Перспективи розвитку екологічно чистих вибухових речовин вугільних шахт України.
УДК 622.235.
Ю.В. МАНЖОС, Ю.В. ПОДОВАЛЕНКО
В роботі аналітично оцінено сучасні перспективи розвитку і вдосконалення екологічно чистих вибухових речовин. Показано, що найбільш перспективним напрямком дослідження і розробки таких ВВ для вугільних шахт України є створення і впровадження емульсійних вибухових речовин.
Відомо, що в процесі вибухового перетворення ВВ виділяють велику кількість газоподібних продуктів, що забруднюють навколишнє середовище і без того зазнає шкідливий вплив викидів різних виробничих підприємств. А адже ВВ в даний час використовуються досить широко: ведення буро-вибухових робіт, спорядження боєприпасів різними методами, утилізація боєприпасів, приготування сумішевих ВР. Оцінюючи екологічну безпеку промислових ВР враховують, в основному, тільки токсичні гази, які утворюються в процесі хімічної реакції вибухового перетворення (в основному NOx і сіх) [1].
У складі ВВ є компоненти, які самі по собі є небезпечними для здоров'я людей і шкідливо впливають на навколишнє середовище. Більшість сенсибілізаторів, що входять до складу промислових ВР в досить великій кількості (тротил, гексоген, нітроефіри і т.д.) є шкідливими речовинами і по токсичного впливу згідно ГОСТ 12.1.005-88 і ГОСТ 12.1.007-76 відносяться до I-II класу небезпеки. ГДК цих речовин в повітрі робочої зони повинна бути не вище наступних значень [1]:
нітроефіри - 0,02 мг / м3;
тротил - 0,1 мг / м3;
гексоген - 1,0 мг / м3.
Ці компоненти потрапляють в навколишнє середовище при заряджанні свердловин розсипних ВВ, при руйнуванні оболонок патронів в процесі підготовки до підривання; при пробудженні в процесі приготування сумішевих ВР; а так само при проведенні вибухових робіт за рахунок часткового розкиду ВВ з периферії зарядів при проходженні детонаційної хвилі [1].
Один із перспективних напрямів створення екологічно чистих ВВ - це розробка нових вибухових матеріалів до складу яких не входять в якості сенсибілізаторів брізантние ВВ. Такий напрям досить добре опрацьовано для вибухових речовин, які застосовуються при веденні вибухових робіт на земній поверхні.
Проведений аналіз показує, що в ряді випадків вибухові речовини, які не містять потужних високо бризантних сенсибілізаторів виділяють в результаті вибуху знижена кількість токсичних газів в продуктах вибуху в порівнянні зі звичайними традиційними ВВ. Як приклад можна привести розроблені Київським підприємством «Техновзрив» вибухові речовини під загальним найменуванням «Комполайти». Дослідження, проведені авторами роботи показали, що під час вибуху таких ВВ виділяється від 13 до 20 літрів токсичних газів на 1 кг ВВ. Для порівняння 1 кг амоніту №6ЖВ при вибуху виділяє 60 - 70 літрів токсичних газів.
Перспективним напрямком у розвитку екологічно чистих ВВ стало створення емульсійних ВВ (ЕВР) [2]. ЕВР стали революційним досягненням науки про промислових ВР за останні 30 років, що змінило концепцію організації і проведення вибухових робіт на гірничих підприємствах і стимулювало розвиток нових видів сировини, обладнання для виробництва вибухових матеріалів та зарядної техніки [3].
Перспективність застосування емульсійних ВР визначається також і тим, що на їх основі з'явилася можливість вирішити практичні завдання створення нових ВВ, які відповідали б сучасним вимогам гірничодобувної промисловості [4].
До складу емульсійних ВВ не належать вихідні матеріали, що класифікуються як ВВ, вони набувають вибухові властивості лише в кінцевій стадії приготування. ЕВР практично не чутливі до випадкового ініціювання від тертя, механічних впливів або вогню і є більш безпечними у виробництві, ніж інші промислові ВР, крім того, вони не містять в складі високотоксичних речовин [2].
ЕВР складаються з концентрованого (80 - 90%) водного розчину окислювача (наприклад, селітри) в пальному компоненті (наприклад, нафтопродукти), стабілізованого спеціально підібраними поверхнево-активними речовинами - емульгаторами. Така рецептура дає складам ряд властивостей, які неможливо було досягти іншими шляхами.
Принципово рецептури ЕВР, які застосовуються в різних країнах світу, є близькими. Вони являють собою концентровані дисперсії водних розчинів солей окислювачів в середовищі вуглеводнів, що містять добавку емульгатора. Основні відмінності полягають в типі використовуваного емульгатора і способі сенсибілізації емульсійної матриці: введенням мікросфер (фізичний спосіб) або шляхом газогенерации (хімічний спосіб) [4]. Як показали дослідження, в якості пального компонента при отриманні ЕВР можуть використовуватися традиційні компоненти: мазут, дизельне паливо, індустріальні масла, а також нефтесодержащие промислові відходи і продукти переробки однорічного рослинної сировини. В Україні розроблено ЕВР, що отримали назву - «україніту», виробництво яких не вимагає складного обладнання [2]. Україніту (україніт-Д, україніт-ВД, україніт-МД, україніт-ВД-М україніт-ПМ-1) зберігають стійкість при введенні в їх склад порожніх скляних мікросфер, що дозволяє варіювати чутливість ЕВР в широких межах [2].
