Об экологической чистоте взрывчатых веществ

Об экологической чистоте взрывчатых веществ

Галиакберова Ф.Н., Манжос Ю.В. 

Приведены результаты исследований по выбросам вредных веществ при применении ВВ для ведения взрывных работ в промышленности. Показано, что наряду с выбросами токсичных газов-продуктов взрыва, происходит загрязнение окружающей среды токсичными веществами-компонентами ВВ. Приведен приблизительный расчет годового количества токсичных компонентов, которые попадают в окружающую среду при взрывании зарядов промышленных ВВ в Украине.

Современные промышленные взрывчатые вещества состоят из целого ряда компонентов (сенсибилизаторы, окислители, горючее, стабилизаторы, ингибиторы воспламенения метано-пылевоздушной среды и т.д.).

При оценке экологической безопасности применяемых в промышленности ВВ в настоящее время учитывают, в основном, только токсичные газы, которые образуются в процессе химической реакции взрывчатого превращения (в основном NOx и СО2).

Однако в составе ВВ находятся компоненты, которые сами представляют опасность для здоровья людей и вредно воздействуют на окружающую среду. Так, например, большинство сенсибилизаторов, входящих в состав промышленных ВВ в достаточно большом количестве (тротил, гексоген, нитроэфиры и т.д.) являются вредными веществами и по токсическому воздействию согласно ГОСТ 12.1.005-88 и ГОСТ 12.1.007-76 относятся к I-II классу опасности. Их ПДК в воздухе рабочей зоны не должно превышать:

НЭ – 0,02 мг/м3; 

тротил – 0,1 мг/м3; 

гексоген – 1,0 мг/м3. 

Попадание этих компонентов в окружающую среду возможно при заряжании скважин рассыпными ВВ, а также при разрушении оболочек патронов в процессе подготовки к взрыванию.

Однако имеется и другой путь, по которому эти компоненты могут попадать в воздух рабочей зоны. В работе [1] впервые было показано влияние взаимодействия детонирующего ВВ и окружающей среды. Такое взаимодействие выражается в разбрасывании части не прореагировавшего вещества с периферии заряда. Этот процесс в указанной работе и последующих трудах других исследователей [2, 3, 4] изучался с точки зрения энергетических показателей взрыва, скорости детонации ВВ, критического диаметра детонации и т.д. Однако разбрасывание вещества необходимо учитывать и при определении токсичности и экологической чистоты применяемых в промышленности взрывчатых веществ.

Известно [4], что при детонации заряда ВВ происходит частичное разбрасывание не прореагировавшего вещества. Потеря массы ВВ, при этом составит:

, (1)

где к – коэффициент пропорциональности;

а – ширина зоны химической реакции, мм;

 - диаметр заряда, мм;

m – масса реагирующего вещества, кг.

Коэффициент пропорциональности , (2)

где С – скорость звука в продуктах взрыва, м/с;

D – скорость детонации, м/с;

U- массовая скорость продуктов взрыва, м/с.

Для большинства промышленных ВВ можно принять k = 3/2.

Ширину зоны химической реакции можно определить из выражения:

a = (D –U)t, (3)

где t- время реакции в детонационной волне, с.

, (4)

Учитывая, что С ? 0,5D; а U ? 0,25D, тогда a = 0,75 dкр.

Тогда выражение (1) примет вид: 

, (5)

Расчеты по приведенням зависимостям показывают, что при взрыве открытого заряда аммонитов IV класса потеря массы при разбрасывании может достигать до 0,01 массы исходного вещества. Поскольку промышленные ВВ применяют, в основном, в шпурах и скважинах, то наличие прочной оболочки равнозначно увеличению диаметра заряда.

А.Ф. Беляев [7] полагал, что в первом приближении масса оболочки увеличивает  на величину, пропорциональную отношению плотностей оболочки и ВВ.

 , (6) 

где ?m – плотность оболочки, г/см3;

?0 – плотность ВВ, г/см3;

? – толщина оболочки, мм.

? – можно определить исходя из положения о том, что дробление породы бризантным действием взрыва наблюдается на расстоянии приблизительно равном трем радиусам заряда. 

