Промышленные взрывчатые вещества для взрывания на земной поверхности
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ МАТЕРИАЛОВ
По степени опасности при хранении и перевозке применяемые в промышленности взрывчатые материалы делятся на следующие группы.
I. ВВ с содержанием жидких нитроэфиров более 15 %, нефлегматизированный гексоген, тетрил.
П. ВВ на основе аммиачной селитры, тротил и его сплавы с другими нитросоединениями. ВВ с содержанием жидких нитроэфиров до 15 %,флегматизированный гексоген, ДШ.
III. Пороха дымные и бездымные.
IV. Все детонаторы и пиротехнические замедлители КЗДШ,
V. Перфораторные заряды и снаряды с установленными в них взрывателями для работы в глубоких скважинах.
ВМ различных групп следует перевозить и хранить отдельно. Допускается в отдельных случаях совместная перевозка ВВ и СИ. Это регламентировано Едиными правилами безопасности при взрывных работах.
По условиям безопасности применения все промышленные ВВ делятся на две группы и семь классов.
I группа. Непредохранительные ВВ.
I класс. Для взрывания только на земной поверхности (патроны и меажи с ВВ изготавливаются из неокрашенной бумаги).
II класс. Для подземных работ в шахтах и рудниках, не опасных по взрыву газа или пыли (патроны ВВ из красной бумаги, мешки для ВВ из неокрашенной бу-
маги с красной полосой). ВВ II класса могут применяться для взрывания на земной поверхности.
II группа. Предохранительные ВВ.
III класс. Мощные ВВ ограниченного применения для породных забоев угольных шахт, опасных по взрыву газа или пыли; в смешанных приходческих забоях выработок, проводимых по пластам, опасным только по взрыву газа, для вскрытия угольных пластов, опасных по внезапным выбросам угля или газа при наличии пробки из породы с коэффициентом крепости f > 7, для сотрясательного взрывания в полевых выработках, опасных по внезапным выбросам породы, для гидроторпедирования угольных пластов, для проходки стволов с выделением метана. Патроны ВВ изготавливаются из синей бумаги.
Специальные ВВ этого класса применяются для взрывания забоев серных шахт, шахт, опасных по взрыву водорода и углеводородов (патроны изготовляются с использованием зеленой бумаги).
IV к л а с с. ВВ средней мощности и предохранительности для взрывания при проходке и выемке угля в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли, а также для сотрясательного взрывания (патроны ВВ из желтой бумаги).
V класс. ВВ повышенной предохранительности для взрывания угля и породы в особо опасных условиях, в том числе в выработках с машинным врубом, в восстающих, в тупиковых угольных забоях, в бутовых штреках, в забоях с суфлярным выделением метана и интенсивным его выделением из пробуренных шпуров, для распыления воды взрывом при создании водяных завес.
VI класс. Предохранительные ВВ для взрывания в особо опасных условиях по метану, когда возможен открытый контакт боковой поверхности патрона с метановоздушной атмосферой (при наличии в шнуре трещины). В восстающих выработках длиной более 20 м с выделением метана при их проведении, без опережающих вентиляционных скважин.
VII класс. Предохранительные ВВ и изделия из ВВ VI— VII классов для распыления воды и порошкообразных ингибиторов для перебивания стоек при посадке кровли, ликвидации зависаний в углеспускных выработках, для дробления негабарита, в забоях, где возможно образование взрывоопасной концентрации метана и угольной пыли.
В специальную группу, как указано выше, выделяются инициирующие ВВ, применяемые для изготовления СИ. По названию основного компонента промышленные ВВ делятся: на основе аммиачной селитры (аммониты, динамоны, гранулиты, граммониты, акватолы, ифзаниты), на основе жидких нитроэфиров (детониты), нитросоединения (тротил, гексоген), дымные и бездымные пороха.
По характеру воздействия на окружающую среду ВВ делятся на: высокобризантные, имеющие скорость детонации vд ≥4,5 км/с; бризантные vд= 3,5÷4,5 км/с; низкобризантные vд =2÷3,5км/с; метательные со скоростью взрывного горения до 2 км/с,
ТРЕБОВАНИЯ К ПРОМЫШЛЕННЫМ ВЗРЫВЧАТЫМ ВЕЩЕСТВАМ
Объекты на земной поверхности, где применяются взрывные работы, могут быть разделены на две группы: горные и промышленные.
Горные объекты, на которых производится взрывание горных пород, по характеру и объему выполнения взрывных работ делятся на крупные с объемом потребления ВВ более 1000 т в год и небольшие с меньшим потреблением ВВ. Кроме того, имеются постоянные объекты (карьеры) и временные (дороги, гидротехнические, мелиоративные сооружения, нефтяные скважины и т. д.).
