CC BY
36
Dr Radun Jeremić,
pukovnik, dipl. inž.
Vojna akademija - Odsek logistike, Beograd
PRIVREDNIEKSPLOZIVI I NEKI ASPEKTI NJIHOVE PRAKTIČNE PRIMENE
UDC: 662.24
Rezime:
Privredni eksplozivi primenjuju se za miniranja u rudnicima, kamenolomima, pri izgradnji puteva, pruga, rušenju zgrada, kao i u specijalne svrhe, kao što su zavarivanje metala, seizmička istraživanja, itd. U radu je prikazan razvoj privrednih eksploziva, kao i osobine i namena najvažnijih sastava koji se danas najviše primenjuju u praksi. Prikazana je metoda optimizacije miniranja „Power-deck", koja se primenjuje radi uštede količine eksploziva, poboljšanja fragmentacije i smanjenja potresa zemljišta.
Ključne reči: privredni eksplozivi, sredstva za rušenje, miniranje stena.
COMERCIAL EXPLOSIVES AND SOME ASPECTS OF THERE PRACTICAL USE
Summary:
Commercial explosives are used for mining in main, quarries, construction of road and railway-track, building demolition and for special purpose as metal welding, seismic investigation etc. In this paper a shot historical overview of commercial explosives development is given and presented properties and use of some compositions that have the greatest practical importance in our country and in the world. The „Power-deck" method for quarrying optimization, using for explosive consumption decreasing, also is presented.
Key words: commercial explosives, blasting agents, quarrying.
Uvod
Za razliku od vojnih eksploziva, koji su, uglavnom, bazirani na čistim jedi-njenjima, privredni (komercijalni) eks-plozivi sastoje se od oksidansa, reducen-sa, senzibilizatora i inertnih komponenti, zbog čega imaju heterogenu strukturu. S obzirom na njihovu primenu sastav im se podešava tako da se postigne uravnoteže-ni ili blago pozitivni bilans kiseonika, ka-ko u produktima eksplozije ne bi nastale značajnije količine otrovnih gasova (ni-trozni gasovi i ugljenmonoksid).
Sa aspekta osetljivosti prema američ-kim DoT standardima (US Department of Transportation) danas se privredni eksplo-zivi dele na dve grupe: pravi eksplozivi i sredstva za rušenje. Osnovna razlika iz-među njih je u osetljivosti, odnosno nači-nu inicijacije. Eksplozivi su osetljivi na detonatorsku kapislu br. 8, dok se sredstva za rušenje mogu inicirati samo pomoću pojačnika (bustera). Kojoj grupi će neki privredni eksploziv pripadati zavisi isklju-čivo od njegovog sastava. Ako u sebi ne sadrži ni jednu komponentu koja se klasi-fikuje kao čist eksploziv onda spada u
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2006.
181
sredstva za rušenje, a u suprotnom se kla-sifikuje kao pravi eksploziv.
Zbog male osetljivosti na inicijaciju sredstva za rušenje su izuzetno bezbedna za transport, skladištenje i manipulaciju, usled čega ne podležu strogim propisima koji važe za prave eksplozive. To umno-gome pojednostavljuje a samim tim i po-jeftinjuje njihovu proizvodnju i primenu.
Zbog heterogene strukture, a i rela-tivno male gustine, pri detonaciji privred-nih eksploziva dolazi do većih gubitaka u hemijskoj energiji u odnosu na vojne eksplozive, postižu se manje brzine detonaci-je i mnogo više je izražen rušeći efekat u odnosu na brizantni eksploziv.
Savremeni privredni eksplozivi po-seduju mnogo veću stabilnost i otpornost na vlagu u odnosu na tradicionalne, a pri-lagođeni su i za mehanizovano direktno punjenje bušotina (pumpanjem).
Razvoj privrednih eksploziva
Energija eksplozije prvi put je pri-menjena za miniranje početkom 17. veka. Godine 1627. Caspar Weindl iz Slo-vačke [1] zvanično je prvi put primenio crni barut za podzemno miniranje.
