CC BY
50
Mr Milka Matejtt-Grgurtt,
dip], inž.
Tehfii&i opitni ccnur KoV.
Beograd
KORIŠĆENJE SAVREMENIH PRIVREDNIH SREDSTAVA ZA MINIRANJE U VOJNE SVRHE
UDC: 622.24.000.4:355.1
Rezime:
Savremeni privredni eksplozivi nova su vrsta eksploziva. U radu su prikazani klasifika-cija, kratak razvoj. karakteristike i primena savremenih privrednih eksploziva. Primena u vojne svrhe takođe je razmatrana, kao zomena za praškaste privredne eksplozive.
Kljućne reči: eksplozivi, privredni eksplozivi, eksploziv ANFO, slari eksploziv.
MILITARY ASPECT OF USING MODERN BLASTING AGENTS
Summary:
Modern blasting agents are new commercial explosives. Classification, brief history of commercial explosives, characteristics and use of modem blasting agenis are presented as well as their military use. Modern blasting agents could replace powder commercial explosives. Key words: explosives, commercial explosives, ANFO explosives, slurry explosives.
Uvod
Prednost savremenih privrednih sredstava za miniranje u odnosu na kla-sične privredne eksplozive je u izuzetno sigumoj proizvodnji, transports skladi-štenju, rukovanju pri miniranju, kao i u ekonomičnosti.
Savremena sredstva za miniranje po strukturi mogu se uporediti sa pirotehnič-kim smeSama ili kompozitnim barutima, a po efektu dejstva sa brizantnim eksplo-zivima (TNT). Savremena sredstva za miniranje (modern blasting agents) jesu smeše koje ne sadrže brizantne eksplozive kao eksplozivnu komponentu, što je siučaj kod klasičnih privrednih eksploziva. To su smeše koje se sastoje od organ-skih i neorganskih jedinjenja koja služe
kao oksidansi, goriva i aditivi. Savremena sredstva za miniranje razlikuju se od drugih neeksplozivnih materija po svoj-stvu da detoniraju tek kada se neeksplo-zivne materije, koje ih čine, dovedu u određene masene odnose u specijalnim, stešnjenim uslovima. Sastav savremenih sredstava za miniranje može se prilagoda-vati širokom dijapazonu zahteva kori-snika u pogledu karakteristika, kao što su gustina, vodootpomost, osetljivost na inicijaciju (prenos detonacije, kritični prečnik, kritični pojačnik), brzina dcto-nacije, gasna zapremina, toplota eksplo-zije i temperatura eksplozije.
Savremena sredstva za miniranje mogu biti sa i bez brizantnih eksploziva. Brizantni eksplozivi (na primer trinitroto-luen) koriste se kao senzibilizatori u sa-
612
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK (V2000.
vremenim sredstvima za miniranje. Sa-vremena dvrsta sredstva za miniranje mogu biti zmasta (ANFO i ANFO-t) i praSkasta (ANOL). Savremena kaSasta sredstva za miniranje $u slari i emulzioni slari eksplozivi. Po osetljivosti na uticaj vlage mogu biti vodootpomi (slari i emulzioni slari eksplozivi) ili vodoneotporni (ANFO i ANOL).
Razvoj privrednih eksploziva
Razvoj privrednih eksploziva počinje od doba emog baruta (od 12. veka do 1800), a nagli razvoj je dostignut sa proi-zvodnjom dinamita (1800. do 1950) i savremenih sredstava za miniranje [lj. Vreme dinamita oznadava otkride i indu-strijsku proizvodnju brizantnih i inicijal-nih eksploziva, kao što su nitroceluloza, nitroglicerin, tetri), trinitrotoluen, olovo azid i živin fuiminat. Proizveden je sporo-goreći štapin, a amonijumnitrat prime-njen u eksplozivnim smešama. Prime-njuju se praškasti privredni eksplozivi, smeše amonijum nitrata i brizantnih eksploziva, kao što su trinitrotoluen i nitroglicerin. Do razvoja ovih eksploziva do-lazi do polovine dvadesetog veka, kada se pojavljuju savremena sredstva za miniranje.
Na razvoj savremenih sredstava za miniranje znatno je uticalo uodavanje pojave da se amonijum nitrat (AN) može udiniti osetljivim na detonaeiju dodava-njem organskih jedinjenja. Proizvodnja prilovanog AN (porozno granulisanog AN) drugi je uslov za razvoj eksploziva ANFO, koji pored AN sadrže gorive komponente. Od 1955. godine velike kompanije podinju da proizvode eksplo-ziv ANFO za potrebe miniranja u velikim bušotinama bez vode. Danas je ANFO najrasprostranjenije i najdeSde korišćeno
sredstvo za miniranje, i pored relativno male gustinc i vodootpornosti.
