эмульсии 

ЭВВ, соответственно; эм – плотность матричной эмульсии. 
Величина гранульной пористости равна [7] 







.

.
.

1

1


 


 
 

возд
гр
упак
возд
k
, 
 (12) 

где   — отношение насыпного объема гранул пенополистирола к 
объему матричной эмульсии при изготовлении ЭВВ. 

На основании (10)-(12) определяем плотность ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола, 




.
.
.
.
.

1
1
1
1




 
 








 
 

















о
возд
пс
оо
упак
эм
о
упак
возд
o
пс
вспен
o
ип

k
k
m
К
m

.  (13) 

Учитывая, что 
о
пс
 = 1,06 г/см3; ип = 0,62 г/см3; 
упак.
k
= 1,6, 

выражение упрощается: 
Значение оо  в г/см3 равно 




.

.
.

1
0,6625
1
0,625
1
1,613
1
1




 











 














возд
оо
эм
возд
o
вспен
o

m
К
m

.  
(14) 

В уравнении (14) величина 
o
m  известна из паспорта на суспензионный полистирол, 
.
вспен
К
 задается заказчиком (производителем ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола), 

.
возд  зависит от технологии смешивания эмульсии с гранулами 
пенополистирола [2],   задается взрывником-технологом, эм  
определяется химическим составом эмульсии. 
На рис. 1, 2 представлены зависимости плотности ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола, от коэффициента вспенивания гранул суспензионного полистирола при различных значениях   и 
.
возд . При построении указанных зависимостей полагали, что используется матричная эмульсия следующего 
химического состава: 
4
3
NH NO – 75 %; 
2
H O – 18 %; топливная 
фаза – 7 % (эм =1,33 г/см3), а величина 
o
m =0,07 (соответствует 
показателям китайских фирм «Loyal Group» и «Wuxi Xingda»). 
Выводы. На основании выполненных исследований получено выражение для определения плотности ЭВВ, с учетом массовой доли изопентана в суспензионном полистироле, коэффициента вспенивания, отношения насыпного объема гранул пенополи

стирола к объему матричной эмульсии при изготовлении ЭВВ, 
технологии смешивания эмульсии с гранулами пенополистирола 
и химического состава эмульсии. 
 

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

5
15
25
35
45

Коэффициент вспенивания

Плотность ЭВВ, г/см3

Отношение объема
пенополистирола к
объему эмульсии - 1,0
(возд.пористость =0)

Отношение объема
пенополистирола  объему
эмульсии - 0,5
(возд.пористость =0)

 
Рис.1. Зависимость плотности ЭВВ, сенсибилизированного гранулами пенополистирола, от величины коэффициента вспенивания гранул суспензионного полистирола при различных значениях отношения насыпного объема 
гранул пенополистирола к объему матричной эмульсии 
 
 

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

5
15
25
35
45

Коэффициент вспенивания

Плотность ЭВВ, г/см3

Отношение объема
пенополистирола к
объему эмульсии - 0,5
(возд.пористость =0)

Отношение объема
пенополистирола к
объему эмульсии - 0,5
(возд.пористость = 0,3)

 
Рис. 2. Зависимость плотности ЭВВ, сенсибилизированного гранулами 
пенополистирола, от величины коэффициента вспенивания гранул суспензионного полистирола при различных значениях воздушной пористости 

Полученные результаты представляют интерес как для специалистов применяющих ЭВВ, сенсибилизированные гранулами 
пенополистирола, так и рассматривающих возможность их применения на своих предприятиях. 
 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Павлов В.А. Пенополистирол. М.: Химия, 1973. — 239с. 
2. Маслов И.Ю. Разработка технологии взрывной отбойки обводненных горных пород глубокими скважинами с применением эмульсионных взрывчатых веществ на основе пенополистирола / Дисс. на соиск. 
уч.степени канд.техн. наук, спец. 25.00.20, М., ФГБОУ ВПО «Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго 
Орджоникидзе», 2013. — 158с. 
3. Маслов И.Ю. Влияние размеров глобул эмульсии на детонационные характеристики ЭВВ при их сенсибилизации пластиковыми полимикросферами // Горный информационно-аналитический бюллетень 
(научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск).– 2011, № 12, с.3-9. — М., изд-во «Горная книга». 
4. Горинов С.А., Маслов И.Ю. Влияние химического состава окислительной фазы эмульсии ЭВВ на взрывчатые характеристики при их сенсибилизации пластиковыми полимикросферами // Горный информационноаналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи 
(специальный выпуск).– 2011, № 12, с.9-16. — М., изд-во «Горная книга». 
5. Горинов С.А., Маслов И.Ю. Особенности детонации низкоплотного эмульсионного взрывчатого вещества, сенсибилизированного легкими 
малопрочными гранулами // Горный информационно-аналитический 
бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск).– 2014, № 6, с.18-33. — М., изд-во «Горная книга». 
6. Горинов С.А., Маслов И.Ю., Собина П.Е. Исследование структуры эмульпоров // Горный информационно-аналитический бюллетень 
(научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск).– 2011, № 9, с.3-14. — М., изд-во «Горная книга». 
7. Маслов И.Ю. Оценка характеристической плотности эмульсионных взрывчатых веществ, сенсибилизированных гранулами пенополистирола // Горный информационно-аналитический бюллетень (научнотехнический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск).– 2014, 
№ 6, с.3-10. — М., изд-во «Горная книга». 
 
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ 

Маслов Илья Юрьевич — кандидат технических наук, ilmaslov@mail.ru,  
ООО «Глобал Майнинг Эксплозив-Раша». 

UDC 622.235 
 I.Y. Maslov, 2014 
 

CONSIDERATION OF POLYSTYRENE  
BEADS FOAMING COEFFICIENT WHEN  
CALCULATING THE DENSITY OF EMULSION 
EXPLOSIVES, SENSITIZED BY SUCH  
GRANULES 
 

We developed the model for calculation of emulsion explosive density with regard 
to the weight ratio of isopentane in suspension polystyrene, with regard to the 
foaming coefficient, with regard to the ratio of bulk volume of expandable polystyrene beads to the volume of matrix emulsion when manufacturing emulsion 
explosives and with regard to the technology of mixing the emulsion with expandable polystyrene beads and chemical composition of the emulsion. 
Key words: emulsion explosive, sensitized by expandable polystyrene beads, 
foaming coefficient, emulsion explosive density. 
 
Relevance. Due to the increase of mining depth in Kuzbass coal 
mines, most of overburden rock is watered. Thus, the depth of blast 
holes in these mines varies in the range of 10-50m, that is due to the 
sites adopted mining methods. Thus, applied explosives should be water-resistant and capable of stable detonation in vertical charges with 
the length up to 50 meters. The usage of emulsion explosives, sensitized by gas bubbles, in these conditions leads to significant consumption, because of the consolidation of explosive charge in the lower part 
of the borehole due to gas pores downsizing affected by hydrostatic 
pressure of emulsion explosive column. Besides, the consolidation of 
emulsion explosive reduces its sensitivity and hinders normal detonation. Thus, the use of emulsion explosives, sensitized by gas pores, in 
deep boreholes leads to unreasonable costs and does not always provide reliable detonation of emulsion explosives. The use of emulsion 
explosives, sensitized by glass or plastic monomicrospheres, deteriorates economic performance due to high cost of these sensitizers. The 
use of perlite microbeads or ashes conversion products as the sensitizers does not provide reliable detonation due to uncontrolled presence 
of these microbeads with considerable open porosity. 
Out of porous organic substances, expandable polystyrene beads 
are of the greatest interest for the use as a sensitizer in emulsion ex