Состояние и перспективы развития промышленных взрывчатых веществ в России и за рубежом

В.А. Соснин, д-р техн. наук, С.Э. Межерицкий, канд. техн. наук, Ю.Г. Печенев, канд. техн. наук, АО «ГосНИИ «Кристалл» (г. Дзержинск, Нижегородской области)_

Основной объем потребления промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) во всем мире приходится на добычу твердых полезных ископаемых, ростом или снижением объемов добычи определяется выпуск ПВВ. На основании данных Геологической службы США (USGS) горнодобывающий сегмент доминирует на мировом рынке ПВВ, на его долю в настоящее время приходится 81,7%, и, как ожидается, сохранит эту тенденцию на протяжении всего периода прогноза до 2022 г. за счет увеличения добычи полезных ископаемых [1]. Следует отметить, что информация, предоставляемая USGS, весьма обширна и в основном находится в открытом доступе [2]. Она включает данные не только по США, но и по всему миру, где представлены ежегодные подробные отчеты и статистика по добыче и разведке полезных ископаемых и многое другое.

Основной объем применения ПВВ в развитых горнодобывающих странах приходится на добычу угля и металлических руд. По динамике добычи полезных ископаемых в мире крупнейшей страной стал Китай, где в настоящее время добывается только угля 3680 млн т (46,6% от общемировой добычи), и со значительным отставанием на втором месте -США с добычей 892,6 млн т (11,3%), на третьей позиции Индия - 605,1 млн т (7,66%). Также Китай занимает первое место в мире и по добыче железных руд. Данные по добыче основных полезных ископаемых приведены в табл. 1.

Анализ тенденций в мире по добыче полезных ископаемых и рынка ПВВ, представленный USGS и основных географических рынков ПВВ ^1А) за 15-летний период (2001-2015 гг.) и перспектив развития до 2022 г., таких как США, Канада, Япония, Франция, Германия, Великобритания, Италия, Испания, Азия, Латинская Америка, Ближний Восток и Африка, пока-

зал, что объем производства ПВВ в 2016 г. составляет более 15 млн т и далее будет расти не менее чем на 1% в год.

В большинстве стран более 50% объема применяемых ПВВ расходуется только на добычу угля, и этим определяется выпуск и ассортимент ПВВ.

Крупнейшими производителями и потребителями ПВВ являются Китай и США. Впечатляет рост потребления ПВВ в Китае, где в течение последнего десятилетия объем национального производства взрывчатых веществ значительно возрос и составил 3,7 млн т в год, увеличив объем выпуска их почти в 2 раза. США и Канада также нарастили мощности производства ПВВ до 3,6 млн т в год. Эти страны суммарно выпускают более половины всех взрывчатых веществ в мире. Россия с объемом производства ПВВ 1,51 млн т находится на уровне стран Южной Америки, Африки и Австралии. Все Европейское сообщество производит и применяет ежегодно только около 670 тыс. т ПВВ в год. Динамика выпуска ПВВ в

Табл. 1 Объем добычи основных полезных ископаемых, млн т

Страна Уголь Железная руда Сумма

2010 г 2016 г. 2010 г. 2016 г. 2016 г.

КНР 2550 3680 900 1500 5180

Австралия 323 478 400 660 1138

США 980 892 50 65 957

Индия 452 605 260 260 865

Россия 322 386 96 108 492

Индонезия 231 421 15 35 456

Бразилия 10 8 370 370 378

ЮАР 244 257 55 55 302

Германия 180 190 - - 190

Табл. 2 Динамика выпуска промышленных взрывчатых веществ в мире, млн т

Страны и регионы Динамика выпуска ПВВ по годам

2001

Азия и Средний Восток

Северная Америка

Центральная и Южная Америка 0,64

Россия 0,69

Африка 0,6

Европейский союз

Океания 0,25

Юго-Восточная Азия - 0,25

Юго-Западная Азия - 0,26

Средний Восток - 0,15

Мексика - 0,06

Япония - 0,04

Всего 6,41 10,64 15,61

мире представлена в табл. 2.