Nedostaci eksploziva ANFO uticali su na dalji razvoj savremenih sredstava za miniranje. Otkriveni su i patentirani slari eksplozivi koji su vodootpomi i imaju veću gustinu od eksploziva ANFO. Patent! se odnose na pojavu da je krupniji TNT bolji senzibilizator od fino spraše* nog TNT-a u prisustvu vode, kao i da voda povedava osetliivost smeše AN sa aluminijum prahom. Najveća osetljivost smcša AN sa aluminijum prahom i vodom je sa 8 + 2% vode, 5% aluminijum praha i 87-2% AN. Slari eksplozivi su emulzija tipa ulje u vodi, jer sredstva za zgrušava-nje na bazi prirodnih polisaharida daju stabilnost i vodootpornost smeSi [2, 3). Ovi eksplozivi usavršavali su se zamenom eksplozivnih senzibilizatora neeksploziv-nim, odnosno unošenjcm „vrudih tačaka” - centara inieijaeije u smešu. Senzibiliza-cija slari eksploziva, unošenjem mehurica gasa kao centara inieijaeije, može biti hemijska (mehuridi gasa se oslobadaju hemijskim reakeijama) ili mehanička (mehuridi gasa u poroznim desticama prilovanog AN ili staklcni mikrobaioni uneti u smeSu).
Sedamdesetih godina radilo se na usavršavanju slari eksploziva, tako da se došlo do emulzionih slari eksplozivnih sredstava. Oni predstavljaju emulzije tipa voda u ulju i sadrže zgušnjivade i emulga-tore, površinski aktivne materije koje stabiliSu visokokonccntrovanu emulziju [2. 4].
Pored savremenih sredstava za miniranje, poslednjih dvadesetak godina raz-vijena je i proizvodnja savremenih sredstava za miniranje ,,na lieu mesta" (NA-LIM), za miniranja u rudnicima što je omogudeno dinjenicom da u sastav eks-plozivnog sredstva ne utazi nijedna eks-
VOJNOTEHNlCKl GLASNIK 6/2000,
613
plozivna materija, pa se ne moraju prime* njivati specijalni propisi o sigurnosti i bezbednosti pri radu.
Karakteristike savremenih sredstava
za miniranje
Savremena sredstva za miniranje sadrže široku lepezu različitih tipova eks-ploziva, čijc se karakteristike bitno razli-kuju, (po vodootpomosti i osetljivosti na rudarsku kapslu). Imaju različitu gustinu i detonacione karakteristike, tako da svaki pojedinačni eksploziv kome se može menjati gustina, menja svoje detonacione osobine. Sa porastom gustine savremenih sredstva za miniranje rastu njihove minskoeksplozivne karakteri-stike [3]. Pored toga, može se podešavati osetljivost na inicijaciju, odnosno inicira-nje rudarskom kapslom ili pentolitskim pojačnikom od 100 do 360 g [5j. Podaci su dati u odnosu na prosečne sastave savremenih sredstava za miniranje (ta-bela 1), koji su najčešće u upotrebi [5, 6]. U tabeli 2 date su karakteristike
savremenih sredstava za miniranje u po~ ređenju sa klasičnim privrednim eksplo-zivom amoneksom (Al). Oznaka N1 u tabelama odnosi se na ANOL, Đ50 i Đ20 na slari eksploziv sa brizantnim senzibili-zatorom, M2 na slari pumpani eksploziv, a DSB i DEP na emulzivni slari eksploziv.
Sastav savremenih sredstava za miniranje tako je podešen da bilans kiseo-nika bude neutralan ili blago pozitivan. Tako se neutralise negativan bilans ki-seonika pentolitskog pojačnika u ukup-nom bitansu kiseonika pri miniranju.
Savremena sredstva za miniranje su smeše neorganskih oksidacionih soli ili njihovih vodenih rastvora i organskih gorivih materija - smeše tečnih i čvrstih ugljovodonika. Soli koje se najčešće ko-riste su amonijum nitrat, kalcijum nitrat i natrijum nitrat, a gorive materijc teže frakeije rektifikaeije nafte, kao što su dizel i parafinske. U tabeli 1 navedeni su karakteristični sastavi savremenih sredstava za miniranje i klasičnog pri-vrednog praškastog eksploziva Al, radi uporedenja.
