Полимерная оболочка для зарядов предохранительных взрывчатых веществ повышает экологическую безопасность взрывных работ

Современные предохранительные взрывчатые вещества содержат в своем составе очень токсичные сенсибилизаторы детонации, что делает их экологически не безопасными. Одним из путей повышения их экологической безопасности является хорошая герметизация патронов. В статье рассмотрены применяемые для патронирования взрывчатых веществ оболочки и исследована возможность применения полимерной оболочки для зарядов предохранительных взрывчатых веществ, с целью повышения их экологической безопасности.

Ключевые слова: предохранительные взрывчатые вещества, сенсибилизатор, токсичность, оболочка бумажная, оболочка полимерная, полиэтилен, герметичность, прочность, экологическая безопасность.

В технологии добычи угля применяется буровзрывной способ его разрушения с помощью зарядов взрывчатых веществ (ВВ). Для применения в угольных шахтах тех или иных ВВ к ним предъявляется ряд дополнительных требований, которым они должны соответствовать. Одним из таких требований является отсутствие вредного воздействия на организм человека в процессе обращения с ВВ. Этому требованию должны соответствовать и предохранительные взрывчатые вещества (ПВВ), которые применяют при ведении взрывных работ в шахтах опасных по газу и взрывам угольной пыли. Данное требование подразумевает отсутствие в составе ПВВ веществ относящихся к I-II классу опасности согласно ГОСТ 12.1.005-88 и ГОСТ 12.1.007-76, или же при наличии таковых в составе, обеспечение патрону ПВВ должной герметизации, позволяющей блокировать негативное воздействие этих веществ на организм человека.

Анализ последних исследований в этой области показал, что в состав современных ПВВ входят такие опасные вещества, как нитроэфиры (углениты 13П и 10П) и тротил (аммониты). Нитроэфиры (нитроглицерин, этиленгликольдинитрат и диэтиленгликольдинитрат) группа вредных веществ, относящихся к первому классу опасности (вещества чрезвычайно опасные). Их предельно-допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны составляет 0,02 мг/м3 [1]. Нитроэфиры являются жидкостями, поэтому основное поражающее действие проявляется при вдыхании их паров. Кроме того, нитроэфиры при непосредственном контакте легко проникают через кожные покровы человека, вызывая головные боли, усталость, тошноту, возможны случаи остановки сердца. Нитроглицерин вызывает также нарушение работы печени. Известно, что повышение температуры окружающей среды усиливает токсическое действие нитроэфиров. При повышении температуры летучесть паров нитроэфиров резко возрастает, так упругость паров нитроглицерина при 200С составляет 0,0015 мм.рт.ст., а при 600С - 0,06 мм.рт.ст., то есть в 40 раз больше. Это необходимо учитывать при ведении взрывных работ на глубоких горизонтах шахт, где температура окружающих горных пород более 500С, а вентиляция горных выработок значительно затруднена.

Что, касается тротила, то он относиться ко второму классу опасности – вещества высокоопасные. Максимальноразовая ПДК пыли тротила в воздухе рабочей зоны составляет 0,5 мг/м3, среднесменная – 0,1 мг/м3[1]. Тротил может попасть в организм человека в виде пыли и паров через органы дыхания, кожу и пищеварительный тракт, вызывая острые и хронические отравления. Он воздействует на печень, кровь, нервную систему. При длительном воздействии возникает профессиональная катаракта. К местному воздействию тротила на организм человека относится раздражение слизистых оболочек и верхних дыхательных путей. Тротил может вызвать экземы, эритемиты и дерматиты. Исследован также метаболизм нитроэфиров и тротила, который сопровождается образованием метаболитов указанных веществ, но еще более высокого уровня токсичности [2].

Поскольку на сегодняшний день в Украине еще не разработаны ПВВ, не содержащие в своем составе сильнодействующих на организм человека сенсибилизаторов, то снизить уровень токсичного воздействия компонентов современных ПВВ на горнорабочих можно, если рабочих патронировать их в оболочки, обеспечивающие хорошую герметизацию и прочность патронов.

Целью работы является исследование герметичных полимерных оболочек зарядов ПВВ, снижающих вероятность контакта рабочих с ВВ, для патронирования в них токсичных нитроэфирсодержащих и тротилсодержащих составов ПВВ.

При патронировании ПВВ для изготовления оболочек применяют такой материал, как бумага. Бумажные оболочки имеют низкую надежность, т.к. достаточно велика вероятность ее разрыва. К тому же бумажная оболочка не обеспечивает должной герметичности патрона ПВВ, через нее проникают пары жидких нитроэфиров, входящих в состав нитроэфирсодержащих ВВ.