Согласно представленным данным USGS распределение по типам применяемых ПВВ в мире следующее: АС-ДТ составляют 46%, эмульсии - 37% и остальные 17%. Объем применения ПВВ по регионам следующий: Северная Америка (США, Канада, Мексика) - 35%; Азиатско-Тихоокеанский регион (Китай, Индия, Япония и остальные) - 29%; Европа (Россия и остальная Европа) - 22%; Африка (Южная Африка, Бразилия, Чили, ОАЭ и другие) - 14%. Распределение по областям применения следующее: угольная промышленность - 60% (добыча - 34% и горнорудная - 26%); горно-металлургическая - 20%; разработка карьеров - 15%; строительство - 5%. Представленные данные отражены на рис. 1.

Тип nBB

Объем применения nBB

Рис. 1 Распределение по типам ВВ, регионам и областям применения

Развитие мирового производства ПВВ, согласно данным USGS, показывает, что США в настоящее время производят от общего объема ПВВ в мире 26%, Азия (при этом большинство потребления приходится на Китай) несколько больше -на уровне 27%, далее Россия, Центральная и Южная Америка и Африка. В данном случае очевидно, что США и Канада в последнее время несколько сдали позиции по объемам выпуска ПВВ в мире (с 31 до 26%), хотя их собственные объемы выпуска выросли более чем на 1 млн т - с 2,5 млн т в 2001 г. (2004 г.-2,52 млн т, 2007 г. - 3,15 млн т, 2010 г. - 3,4 млн т) до 3,6 млн т в 2015 г. Преобладающее развитие и резкий скачок объемов производства ПВВ показали Китай, Юго-Восточная Азия, Центральная и Южная Америка, и они остаются регионами с наибольшим потенциалом роста ПВВ в будущем.

Несколько отличаются данные по США производителей взрывчатых веществ (1МЕ), где потребление ПВВ при добыче угля составило - 68-70%, разработке карьеров и неметаллических рудников - 13%, в горнорудной промышленности -8%, строительстве - 8% и других отраслях - 3%. Таким образом, в США наблюдается значительно больший объем

применения простейших смесей AN-FO - на некоторых угольных месторождениях до 80-85%, которые и составляют основной ассортимент применяемых ПВВ в США.

Рынок промышленных взрывчатых веществ в Европе без СНГ является относительно небольшим по международным стандартам и в горнорудной промышленности составляет всего 670 тыс. т. По ассортименту объем потребления западноевропейского региона (Еи-27) следующий: 52% - AN-FO, 33% эмульсии и 15% динамиты. Если учесть, что в других секторах промышленности используется около 8% всего объема ПВВ, то потребление западноевропейского региона составит около 700 тыс. т. По данным GIA общий объем западноевропейского рынка ПВВ составляет ~500 тыс. т. Наибольший объем потребления ПВВ наблюдается в Польше (около 180 тыс. т) и Чехии (около 100 тыс. т). Германия - 40 тыс. т; Швеция - 35 тыс. т; Италия - 20 тыс. т; Испания - 20 тыс. т; Словакия - 20 тыс. т и 85 тыс. т - это остальные страны Европы.

Общий выпуск ПВВ странами бывшего СССР составляет 1940 тыс. т. Крупнейшим потребителем является Россия с объемом 1510 тыс. т. Казахстан - около 200 тыс. т, Украина -около 140 тыс. т; Узбекистан - 80 тыс. т; Белоруссия - 10 тыс. т.

Ведущими игроками в мире, которые вкладывают огромный капитал в развитие, усовершенствование и выпуск ПВВ, являются AEL Mining Services, Orica Ltd., EXSA S.A., Enaex S.A., MAXAM Corp., Austin Powder Company, Hubei Kailong Chemical Group Co., Ltd, Solar Industries India Limited, Dyno Nobel и Davey Bickford. Другими крупными фирмами в области разработки и выпуска ПВВ являются Keltec Energies, IBP Co., Tamilnadu Ind., Economic Explosives, Noble Explochem, IDL, Initiating Explosives Sys, Accurate Energetic Systems, LLC., Baker Hughes, Detotec North America Inc., Dyna Energetics US, Inc., General Dynamics Ordnance & Tactical Systems, Geodynamics Inc., Hunting Titan, Hilltop Energy, MP Associates Inc., Nelson Brothers LLC, Nobel Insurance Services, Safety Consulting Engineers Inc., Teledyne Risi Inc. и пр. [4].

