CC BY
41
Б.И.КУТУЗОВ АМ.ПОСТАВ АЛОВ
Концепции выбора рационального ассортимента промышленных ВВ для карьеров Коршуновского ГОКа
В настоящее время наблюдается многопорядковый рост цен на все потребляемые ГОКом энергетические и материальные ресурсы. Это в полной мере относится и к используемым для взрывания промышленных ВВ, стоимость которых уже достигла 3 млн.руб./т. Стоимость одного массового взрыва среднего объема с учетом стоимости средств инициирования и рабочей силы достигает миллиарда рублей.
Определенные сложности испытывает комбинат с получением заводских ВВ, особенно водоустойчивых. Поэтому нами решено россмотреть возможность и целесообразность строительства на комбинате пункта приготовления водоустойчивых и водосодержащих ВВ с определенным энергетическим диапазоном для взрывания любых пород на карьерах ГОКа.
Необходимо учитывать, что создаваемые ВВ местного изготовления должны сохранять стабильность своих физико-химических свойств при их перевозке на рассто-яниее до 100 км, а также охлаждение в зарядной емкости машины при выходе ее из строя во время доставки на соседние карьеры в зимнее время с отрицательными температурами воздуха — 40°С.
Из практики зарубежных стран (Канада, Югославия и др.) известны рецептуры суспензионных сларри, не твердеющие при температурах до -35°С.
В случае, если ВВ местного изготовления не будут удовлетворять этим требованиям, взрывания на других карьерах комбината будут выполняться заводскими гранулированными ВВ.
Необходимо также исключить вероятность образования усадочных воронок в зарядах ГЛТ, заполненных жидким раствором селитры (АО КМАвзрывпром), что ухудшает его детонационную способность,
увеличивает количество выделяемых окислов азота при взрыве, ухудшает качество дробления руды. Это особенно важно в зимнее время при безветренной погоде и низких температурах, когда весьма ухудшаются условия проветривания рабочих зон Центрального карьера.
В настоящее время на карьерах в России и странах СНГ применяют следующие типы ВВ, приготовляемые на горных предприятиях.
1. Гранулированные бестротиловые В В в виде смеси 94% аммиачной селитры с 6% солярового масла, названные игданита-ми, а также с добавками 6% тонкодисперсного аллюминия, названные икпонитами.
2. Гранулированные тротилосодержащие ВВ в виде смеси 98 % аммиачной селитры и 2% солярового масла с 6-12% гра-нулотола производится на прикарьерном пункте.
3. Водосодержащие тротилосодержащие ВВ акватолы типа ГЛТ, содержащие горячий раствор селитры, загущенный добавками полиакриламида, карбоксилме-тилцеллюлозы, мочевины, жидкого стекла, в который на заряжаемом блоке добавляют 20 % тротила (гранулированного или чешуйчатого), получая ВВ в виде суспензии (при температуре до 80°С) или при более высоких температурах 95-100°С в виде прямой эмульсии расплава тротила в загущенном растворе селитры.
Применяют горячельющиеся карбото-лы типа Т-15 и ГЛ-10В, которые представляют собой эвтектические расплавленные смеси аммиачной селитры и карбамида с минимальным количеством воды и добавлением в этот расплав (10-15%) грануло-тола или тонкодисперсного алюминия.
4. Эмульсионные бестротиловые водосодержащие ВВ.
Горячельющиеся эмульсионные ВВ типа порэмит, содержащие в своем составе обратную эмульсию водного раствора смеси аммиачной и натриевой селитр в частицах микронных размеров, закапсулиро-ванных в тонкий слой горючего (минерального масла) за счет добавок эмульгатора и обработки смеси раствора селитр с жидким горючим (до 16%) в аппаратах эмульгирования. Содержание воды до 15%.
Опыт применения в качестве горючего топочного мазута в комбинате Ураласбест оказался неудачным.
Эмульсия доставляется в зарядных машинах на блок, где в ее состав при подаче в скважину добавляется газогенерирующая добавка, которая, вступая в реакцию с эмульсией, образует в ней газовые поры, превращая тем самым невзрывчатую эмульсию за время 40-50 минут во взрывчатое вещество.
Для повышения энергетических характеристик эмульсионных ВВ в них рекомендуют добавлять на отечественных пунктах 4-8% тонкодисперсного алюминия (порэ-мит-М).
На карьерах передовых зарубежных стран четко наблюдается переход на применение ВВ «местного» изготовления взамен готовых, получаемых с заводов. Это:
• смеси пористой аммиачной селитры с 6% жидкого горючего (АК-БО), которые давно и широко применяются для заряжания сухих и осушенных скважин, в которых вода снова не заполняет заряжаемую часть в интервал времени заряжания и взрывания блока.