Sve do polovine 19. veka crni barut je ostao jedino sredstvo za miniranje. Re-volucija u razvoju i primeni eksplozivnih materija, kako za vojne, tako i za civilne potrebe nastupa 1865. godine, kada je Šveđanin Alfred Nobel pronašao dina-mit. Izuzetno osetljiv i snažan tečni eksploziv nitroglicerin, koji je 20 godina ra-nije sintetizovao Ascanio Sobrero, Nobel je pomešao sa dijatomejskom zemljom (kiselgur, prirodni hidratisani silikat veli-ke specifične površine), čime ga je učinio
bezbednim za manipulaciju i tako proiz-veo dinamit. Novi eksploziv naglo je osvojio svet, jer je omogućio brzo i eko-nomično vađenje rude i uglja, probijanje tunela i izgradnju puteva i železničkih pruga. Za inicijaciju dinamita Nobel je koristio detonatorsku kapislu sa živinim fulminatom. Pronalazak i proizvodnja dinamita doneli su Nobelu ogroman profit koji je i danas osnova dodeljivanja Nobe-love nagrade za najznačajnija dostignuća u različitim naučnim oblastima.
I danas su eksplozivi, koji kao sen-zibilizator koriste nitroglicerin, poznati kao dinamiti. Oni predstavljaju prvu ge-neraciju privrednih eksploziva. Njihova proizvodnja i primena sve više se izbega-va zbog mnogih akcidenata, koji su po-sledica velike osetljivosti nitroglicerina.
Već 1867. godine u Švedskoj je pa-tentiran i u praksi primenjen eksploziv za rušenje na bazi amonijumnitrata (bez ni-troglicerina), koji je kasnije bio osnova, kako za proizvodnju privrednih eksplozi-va sa ili bez eksplozivnih komponenti, tako i za izradu različitih eksplozivnih smeša za vojne potrebe, najčešće sa trini-trotoluenom (amatoli).
Sastavi u kojima se kao senzibiliza-tor primenjuje neki od brizantnih eksploziva (TNT, metilamin nitrat i drugi) pri-padaju drugoj generaciji privrednih eksploziva. Oni su mnogo bezbedniji od di-namita, ali zbog prisustva eksplozivne komponente nisu potpuno bezbedni za proizvodnju i primenu.
Treću generaciju privrednih eksplo-ziva čine potpuno bezbedni sastavi koji ne sadrže ni jednu komponentu koja se klasifikuje kao čist eksploziv (ANFO, slari i emulzioni eksplozivi).
182
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2006.
Prvi eksplozivi ANFO (Ammonium Nitrate Fuel Oil) našli su širu primenu u praksi tek nakon 1950. godine. Oni se sa-stoje od amonijumnitrata, kao oksidansa, i neke gorive komponente (mineralno ulje, dizel gorivo). Ovi, pre svega jeftini eksplozivi, imaju najširu primenu u svetu, na-ročito zbog jednostavne proizvodnje i bezbedne manipulacije. Međutim, njihov glavni nedostatak je velika osetljivost na vlagu, što je posledica higroskopnosti amonijumnitrata. Zato se ovi eksplozivi primenjuju samo u suvim uslovima.
Amerikanac Melvin A. Cook je 1956. godine uspeo prvi da izradi vodo-otporne eksplozive ANFO. Eksplozivnu smešu sastavljenu od amonijumnitrata, vode i aluminijuma u prahu uspešno je primenio u praksi za rušenje u vlažnim uslovima. Ova smeša imala je izgled paste, blatnjave kozistencije, zbog čega je nazvana „slurry eksploziv“
U SAD je 1970. godine uspešno razvijena najnovija generacija jednostav-nih vodootpornih eksploziva na bazi neo-rganskih soli - nitrata, tzv. emulzionih eksploziva, koji ne sadrže eksplozivne komponente.
Savremeni privredni eksplozivi
Danas se u svetu i kod nas proizvodi veliki broj različitih tipova i sastava pri-vrednih eksploziva, namenjenih za razli-čita miniranja. Sastavi koji sadrže bar jednu komponentu koja se klasifikuje kao čist eksploziv tretiraju se kao pravi eksplozivi, a sastavi koji ne sadrže nijed-nu eksplozivnu komponentu tretiraju se kao sredstva za rušenje.
Pravi eksplozivi osetljivi su na deto-natorsku kapislu br. 8, dok je za inicijaci-
ju sredstava za rušenje potreban pojač-nik. Uopšte, sastavi koji se tretiraju kao pravi eksplozivi imaju bolje eksplozivne karakteristike, ali su skuplji, manje bez-bedni, pa zahtevaju primenu mnogo stro-žih mera pri proizvodnji, transportu, skladištenju, manipulaciji i primeni u od-nosu na sredstva za rušenje.
