Перспективы развития промышленных взрывчатых веществ и применения современных технологий взрывных работ с учетом экологической безопасности

УДК 622.235:66.01

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ С УЧЕТОМ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ

В.И. Комащенко, Е.Д. Воробьев, В. А. Белин

Эффективность применения технологии открытой разработки полезных ископаемых связана с повышением качества буровзрывных работ (БВР), являющимися важным процессом составляющей подготовки горной массы к экскавации и транспортированию. Основным резервом увеличения повышения эффективности БВР, является создание и внедрение новейших современных промышленных взрывчатых веществ, позволяющих значительно повысить экологическую составляющую горных работ. Следовательно, создание новых методов и способов взрывания, на основе совершенствования параметров взрывания и внедрение современных эффективных промышленных взрывчатых веществ (ПВВ), является актуальной задачей.

Ключевые слова: дробление горной массы, взрывная отбойка, карьеры, сква-жинные заряды, конверсионные добавки, буровзрывные работы, охрана окружающей среды, геоэкология, аммиачная селитра, горное дело, взрывчатые вещества.

Отличительной особенностью современного зарубежного ассортимента ПВВ является чрезвычайно высокий уровень производства и применения простейших взрывчатых смесей типа АС-ДТ и в последнее время эмульсионных составов. Таким образом, мировой опыт применения энергии взрыва в горных взрывных работах и тенденции совершенствования технологии их проведения свидетельствуют о неуклонном снижении потребления взрывчатых материалов, содержащих индивидуальные бризантные ВВ. Особенно существенные изменения в ассортименте промышленных ВВ развитых стран произошли в 80-е годы и связаны с созданием и внедрением эмульсионных ПВВ. В отдельные годы, например, в США, объем потребления таких ВВ достигал 90 %. В России выпускаемый ассортимент промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) достаточно широк и разнообразен и включает в себя более 200 составов для горнодобывающих отраслей промышленности, из которых более 60 изготавливаются на местах применения. Развитие в России, осуществлялось в несколько ином направлении, и основную часть применяемых ПВВ составляли гранулированные и порошкообразные патронированные аммиачно-селитренные вещества, сенсибилизированные тротилом [2-3].

До 1980 года в бывшем СССР ПВВ выпускались только на специализированных заводах их объем составлял около 1200 000 тонн в год и далее вплоть до 1990 года выпуск ПВВ на местах применения (в основном простейшие гранулированные составы на обычной селитре) не превышал

10 %. В настоящее время объем выпуска ПВВ приближается к максимальному уровню их объема применения в 1990 году России значительно вырос. Объем выпуска ПВВ на местах применения сравнялся с заводскими составами еще в 2005 году и сейчас их производится более чем 2 раза больше. В настоящее время объем выпуска эмульсионных составов на местах применения наибольший и годовой рост объемов в основном связан с их развитием. Ассортимент ПВВ, изготавливаемых на местах применения представлен на рис. 1.

Ассортимент выпуска ПВВ на местах

Гранулированные

35%

54%

Рис. 1. Ассортимент ПВВ, изготавливаемых на местах применения

Также следует отметить, что и в общем объеме выпуска ПВВ в России эмульсионные ПВВ опережают всю остальную номенклатуру выпускаемых составов. На рис. 2 показан ассортимент выпускаемых ПВВ в России в 2014 г.

Однако даже при высоких темпах внедрения эмульсионных ПВВ в России, она отстает от уровня США по выпуску ПВВ на местах применения. Так при ведении взрывных работ на открытой поверхности в США (в основном угольная промышленность около 60 %) и ряде других странах значительно ниже обводненность скважин, а применение зарядной технологии в полый полиэтиленовый рукав после предварительной осушки скважин позволяет применять во многих случаях простейшие смеси АС-ДТ и в обводненных условиях.