Таким образом, во всем мире увеличивается объем применения промышленных ПВВ в основном за счет внедрения эмульсионных взрывчатых составов и смесей AN-FO, в настоящее время эта величина составляет около 16 млн. т. Аналогичная тенденция наблюдается и в России, где объем применения ПВВ за 10 лет увеличился более чем в 2 раза и составляет около 1,5 млн т, из которых более 80% изготавливается на местах применения.

В России деятельность в области обращения взрывчатых материалов промышленного назначения (ВМ) в 2016 г. осуществляли 1240 организаций, из них 1104 эксплуатируют ОПО: склады, погрузочно-разгрузочные площадки, стационарные пункты изготовления взрывчатых веществ и другие. Поднадзорными организациями эксплуатируется 72 ОПО I класса опасности и 322 ОПО - II класса опасности. Всего в отрасли занято более 30 тыс. человек, из них 10 тыс. являются непосредственными исполнителями взрывных работ.

Количество взрывчатых веществ (ВВ), израсходованных организациями, ведущими взрывные работы, по сравнению с 2015 г. увеличилось на 2,5% и составило 1507 тыс. т (в 2015 г. -

Области применения nBB

Рис. 2 Ассортимент выпускаемых ПВВ в России в 2015 г.

1469 тыс. т). Из общего объема изготовлено вблизи мест применения из невзрывчатых компонентов - 1,3 млн т (86%), в том числе 0,81 млн т (65%) составили наиболее безопасные эмульсионные ВВ.

Производством ПВВ и их распространением занимаются 168 предприятий и организаций различных форм собственности, расположенных в различных регионах России. В их эксплуатации находится 62 стационарных пункта горнодобывающих и других предприятий по изготовлению растворов селитры, эмульсионной матрицы и других компонентов эмульсионных ВВ (2012 г. - 51) и 186 комплексов для изготовления и заряжания эмульсионных ПВВ, которые включают смесительно-зарядные машины и доставщики компонентов и матричной эмульсии (всего 780 комплексов для изготовления всех ПВВ). Динамика потребления ПВВ в России, по данным Ростехнадзора России и научного центра г. Черноголовки, представлена в табл. 3 [5, 6].

Общее количество ПВВ, израсходованных организациями, ведущими взрывные работы, по сравнению с 2013 г. снизилось на 106 тыс. т (7%), в то же время количество примененных эмульсионных ВВ вот уже четыре года не меняется. Значительно снизилась доля заводских ПВВ - на 158 тыс. т

в местах применения льющиеся на заводах патроны на заводах

Рис. 3 Ассортимент ЭВВ на специализированных заводах и на местах применения

(10%), и тротилсодержащие составы имеют в объеме потребления только 6,0%. Объем ПВВ, изготовленных вблизи мест применения, - 86%, из них 45% - эмульсионные ВВ. Ассортимент, применяемый в России ПВВ следующий: эмульсионные, гранулированные, порошкообразные составы и различные дополнительные детонаторы или шашки (рис. 2).

На специализированных заводах также выпускаются ЭВВ, из которых более 50% получают в патронированном виде, в основном в виде патронов диаметром 90 мм, меньшая часть в патронах диаметром 32-36 мм. В последнее время начался выпуск дополнительных детонаторов. Таким образом, если прибавить к объемам выпускаемых эмульсионных ПВВ на местах применения выпуск их на заводах, то применение эмульсионных составит около 54%.