Tendencije u razvoju privrednih eksploziva usmerene su na povećanje energije, smanjenje cene, povećanje vo-dootpornosti, fizičke i hemijske stabilno-sti, kao i manjoj primeni eksplozivnih komponenti radi povećanja bezbednosti.
Eksplozivi na bazi nitroglicerina
Prvi privredni eksploziv - dinamit, izrađen je na bazi nitroglicerina. Nitro-glicerin apsorbovan na dijatomejskoj ze-mlji bio je bezbedan za transport i upo-trebu. Većina savremenih dinamita sadrži nitroglicerin kao senzibilizator i ujedno izvor energije. Od svih privrednih eksploziva oni imaju najveću energiju i brzi-nu detonacije (preko 6000 m/s), a otporni su i na vlagu. Međutim, njihov najveći nedostatak je visoka cena u odnosu na ostale eksplozive i relativno veliki rizik u proizvodnji, zbog čega se danas sve manje proizvode i primenjuju. Pošto u svom sastavu sadrže nitroglicerin tretiraju se kao pravi eksplozivi. Laborišu se u cilin-drična punjenja (papir ili plastiku) preč-nika 20 mm ili većih, različitih dužina.
Postoje tri osnovna tipa dinamita: praškasti, semiželatinozni i želatinozni. Semiželatinozni i želatinozni dinamiti sa-drže nitrocelulozu koja u kombinaciji sa nitroglicerinom formira gel u relativno velikom procentu. Ovu vrstu dinamita Nobel je nazvao razorni želatin.
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2006.
183
Nakon Drugog svetskog rata naglo je opala primena razornog želatina zbog visoke cene, osetljivosti na udar i trenje, kao i lake zapaljivosti.
Vremenom sve veći procenat nitro-glicerina u dinamitima zamenjuje amoni-jumnitrat, čime oni postaju znatno jeftiniji i bezbedniji za proizvodnju i upotrebu. U švedskom razornom želatinu, koji je origi-nalno sadržavao 92% nitroglicerina i 8% nitroceluloze, postepeno je sadržaj nitroglicerina smanjivan sve do 20%, tako da se sveo na ulogu senzibilizatora [2].
Eksplozivi na bazi
amonijumnitrata i TNT-a
Zbog niže cene i vrlo male osetlji-vosti, TNT je mnogo pogodniji za izradu eksplozivnih smeša sa amonijumnitratom u odnosu na nitroglicerin, bez obzira na to što ovi sastavi imaju manju energiju u odnosu na dinamite.
Smeša koja se sastoji od 79% amonijumnitrata i 21% TNT-a ima nulti bilans kiseonika, a pri eksploziji oslobađa oko 85% energije u odnosu na razorni želatin. Međutim, ovaj sastav je zbog ve-likog udela TNT-a dosta skup i nije is-plativ za komercijalnu primenu. U praksi se koriste sastavi u kojima udeo TNT-a varira od 5 do 15%, zavisno od namene eksploziva.
Pored navedenih komponenti ovi eksplozivi mogu sadržavati i aluminijum u prahu koji se dodaje za povećanje energije, zatim dinitrotoluen, drveno brašno, nitrocelulozu, karboksimetilcelulozu, itd.
Kao i dinamiti, sastavi na bazi amo-nijumnitrata i TNT-a tretiraju se kao pra-vi eksplozivi. Oni su zbog amonijumni-
trata osetljivi na vlagu, tako da se prime-njuju samo u suvim uslovima. Bilo je pu-no pokušaja da se naprave sastavi koji su otporni na vlagu. U tu svrhu u uslovima toplog mešanja dodaju se male količine voska, ali se time smanjuje njihova ose-tljivost. Bolji rezultati postignuti su do-davanjem kalcijumovih sapuna, kao što je kalcijumstearat.
Po svojoj konzistenciji ovi eksplozivi se, uglavnom, proizvode u praškastom obliku i pakuju u odgovarajuće patrone izrađene od parafinskog papira ili plasti-ke. Zavisno od sastava i prečnika punje-nja brzina detonacije im se kreće od 3000 do 5000 m/s. Primenjuju se za miniranje srednje tvrdih i tvrdih stena.
