|
Анализ новых разработок и испытаний предохранительных взрывчатых веществ для угольных шахт, опасных по газу и (или) угольной пылиУДК 622.235.222 Е.А. Петров, П.И. Кушнеров, В.И. Буханов. Журнал "Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности", Изд-во ООО "ВостЭко", 2008, -123-133.      Обоснована необходимость разработки и применения высокопредохранительных взрывчатых веществ (ВВ) при взрывных работах в угольных шахтах. Сделан анализ недостатков серийно изготавливаемых ВВ, а также анализ характеристик предохранительных ВВ типа ПВП-1, 12ЦБ, 12ЦБ - 2М, 13-П, угленита М и порэмита ПП-1\/-36, в том числе новых опытных. Обобщены результаты испытаний высокопредохранительных ВВ в условиях шахт Кузбасса      В настоящее время в Российской Федерации насчитывается 88 шахт, отнесенных к опасным по метану и угольной пыли. За последние 10 лет 25– 40% взрывов метановоздушной смеси на этих шахтах произошли при взрывных работах. В связи с этим для обеспечения их безопасности особый интерес представляют:
     При этом роль всех этих факторов может ослабляться или усиливаться в зависимости от условий и мест ведения взрывных работ, интенсивности выделения метана и технологии горных работ в целом [1].      Безопасность взрывных работ зависит также от методов ведения взрывных работ (ВР) и качества изготовления ВМ и взрывных приборов. В статье подробно рассмотрен уровень предо-хранительности ВМ, качество их изготовления и минимальный уровень работоспособности предохранительных ВМ, необходимый для обеспечения достаточной эффективности взрывных работ.      К сожалению, ассортимент предохранительных ВВ в настоящее время ограничен, что вызывает определенные трудности при подборе оптимальной области их применения. Не всегда, например, удается обеспечить главный принцип безопасности: в опасных условиях на практике целесообразно применять только ВВ с более высоким уровнем предохранительности.      На современном этапе развития предохранительных ВВ актуальным является необходимость перевода действующего производства на выпуск более мощных, безопасных и экономичных ВМ, так как низкая эффективность взрывных работ увеличивает их стоимость и ограничивает применение новых ВМ, например угленитов, разработанных более 15 лет назад [1].      Анализ аварий, происшедших при взрывных работах, показывает, что основными источниками воспламенения рудничной атмосферы при использовании предохранительных ВВ являются: открытый детонирующий или выгорающий заряд ВВ, а также искрение во взрывной цепи.      Открытый заряд имеется, например, в случаях взрывания с недостаточным количеством или неудовлетворительным качеством внутренней забойки из-за низкой технической дисциплины непосредственных исполнителей ВР. Однако есть и объективные причины, например на крутом падении при щитовой системе добычи угля довольно трудно обеспечить взрывные работы необходимым количеством внутренней забойки. Глины необходимо около 100 кг на одно взрывание. Полиэтиленовые ампулы с водой в необходимом количестве довольно тяжелые и при их ручной доставке в забой часто рвутся (лопаются).      При боковом сближении смежных шпуровых зарядов на их стенках в момент прохождения ударной волны, образованной при взрыве предыдущего (активного) заряда ВВ, может происходить откол частиц породы, сжатие радиального воздушного зазора вплоть до его ликвидации и радиальное сдавливание материала внутренней забойки [2]. При этом сдавливание патронов ВВ может происходить до опасной плотности (более 1,2 г/см3), когда детонация пассивных зарядов ВВ уже переходит в режим «выгорания». Кроме того, при взрывании по породе или по крепким углям (f > 2) могут возникать осевые смещения внутренней забойки и вместе с ней перемещение патрона– боевика в сторону устья шпура вплоть до выброса его в призабойное пространство [1].      Указанные явления можно ослабить или ликвидировать полностью при увеличении расстояний между смежными зарядами. Однако на практике это не всегда удается, поскольку найти оптимальный средний вариант для всех применяемых типов предохранительных ВВ при разной крепости и структуре взрываемых пород практически невозможно или, по крайней мере, довольно трудно. Надежно обеспечить безопасность ВР в указанных условиях можно только за счет разработки и применения невыгорающих высокопредохранительных ВВ, имеющих повышенную устойчивость к выгоранию. Указанные обстоятельства требуют разработки новых типов ВВ, обеспечивающих:
     Известно, что при использовании маломощных ПВВ не всегда удается обеспечить достаточную эффективность взрывных работ. Исследования ВостНИИ и опыт ведения взрывных работ на шахтах Кузбасса показывают, что эффект короткозамедленного взрывания можно повысить за счет подбора оптимальных интервалов замедлений между сериями при КЗВ [1]. Для этой цели разработаны предохранительные электродетонаторы типа ЭД-У-П, ЭД-У-Н (ГНПП «Краснознаменец») и ЭД 30УП, ЭД 30УМ (завод «Искра») с интервалами замедлений 30- 50 мс при общем времени замедления до 350 мс. Однако на шахтах их внедрение не получило поддержки непосредственных исполнителей из-за ограниченного объема применения высокопредохранительных ВВ.      Удельный вес аварийных ситуаций при взрывных работах в угольных шахтах по-прежнему довольно высокий (28,7%), от электрических приборов и устройств – 23,3, от эндогенных пожаров – 12,3, фрикционного искрения – 19,3% и от прочих – 16,4%.      Анализировать безопасность взрывных работ более точно с разделением по фактическим причинам практически невозможно, особенно при крупных авариях, поскольку состояние выработок в этих случаях не позволяет экспертам произвести тщательное обследование мест происшествий и найти первоисточники, т.е. истинные причины аварий. Кроме того, при крупных авариях с большим количеством пострадавших на первое место ставится вопрос: «кто виноват», а не поиск причины взрыва метана. Это обстоятельство впервые было установлено в 1986 г. ВостНИИ после анализа причин аварий за 30 лет (1955-1985 гг.). Тогда был сделан вывод, что для изучения технических причин взрывов метана тяжесть аварии роли не играет. Необходимо прежде всего найти, что послужило источником открытого пламени. Такой подход к расследованию аварий позволяет иметь более точные и объективные данные, что обеспечивает достоверные выводы и более эффективные рекомендации по устранению недостатков на других шахтах в аналогичных условиях.      Среди технологических причин аварий при взрывных работах, занимающих ведущее место, является низкое качество и недостаточное количество внутренней забойки. Роль внутренней забойки значительно возрастает при использовании маломощных высокопредохранительных ВВ.      При отсутствии внутренней забойки или недостаточном ее количестве, а также при наличии сети открытых трещин в угольном целике продукты взрыва ВВ вступают в непосредственный контакт с метановоздушной средой. Исследованиями ВостНИИ установлено, что при взрыве аммонита ПЖВ-20 часть ВВ (до 20%) не успевает взорваться и выбрасывается в призабойное пространство горной выработки, догорая в полете. Этот процесс аналогичен взрыванию накладных зарядов.      В Кузбассе наиболее часто накладные заряды применяют при разбучивании углеспускных выработок при щитовых системах разработки на крутопадающих пластах Прокопьевско– Киселевского района. При этом аварии происходили при длительной остановке работ в условиях, когда нарушено проветривание рабочего пространства под щитами и при применении опасных ВВ по причине отсутствия на горном участке в данный момент необходимых высокопредохранительных ВВ. В связи с этим ВостНИИ было предложено разрешить хранить ВМ в специальных сейфах в выработках под щитом и производить взрывания в углеспускных печах немедленно после их забучивания, т.е. в условиях, когда в них пока еще нет взрывчатой концентрации метана или пока нет опасного объема метана [3].      При взрывании накладных зарядов существует также опасность воспламенения метана на больших расстояниях в зонах разлета горящих частиц ВВ (более 15 – 20 м). Например на шахте «Горская» (Украина) по этой причине при наличии слоевых скоплений метана погибло 66 человек.      