Применяют эти ВВ как и отечественные игданиты для взрывания легко- и средне-взрываемых пород.
• суспензионные водосодержащие ВВ типа сларри, состоящие из загущенного раствора селитр и твердых горючих добавок (дисперсный алюминий, бездымный порох, гранулы пористой аммиачной селитры).
Тротил в составе сларри, как правило, используют меньше. Применяют, как и отечественные акватолы и карбатолы, для заряжания скважин разной степени обводненности и взрывания средне- и трудновзрыва-емых пород. Заряд не может долго (10 и более суток) находиться в скважине с проточной водой из-за возможности размыва отдельных участков заряда и изменения его состава по высоте. Экспериментальных доказательств этого в зарубежной литературе не публиковалось;
• эмульсионные водосодержащиее ВВ типа эмулитов в чистом (гомогенном) виде или в виде суспензий, названных эмуланами, путем добавления для увеличения плотности ВВ и энергетических объемных характеристик пористой селитры или АМ-ГО в количестве от 25 до 75%.
Эти В В обладают высокой водоустойчивостью. Эмулиты и отечественные порэ-миты применяют для заряжания скважин любой степени обводненности для взрывания средневзрываемых, а эмуланы и порэмит- М и трудновзрываемых пород. Объем применения эмульсионных ВВ на зарубежных предприятиях расширяется. Технология приготовления эмульсионных ВВ сложнее, чем приготовление сларри, больше количество исходных компонентов для
получения эмульсионных эмулитов и эму-ланов. Стоимость этих ВВ выше.
На зарубежных карьерах большое внимание уделяют экономическим показателям применяемых ВВ, а поэтому темпы увеличения объемов применения эмульсионных невелики. Исключением в этом отношении являются карьеры Китая, где наблюдаются наиболее высокие темпы роста объемов их применения. Разработчики применили более дешевые компоненты, упростили технологию приготовления, а также менее дорогие и недефицитные загустители и эмульгаторы.
Передовые зарубежные страны (США, Финляндия, Канада, Испания, Чехия, Китай и др.) по технологии изготовления и применения водосодержащих суспензионных (сларри) и особенно эмульсионных (эмулитов) существенно опережают Россию. Имеет место такая же, как и установленная нами в 1988 г. тенденция сокращения ассортимента промышленных В В до трех классов по энергии (для слабых, средних и крепких пород) или двух (для слабых и средних, а также для крепких пород), т.е. то, что эквивалентно легко, средне- и труд-новзрываемым породам, в нашем понимании. Заслуживают внимания сравнение безопасности применения сларри и эмульсионных ВВВ. Опыт применения ВВВ типа сларри в течение более 20 лет прошел безаварийно. Имели место на карьерах С СГОКа, Стойленского и Лебединского ГОКов случаи закипания горячих акватолов в скважинах с выделением газов и частичным выбросом заряда из скважин. Это объясняли наличием в рудах пирита, с которым горячий раствор селитры вступает в экзотермическую реакцию. Однако, испытания, проведенные МГГУ и НИИ прикладной химии показали, что при содержании в железной руде пирита до 6% экзотермической реакции не происходит (НИИПХ). При опытах МГГУ с содержанием пирита в руде до 15-20 % и нагревании его под слоем горячего раствора селитры в течение 2-3 часов при температуре 92-95°С, а также при перемешивании этой смеси реакция не возникала. Причины трагического взрыва на карьере АО Лебединский ГОК в 1993 г. не выяснены и нет никаких оснований для утверждения о том, что причиной взрыва при монтаже сети ДШ явилась химическая реакция ВВ с породой в скважине.
О нестабильности скважинных зарядов сларри в зарубежной практике не высказывалось, а в отечественной это имеет место:
• в части осаждения тротила в заряде;
• в части образования усадочной раковины в виде конической воронки диаметром до 0,3 м и глубиной до 4-5 м, заполненной жидким раствором селитры.
Обе причины устраняются путем применения более эффективных загустителей
раствора селитры, например, жидкого стекла, как имеет место на пункте АО Оленегорский ГОК. В опыте работы карьеров Югославии и Китая со сларри также не фигурируют указанные недостатки сларри. По личным наблюдениям автора Кутузова Б.Н. сларри, применяемые в зарубежных странах, представляют достаточно густую суспензию, в которой осаждение гранул не происходит, а ее твердение не происходит до температуры -25° -35°С, что исключает вероятность образования усадочной воронки, заполненной жидкостью.