400 350 300 250 200 150 100 50 0

Водосодержащие

Гранулотол Аммониты Прочие

Iе—-И —Л Гранипоры

и и 0

8

Рис. 2. Ассортимент выпуска ПВВ в России

Кроме того прогрессивная зарубежная бурильная техника позволяет значительно изменять сетку скважин в зависимости от крепости пород. Кроме этого быстрому распространению смесей АС-ДТ способствовали простота технологии их изготовления, низкая стоимость и высокий уровень безопасности, связанный с пониженной чувствительностью к механическим и тепловым воздействиям, а также возможностью механизации процесса заряжания скважин и шпуров. Также широкому применению в горнодобывающей промышленности и строительстве простейших взрывчатых смесей АС-ДТ США и других стран в значительной мере связано с разработкой технологии и освоении производством пористой аммиачной селитры с высокой удерживающей способностью жидких нефтепродуктов и позволяющей изготавливать высококачественные смеси стабильного состава [4-5].

Отличительной особенностью современного ассортимента промышленных ВВ является высокий уровень производства ВВ на основе аммиачной селитры. Аммиачная селитра (нитрат аммония NH4NO3) является солью азотной кислоты. Хорошо растворяется в воде, при нагревании разлагается с выделением кислорода, проявляет высокие окислительные свойства. Производится чаще всего путем нейтрализации азотной кислоты аммиаком. В производстве промышленных взрывчатых веществ, в том числе простейших, изготовляемых на местах применения, широко используется аммиачная селитра водостойкая ЖВГ (ГОСТ 147079).

В России технология производства пористой селитры освоена в промышленности только в последние годы. В тоже время даже при больших объемах выпуска пористой селитры ее применение ограничено, так как в России при наличии глубоких карьеров черной и цветной металлур-

159

гии с породами высокой крепости и с наличием до 90 % обводненности скважин сказываются основные недостатки смесей АС-ДТ, как низкая водоустойчивость и недостаточная скорость детонации, что не позволяют им в полной мере составить конкуренцию другим типам взрывчатых веществ.

В России имеется множество мелких карьеров, где внедрение установок по изготовлению ПВВ на местах применения невыгодно и в этом плане считаем перспективным внедрение эмульсионных ПВВ на заводах отрасли и особенно патронированных составов.

В табл. 1 представлены три серии отечественных эмульсионных ВВ: "Порэмитов" и «Гранэмитов», отличающихся друг от друга составом окислительной части, применяемым горючим и энергетической добавкой. Для сравнения приведены характеристики известных штатных ПВВ - гра-нулотола и игданита.

Таблица 1

Эмульсионные ПВВ, допущенные Ростехнадзором для применения

в России

Наименование ВВ Марка ВВ Характеристики

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

Грану-лотол 980 980 1000 5,0...5,2 275

Игданит 920 820 900 2,2...2,7 45

Порэмит 1 ИМ-Н 689 861 1250 4,9.5,2 12,2

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

Гранэ-мит И-30 800 1080 1350 4,9.5,2 38

И-30П 801 1041 1300 5,0.5,5 32

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

На установках по технологии ГосНИИ «Кристалл» выпускаются различные составы ЭВВ типа порэмитов, гранэмитов, эмульсолитов (Вос-тНИИ), амфорэм (ОАО»Апатит») и эмулогран (КНИИМ), которые расположены на на четырех заводах Агентства по боерприпасов «Знамя», ФГУП «Прогресс», ОАО «Промсинтез», ФГУП «Свердлова» и на горных комбинатах ОАО «Ураласбест», ОАО «Апатит»,.ОАО «Ванадий», ОАО «Михайловский ГОК» и ОАО «Павловскгранит». На установках АО «Нит-ро Сибирь» выпускаются ЭВВ типа сибиритов в Нерюнгри, Кузбассе и на ОАО» Карельский окатыш». По технологии норвежской фирмы «Dino Nobel» применяются ЭВВ сларрит на ОАО «Кольского ГМК» и эмулиты (Иремекс и Ирегель) в компании «АЛРОСА» на руднике «Айхал» и карьере «Удачный». По технологии канадской фирмы «ETI» выпускаются составы «Тован» на Лебединском ГОКе и на Ковдорском ГОКе применяют эмулиты, получаемые на установке американской фирмы «MSI». При этом стоимость ЭВВ на зарубежных установках, как правило, значительно выше, чем на отечественных и одним из основных причин этого является зарубежное сырье [6-8].