Известны случаи пожаров при поджигании горящими частицами ВВ разных материалов (бумага, пакля, промасленная ветошь и др.).      Для устранения открытых зарядов через устья шпуров ВостНИИ разработана порошковая забойка с использованием эффективных пламегасителей. Рекомендуется масса забойки 200-300 г на шпур длиной 2,5 м. При этом часть забойки (100-150 г) целесообразно помещать у дна шпура (донно-устьевая забойка) [4]. Порошковая забойка значительно снижает необходимую массу забоечного материала на шпур и улучшает его пламегасящие свойства, что существенно снижает трудозатраты. Однако на практике по разным причинам порошковой забойки в шпурах может не оказаться или будет меньше нормы.      Особый интерес в этих условиях представляют нитроэфиросодержащие ВВ с повышенной предохранительностью. Например, угленит Э-6 массой 200 г не воспламеняет метановоздушную среду при испытаниях в опытном штреке в свободно подвешенном состоянии, в то время как аммонит ПЖВ-20 дает 100 %-ное воспламенение при массе заряда 30 г и более. На этом основании угленит Э-6 отнесен к ВВ V класса предохранительности. Однако на практике есть условия, когда он тоже не может обеспечить необходимую безопасность взрывных работ, например при боковом обнажении зарядов.      Опасность бокового обнажения зарядов объясняется тем, что стенка шпура отражает и концентрирует действие продуктов взрыва в одном направлении в сторону отбоя (отрыва). Устранить эту опасность бокового обнажения зарядов пока возможно только за счет строгого контроля допустимой величины расстояний между смежными шпурами при короткозамедленном взрывании и за счет контроля ЛНС между шпурами при многоприемном способе взрывания.      Обеспечить безопасные расстояния между смежными шпуровыми зарядами довольно трудно, а иногда почти невозможно, поскольку они зависят от многих факторов (крепость угля и структура пласта, наличие кливажа и горного давления, мощность применяемого ВВ и др.). В связи этим были разработаны более безопасные предохранительные ВВ, например СП-1, П12ЦБ и П12ЦБ-2М, которые в опытном штреке при наличии отражательной стенки (имитация бокового обнажения) на расстоянии до 60 см от испытуемого заряда не воспламеняли метановоздушную среду. Уровень предохранительности этих ВВ условно принят как VI класс, т.е. более высокий, чем у взрывчатых веществ Э-6 и 13П, отнесенных ранее к V классу предохранительности [5, 6].      Единственная в России рецептура ВВ VI класса предохранительности – угленит 12ЦБ в виде патронов в бумажной оболочке освоена промышленностью в 1985 г. Затем были разработаны заряды в полиэтиленовых оболочках П12ЦБ – 2/2 и П12ЦБ – 2М и освоено их производство на заводе им. Г.И. Петровского (Украина). В России П12ЦБ – 2М не выпускаются.      Взрывчатые вещества VI класса нельзя также использовать в шахтах для перебивания деревянной крепи при взрывной посадке кровли в лавах, а также для разбучивания углеспускных печей. Для этих целей необходимы более безопасные ПВВ, например ионит, ЗПН-1, ЗПН-1М и др. [7]. Этим ВВ присвоен VII класс предохранительности.      Объем выпуска ВВ V и тем более VI - VII классов предохранительности до сих пор остается небольшим из-за их низкой работоспособности и высокой стоимости. Например фугасность у этих ВВ в 1,8-2,0 раза ниже, чем у ВВ IV класса.      Безопасность применения многих ВВ, особенно аммонитов, ограничивается из-за их высокой способности «выгорать» при неравномерной плотности ВВ в объеме одного патрона, что может происходить по разным причинам и зависеть как от качества изготовления и условий хранения, так и от бокового воздействия зарядов в смежных шпурах.      По данным исследований [9], [10], [11], состав угленита 12ЦБ имеет более низкую горючесть по сравнению с Э-6 (рисунок 1), а также менее чувствителен к механическим и электростатическим воздействиям (таблица 1).
     Заряды П12ЦБ при увеличении плотности до 1,35 г/см3 изменяют скорость детонации незначительно, а передача детонации сохраняется даже при плотности 1,50 г/см3 (таблица 2), что свидетельствует о высокой устойчивости к выгоранию [11], [12].