Перед ведением взрывных работ осуществляется ряд подготовительных работ: переноска патронов ПВВ, заряжание их в шпуры и т.д. Из-за плохой герметичности и низкой надежности оболочки имеет место прямой контакт рабочих с ПВВ, а значит и токсичное воздействие этих ПВВ на их организм. По этой же причине, в результате просыпа, ПВВ попадают в рабочую зону, откуда полностью их удалить не возможно и они становятся загрязнителями шахтных вод. Частично оставаясь в области рабочей зоны, ПВВ проявляют свое негативное воздействие на людей, как в периоды подготовки к ведению взрывных работ, так и после их завершения. Содержание особо опасных веществ в составе ПВВ, а также существование возможностей проявления токсического действия этих веществ на человека и загрязнения окружающей среды, позволяет относить их к разряду экологически не безопасных. Очевидно, что замена бумажной оболочки на более прочную и герметичную, позволит уменьшить вероятность контакта рабочих с вредными веществами и попадание последних в область рабочей зоны, что послужит шагом к повышению экологической безопасности ведения взрывных работ. Такую замену можно найти среди материалов на основе полимерных соединений. В качестве материала для изготовления полимерных оболочек для патронов ПВВ можно применить полиэтилен, имеющий более высокую прочность и обеспечивающий оболочке герметичность по сравнению с бумагой. Такое направление за всю историю разработки и применения ПВВ несколько раз практически использовалось, как у нас, так и за рубежом. Правда, применение полиэтиленовой оболочки было направленно на повышения предохранительных свойств и водоустойчивости патронов ПВВ, а не на снижение уровня токсического воздействия вредных веществ на рабочий персонал. В бывшем Советском Союзе были разработаны предохранительные V - VI класс патроны ПВП-1 и СП-1, а также П12ЦБ-2М. Для изготовления патронов ПВП-1 применяли полиэтиленовые ампулы, для изготовления которых использовали полиэтилен высокого давления, обладающий большим относительным удлинением при растяжении и не теряющий эластичных свойств при низкой температуре. Патрон П12ЦБ представлял собой одностенную прочную полиэтиленовую оболочку (рисунок), запатронированную угленитом 12ЦБ, массой 300г. Патроны снабжены соединительным узлом, чтобы образовывать монозаряд и избежать образования зазора между патронами в шпуре при групповом взрывании. За рубежом в Чехии патроны их ПВВ II класса Остравита Ц размещались также в полиэтиленовом монозаряде, а в России в сборных жестких оболочках по ТУ 7288-006-41103410-04. Таким образом, сложилось вполне технически достигнутое направление патронирования токсичных для человека ПВВ в герметичные полиэтиленовые оболочки. Следует отметить, что патронирование в полиэтиленовые оболочки не должно привести к ухудшению детонационных параметров ВВ и предохранительных свойств ПВВ.

Проверка и обоснование параметров патронов ПВВ в герметичных полиэтиленовых оболочках были проведены в МакНИИ. Испытания патронов в герметичных полиэтиленовых оболочках проводили на соответствие их техническим требованиям к патронированным ВВ V и VI классов с повышенной устойчивостью против выгорания [2]. Высокопредохранительные нитроэфирсодержащие ВВ угленит 13П (V класс) и угленит 10П (VI класс) были запатронированы в полиэтиленовые оболочки диаметром 37 - 38 мм, которые герметизировались туго посаженной крышечкой из полиэтилена (см. рисунок ). Патронирование угленитов в полиэтиленовые оболочки производили на химическом объединении имени Г.И. Петровского, единственного производителя угленитов 13П и 10П. Образцы от валовых партий угленитов 13П и 10П, а также экспериментальные патроны были представлены на испытания в МакНИИ. Методы и методики испытаний ПВВ V и VI классов изложены в технических требованиях [3]. Испытания углени- тов в полиэтиленовых оболочках проводили параллельно с патронами в бумажных оболочках, взятых от валовых партий. Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица

Результаты испытаний угленитов 13П и 10П в герметичных полиэтиленовых оболочках показали следующее. При патронировании угленитов 13П и 10П в герметичных полиэтиленовых оболочках каких-либо технологических трудностей не возникало. Выделение нитроэфиров в чистом виде или в виде паров при хранении и транспортировании не наблюдалось. Взрыво-технические показатели угленитов 13П и 10П в герметичных полиэтиленовых оболочках значительно выросли. Скорость детонации 13П выросла на 15,5%, 10П на 3,7% по сравнению с угленитами в бумажной оболочке. Работоспособность увеличилась для угленитов 13П и 10П в полиэтиленовой оболочке в среднем на 10 - 15%. Особо необходимо отметить увеличение водоустойчивости патронов угленитов в полиэтиленовой оболочке. Их герметизация позволила добиться высокой детонационной способности в воде при ее избыточном давлении до 5 - 10 атм. Исследование водоустойчивости патронов угленитов 13П и 10П в полиэтиленовой оболочке проводили с целью изучения их герметичности и исключения возможности выделения паров и капель нитроэфира из патронов.