Таким образом при более совершенной технологии приготовления сларри (горячих акватолов) указанные недостатки легко устранимы.
За более чем 20-летний период применения суспензионных ВВВ с общим объемом более 1 млн.тонн не было аварийных случаев.
Случай взрыва в ПО Эстонсланец был связан с использованием вместо дисперсионного алюминия дисперсионного состава, содержащего 50 % магния, который гораздо чувствительнее алюминия.
При использовании эмульсионных ВВВ (зарубежных эмулитов, отечественных порэмитов) по обзору, составленному шведской фирмой Нитро Нобель, имело место около 25 случаев аварийных ситуаций с эмульсией, приводивших к разрушению оборудования (главным образом аппарата эмульгирования) а также травмированию обслуживающего персонала. Действительно эмульсия представляет собой гомогенную мелкоячеистую смесь жидких компонентов, а активированная — гетерогенную смесь с газообразными пузырьками. При этом в эмульсии всегда есть окислитель (раствор селитр) и горючее (минеральное масло), перемешанные в частицах микронного размера и нагретых до температуры до 80°С. Это позволяет нам утверждать, что эмульсия, даже не активированная газовыми пузырьками представляет собой по существу низкочувствительную взрывную смесь, которая при имеющих место на нее механических воздействий в процессе приготовления, транспортирования по трубам, подачи в нее газогенерирующей добавки или полых микросфер не способна детонировать.
Положение осложняется, если по непредсказуемым причинам, начиная от аппарата эмульгирования, в эмульсию попадают газовые пузырьки (частицы газа), которые делают ее существенно чувствительнее к внешним воздействиям с точки зрения возбуждения в ней детонации, особенно при больших массах (критическом диаметре 400 и более мм).
Именно этот факт, а никакие другие причины, заставил шведскую фирму Нит-ро Нобель сделать аппарат эмульгирования небольших (докритических для эмульсии по условиям детонации) размеров. До-критические размеры приняты в подводящих и отводящих трубопроводах аппарата эмульгирования.
По взрывчатым характеристикам тротилосодержащие акватолы значительно превосходят обычные эмулиты и порэми-ты, что видно из приведенных ниже данных:
Таблица
1 Характеристики Акватолы тротилсодер- жащие эмулиты эмуланы
0 Плотность г/см ДО тшт тп' | 1,4
Скорость детонации км/с до 6,4 4,5 4,8
Теплота взрыва, ккал/кг | 1130 ; 750 ; 850 !
до(вода-жйдкость)
Теплота взрыва, ккал/дм (вода-жидкость) 1698 1073 1222
Именно необходимость применять для крепких ВВ повышенной плотности, увеличения энергетических характеристик эмульсионных ВВВ привела к созданию металлизированных порэмитов М, а также к добавкам в эмульсию пористой селитры или АМ-БО (эмуланы).
Проведенный анализ позволяет сформулировать следующие концепции формирования ассортимента промышленных ВВ местного изготовления. На пункте (в зарядных машинах) должно быть обеспечено получение всех типов ВВ: гранулированных ВВ, водосодержащих суспензионных с загущенным расвором окислителя и с эмульгированным окислителем.
Объектом повышенного внимания должны быть требования к химическому составу (чистоте) компонентов и строгому соблюдению технологии их переработки.
Не следует противопоставлять эти три типа ВВ по стоимости и технологическим свойствам. Каждый тип ВВ имеет свою определенную область применения, а на пункте в комплексе с зарядными машинам? они должны выпускаться в требуемых количествах для достижения наивысшей технико-экономической эффективности взрывной подготовки горных пород к выемке с учетом их крепости, трещиноватости (взрываемости) и обводненности.
На карьерах России наиболее совершенная технология приготовления суспензионных акватолов (ГЛВВ) реализована на АО Оленегорский ГОК.
Определенный интерес представляют работы ППП Кривбассвзрывпром в приготовлении аналогичных ВВ. Работы АО КМАвзрывпром до настоящего времени продвинулись в технологическом совершенствовании таких составов мало, несмотря на то, что Лебединский ГОК был пионером внедрения ГЛТ для взрывания.
ГПО Кристалл и фирма Нитровзрыв целиком ориентирована только на эмульсионные составы, что является крупным недостатком их деятельности.
Дополнительным недостатком предложения ГПО Кристалл по порэмитам является получение эмульгатора со стороны (из Кемерово или Дзержинска).