Как следует из приведенных данных эмульсионные ПВВ, изготавливаются на местах применения и на заводах в льющемся и патронированном виде. Ассортимент ЭВВ на специализированных заводах и на местах применения представлен на рис. 3.

Ассортимент выпускаемых ПВВ в России несколько отличается от мировой тенденции их развития. Так, в мире при-

Табл. 3 Динамика потребления ПВВ в России в период 1996-2016 гг.

Годы Общий объем, тыс. т Заводского изготовления, тыс.т Изготовленные в местах применения, тыс. т Доля тротил-содержащих,% Доля изготовленных в местах применения, %

всего тротилсодержащие составы

водоустойчивые неводоустойчивые всего эмульсионные

1996 549 374 142 179 175 30 58,4 31,8

1997 539 356 137 178 183 38 58,3 33,9

1998 557 352 132 177 205 55 55,4 36,8

1999 579 349 128 161 230 79 49,9 39,7

2000 645 344 124 159 301 114 43,8 46,6

2001 691 341 114 158 350 149 39,4 50,6

2002 723 308 98 131 415 165 32,5 56,3

2003 771 285 70 112 446 253 27,5 57.8

2004 861 303 66 119 558 277 26,5 60,6

2005 964 363 59 109 601 362 17,4 62,3

2006 1067 302 77 115 656 394 18,9 64,9

2007 1125 329 40 97 796 397 11,9 70,9

2008 1134 333 30 150 801 414 11,5 70,6

2009 999 229 24 75 770 469 10,0 77,0

2010 1171 174 23 110 997 611 11,4 85,2

2011 1407 270 23 110 1130 720 9,5 80,7

2012 1569 299 24 125 1270 794 9,5 80,9

2013 1613 363 17 80 1250 830 6,0 77,5

2014 1527 207 15 70 1320 820 5,6 85,5

2015 1469 219 19 75 1250 830 6,3 85,1

2016 1507 207 18 71 1300 810 5,9 86,2

Табл. 4 Объемы производства ПВВ заводами и на местах применения

меняется эмульсионных ПВВ только 37% (в России - 54%), а простейших смесей АС-ДТ значительно больше - 46% (в России - 33%), это показывает, что в мировой практике основной объем ПВВ занимают менее дорогие составы на основе аммиачной селитры и дизельного топлива.

В России все крупные горнодобывающие предприятия (ОАО «Апатит», ОАО «Лебединский ГОК», ОАО «Кольская ГМК», ОАО «Ковдорский ГОК», ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий», ОАО «Карельский окатыш», ОАО «Михайловский ГОК», угольные разрезы «Нерюнгринский», «Междуречен-ский», «Бачатский» и др.) в настоящее время обеспечивают свои потребности во взрывчатых веществах за счет их производства на стационарных пунктах, минизаводах и в передвижных установках. При этом часто производителями ПВВ являются не горнодобывающие комбинаты, а частные российские или иностранные фирмы. Объемы общего производства ПВВ и ЭВВ заводами и на местах применения приведены в табл. 4.

Причём около 38% объема применяемых ПВВ выпускаются двумя производителями: АО «Нитро Сибирь» и АО «Азот-Взрыв», а на всех специализированных заводах производится почти в 2 раза меньше - только 21%.

Распределение применяемых ПВВ по областям горнорудной промышленности [7] представлено на рис. 4.

уголь

Руды

Золото

Щебень

Неметаллические руды

Строительство

Другое

Рис. 4 Объем применяемых ПВВ по областям горнорудной промышленности

Представленные данные показывают, что более половины выпускаемых ПВВ применяется при добыче угля, далее со значительным отставанием идут железные и цветные руды, золото и щебень.

Наибольший объем применения ПВВ приходится на Сибирский ФО, где в основном находятся залежи угля, - 65% от общего объёма 1544,5 млн м3. На Дальневосточный ФО приходится 12%. В Северо-Западном ФО - 8%, в Центральном и Уральском ФО - по 6%. Наименьшие объемы применения ПВВ имеют Приволжский (2%) и Южный ФО (1%).

