Разработка экологически чистого предохранительного ВВ

Аннотация

Тимофеева А. М., Манжос Ю. В. Разработка экологически чистого предохранительного ВВ. В статье приведены результаты исследований по выбросам вредных веществ при применении предохранительных промышленных ВВ. Разработан состав экологически чистого эмульсионного предохранительного ВВ, для котрого были произведены расчёты предохранительных свойств и основных взрывчатых характеристик.

Преобладающее большинство современных предохранительных промышленных взрывчатых веществ разработано на основе таких сенсибилизаторов, как тротил и нитроэфиры. Эти компоненты представляют опасность для здоровья людей и негативно воздействуют на окружающую среду и по токсическому воздействию согласно ГОСТ 12.1.005–88 и ГОСТ 12.1.007–76 относятся к I классу опасности. Их ПДК в воздухе рабочей зоны не должна превышать: НЭ – 0,02 мг/м³; тротил – 0,1 мг/м³.

Попадание этих компонентов в окружающую среду возможно путем повреждения патрона ВВ при подготовки к взрыванию, а также при разбрасывании части не прореагировавшего ВВ с периферии заряда.

В статье [1] приведены исследования по влиянию состава сенсибилизатора на экологическую безопасность ВВ. В таблице 1 приведены итоговые результаты исследований.

Таблица 1 – Усредненные показатели выброса вредных веществ при применении предохранительных классов ВВ в Украине за год

BB	Расход за год тыс. тонн	Выбросы непрореагировавших веществ, кг
		Тротил	НЭ	Гексоген
ВВ IV класса	4	3704	-	-
ВВ V класса	0,5	-	383,5	-
ВВ VI класса	0,3	-	177,0	-

Как видно из таблицы, количество выбросов вредных компонентов ВВ достаточно велико, поэтому при оценке экологической безопасности применяемых в промышленности предохранительных ВВ необходимо учитывать не только количествао токсичных газов, которые выделяются в процессе их взрывчатого превращения, но и количество вредных компонентов ВВ, которые попадают в окружающую среду при ведении взрывных работ.

Для того, чтобы исключить или снизить количество выбросов вредных веществ, в настоящее время при разработке полезных ископаемых широко применяются эмульсионные ВВ отечественного производства, обладающие повышенной экологической чистотой: Украинит различных модификаций, Грэмикс, Анэмикс, Паургель, Эмульхим и т.д. Но все перечисленные ВВ относятся к I и II классу по условиям применения, то есть не пригодны для применения в шахтах опасных по газу и разрабатывающих пласты опасные по взрывам пыли.

Ключевым вопросом данной работы стал вопрос о возможности создания предохранительного ВВ на основе обратной эмульсии (вода в масле).

В ходе теоретических исследований, был разработан состав эмульсионного предохранительного ВВ, для которого были произведены расчёты теплоты взрыва, кислородного баланса и предохранительных свойств ВВ.

Разработанная рецептура приведена в таблице 2. Для обеспечения детонационных свойств в состав добавляется 2 % полых микросфер сверх 100 %. Состав горючей фазы 4 % индустриального масла и 2 % эмульгатора «Лубризол».

Таблица 2 - Состав разработанного предохранительного эмульсионного ВВ

	Компоненты
	Горючая фаза	KCl	NaCl	CaCl2	Вода	NH4NO3	Ca(NO3)2
Содержание, %	6	3,2	3,3	6,5	9,4	51,5	20,1

Уравнение взрывчатого превращения данного ВВ будет иметь следующий вид:

Расчет теплоты взрыва будем вести по формуле:

где Q – теплота взрыва,ккал/кг;

Q_пр. – теплота взрыва,ккал/кг;

Q_исх. – теплота взрыва,ккал/кг.

Значение теплот образования компонентов ВВ и продуктов взрыва взяты из источника [2]. Полученное значение Q = 714 ккал/кг или 2991 кДж/кг.

Кислородный баланс состава вычислим по формуле:

где K.б.  – кислородный баланс ВВ, %;

где Х_i – массовая доля і-го компонента, кг/кг;

где к.б._i – кислородный баланс і-го компонента, %.

Кислородный баланс ВВ равняется –0,66. Известно, что при небольшом отрицательном кислородном балансе (от –0,1 до –1,5) в процессе взрывчатого превращения ВВ выделяется наименьшее количество токсичных газов (окиси углерода и оксидов азота). Полученное расчётное значение кислородного баланса находится в приведенном интервале, что обеспечивает минимальное выделение токсичных газов при взрыве ВВ, то есть обеспечивает его экологическую безопасность.

Расчет предохранительных свойств будем вести по методике, предложенной Б. И. Вайнштейном [3]. В качестве количественной характеристики уровня предохранительности рассчитаем массу заряда ВВ, при которой в заданных условиях наблюдается 50 % воспламенений, по представленным эмпирическим зависимостям:

- для зарядов в канале мортиры:

где m₅₀ – кислородный баланс ВВ, %;

Q – теплота взрыва ВВ, кДж/кг – 2991.

где D – скрость детонации, км/с;

ρ – плотность ВВ, при которой измерена скорость детонации, г/см³ – 1,2.

Для проведения расчётов принимаем значение скорости детонации равное 4 км/с (определённое для схожего по составу эмульсионного ВВ).

Полученное значения m₅₀ – 566 г.

Согласно ГОСТ 7140, при испытаниях предохранительных ВВ IV класса в опытном штреке производят 20 взрывов в канале мортиры без забойки, массой заряда 300 г. При этом допускается получение до 50 % воспламенений (9 воспламенений из 20 опытов). Следовательно m₅₀ должна быть более 300 г.

Полученное нами расчётное значение m₅₀ в 2 раза превышает требование ГОСТ 7140, что даёт возможность с уверенностью сказать, что представленное ВВ обладает необходимыми предохранительными свойствами.

Выводы: из выше изложенного следует, что применение ВВ, содержащих тротил и НЭ, наносит значительный ущерб окружающей среде. Для повышения экологической безопасности промышленных предохранительных ВВ, необходимо прейти на экологически чистые составы ВВ на основе эмульсий.

Перечень ссылок

1. Манжос Ю. В. Об экологической чистоте взрывчатых веществ / Ю. В. Манжос, Ф. Н. Галиакберова // Вісник КДПУ. – 2006. – Випуск 2 (37). Частина 2. – С. 98–100.
2. Дубнов Л. В. Промышленные взрывчатые вещества / Л. В. Дубнов, Н. С. Бахаревич, А. И. Романов. – М.: Недра, 1988. – 358 с.
3. Технические требования к патронированным ВВ IV и V. Методика предварительной (аналитической) оценки основных свойств предохранительных ВВ. – Изд.МакНИИ, Макеевка – Донбасс, 1983. – 88 с.