Eksplozivi ANFO
Privredni (komercijalni) eksplozivi ANFO (Ammonium Nitrate Fuel Oil) danas se, zbog niske cene i jednostavne proizvodnje, najviše primenjuju u praksi (oko 80%), pre svega za površinsko miniranje mekih i srednjetvrdih stena. Spa-daju u grupu vrlo neosetljivih (teško de-tonabilnih) eksploziva, jer ne sadrže ni-jednu komponentu koja se klasifikuje kao čist eksploziv. Ne mogu se inicirati detonatorskom kapislom, već isključivo pojačnikom detonacije - busterom, pa se klasifikuju u sredstva za rušenje.
Pogodni su i bezbedni za manipula-ciju, transport i skladištenje, a i vrlo su ekonomični.
U osnovi, eksplozivi ANFO pred-stavljaju smešu od 94% (mas) amonijum-nitrata u obliku poroznih granula (prilo-vani amonijumnitrat) male gustine, koji ima ulogu oksidansa, i 6% dizel goriva.
184
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2006.
Stehiometrijski odnos je 94,5:5,5, ali se primenjuje odnos 94:6 da bi se obezbedi-la potpuna hemijska reakcija amonijum-nitrata:
3 NH4NO3 + CH2 ► 7 H2O + CO2 +3 N2
Produkti eksplozivnog razlaganja su netoksični, mada se u vrlo malim količi-nama javljaju i CO i NO2.
Granule amonijumnitrata moraju za-dovoljavati specifične zahteve u pogledu sposobnosti apsorpcije i zadržavanja di-zel goriva, sadržaja vlage, veličine česti-ca, gustine i posebno termičke stabilno-sti. Optimalna je sledeća distribucija ve-ličina granula [3]: > 2 mm - 15%; 1-2 mm - 80%; 0,5-1 mm - 5%.
Sam amonijumnitrat, ako u svom sastavu ima manje od 0,2% sagorljivih materija, prema UN klasifikaciji spada u grupu 5.1. (oksidans), zbog čega nema posebnih ograničenja u pogledu manipu-lacije, transporta i skladištenja. Može se skladištiti u velikim količinama blizu mesta miniranja, gde se može mešati sa dizel gorivom i odmah primenjivati za miniranje. Međutim, treba naglasiti da i ovakav amonijumnitrat može detonirati ako se inicira dovoljno snažnim počet-nim impulsom.
Eksplozivi ANFO mogu sadržavati i druge neeksplozivne komponente, kao što su: aluminijum u prahu, ferosilikon, ugljena prašina, karboksimetilceluloza, itd. Dodavanje eksplozivne komponente, kao što je TNT, menja klasifikaciju od sredstva za rušenje u pravi eksploziv. Sa-stavi koji sadrže 5% TNT-a mogu se ini-cirati detonatorskom kapislom br. 8.
Za postizanje maksimalne energije eksploziva ANFO najvažnije je što bolje
mešanje komponenti. To se najbolje po-stiže u namenskim specijalnim vozilima - mikserima, koja poseduju svu elek-tronsku i hidrauličku opremu za proiz-vodnju i pneumatsko punjenje minskih bušotina.
Mnogo jednostavniji način, koji da-je dobre rezultate, jeste direktno naliva-nje granula amonijumnitrata u otvorenim vrećama sa 8 do 10% dizel goriva. Pola sata nakon nalivanja goriva vrši se odli-vanje viška goriva. Pri tome, amonijumnitrat zadrži približno potrebnu količinu goriva (oko 6%). Najjednostavniji način je da se sukcesivno pune bušotine sa po jednom do dve vreće amonijumnitrata, nakon koje se naliva potrebna količina dizel goriva i postupak se ponavlja do pune bušotine (gorivo disperguje relativ-no lako i brzo).
Pri iniciranju je važno da se obezbe-di dovoljno jak početni impuls, kako bi se obezbedilo pouzdano aktiviranje pu-njenja u bušotini. U suprotnom, može doći do pojave male brzine detonacije ili do gašenja detonacije. Radi toga se bu-steri mogu rasporediti i duž bušotine. Za-to buster treba da bude istog prečnika kao i punjenje i da je dovoljno dugačak da bi se obezbedila stabilna detonacija. Pored toga, treba da ima veću brzinu de-tonacije od osnovnog punjenja (slika 1).