Согласно табл. 1 ЭВВ по теплоте взрыва (весовой) значительно уступают гранулотолу (690 - 720 ккал/кг для порэмитов и 980 ккал/кг для гранулотола), с учетом их плотности заряжания взрывных скважин. данные ВВ успешно применяются при взрывании массив горных пород с не большой крепости с значительной степенью обводненности скважин, в т.ч. с проточной водой. В трудно взрываемых породах, рекомендуется применение ЭВВ повышенной мощности, за счет введения энергетических добавок - алюминиевый порошок в количестве 4 - 8 % (Порэмит М марок 4 А и 8 А).

Третья группа ЭВВ - "Гранэмиты" представляют из себя смесевые ВВ на основе эмульсии и гранулированной аммиачной селитры (в т.ч. пористой) или игданита в соотношении 30/70 (70 % эмульсии, остальное селитра, состав можно получать непосредственно на производстве и заряжать существующими с применением зарядными машинами); 50/50, 70/30 (соответственно 50 и 30 % эмульсии, остальное селитра, получение смеси и зарядка производится зарядных машин).

Гранэмиты, как показано в таблице, при заряжании с плотностью 1300...1400 кг/м показатели по мощности, превосходят гранулотол и поэтому эффективно применяются при взрывании вместо гранулотола. В таблице приведены эмульсионные ВВ, которые по скорости детонации располагаются на уровне гранулотола (4,8 - 5,2 км/с), таким образом имеют по сравнению с ним значительно низкую газовую составляющую. Представленные ЭВВ, имеют отличную водостойкостью, за счет этого гарантированно не измненяют качество и взрывчатые свойства в течение

месяца, всё это позволяет осуществлять зарядку скважин непосредственно вслед за бурением скважин [9-12].

Таблица 2

Характеристики зарубежных образцов ЭВВ_

СТРАНА Марка Характе шстики

ФИРМА ВВ Тепло- Концен- Плотность Скорость де-

та трация заряжания тонации, км/с

взрыва, ккал/кг энергии ккал/дм3 кг/м3

США Apex 678 848 1250 5,0...5,2

Power 790 1027 1300 4,8...5,3

AN

(Ireco) Iregel 672 806 1200 5,0.5,2

Iremex 750 1012 1350 4,9.5,2

(Du Pont) Tovex E 680 850 1250 4,5.5,0

Toven E 800 1080 1350 4,0.5,0

Швеция Emulit 692 830 1200 4,8.5,2

(Nitro No- Emulan 725 942 1300 4,2.5,0

bel)

Канада Towex 668 801 1200 5,0.5,5

Towan 720 972 1350 4,8.5,1

Германия (WestSpren g) Emulgit 680 884 1300 4,9.5,4

Китай ВME 685 822 1200 4,0.5,0

Финлян- kimit 750 900 1200 4,0.5,2

дия

Япония Chita- 700 805 1150 5,0.5,5

Nippon & Mite

Fast

Компонентный состав этих ВВ и их соотношение примерно аналогичны российским ЭВВ, т.е. так же как и у нас применяются: раствор окислителей, состоящий из аммиачной и натриевой селитр или из одной аммиачной селитры; горючее - машинное или соляровое масло и эмульгатор. Для сенсибилизации применяются нитрит натрия или в некоторых случаях микросферы.

В табл. 2 представлены данные по мощностным характеристикам и одинаковых плотностях заряжания, зарубежные ЭВВ находятся на уровне наших ЭВВ -"Порэмита 1" и гранэмитов.

На отечественных установках по технологии ГосНИИ» Кристалл» в 2015 году выпущено около 214 тыс. тонн (112 тыс.тонн на заводах, в т. ч. 85 тыс. тонн в патронах) или 50 % от всего объема применения эмульсионных ПВВ. Как следует из дальнейших перспектив, несмотря на существующее отечественное производство эмульсионных ПВВ в России, продолжаются закупки более дорогих и сложных в эксплуатации зарубежных установок, которые, кроме того, привязаны к импортному сырью.