     Вероятность выгорания предохранительных ВВ, по данным Е. А. Петрова и других авторов [9], [13], снижается в следующем порядке: аммониты ПЖВ-20, ионит, углениты Э-6, М и 12ЦБ. Кроме того, угленит 12ЦБ из отечественных ВВ обладает наиболее высоким уровнем предохранительных свойств и может быть использован в условиях, где разрешено применение ВВ VI и VII классов в бумажной оболочке.      Основная задача при создании современных предохранительных ВВ состоит в том, чтобы при заданном уровне предохранительных свойств ВВ обеспечить наиболее высокие их энергетические характеристики, тем самым повысить эффективность работ при добыче пород и угля.      Наиболее технологичным и перспективным среди новых разработок является угленит М [8], [14]. В этом ВВ повышение селективно-детонирующих свойств достигается снижением содержания нитроэфиров и введением компонентов в гранулированном виде (карбамид, аммиачная селитра), а также исключением из рецептуры пламегасителя (хлорида натрия). Такая система превосходит по своим физико-химическим, взрывчатым и безопасным характеристикам штатные ВВ (Э-6, 13П). Например, значительно повышены предохранительные свойства ВВ (предельный заряд 350 г) при достаточно высокой эффективности. При разной плотности состава угленит М имеет передачу детонации более высокую и более стабильную, чем угленит Э-6 (рисунок 2). ![]() Рисунок 2 - Передача детонации угленитов при разной плотности их состава      Основные характеристики угленитов приведены в таблице 3. Таблица 3 - Характеристики угленитов
     Результаты промышленных испытаний угленита М в промышленных условиях («Шахта № 12» в Кузбассе) приведены в таблице 4 [14]. Таблица 4 - Технико-экономические показатели угленитов
     Из таблицы 4 следует также, что при использовании угленита М КИШ увеличивается на 11,7 % по сравнению с применением угленита Э-6, а удельный расход ВВ на отбойку 1т угля и удельный расход бурения уменьшаются в среднем соответственно на 18 и 17, 9 %.      Итак, угленит М имеет повышенные предохранительные свойства и более низкую себестоимость по сравнению со штатным угленитом Э-6. Гарантийный срок хранения 12 мес. Предлагаемый ФГУП «ФНПЦ «Алтай» состав угленита М допущен решением Госгортехнадзором России от 16.03.2004 к постоянному применению.      Увеличение работоспособности угленита М обеспечивает улучшение эффективности взрывных работ на 25%. Последнее дает основание сделать вывод о целесообразности его широкого применения на угольных шахтах.      Большой интерес представляют также предохранительные водоэмульсионные ВВ, разработанные ГосНИИ «Кристалл» (порэмиты серии П и ГП) [15]. Эти ПВВ малочувствительны к механическим и тепловым воздействиям (удар, трение, огонь, прострел пулей), что позволяет обеспечивать устойчивость детонации при интервалах плотности ВВ до 1,5 г/см3. Они имеют превосходную водоустойчивость, сохраняющуюся даже в проточной воде и при избыточном давлении. Однако испытанные в НЦ ВостНИИ в 2002 г. порэмиты серии П и ГП имели пониженную передачу детонации между патронами (не более 3 см). В связи с этим было рекомендовано эти составы использовать только в виде монозарядов.      Монозаряд МПП-IV конструкции «МВК по взрывному делу» при АГН [16] представляет собой сборную конструкцию из жестких полиэтиленовых оболочек диаметром 36 ±1 мм, заполненных водоустойчивым эмульсионным ВВ IV класса – порэмитом ПП – IV – 1 и заглушкой – материалом пластичным забоечным с пламегасителем (ингибитором). Основные характеристики монозарядов приведены в таблице 5.