Brzina detonacije ANFO eksploziva izrazito zavisi od prečnika bušotine, a i od gustine punjenja. U optimalnim uslovima brzina detonacije može dostići i 4800 m/s (pri maksimalnoj gustini od 1,1 g/cm3). Ne preporučuje se da prečnik punjenja (bušotine) bude manji od 70 mm. Ispod d = 25 mm dolazi do gašenja detonacije bez obzira na snagu početnog impulsa.
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2006.
185
Gravimetrijska gustina eksploziva varira od 0,75 do 0,95 g/cm3, što zavisi od veličine i gustine čestica amonijumni-trata, a maksimalna gustina koja se prak-tično može postići iznosi 1,1 g/cm3.
Pošto je propisno balansiran kiseo-nikom, s obzirom na neškodljive produk-te eksplozije, eksplozivi ANFO mogu se koristiti i za podzemna miniranja.
Nekada se ovaj eksploziv primenji-vao upakovan, jer je tako bio zaštićen od vode, međutim, mana mu je otežano pu-njenje bušotina i pojava zazora između punjenja i zida bušotine, što se odražava na iskorišćenost energije.
Prednost slobodnog nasipanja i punjenja bušotina jeste što je taj postupak znatno ekonomičniji i što se na taj na-čin popunjava cela bušotina, čime se postiže efikasnije iskorišćenje energije eksplozije.
Pošto je amonijumnitrat rastvorljiv u vodi, u slučaju vlažnih bušotina iz njih se najpre mora odstraniti voda. Po-java narandžastosmeđih gasova nakon eksplozije ukazuje na prisustvo vode u bušotinama. Mogu se koristiti i plastič-ne patrone prečnika bušotine koje se
stavljaju u bušotinu, a zatim se pune eksplozivom. Pri tome, mora se voditi računa o statičkom elektricitetu, naroči-to ako se punjenje vrši pneumatskim putem.
U poslednje vreme razvijeni su i eksplozivi ANFO za miniranje u vla-žnim uslovima. Ovi sastavi sadrže po-sebne komponente koje u kontaktu sa vodom formiraju gel koji sprečava dalje prodiranje vode i rastvaranje amonijum-nitrata [4] ili oslobađaju gasove koji po-tiskuju vodu sa dna bušotine i u gelu koji se postepeno stvara formiraju mehuri-će koji omogućuju lakše prihvatanje de-tonacije [5].
Vodoplastični eksplozivi
Vodoplastični, kašasti ili slari (Slurry) eksplozivi (tzv. vodeni gel) jesu pri-vredni eksplozivi za masovnu upotrebu razvijeni u SAD šezdesetih godina proš-log veka. To su vodootporni eksplozivi namenjeni za rušenja u vlažnim uslovi-ma. Predstavljaju smešu vodenog rastvo-ra oksidansa, najčešće amonijumnitrata, natrijumnitrata i kalcijumnitrata (koriste se i kalijumnitrat, kalijumperhlorat, amo-
186
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2006.
nijumhlorat i metilaminnitrat) i neras-tvome tečne i/ili čvrste gorive kompo-nente koja reaguje sa oksidansom (alumi-nijum, ugljena prašina, šećer, brašno, gli-kol, nafta). Sadržaj vode, u kojoj je pot-puno ili većim delom rastvoren amoni-jumnitrat, kreće se od 10 do 20%. Doda-vanjem posebne komponente (guar guma ili neko sredstvo za umrežavanje) vrši se njihovo zgušnjavanje, čime se prevode u želatinozno stanje [6]. Ako im se doda komponenta koja se klasifikuje kao čist eksploziv, menjaju klasifikaciju od sred-stva za rušenje u prave eksplozive.
Slari-sredstvima za rušenje mogu se dodavati i senzibilizatori kao što su dela-borisani baruti i eksplozivi, ugljena pra-šina, sumpor, aluminijum, itd. U novije vreme senzibilizacija slari-eksploziva sve više se vrši ubacivanjem velikog broja staklenih mikrobalona sa vazduhom, prečnika do 0,1 mm, koji igraju ulogu „vrućih tačaka“, što je jeftinije i mnogo bezbednije. Brzina detonacije im se mo-že podešavati prema karakteru tla za mi-niranje a najviše zavisi od sastava i preč-nika punjenja i kreće se u širokim grani-cama od 1500 do 5500 m/s.