Применение эмульсионных ПВВ позволило полностью механизировать процесс заряжания на горных предприятиях и на порядок улучшить экологию при заряжании и взрыве.

Особого внимания заслуживают результаты замеров по выделению вредных веществ после проведения массовых взрывов на карьере. Как видно из цвета выделяющихся газов (окислы азота имеют желтый цвет и окислы углерода-черный) при взрывании в гранулотоле в основном преобладают окислы углерода, а белый цвет в порэмите говорит о малом количестве ядовитых газов. По данным ВГСЧ удельный объем ядовитых газов, образующийся при взрыве ЭВВ, в 5-10 раз меньше, чем при взрывании с использованием граммонитов и особенно гранулотола. Поэтому, как правило, время на проветривания зоны взрыва после применения эмульсионных ВВ не превышает часа, а при использовании штатных ПВВ оно составляет до суток. Пыль после массового взрыва гранэмитов оседает в зоне 200-300 метров, а в случае штатных ПВВ распространяется на несколько километров.

По данным ВостНИИ (Института по безопасности работ в горной промышленности г. Кемерово) количество вредных газов, выделяющихся при взрыве основной группы промышленных ВВ, используемых при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, приведено в табл.3.

Широкая возможность регулирования взрывчатых характеристик за счет компонентного состава и плотности и универсальность технологии приготовления ЭВВ позволило разработать различные рецептуры для разнообразных условий проведения буровзрывных работ.

Экономическая эффективность использования эмульсионных ПВВ, особенно в обводненных условиях, с самого начала их внедрения складывается из-за их низкой стоимости по сравнению с применяемым в этих условиях гранулотолом даже при условии увеличения их расхода.

Таблица 3

Содержание вредных газов при взрыве ПВВ

Взрывчатое вещество Содержание газов, л/кг Суммарно, в пересчете на условную СО

СО КОх

Гранулотол 167,1 0,1 167,9

Аммонит 6ЖВ 3,76 3,68 27,7

Граммонит 79/21 48,2 5,6 84,6

Игданит 5.5 % ДТ 8,65 8,65 64,9

Гранулит УП-1* 18.8 8,5 74

Гранулит АС-4** 16 6,1 55,6

Гранулит АС-8* 26,9 7,4 73

Ифзанит-Т-20 * 74,9 5,96 113

Ифзанит-Т-20** 31 8,0 83,3

Порэмит-1* 14,22 1,67 25,1

Порэмит-1** 4,71 1,14 12,2

Примечание: * -открытый заряд, ** - в стальной оболочке

Следует отметить, что в России еще велика доля ПВВ заводского изготовления (около 36 %). В России имеется множество мелких карьеров, где внедрение установок по изготовлению ПВВ на местах применения невыгодно и в этом плане перспективного внедрения эмульсионных ПВВ на заводах отрасли и особенно патронированных составов. Объем выпускаемых тротилсодержащих ПВВ в ближайшие годы останется почти на прежнем уровне, так как потребителями, в том числе, являются мелкие горные предприятия, где не планируется строительство при карьерных пунктов. Тротилсодержащие заводского изготовления составляют в России еще большую часть (около 26,5 %)[13-14].

Заключение

1. При ведении взрывных работ в карьерах, с целью повышения эффективности и экологической безопасности взрывных работ необходимо учитывать категорию трещиноватости и коэффициент крепости, а также структурные особенности массива горных пород, при этом целесообразно применять взрывчатые вещества с малым содержанием тротила, а также осуществлять переход на эмульсионные и гелеобразные взрывчатые вещества в сочетании с мощными инициирующими зарядами.

2. С целью повышения эффективности и экологической безопасности взрывных работ целесообразно применять взрывчатые вещества с малым содержанием тротила, а также эмульсионные и гелеобразные взрывчатые вещества.