Со времени своего основания (в 1953 г.) ГосНИИ «Кристалл» проводил исследования и осуществлял разработку новых взрывчатых веществ и технологических процессов их производства. Институт первым еще в СССР возглавил и развернул исследования по разработке отечественных эмульсионных взрывчатых веществ ЭВВ типа порэми-тов, которые пришли на замену грану-лотолу и другим тротилсодержащим материалам.

В начале 1980-х годов в СССР была поставлена задача по разработке и внедрению ПВВ на местах применения, головным по проблеме был назначен ГосНИИ «Кристалл». Институт в 1983-1986 гг. на основе анализа мирового опыта провел комплекс исследований, в результате которых в конце 1987 г. было запущено первое промышленное производство отечественных эмульсионных ВВ (ЭВВ) под торговой маркой «порэмит». Постановлением СМ СССР № 63-12 от 25.01.89 г. и приказом ММ было принято решение по освоению производств эмульсионных и гранулированных ПВВ на местах применения на 50 горных предприятиях, головным исполнителем был назначен ГосНИИ «Кристалл». Это позволило начать производство отечественных эмульсионных ПВВ в СССР, и до 1990 г. были введены четыре отечественные промышленные установки производства порэмита по технологии ГосНИИ «Кристалл», в том числе два заводских производства (ОАО «Знамя», г. Киселевск, ЗАО «Кузбассэмульсия», г. Кемерово, завод «Прогресс»), и два прикарьерных стационарных пункта (ОАО «Апатит», ОАО «Ураласбест»). В настоящее время в России по технологии ГосНИИ «Кристалл» эксплуатируется 14 промышленных производств ЭВВ, в том числе запущено производство ЭВВ в Украине, Таджикистане, Казахстане.

По основным физико-химическим и взрывчатым показателям зарубежные и российские эмульсионные составы ПВВ находятся на одном уровне (табл. 5).

Перспективы развития ПВВ:

1. Продолжится внедрение модульных и контейнерных установок для производства эмульсионных ПВВ и смесей АС-ДТ на открытых горных работах в горнодобывающей промышленности на существующих и вновьстроящихся предприятиях

2. Необходимы разработка и внедрение эмульсионных составов для механизированного заряжания шпуров и скважин на подземных работах с целью повышения безопасности и эффективности взрывных работ и создание технологии и установки для их получения и заряжания (опыт применения компании Опса на АО «Апатит»).

Производители Выпуск, тыс. т Эмульсионные ВВ

Предприятия-потребители, изготавливающие ВВ на местах применения

АО «Нитро-Сибирь» 343 214

АО «Азот-Взрыв» 275 220

АО «Михайловский ГОК» (ООО УК «Металлоинвест») 50 46

ORICA Ltd. 64 64

MAXAM Corp. 62 62

АО «Лебединский ГОК» 40 37

ООО «Промтехвзрыв» (ОАО «Ураласбест») 18 14

ВзрывПромСтройИнжиниринг 8 8

Другие 385 20

Всего 1185 685

Специализированные заводы

ОАО «Знамя» 104 68

ФКП «Завод имени Я.М. Свердлова» 85 -

ФКП «Бийский олеумный завод» 50 25

ФГУП ДВПО «Восход» 37 16

ОАО «Промсинтез» 25 12

ОАО «Калиновский Химический Завод» 18 10

Производственное объединение «Прогресс» 14 14

Всего 333 145

3% 1% 4%

Табл. 5 Основные характеристики льющихся эмульсионных ПВВ, допущенные Ростехнадзором РФ на территории России

Характеристики

Наименование ВВ Марка ВВ Теплота взрыва, ккал/кг Концентрация энергии, ккал/дм3 Плотность заряжания, кг/м3 Скорость детонации, км/с Газовая вредность, л/кг

Гранулотол - 980 980 1000 5,0-5,2 275

Игданит - 920 820 900 2,2-2,7 45

ГосНИИ «Кристалл»