Kod slari-eksploziva prečnik punjenja manje utiče na brzinu detonacije u odnosu na eksplozive ANFO. Gustina ovih eksploziva kreće se od 1,0 do 1,6 g/cm3. Direktno punjenje bušotina pri miniranju ima prednosti u odnosu na pu-njenje patronama, isto kao i kod eksploziva ANFO. Za miniranje jako tvrdih ste-na dodaje se aluminijum koji izrazito po-većava energiju eksplozije.
Emulzivni eksplozivi
Pojam emulzivni eksploziv načelno se koristi za smeše visokokoncentrovanih
rastvora neorganskih soli - oksidansa i gorivih komponenti. Sastav se stabilizuje u obliku emulzije „voda u gorivu“ pomo-ću odgovarajućih sredstava za emulgova-nje. Sastoje se od kontinuelne i diskonti-nuelne faze.
Diskontinuelnu fazu čini vodeni ras-tvor oksidansa (amonijumnitrata, natrijum-nitrata ili kalcijumnitrata) koji je u obliku finih kapi raspoređen u kontinuelnoj fazi koju čini goriva komponenta (dizel gorivo, vosak, mineralno ili biljno ulje). Pored toga, može se dodavati i aluminijum u prahu za povećanje energije. Diskontinuelnu fazu čini 80 do 95% emulzije.
Klasifikuju se kao sredstva za ruše-nje, jer u svom sastavu ne sadrže nijednu eksplozivnu komponentu. To su danas najbezbedniji eksplozivi sa aspekta pro-izvodnje, transporta, skladištenja i mani-pulacije. Otporni su na vodu i pri detona-ciji ne oslobađaju otrovne produkte. Da bi se mogli inicirati dodaju im se stakleni mikrobaloni ili reagensi za oslobađanje mehurića vazduha (nitriti u kombinaciji sa tioureom), koji služe kao vruće tačke. Ujedno, stakleni mikrobaloni, kao i prilo-vani amonijumnitrat, najčešće se koriste za podešavanje gustine emulzivnih eksploziva. U proizvodnji ovih eksploziva najvažnija faza je emulgovanje od koje zavisi brzina detonacije i stabilnost. Kapi diskontinualne faze su pri odnosu od oko 10:1 deformisane i emulzija nije uni-formna, tj veličina kapi se kreće u odre-đenom rasponu. Zbog velikih površin-skih sila u ovim uslovima u emulziju se dodaju površinski aktivne materije -emulgatori. Svojim liofilnim delom one se rastvaraju u gorivu, a liofobnim delom u vodenom rastvoru soli. Tako raspore-
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2006.
187
đene na granici faza ove materije sma-njuju površinski napon i stabilišu saćastu strukturu emulzije.
Kao emulgatori najčešće se koriste estri masnih kiselina i sorbitana (anhidrid sorbitola, šestohidroksilnog alkohola), za-tim kalcijumstearat, estri fosforne kiseline, mono i digliceridi masnih kiselina, itd. Emulgator se dodaje u količini 1 do 5%.
Na emulgovanje utiče sastav diskon-tinualne i kontinualne faze, odnos diskon-tinualne i kontinualne faze, tip emulgato-ra, vreme i brzina mešanja. Ovi parametri direktno utiču na karakteristike emulziv-nih slari-eksploziva. Eksperimetalno je dokazano da je optimalna veličina kapi oko jednog mikrona, a postiže se pri brzi-ni mešanja većoj od 1000 o/min [7].
Brzina detonacije ovih eksploziva kreće se oko 5000 m/s, što zavisi od sa-stava, gustine i prečnika punjenja.
Emulzivni eksploziv, koji se sastoji od oko 60% amonijunitrata, 15% natri-jumnitrata, 15% vode, 6% dizel goriva, 2% emulgatora i 2% staklenih mikrobalo-na, ima odličnu stabilnost i brzinu detonacije od oko 4600 m/s (p=1,2 g/cm3) [7].
U poslednje vreme emulzivni eksplo-zivi se sve češće kombinuju sa eksplozivi-ma ANFO. Taj odnos se kreće od 20/80 u manje vlažnim uslovima, do 80/20 u izra-zito vlažnim uslovima miniranja.