3. В качестве эффективных конструкций зарядов целесообразно ориентироваться на скважинные заряды с осевыми полостями, для высокой устойчивости которых необходимо разрабатывать соответствующую технологию.

4. Разработывать и внедрять новые конструкции зарядов и технологии их применения, отличительной особенностью которых является новая технология формирования устойчивых полостей различного назначения до начала производства взрыва.

5. Применение разработанных конструкций зарядов с универсальным канальным боевиком, позволяет на практике существенно (на 1015 %) сократить расход дорогостоящих и дефицитных взрывчатых веществ и, не увеличивая удельный расход, обеспечить заданное качество дробления горной массы.

Список литературы

1. Лукьянов В.Г., Комащенко В.И., Шмурыгин В.А. Взрывные работы: учебник. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. 402 с.

2. Белин В.А., Дугарцыренов А.В., Цэдэнбат А. Взрывание неоднородных массивов горных пород с вечномерзлыми линзообразными включениями // Взрывное дело: сборник научных трудов. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. 2007. №ОВ7. С. 266-272.

3. Повышение эффективности взрывной отбойки на основе новых способов инициирования скважинных зарядов на карьерах/ В.И. Комащенко, В.И. Голик, В.А. Белин, А.Л. Гапоненко // ГИАБ. № 9. 2014. С.293-304.

4. Технология взрывных работ учеб. пособие для студентов вузов / В. Г. Мартынов [и др.]. М.: ООО " ТИД "Студент", 2011. 440 с.,

5. Комащенко В. И., Носков В. Ф., Исмаилов Т. Т. Взрывные работы: учебник. М.: Высшая школа, 2007. 440 с.

6. Горноразведочные работы/ Л.Г. Грабчак [и др.]. М.: Высшая школа, 2003. 661 с.

7. Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Zaalishvili V. Enhancement of lost ore production efficiency by usage of canopies // Metallurgical and Mining Industry. 2015. Т. 7. № 4. С. 325-329.

8. Белин В.А. Уровень промышленной безопасности при ведении взрывных работ на горных предприятиях россии // ГИАБ. № 6. 2011. С. 2935.

9. Лабораторные и практические работы по разрушению горных пород взрывом / Б.Н. Кутузов [и др.]. М.: Недра, 1981. 255 с.

10.Golik V., Komashchenko V., Morkun V. Feasibility of using the mill tailings for preparation of self-hardening mixtures. Metallurgical and Mining Industry. 2015. No3. Рф. 38-41. Scopus.

12. Повышение безопасности труда при разработке нагорных месторождений оптимизацией технологических процессов / В.И. Голик [и др.]// Безопасность труда в промышленности. № 7. 2015. С.51-54.

13. Белин В.А., Комащенко В.И., Воронец А.А. Основные характеристики современного состояния взрывной отбойки на карьерах России // Безопасность труда в промышленности. № 8. 2015. С. 68-74.

14. Комащенко В.И., Школа И.Н. Организация, планирование и управление горными предприятиями. М.: Высшая школа.1980. 380 с.

Комащенко Виталий Иванович, д-р техн. наук, проф., komashchenko@ inhox.rH,, Россия, Белгород, Белгородский государственный национальный исследовательский университет,

Воробьев Евгений Дмитриевич, канд. техн. наук, доц., vorohev@hsH.edH.ru, Россия, Белгород, Белгородский государственный национальный исследовательский университет,

Белин Владимир Арнольдович, д-р техн. наук, проф., hvamggH@mail.rH, Россия, Москва, Горного института (МГИ), Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

PERSPECTIVES DEVELOPING INDUSTRIAL EXPLOSIVES AND USING MODERN TECHNOLOGIES OF SHOT-FIRING WITH TAKING INTO ACCOUNT ENVIRONMENTAL SAFETY

V.I. Komashchenko, E.D. Vorohev, V.A. Belin

Efficiency of Hsing open pit technologies for mining minerals connects with improving qHality of drilling and hlasting operations. Basic reserve of improving efficiency of drilling and hlasting operations is creating and introdHcing new modern indHstrial explosives. ConseqHently, creating new methods hlasting, improving parameters of hlasting and intro-dHcing modern effective indHstrial explosives are topical prohlems.