ВЫВОДЫ     1     Разработку и совершенствование высокопредохранительных ВВ в России целесообразно проводить по двум направлениям:      - поиск более совершенных конструкций отечественных угленитов в части увеличения их работоспособности и снижения опасности выгорания ВВ в шпурах при групповом взрывании;      - поиск предохранительных водоэмульсионных ВВ с повышенной детонационной способностью, в т.ч. в виде монозарядов с эффективными пламегасителями.      2      Для решения проблем более эффективного использования высокопредохранительных ВВ, в том числе водоэмульсионных, необходима общая целенаправленная программа и глубокий анализ опыта других стран, в том числе СНГ, например Украины (МакНИИ). СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1     Кушнеров, П.И. Безопасность взрывных работ при электровзрывании на угольных и сланцевых шахтах //Кузбассвузиздат. - Кемерово, 2005. - 611 с. 2     Кушнеров, П.И. Безопасные расстояния между смежными зарядами ВВ при групповом взрывании / П.И. Кушнеров, В.И. Буханов // Вестник НЦ ВостНИИ. - 2008. - № 1. – С.15-23. 3      Кушнеров, П.И Безопасность взрывных работ / П.И. Кушнеров, В.А. Пшеченко // Безопасность труда в промышленности. - 1990.- № 10. 4     Кушнеров, П.И. Анализ состояния взрывных работ на шахтах Кузбасса / П.И. Кушне-ров, В.И. Чикунов, А.И. Горбатюк, Ю.П. Токмаков // Обзор ЦНИЭУголь. - М., 1983. -75 с. 5     Дубнов, Л.В. Промышленные взрывчатые вещества / Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов. - М.: Недра, 1988. -С.293-298. 6     Кукиб, Б.Н. Состояния и перспективы повышения безопасности взрывных работ в угольных шахтах/ Б.Н. Кукиб, В.Б. Иоффе // Взрывное дело: вып. № 97/54. – М., 2007. –С.154-155. 7     Чикунов, В. И. Высокопредохранительные заряды ВВ для взрывного разбучивания угле-спусков и дробления негабаритов в шахтах, опасных по газу и пыли //Безопасность угольных предприятий: сб. науч. тр. НЦ ВостНИИ. - Кемерово, 2002. –С.110-115. 8      Петров, Е. А. Производство высокопредохранительных ВВ в России //Взрывное дело: вып. № 95/52. – М., 2005. –С.50-59. 9     Петров, Е.А. Взрывчатые и предохранительные свойства угленита 12ЦБ в сравнении со штатными ВВ / Е.А. Петров, Т.В. Соколова // Взрывное дело: вып. № 95/52. – М., 2005. –С.64-75. 10      Петров, Е. А. Промышленные ВВ в ФНПЦ «Алтай» //Безопасность угольных предприятий: сб. науч. тр. НЦ ВостНИИ. - Кемерово, 2002. –С.86-95. 11     Петров, Е.А. Исследование взрывчатых характеристик и предохранительных свойств уг-ленита 12ЦБ / Е.А. Петров, Т.В. Соколова, В.П. Удовиченко, В.П. Доманов //Вестник НЦ ВостНИИ. -2005. - № 2. – С.26-30. 12     Удовиченко, В.П. Исследование устойчивости против выгорания предохранительных ВВ / В.П.Удовиченко, Е.П.Петров, Т.В.Соколова //Вестник НЦ ВостНИИ. - 2005. - № 2. – С.36-40. 13     Петров, Е.П. Исследование предохранительных свойств ионита и угленита 12ЦБ / Е.П. Петров, Т.В.Соколова, В.П. Удовиченко // Взрывное дело: вып. № 94/51. – М., 2004. –С.84-88. 14      Петров, Е.А. Разработка и исследование Угленита-М / Е.А.Петров, С.В.Петерс // Взрывное дело: вып. № 94/51. – М., 2004. –С.68-83. 15      Соснин, В.А. Обзор работ ФГУП «ГосНИИ «Кристалл» в области предохранительных взрывчатых веществ / В.А. Соснин, В.С. Илюхин // Взрывное дело: вып. № 95/52. – М., 2005. – С.85-91. 16      Джигрин, А.В. Состояние и перспективы применения на угольных шахтах России предохранительных ВВ / А.В. Джигрин, Ю.В. Горлов, К.В. Горлов // Взрывное дело: вып. № 95/52. – М., 2005. –С.42-49. 17     Кушнеров, П.И. Особенности технологии взрывных работ на угольных шахтах - одна из главных причин аварий при ВР/ П.И. Кушнеров, В.И. Буханов, В.П. Доманов// Взрывное дело: вып. № 100/57. – М., 2008. –С.219-228. ДонНТУ|Портал магистров ДонНТУ|||назад в библиотеку |
  |