Emulzivni eksplozivi mogu se pa-kovati u patrone ili proizvoditi na licu mesta u specijalnim vozilima i direktno nalivati u bušotine.
Eksplozivi za podzemno miniranje
Pri podzemnom miniranju, posebno u rudnicima uglja, postoji rizik od eks-
plozije smeše metana ili ugljene prašine i vazduha. U takvim slučajevima zabra-njena je upotreba konvencionalnih eksploziva, koji se zbog toga označavaju kao nemetanski eksplozivi. Međutim, eksplozije gasnih smeša ne započinju odmah sa pojavom prve varnice. Zavi-sno od temperature plamena do inicija-cije dolazi sa zadrškom i do nekoliko sekundi. Pri temperaturi plamena od 650°C to vreme iznosi oko 10 s, dok pri temperaturi od 1100°C pada na 1 s. Da bi se izbegla mogućnost pojave eksplo-zije, u takvim uslovima moraju se kori-stiti eksplozivi sa sniženom temperatu-rom eksplozije, poznati kao metanski eksplozivi. Zato se privrednim eksplozi-vima dodaje i do 40% natrijumhlorida koji ima relativno veliku toplotnu vo-dljivost i specifičnu toplotu, usled čega apsorbuje toplotu od vrelih gasovitih produkata i time znatno snižava tempe-raturu eksplozije.
Visokobezbedni eksplozivi su sasta-vi koji sadrže inverzne soli u paru. Ume-sto potencijalno eksplozivnog amonijum-nitrata inertni amonijumhlorid i natrijum-nitrat se dodaju u sastav. Pri detonaciji eksplozivne komponente iz sastava u bu-šotini, na primer nitroglicerina, oslobo-đena energija biće koncentrisana u samoj bušotini. Ova energija biće dovoljna za kratkotrajno stvaranje amonijumnitrata i natrijumhlorida koji će odmah reagovati na već opisan način. Ako se eksplozija odigrava van bušotine, u kontaktu sa eks-plozivnom smešom metana i vazduha de-tonacija eksplozivne komponente uzro-kovaće odbacivanje obe komponente iverznih soli, čime će eksplozija metana biti izbegnuta.
188
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2006.
Optimizacija postupka miniranja
Pri realizaciji različitih miniranja je-dan od važnih zahteva je ekonomičnost. S obzirom na to da se pri miniranju (po-sebno u kamenolomima) troše ogromne količine eksploziva, postoji težnja da se pri tome troši što manje eksploziva i da, po mogućstvu, on bude što jeftiniji. U poslednje vreme radilo se na usavršava-nju različitih tehnika miniranja čiji je cilj bio ušteda na eksplozivu, smanjenje vi-bracija i potresa zemljišta, poboljšanje fragmentacije i eliminacija bušenja ispod određenog nivoa.
Jedna od novih tehnika, nazvana „Power Deck“ [8], zasniva se na posebno organizovanom punjenju bušotina koje se sastoji od specijalno dizajniranog čepa, vazdušnog prostora na dnu bušotine i una-pred definisane mase za zaptivanje vrha bušotine sa istovremenim iniciranjem sa gornje i donje strane punjenja. Efikasnost nove metode praktično je dokazana reali-zacijom određenih eksperimenata pri mi-niranju stena (slike 2, 3 i 4).
Sl. 2 — Standardno napunjena bušotina koja se prostire ispod nivoa temelja
Na slici 2 prikazana je standardno pripremljena bušotina za miniranje, koja zahteva određeno bušenje i ispod nivoa temelja tla. Vrh bušotine zaptiva se sitni-jom granulacijom miniranih stena, a akti-viranje eksplozivnog punjenja vrši se istovremeno sa donje i gornje strane.
Na slici 3 prikazana je suština meto-de „Power Deck“, čija je osnova specijal-ni čep od plastike sa drvenim distanceri-ma, pomoću kojeg se na dnu bušotine ostavlja vazdušni stub određene visine. Iniciranje eksploziva vrši se električnim putem, istovremeno odozgo i odozdo, uz pomoć bustera.