Промышленные объекты, на которых производятся валка зданий, труб и других сооружений, дробление фундаментов, ремонтные работы в доменных и мартеновских печах, упрочнение металлов взрывом, сварка, резка и штамповка металлов с помощью взрыва и т, д. Эти объекты, кроме взрывной обработки металлов, относятся к временным с потреблением небольшого количества ВВ и СИ.
Для разных объектов применяются соответствующие методы ведения взрывных работ и может быть рекомендован наиболее отвечающий требованиям объекта ассортимент промышленных ВВ и СИ, а также указаны направления их совершенствования с точки зрения выбора новых марок.
Требования к ВВ для взрывания на земной поверхности определяются условиями ведения взрывных работ на карьерах — главных потребителях этих ВВ.
В настоящее время на карьерах основной объем породы взрывается зарядами, размещенными в вертикальных и наклонных скважинах диаметром 100—300 мм. Поэтому ВВ, применяемые на карьерах, должны отвечать следующим требованиям.
1. ВВ могут иметь критический диаметр открытого заряда 80—100 мм, т. е. пониженную детонационную способность в зарядах малого диаметра. ВВ с такой характеристикой, например, грубодисперсные гранулированные и водосодержащие ВВ с широкой зоной химической реакции, обеспечивают более равномерное дробление породы при взрыве за счет уменьшения зоны переизмельчения вокруг заряда.
2. При отбойке на карьерах к ВВ не предъявляется жестких ограничений по количеству ядовитых газов, выделяемых при их взрыве, вследствие чего возможно использование составов, имеющих кислородный баланс, отличный от нулевого. Однако
при использовании ВВ с отрицательным кислородным балансом, особенно при имеющейся тенденции увеличения масштабов взрывов и интенсивном углублении карьеров, удаление вредных газов из зоны карьера осложняется. При взрыве ВВ с отрицательным кислородным балансом в атмосферу выбрасывается много ядовитых газов, что может отрицательно сказаться на экологическом равновесии района расположения карьера. Кроме того, ядовитые газы в течение почти 100 ч могут находиться в развале взорванной породы, проникнуть по трещинам в подземные выработки и вызвать отравление работающих там людей. Поэтому применение ВВ с отрицательным кислородным балансом должно быть четко регламентировано.
3. В связи с необходимостью заряжания одновременно большого числа скважин на карьерах применяют ВВ с хорошей сыпучестью, минимальной слеживаемостью при хранении, минимально пылящие при пересыпке и малочувствительные к механическим воздействиям, допущенные к заряжанию с применением зарядных машин. При этом ВВ должны сохранять постоянными свойства при нахождении в скважинах в течение времени подготовки блока к взрыву (7—10 сут и более).
4. При больших значениях ЛНС и диаметрах заряда основное влияние на интенсивность дробления пород при взрыве оказывают трещиноватость пород и прочность отдельностей. Удельная энергия ВВ при крупных взрывах имеет меньшее значение, чем при отбойке шпурами и скважинами малого диаметра (70—100 мм). Поэтому допустимо применение ВВ с относительно невысокой теплотой взрыва (до 4000 кДж/кг). Такие ВВ в большинстве случаев обеспечивают хорошее дробление породы при относительно невысокой стоимости самих ВВ. Эти ВВ особенно эффективны, если в результате механизированного заряжания увеличивается плотность заряда в скважинах и тем самым повышается объемная концентрация энергии, т. е. количество энергии в единице объема (1 дм3).
Примерно 15 % общего количества ВВ должно обладать высокими взрывчатыми характеристиками с теплотой взрыва не ниже 5000 кДж/кг. Такие ВВ предназначены для дробления трудновзрываемых пород. Промышленными экспериментами на карьерах, разрабатывающих крепчайшие железистые кварциты (Кривой Рог, КМА), установлено, что при использовании высокоплотных (р > 1,4 г/см3) водосодержащих ВВ со скоростью детонации зарядов 5 км/с и более высоких расчетных удельных расходов ВВ 1,2—1,7 кг/м3 не только достигается интенсивное их дробление, но и происходит взрывное разупрочнение части кусков, за счет чего снижаются затраты на их механическое дробление и измельчение, увеличивается выход железа в концентрат. Такие же результаты могут быть получены на некоторых рудах цветных металлов. В ряде случаев выгодно для известняковых карьеров осуществлять их интенсивное взрывное переизмельчение
для снижения затрат на переработку с целью получения известняковой муки для раскисления почв. Это позволяет считать, что требования к повышению плотности ВВ и скорости его детонации будут для определенных видов добычи минерального сырья расти. Экономически эффективно применение водосодержащих ВВ на предприятиях с большим их годовым потреблением (более 10тыс. т)ч
5. Значительная часть ВВ (до 40 %) должна быть водоустойчивой и иметь плотность выше 1 г/см3, чтобы при заряжании обводненных скважин ВВ хорошо тонуло в воде.