Необходимо готовить эмульгатор на комбинате, а ГПО Кристалл должен дать гарантии в получении исходных компонентов для его приготовления.
Известно, что в Китае эмульгатор готовят на предприятиях их недефицитных нефтепродуктов. При переговорах с Министерством металлургии Китайская сторона гарантировала приготовление эмульгатора на предприятии из отечественных нефтепродуктов.
Технология приготовления акватола Т-20ГК по разработкам горного института Кольского филиала РАН требует применения 71% аммиачной селитры, 20 % тротила и (9-1) % кремниевого геля.
Последний получают путем обработки нефелинового концентрата азотной (56 процентной) или серной (96 процентной) кислотами. При этом на 10 т раствора окислителя расходуют 390 кг азотной кислоты или смеси 200 кг серной кислоты со 190 л воды.
Срок годности кремниевого геля после его приготовления при температуре (55±5)°С составляет не более 24 часов, а транспорт его должен выполняться в сосудах из нержавеющей стали.
Температура приготовления горячего раствора окислителя по ТУ 90-95°С, а срок хранения готового горячего раствора в смеси с кремниевым гелем 10 часов.
Параметры сохранности кремниевого геля и горячего раствора окислителя исключает использование накопительных емкостей для этих компонентов, а также предполагают более жесткий временной режим их использования по сравнению с акватолами на полиакриламиде и КМЦ. Это создает определенные сложности их применения на карьерах удаленных от склада ВМ, где предполагается создать пункт приготовления компонентов и ВВ. Сложности будут возникать при авариях с зарядными машинами. Кроме того, аквато-лы на нефелиновом концентрате для их приготовления требуют применения азотной или серных кислот, что повышает техническую и экологическую опасность эксплуатации таких пунктов. Для хранения сильных кислот надо будет создавать на комбинате склад-хранилище с повышенными технологическими требованиями к условиям их эксплуатации.
Определенные сложности могут возникнуть с получением с различных предприятий азотной и серной кислот, нефелинового концентрата.
Изложенное позволяет следующим образом сформулировать концепции создания пункта приготовления местных ВВ на АО «Коршуновский ГОК»:
Предпочтительно расположить пункт на охраняемой территории склада ВМ. Целесообразно создание следующих технологических пунктов-узлов приготовления промышленных ВВ.
1. Пункт приготовления бестротиловых В В из 6 % солярового масла и 94 % аммиачной селитры, состоящей из бункера емкостью, равной емкости зарядной машины, в которой по наклонному шнековому конвейеру подается селитра, смоченная дозированным количеством солярового масла. Зарядная машина-бункер заполняется из бункера и доставляет игданит к сухим заря-
жаемым скважинам или на пункт смешения с жидкими загущенными компонентами.
2. Пункт приготовления горячего загущенного раствора селитр (аммиачной, калиевой, натриевой), состоящий из емко-сти-мешалки-нагревателя, устройства подачи в мешалку воды и загустителя, а также накопителя емкости для горячего раствора емкостью 10 т на одну зарядную машину для водосодержащих ВВ, изготовленную
на базе КрАЗа.
3. Пункт получения эмульгатора.
4. Пункт снаряжения зарядных машин тротилом для последующего введения его в емкость зарядной машины с горячим раствором окислителя для получения аквато-лов типа ГЛТ.
5. Пункт получения обратной эмульсии из смеси горячего раствора селитр, горючего и эмульгатора.
6. Зарядные машины для получения ак-ватолов и поэмитов.
Изменение энергетического диапазона водосодержащих ВВ получают за счет введения в состав водосодержащих растворов или эмульсий твердых гранулированных добавок (гранулированной селитры, ига-нита, граммонита 79/21 (82/18 или грану-лотола).
Учитывая близость сырьевой базы получения аммиачной селитры (г.Ангарск) и ее существенно более низкую стоимость по сравнению с заводскими ВВ (на январь 1995 г. примерно в два и более раза ниже), наиболее разумным решением для комбината следует признать в качестве энергетической добавки использовать селитру или ее смесь с 6% солярового масла, т.е. приготовления суспензионных водосодержащих ВВ, аналогичным бестротиловым зарубежным сларри.
Перечисленные пункты-узлы должны быть обсчитаны с учетом реальных возможностей получения сырья, стоимости получаемых ВВ с учетом реально существующих инфляционных процессов и неустойчивости работы заводов, снабжающих комбинат сырьем для приготовления ВВ.
Например, можно исключить на карьерах использование акватолов, заменив в них, как сказано выше, гранулотол на игданит.
© Б.Н.Кутузов, А.М.Поставалов