Следовательно толщину породной оболочки можно считать равной:

, (7)

Согласно работе [6] для пород средней крепости приблизительно можно принять ?m ? 2,0 г/см3. Тогда из выражений (5) и (6) следует, что:

dз.эф? 6dз2, (8)

В табл. 1 представлены составы наиболее распространенных ВВ. 

Таблица 1



№ п/п 

Наименование ВВ

Содержание компонентов, %





TНT

НЭ 

Колл. хлопок

Гексоген

NH4NO3

1.

Аммонит №6ЖВ

21

-

-

-

79

2.

Аммонал скальный №1

5

 

 

25

65

3.

Граммонит 79/21

21

 

 

 

79

4.

Углениты

 

10-13

1,0

 

 

5.

Детониты

 

15-25

1-2

 

50-60

6.

Аммониты IV класса

17-20

-

-

-

60-62

В табл. 2 представлены результаты расчета выбросов в рабочую зону вредных веществ для наиболее распространенных ВВ.

Таблица 2



№ п/п 

Наименование ВВ

D,

Км/с

dзар,

мм.

dз..эф

мм.

dкр,

мм.

/m 













TNT 

НЭ

Гексо-ген

NH4NO3

1.

Аммонит №6ЖВ

4,6

32

6144

8

0,00586

-

-

0,00586

2.

Аммонал скальный №1

5,6

45

12150

10

0,0037

-

0,00072

0,0037

3.

Граммонит 79/21

4,0

150-250

135000375000

100

0,003330,0012

-

-

0,003330,0012

4.

Углениты

2,4

36

7776

10

-

0,00579

-

0,00579

5.

Детониты

5-6

32

6144

8

-

0,0059

-

0,0059

6.

Аммониты IV класса

4-4,2

36

7776

8

0,00463

-

-

0,00463

Годовой расход ВВ, в том числе экологически чистых эмульсионных, по Украине приведен в [5]. На основании этих данных и данных собранных авторами по предприятиям угольной отрасли рассчитаны приблизительные усредненные показатели выброса вредных веществ при применении наиболее распространенных классов ВВ в Украине за 2004 год, которые приведены в таблице 3.

Таблица 3



Типы ВВ 

Расход за 2004г., тыс. тонн

Выбросы непрореагировавших веществ, кг





TNT

НЭ 

NH4NO3

Гексоген

ВВ II класса*

Ам.№6ЖВ

20

23440

-

93760

-



АС-ДТ

40

-

-

122760

-



Гр. 79/21

40

10080-27720

-

37920-104280

-



Ам. ск. №1

0,24

44,4

 

577,2

222,0

ВВ IV класса** 

4

3704

-

11112

-

ВВ V класса **

0,5

-

383,5

-

-

ВВ VI класса **

0,3

-

177,0

 

-

*Для этого класса приведены данные при его применении как в подземных условиях так и при ведении взрывных работ на земной поверхности.

**Применяются как предохранительные ВВ при ведении взрывных работ в угольных шахтах.

Выводы

Из изложенного выше следует, что применение ВВ с высоким содержанием тротила и НЭ наносит значительный ущерб окружающей среде. Наиболее радикальное решение задачи создания экологически чистых ВВ – это отказ от мощных сенсибилизаторов. В случае необходимости введения в состав ВВ мощных сенсибилизаторов на основе бризантных ВВ для обеспечения заданной детонационной способности, количество таких добавок должно быть минимальным. Кроме того, с точки зрения экологической чистоты предпочтительнее введение в состав ВВ сенсибилизаторов на основе гексогена, а не тротила.

Список литературы

Харитон Ю.Б. О детонационной способности взрывчатых веществ. – В кн. «Вопросы теории взрывчатых веществ», вып. 1. М. – Л., АН СССР, 1947, с.7-29. 

Ремпель Г.Г. К вопросу о зависимости величины химических потерь от размеров заряда. – «Физика горения и взрыва», 1967, № 2. – с. 211-216. 

L.E. Roth/ Explosivstoffe, 6, № 3, 1958. – с. 23-45. 

Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов. Промышленные взрывчатые вещества. М. «Недра», 1972. – 319 с. 

С.А.Сторчак Энергия взрыва: к европейским стандартам/ Всеукраинская техническая газета № (119) 15 от 14.04.05. 

Краткий справочник горного инженера. М.: Недра, 1971. – 518 с. 

Андреев К.К., Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ.- М.: Оборонгиз.- 1960. – 595 с.