Следует считать перспективным создание водоустойчивых водосодержащих ВВ для заряжания скважин с непроточной водой и ВВ с загущенным нерастворяемым раствором селитр, карбамида и т. п., которые можно применять и при наличии проточной воды в скважинах, создание горячельющихся ВВ плотностью более 1 г/см3 из смеси селитры, тротила, пудры, легко окисляющихся металлов и твердеющих растворов. Возможно при заряжании скважин использовать ВВ с меньшей водоустойчивостью в поли, этиленовых гирляндах, эластичных рукавах, имеющих общую плотность более 1 г/см3.
Особенно эффективно проводить заряжание обводненных скважин неводоустойчивыми ВВ путем установки полиэтиленового рукава с помощью специальных устройств, начиная от дна скважины с одновременным вытеснением из нее воды. При этом возможно вести заряжание скважины после установки рукава вручную или с использованием зарядных машин. Наиболее эффективно) использовать совмещение операций установки полиэтиленового рукава, вытеснение воды из скважин и ее заряжание с подачей ВВ сжатым воздухом.
При заряжании обводненных скважин ВВ в жестких оболочках можно использовать гораздо более дешевые ВВ, чем гранулотол или алюмотол. Однако такие конструкции зарядов ВВ могут быть эффективны только при обеспечении механизации заряжания и небольших объемах взрывов.
6. С применением на крупных карьерах двухбункерных зарядных машин типа МЗ-ЗБ с устройствами для откачки воды из обводненных скважин требования к ассортименту ВВ могут существенно измениться. На предприятие можно поставлять отдельно гранулотол и аммиачную селитру, которая размещается в другом хранилище, примыкающем к стационарному узлу подготовки селитры для зарядных машин. Заполнение бункеров селитрой и гранулотолом и размещение на машине емкости с соляровым маслом позволяет создавать на горном предприятии непосредственно перед заряжанием блока любое ВВ: игданит, граммонит и т. д., применять гранулотол в скважинах с проточной водой. Это позволяет крупным горным предприятиям, использующим механизированные пункты подготовки ВВ и зарядные машины, уменьшить потребление тротила и других дорогих водоустойчивых ВВ. Кроме того, доставка на предприятие отдельно
гранулотола и аммиачной селитры обходится дешевле, чем доставка смесевого ВВ, так как аммиачная селитра перевозится по регламенту обычных, а не взрывоопасных грузов.
В целом на крупных карьерах с механизацией взрывных работ объем применения ВВ, изготавливаемых на стационарных пунктах их подготовки, должен существенно возрасти. Стационарный пункт приготовления ВВ должен быть универсальным: для бестротиловых гранулированных и водосодержащих ВВ.
7. На карьерах, так же как и на других горных и промышленных объектах с небольшим объемом потребления ВВ, пока должны использоваться ВВ в основном заводского изготовления.
На временных объектах для выполнения взрывных работ в основном должны применяться готовые непредохранительные ВВ, так как простота и универсальность применения являются основными критериями их выбора.
Создание дешевых ВВ, пригодных для механизированного заряжания обводненных скважин, является важнейшей народнохозяйственной проблемой.
Деление обводненных скважин на имеющих непроточную и проточную воду весьма условно, так как эта характеристика может меняться в осенне-весенний период дождей и таяния снега. Поэтому в дальнейшем надо более четко классифицировать условия нахождения заряда в сухих и обводненных скважинах. Для таких условий необходимо создавать и типы ВВ.
Крупные и особенно небольшие предприятия заказывают неоправданно большое количество тротила и ВВ с высоким его содержанием. При правильном выборе ассортимента ВВ с учетом взрываемости разрабатываемых пород и их обводненности можно значительно снизить объем потребления тротила и тротилсодержащих ВВ.
8. Опыт показывает, что при низких зимних температурах (—30 °С и ниже) гранулотол в обводненной скважине обмерзает и не тонет в воде, образуя слой шуги, а при очень низких температурах ледотротиловый цилиндр, что не позволяет вести нормальное заряжание скважин. Долив в скважину горячей воды нетехнологичен и создает дискомфортные условия труда для взрывников, поэтому для суровых климатических и гидрогеологических условий Севера целесообразно продолжить работы по совершенствованию горячельющихся, твердеющих водоустойчивых высокоплотных смесей селитры, тротила и алюминиевой пудры. При заряжании под столб воды целесообразно для небольших объемов взрывов использовать заряды в жестких или эластичных оболочках в виде гирлянд с механизированным их опусканием в скважину и контейнерной поставкой на предприятия.
Наиболее широко для взрывных работ на земной поверхности будут применяться гранулированные бестротиловые ВВ, а также водосодержащие льющиеся ВВ с необходимым диапазоном энергетических характеристик.