ИМ-Н 689 861 1250 4,9-5,2 12,2

Порэмит1 ИМ-К 693 865 1250 4,9-5,2 12,4

МТ-Н 709 885 1250 4,9-5,2 11,8

МТ-К 726 908 1250 4,9-5,2 12,0

Порэмит 1А - 720 900 1200 4,9-5,1 40

Порэмит М 4А 870 1130 1300 4,8-5,1 42

8А 1040 1400 1350 4,9-5,3 54

И-30 800 1080 1350 4,9-5,2 38

И-30П 801 1041 1300 5,0-5,5 32

Гранэмит И-50 835 1170 1400 4,8-5,2 36

И-50А 814 1140 1350 4,0-4,8 36

И-50П 835 1169 1400 4,8-5,4 34

И-70 870 1130 1300 3,5-4,6 34

Другие производители

- 690 862 1250 4,6-5,2 30

Эмульсолит А-20 710 923 1300 4,1-5,1 24-47

АС-25П 800 1080 1350 4,6-4,8 24-47

Амфорэм АП 690 862 1250 4,2-5,3 -

Эмулогран Э-30 740 962 1300 4,0-5,1 -

Э-50 790 1066 1350 4,0-4,8 -

1000 690 862 1250 4,4-5,2 -

Сибирит 1200 720 864 1200 4,3-5,1 -

2500 РЗ 810 1053 1300 4,6-5,3 -

Э-20 852 - 900-1050 4,2-4,7 11

Нитронит Э-30 830 - 1000-1200 4,3-4,7 11

Э-50 784 - 1100-1300 4,3-4,8 15

Зарубежные производители

Иремекс - 658-750 822-937 1170-1320 4,2-5,2 -

Ирегель - 730-804 912-1005 1250 4,1-4,5 -

Сларрит - 690 863 1250 4,4-5,2 -

- 725 - 1200 4,1-5,1 -

Тован 25\75 862 - 1200 4,1-5,1 -

60\40 798 - 1200 4,1-5,1 -

ВЭТ 300 790 1027 1300 4,3-5,3 -

Эмулит ВЭТ 500 810 1092 1350 4,2-5,0 -

ВЭТ 700 860 1118 1300 4,0-4,5 -

Э-70 739 - 1150-1250 4,2-4,7 20

Б 25\75 815 - 1240-1280 - 70

Колымит Б 60\40 796 - 1200-1240 - 40

М 724 - 1100-1150 - 40

3. Необходимо завершить разработку и внедрение безопасных и невыгорающих эмульсионных составов для шахт, опасных по газу и пыли (проведены с положительным результатом промышленные испытания порэмита на шахте «Распадская»).

4. Предполагается более широкое промышленное освоение эффективных эмульсионных патронов малого диаметра взамен тротилсодержащего аммонита 6ЖВ и дешевых и безопасных промышленных детонаторов на основе эмульсионных ВВ, что позволит создать безопасную систему взрыва.

5. На горных предприятиях, особенно в угольной промышленности, предполагается увеличение объемов потребления смесей АС-ДТ на пористой селитре, для чего запущено производство пористой селитры в НАК «Азот» (МХК

«ЕвроХим»).

6. В ближайшее время необходимо осуществить внедрение маркирования промышленных ВВ в соответствии с тех-регламентом.

Информационные источники:_

1. Industrial Explosives Market by Type (High Explosives, ANFO, Emulsions and Others), End-use Industry (Metal Mining, Non-Metal Mining, Quarrying, Construction and Others) - Global Opportunity Analysis and Industry Forecast, 2014-2022.

2. www.usgs.gov

3. National Bureau of Statistics of China; BPStatistical Review of World Energy, 2014

4. Global Industrial Explosives Market 2016 Historical Market, Growth, Analysis, Opportunities and Forecast to 2022.

5. Российский рынок взрывчатых веществ. Научный Центр Черноголовка, апрель 2017, Изд. ЦИПАП

6. Годовой отчет о деятельности федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2016 г.

7. Российский рынок буровзрывных и взрывных работ, Научный Центр Черноголовка, апрель 2017, Изд. ЦИПАП