Površina
Zaptivna mas;
Eksploziv
Zaptivni čep sa sitnijom granulacijom kamena Vazdušni če
Temelj
Sl. 3 — Bušotina napunjena eksplozivom sa vazdušnim stubom na dnu bez bušenja ispod nivoa temelja
Sa ovako realizovanim punjenjem, u odnosu na prethodni slučaj, ostvarene su uštede u eksplozivu od 17%, za oko 30% su smanjene vibracije zemljišta, frag-mentacija je poboljšana za 25%, a elimi-niše se i potreba za bušenjem ispod nivoa temelja.
Ako se miniranje realizuje sa dva eks-plozivna punjenja, odvojena vazdušnim segmentom u sredini i vazdušnim segmen-tom na dnu bušotine (slika 4), ostvaruje se ušteda u eksplozivu za oko 25% u odnosu na standardni način miniranja.
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2006.
189
Površina
Zaptivna mas;
Eksplozi
Zaptivni če Vazdušni čep>
Eksploziv Zaptivni čep sa sitnijom granulacijom kamena " Vazdušni čep^
Sl. 4 — Bušotina sa dva eksplozivna punjenja odvojena vazdušnim segmentom u sredini i vazdušnim segmentom na dnu
Pri miniranju stena u kamenolomi-ma teži se da se postigne fragmentacija koja je najpribližnija željenoj, kako bi se izbegla naknadna operacija usitnjavanja, što umnogome poskupljuje konačni pro-izvod. Zbog velikog broja parametara koji utiču na proces fragmentacije stena, teško je postaviti pouzdan model koji će dati precizne rezultate. Jedan od najpo-znatijih matematičkih modela koji se danas primenjuje u praksi za optimizaciju fragmentacije je tzv. model fragmentacije Kuz-Ram [9] koji se zasniva na kom-binaciji karakteristika stena, karakteristi-ka eksploziva i željenih parametara fragmentacije.
Zaključak
Danas se proizvodi veliki broj razli-čitih tipova i sastava privrednih eksploziva namenjenih za različita miniranja. Za-visno od toga da li sadrže neku kompo-nentu koja se klasifikuje kao čist eksplo-
ziv ili ne, svrstavaju se u dve grupe: pra-ve eksplozive i sredstva za rušenje. Pravi eksplozivi su osetljivi na detonatorsku kapislu br. 8, dok je za inicijaciju sred-stava za rušenje potreban pojačnik. U svetu i kod nas danas se, uglavnom, pri-menjuju sledeći tipovi privrednih eksplo-ziva: sastavi na bazi nitroglicerina (dina-miti), sastavi na bazi amonijumnitrata i TNT-a, eksplozivi ANFO, vodoplastični (slari) eksplozivi i emulzivni eksplozivi. Sastavi podešeni za podzemna miniranja, u uslovima kada postoji opasnost od eks-plozije metana, tretiraju se kao metanski eksplozivi. Od svih sastava danas se naj-više primenjuju eksplozivi ANFO, jer su najjeftiniji i izuzetno bezbedni za proiz-vodnju, manipulaciju i primenu.
Metodama optimizacije miniranja, kao što je metoda „Power Deck“, mogu se postići uštede u eksplozivu i poboljša-nje fragmentacije i do 25%.
Literatura:
[1] Ringgenberg, O.; Mathieua, J.: Commercial High Explosives, Chimia, 58, 2004, (390-393).
[2] Olofsson, O. S.: Applied Explosives Technology for Construction and Mining, APPLEX, Sweden, 1988.
[3] Prilled Ammonium Nitrate, VBC INDUSTRIES LTD www.vbcindia.com/industries.htm.
[4] Water resistant explosive composition, United States Patent 6261393, 2001.
[5] Solid sensitizers for water-in-oil emulsion explosives, United States Patent 4453989, 1984.
[6] Water-in-oil type emulsion explosive with chelating agent, United States Patent 4908080, 1990.
[7] Matejić-Grgurić, M.: Uticaj promene parametara diskonti-nualne faze emulzije na karakteristike emulzionog slari eksploziva, XXI simpozijum JKEM, Tara, 2001.
[8] Chiappetta, F.: New Blasting Technique to Eliminate Subgrade Drilling, Improve Fragmentation, Reduce Explosive Consumption and Lower Ground Vibrations, The Journal of Explosives Engineering, January/February, 2004.
[9] Kuz-Ram Fragmentation Model www.mininglife.com/Mi-ner/blasting/Fragmentation.htm.
190
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2006.