Key words: rock fragmentation, hlasting, open pit, shot-hole charge, conversion additive, drilling and hlasting operations, environmental protection, ecology.

Komashchenko Vitaly Ivanovich, Doctor of Technical Science, Fnll Professor, komashc hen-ko@inhox.rn, Rnssia, Vladikavkaz, North-CaHcasian State Technological University,

Vorohev Evgenyi Dmitrievich, Candidate of Technical Science, Docent, vorohev@ hsH.edH.rH, Rrnsia, Belgorod, Belgorod National Research University

Belin Vladimir Arnoldovich, Doctor of Technical Science, FhII Professor, hvamggH @,mail.rH, RHssia, Moscow, National Research Technological University "MISiS"

Reference

1. Luk'janov V.G., Komashhenko V.I., Shmurygin V.A. Vzryvnye raboty. Uchebnik. Iz-vo Tomskogo politehnicheskogo universiteta, 2008. 402s

2. Belin V.A., Dugarcyrenov A.V., Cjedjenbat A. Vzryvanie neodnorodnyh massi-vov gornyh porod s vechnomerzlymi linzoobraznymi vkljuchenijami. Vzryvnoe delo: Sbornik nauchnyh trudov. Otdel'nyj vypusk Gornogo informacionno-analiticheskogo bjulletenja. 2007. №OV7. S. 266-272.

3. Povyshenie jeffektivnosti vzryvnoj otbojki na osnove novyh sposobov iniciirova-nija skvazhinnyh zarjadov na kar'erah/ V.I. Komashhenko, V.I. Golik, V.A. Belin, A.L. Ga-ponenko// M: GIAB. № 9. 2014. S.293-304.

4. Tehnologija vzryvnyh rabot/ V. G. Martynov [i dr.]// Uchebnoe posobie dlja stu-dentov vuzov. Moskva: OOO " TID "Student", 2011. 440 s.,

5. Komashhenko V. I., Noskov V. F., Ismailov T. T. Vzryvnye raboty: Uchebnik. Moskva: Izdatel'stvo "Vysshaja shkola", 2007. 440 s.

6. Gornorazvedochnye raboty/ L.G. Grabchak [i dr.]// Vysshaja shkola. Moskva. 2003. 661 s.

7. Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Zaalishvili V. Enhancement of lost ore production efficiency by usage of canopies // Metallurgical and Min-ing Industry. 2015. T. 7. № 4. S. 325-329.

8. Belin V.A. Uroven' promyshlennoj bezopasnosti pri vedenii vzryvnyh rabot na gornyh predprijatijah rossii. M: GIAB. № 6. 2011. S. 29-35.

9., Komashhenko V.I., Noskov V.F., Bobryshev A.A., Krjukov G.M., Tarasenko V.P., Gabdrahmanov S.B., Gorbonos M.G. Laboratornye i prak-ticheskie raboty po razrushe-niju gornyh porod vzryvom/ B.N. Kutuzov [i dr.]// Nedra. Moskva. 1981. 255 s.

10.Golik V., Komashchenko V., Morkun V. Feasibility of using the mill tailings for preparation of self-hardening mixtures. Metallurgical and Mining In-dustry. 2015. No3. R.p. 38-41. Scopus

12. Povyshenie bezopasnosti truda pri razrabotke nagornyh mestorozhdenij optimi-zaciej tehnologicheskih processov / V.I. Golik [i dr.]// Bezopasnost' Truda v promyshlennosti. № 7. 2015. S.51-54.

13. Belin V.A., Komashhenko V.I., Voronec A.A. Osnovnye harakteristiki sovre-mennogo sostojanija vzryvnoj otbojki na kar'erah Rossii: Bezopasnost' Truda v promyshlennosti. № 8. 2015. S. 68-74.

14. Komashhenko V.I., Shkola I.N. Organizacija, planirovanie i upravlenie gornymi predprijatijami // Vysshaja shkola. Moskva. 1980. 380s.