Таким образом, герметизация патронов угленитов повысила их водоустойчивость и позволила использовать эти патроны при гидровзрывании – самом эффективном и безопасном способе взрывания ВВ в угольных шахтах. Вместе с тем, если рассматривать обычные условия взрывания герметичных полиэтиленовых патронов угленитов, то нужно отметить снижение их уровня предохранительных свойств в метано-воздушной смеси (МВС). Оказалось, что патроны угленита 13П имеют уровень предохранительных свойств по газу примерно в два раза ниже, чем патроны в бумажной оболочке. Угленит 10П показал при взрывании в этих условиях снижения уровня предохранительных свойств в 1,13 раза. Решение возникшей проблемы снижения уровня предохранительных свойств по газу у таких патронов угленитов было найдено. При гидровзрывании зарядов этих ВВ под избыточным давлением воды до 20 атм вода частично проникает внутрь герметичной полиэтиленовой оболочки через неплотности посадки крышечки в торце патрона и смачивает состав ВВ.

Углениты 13П и 10П в составе содержат натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ), которая желатинизируется водой и придает ВВ гелеобразное состояние типа, густой массы, обладающей труднотекучей консистенцией. Исследования показали, что полученные гелеобразные системы из угленитов и воды устойчиво детонируют в монозарядах, состыкованных из отдельных патронов в полиэтиленовых оболочках, если содержание воды в составах не превышает 12%. Патроны угленита 13П, содержащие от 8,5 до 11% воды были испытаны в уголковой мортире, расположенной в МВС. Испытания показали, что патрон угленита 13П в полиэтиленовой оболочке общей массы около 347 г (11% воды) не давал воспламенений МВС, тогда как «сухие» патроны угленита 13П давали в этих условиях испытаний – 100% воспламенений метана. Заряд угленита 13П из двух состыкованных патронов в полиэтиленовой оболочке общей массой из ВВ и воды 685 г (около 9% воды) показал воспламеняющую способность в 2 раза ниже, чем «сухие» заряды угленита 10П. Таким образом, оказалось, что водонаполненные заряды угленита 13П повысили его уровень предохранительных свойств до уровня ПВВ VI класса. В связи с этим представляли интерес опыты по определению работоспособности, замоченных в воде патронов из угленита, содержащего около 10% воды. Опыты проводили на 10-ти тонном баллистическом маятнике путем взрывания четко подобранных по массе патронов ВВ. При испытании было установлено, что бумажные патроны угленита 13П (300 г) дали отклонения маятника lотк ? 142,9 мм, сухие полиэтиленовые патроны lотк = 154 мм, а мокрые с увлажненным угленитом lотк =146 мм. Оказалось, что несмотря на снижение работоспособности угленитов в мокрых полиэтиленовых патронах по сравнению с сухими, все же их работоспособность выше, чем в бумажных оболочках на 2,2% и это при резком, более чем в 5 раз, возрастании предохранительных свойств. Таким образом, удалось путем герметизации угленитов 13П и 10П в полиэтиленовых оболочках снизить опасность отравления рабочих нитроэфирами, одновременно решив задачи повышения безопасности применения этих ПВВ во взрывоопасной среде и работоспособности.

Снижение негативного воздействия на организм человека в процессе обращения с ПВВ типа угленитов, а значит и повышение их экологической безопасности, может быть достигнута при их герметизации во время патронирования в полиэтиленовые оболочки. Переход на полиэтиленовые оболочки при патронировании ПВВ путь к повышению их экологической чистоты и экологической безопасности взрывных работ.

1. Дубнов Л. В. Предохранительные взрывчатые вещества в горной промышленности / Дубнов Л. В. – М.: Углетехиздат, 1953. – 148 с.
   
2. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности: ГОСТ 12.1.007 – 76. – [Введен с 1977-01-01. ] – М.: Изд-во стандартов, 1977. – 2 с. – (Государственный стандарт СССР).
   
3. Промышленные взрывчатые вещества на основе утилизированных боеприпасов / [Щюкин Ю. Г. Кутузов Б. Н., Мацеевич Б. В., Татищев Ю. А.]. – М.:Недра, 1999. –320 с.
   
4. Технические требования к патронированным ВВ V и VI классов с повышенной устойчивостью против выгорания и методики их испытаний.: Макеевка-Донбасс, 1984. – 91 с.

Сучасні запобіжні вибухові речовини містять у своєму складі дуже токсичні сенсібілізатори детонації, що робить їх екологічно не- безпечними. Одним зі шляхів підвищення їх екологічної безпеки є хо- роша герметизація патронів. У статті розглянуто застосовувані для патронування вибухових речовин оболонки і досліджено можливість застосування полімерної оболонки для зарядів запобіжних вибухових речовин з метою підвищення їх екологічної безпеки.

Modern permissible explosives contain highly toxic detonation sensitizers making them environmentally hazardous. One of the ways of improving environmental safety is an adequate cartridge packing. The article deals with package sheathing. Prospective use of polymer sheathing materials for permissible explosive cartridge packing has been studied to improve their environmental safety.