Tabela 1
Karakteristični sastavi privrednih eksploziva
Sastav Privredni eksplozivi
(m %) Al N1 ANFO B50 B20 M2 DSĐ DEP
Amonijum nitrat 80 93 95 72 72 53 52 46
Kalcijum nitrat - - - - - 17 25 -
Natrijum nitrat - - - - - - - 20
Ugljovodonici 4 5 5 6 5 5 8 7
Voda - - - 12 10 18 10 20
Trinilrotoluen 15 - - 5 5 - - -
Regulatori gustine - - - - - 4 3 5
Metalni prah - 2 - 1 3 - - -
PAM* 1 1 - 4 4 5 2 2
• - Povrfinski aktivne matenje (PAM) su za slari eksplozive zguinjivati (ipa guar braSoa. a zacmulzione slari cksplozive emulgatori esiarskog tipa.
614
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 6T2000.
Tabela 2
Karakteristike privrednih eksploziva
Karakteristika Privredni eksplozivi
Al N1 ANFO B50 B20 M2 DSB DEP
Gu$tina(kg/m}) 1100 1020 1000 1500 1650 1100 1150 1200
Brzina detonacije (m/s) 4500 3300 2500 5250 5750 3500 4800 3700
Prenos detonacije (cm) 4-9 4 kont.' kont. kont. koni. 4-6 kont.
Iniciranje minimaJnim pojaCnikom2 (g) StS J68 PP80 PP200 PP60 PP100 2*8 PP40
Osetljivost na udar <kN) 4 10 >20 >20 >20 >20 >20 >20
Bilans 02(%) +0.2 0 +0,1 0 0 0 0 0
Gasna zapremina <l/kg) 963 1019 925 865 584 865 847 900
Toplota eksplozije (J/g) 4148 3851 3872 5284 6300 3452 3892 3294
Temperature eksplozije (*C) 2564 2310 2260 _ _ 2480 2606 2345
Radni faktor * Kr (kgm/kg) 433 393 375 407 662 415 442 425
Pritisak detonacije (bar) 56019 26900 _ 102120 134750 82420 98060 91650
Minimalni preinik (mm) - 50 70 60 60 50 15 30
Vodootpornost ne ne ne da da da da da
1 prenos detonacije oa dodir - ncms razmaka izmedu patrooa, 1 PP - pentotitski pojačnik. rudarska kap&Ia broj 8.
Fizičko stanje eksploziva, iii njegova struktura, više utiče na karakteristike savremenih sredstava za miniranje od sastava. Struktura se razlikuje zavisno od tipa eksploziva. Tako su ANFO i ANFO-t eksplozivi zmaste strukture, sa veličinom čestica reda jednog milimetra. Slari eksplozivi su suspenzije ili emulzije tipa ulje u vodi, gdc su veličine kapi i čestica reda veličine 0,1 mm. Emulzioni slari eksplozivi su emulzije tipa voda u ulju, sa veličinom čestica reda jednog mikrona.
Povećanje dodime površine izmedu neorganskih soli i ugljovodonika pobolj-Sava detonacione karakteristike eksplo-
ziva. Tako ANFO ima manju povrSinu dodira od slari eksploziva, zbog veličine čestica, i slabije detonacione karakteristike, kao Sto je brzina detonacije (tabela 2). PovrSina dodira je najrazvijenija kod emulzivnih slari eksploziva, čije se karakteristike mogu uporediti sa brizantnim eksplozivima.
Eksploziv ANFO nema veću gustinu od privrednog eksploziva Al, ali zbog bolje popunjenosti buiotine, Sto je posle-dica fizičkog stanja eksploziva ANFO, njegove minskoeksplozivne karakteristike su ravne praSkastom Al. Manja osetljivost eksploziva ANFO na inicija-ciju zahteva primenu pojačnika, ali pove-
VOJNOTEHNIĆK! GLASNIK 60000.
615
ćava bezbednost pri rukovanju, dok nje-gova zrnasta struktura omogućava me* hanizovano - pneumatsko punjanje bu$o-tina.
U odnosu na ekspioziv Al. praškasti eksploziv koji sadrži 15% TNT, slari (M2) i emulzioni slari eksplozivi (DSB i DEP) imaju istu ili neSto veću gustinu, približno istu brzinu detonacije i radni faktor, ali pri miniranju pokazuju bolje karakteristike zbog maksimalne popunje-nosti bušotina. Vodootpomi su za razliku od A1 koji to nije. Osetljivost na inicira-nje slari i emulzivnih slari eksploziva može se menjati. Podešavanjem gustine oni mogu postati osetljivi na rudarsku kapslu ili im se osetljivost može smanjiti tako da se iniciraju pojačnikom od 100 g pentolita. Tečni su ili kašasti, tako da se mogu upumpavati u buSotine, a kako nc sadrže TNT potpuno su bezbedni za rad. Najveću gustinu i brzinu detonacije imaju eksplozivi B50 i B20, koji sadrže TNT kao senzibilizator. Eksploziv Al, i pored 15% TNT, ima manju brzinu detonacije zbog manje gustine.