Рецептура україніту передбачає використання тільки вітчизняних продуктів. Виготовлення ЕВР і заряджання свердловин здійснюється на основі наявної вітчизняної виробничої бази. Ці обставини, а також відсутність у складі ЕВР дорогого і екологічно небезпечного тротилу, забезпечують істотне скорочення витрат на вибуховий дроблення скельних порід і прискорюють перехід кар'єрів на широке використання екологічно чистих, водостійких і високоефективних ЕВР [5].
Україніт-ПМ-1 має наступні характеристики.Кисневий баланс,%
Від -0,05 до -4,3
Теплота вибуху, кДж / кг
4100-4400
Обсяг газів вибуху, л / кг
721-750
Швидкість детонації, м / с
4300-4400
Критичний діаметр в сталевій оболонці, мм
120-150
Чутливість до капсуля-детонатора
Чи не чутливий
Чутливість до удару по ГОСТ 4545: нижня межа на приладі №2, мм> 500 Водопроникність при контакті з водою 24 год, г / см2 0.02 Кількість шкідливих газів в перерахунку на СО, л / кг 21,4
Склади україніту підібрані так, що під час вибуху ступінь завершення хімічних реакцій досягає 97%. В хмарі вибуху присутні переважно пари води, вуглекислий газ і вільний азот [5].
В Україні Рубіжанському казенному хімічному заводі «Зоря» серійно виробляються такі ЕВР як Емульхім ШМ - патронував ЕВР, розроблене фахівцями РКХЗ «Зоря».
До складу емульсії емульхіма входять розчини аміачної і натрієвої селітри, карбамід, суміш мінерального масла і емульгатора власної розробки. Для фізичної стабільності матриця емульсії закріплена бутилкаучуком або поліізобутиленом. Емульсія сенсибілізіруєтся скляними мікросфери. За зовнішнім виглядом Емульхім ШМ є желеподібну масу від білого до жовто-коричневого кольору [6].
На жаль всі наведені вище емульсійні вибухові речовини призначені для ведення вибухових робіт в кар'єрах. Емульсійні вибухові речовини для підземних робіт і зокрема для вугільних шахт в Україні до теперішнього часу не створені.
За кордоном використовуються такі ЕВР як Нобель, нобелан, патроновані ЕВР типу Нобеля-216Z.
Таким чином, зниження кількості шкідливих викидів в атмосферу стало можливим завдяки створенню нових екологічно чистих ВВ що не містять сенсибілізаторів на основі бризантних ВВ, в тому числі і емульсійних ВВ.
Емульсійні ВР на нашу думку на сьогоднішній день є найбільш перспективними. Так як крім екологічної чистоти мають ряд експлуатаційних і технологічних переваг в порівнянні з традиційними ВВ. В даний час необхідно проводити роботу по створенню високо запобіжних емульсійних ВВ для вугільних шахт.
Розробка і впровадження цих ВВ дозволить істотно підвищити безпеку ведення вибухових робіт, так як ці ВВ практично не вибухають від механічних впливів, не вигоряють в шпурових зарядах і не виділяють при вибуху токсичних компонентів.
ЛІТЕРАТУРА
- Манжос Ю.В., Галіакберово Ф.Н. Про екологічну чистоту вибухових речовин. Матеріали міжнародної конференції «Екологічні аспекти ведення вибухових робіт» Яремча, 2006.
- В.П.Купрін, Р.С.Крисін, А.І.Глушко. Фізико-хімічні властивості «україніту» як основи для створення промислових ВР і пунктів їх приготування на місцях проведення вибухових робіт., Матеріали 1-ої Української наукової конференції «Промислові вибухові речовини та засоби їх ініціювання» 24 - 26 травня 1994 г.випуска 1. м Шостка, Сумська обл.1996г (с. 5-8).
- Властивості матричних емульсій і вибухових речовин на їх основі / Ілюхін В.С., Соснін В.А., Черемухина В.І., Макогон Л.В. // Гірський журнал. - 2003. - №12.
- Стан і перспективи застосування емульсійних ВР на комбінаті / Мальгін О.М., Кустов А.М., Шеметов П.А. // Гірський журнал. - 2003. - №8.
- Україніт - ПМ-1: техніка та технологія виготовлення / КРИСІН Р.С., Іщенко Н.І., Клименко В.А., Півень В.А., Купрін В.П. // Гірський журнал. -2004. - №8.
- Некотрие характеристики перспективних видів ВВ і СВ / Макаров О.І. // Гірський журнал. - 2004. - №8.