Primena savremenih sredstava za
mlniranje
Savremeno eksplozivno sredstvo za miniranje postaje sposobno za detonaciju nakon upumpavanja u bušotinu, a inicira-nje se obavlja uz pomoć dodatnih sredstava za inicijaciju - pojačnika, koji se umeće između inicijatorske kapsle i upumpanog eksploziva. Pri direktnom upumpavanju ovih eksploziva, bušotine se potpuno popunjavaju, tako da je mnogo manja mogućnost prekida detonacije usled prekida stuba eksploziva ili proširenja bušotine zbog pukotina, Sto nije slučaj sa klasičnim privrednim eks-plozivima pakovanim u polietilensko
crevo ili papirne omote. Zbog potpune popunjcnosti bušotine gustina eksploziva u njoj jednaka je gustini eksplozivnog sredstva. a efekti miniranja su bolji (1). Podešavanjem gustine i sastava ovi eksplozivi mogu u potpunosti da zamene klasične privredne eksplozivc.
Savremcna sredstva za miniranje ko-riste se za sva miniranja u rudarstvu, u građevinarstvu, za specijalna miniranja kao što je miniranje u šumarstvu ili obrada metala eksplozivom. Miniranja u rudarstvu mogu biti podzemna ili površin-ska. U površinskoj eksploataciji rude sa-vremeni privredni eksplozivi primenjuju se u sistemu NALIM. Ovaj sistem proi* zvodnje eksploziva na mestu potrošnje predstavlja postrojenje za proizvodnju eksploziva ugrađeno na vozilo [1. 5]. Sirovine za proizvodnju nalaze se uzaseb-nim rezervoarima na vozilu. a do njiho-vog mešanja tj. obrazovanja eksplozivnc smeše dolazi u mcšaču (takode na vozilu) u kojem se ejektorski dozira odgovarajući sastav. Smeša se direktno sa vozila uba-cuje u bušotinu. Sigumost i bezbednost primene eksploziva za miniranje u sistemu NAL1M je najveća u porcđenju sa svim ostalim postupcima miniranja. Po-stupak punjenja bušotine vrši se direktno sa vozila -eksplozivi se mogu upumpavati u bušotine sa udaljenosti od 10 m. Zahva-Ijujući robustnoj konstrukciji vozila su pogodna za korišćenje i na teško dostup-nim tcrenima. Postoji više tipova vozila, zavisno od tipa savremenog sredstva za miniranje koji se proizvodi - ANFO, slari ili njihove modifikacije - za emulzivni slari i ANFO-t eksplozive [4].
U podzemnoj eksploataciji za meha-nizovano punjenjc bušotina eksplozivom ANFO i ANFO-t koriste se pneumatske punilice ili sistem pncumatskog transporta kroz cevovode od skladišta do
616
VOJNOTEHNIĆKI GI-ASNIK 6^000.
mesta miniranja. To su ekonomični, brzi i sigurni načini upumpavanja eksploziva u bušotine. Oni skraćuju vreme priprcme za miniranje od 5 do 10 puta, a poveda-vaju bezbcdnost u radu.
VozHo.su pusirojenjem zaproizvodnju eksploziva: 1 - renrvou u &oo*o. 2 - tczcrvoar » vodu. 3 - rczcrvojr tm ruivor ofcsidaiuu. 4 - rczcrvoar u <vmc oksuUue. S - rczczvoar za ćvroa foriva. 6 - rezervotr n idibvc, 7 - crcvo t* upumpavanje ektpkmva. 8 - kwnandaa uMa. 9 - potoda za ludroulye. IA - vcntil. II - kompresor. 12 - putoi tramponer. 13 - mciat. |4 - pumpa
Za miniranja u gradevinarstvu koristi se sistem NALIM sa vozilima kao kod povrSinskog miniranja u rudarstvu. To je pogodno za pripremu terena za radove niskogradnje, kao što su tuneli ili used. Za miniranje u gradevinarstvu na klasičan način koriste se emulzivni slari ekspiozivi. Miniranje zgrada i visokih objekata na malom prostoru vrši se emulzivnim slari eksplozivom osetljivom na rudarsku kap* slu u kombinaciji sa usporačima. Speci-jalna miniranja manjeg obima specifična su i nisu predmet ovog rada.
Savremena sredstva za miniranje mogu sc inicirati na isti način kao i klasični privredni ekspiozivi - rudarskom kapslom. Kod onih sredstava koja su, zbog povećane bezbednosti, neosetljiva na kapslu, izmedu kapsie i eksploziva ubacuje se pojačnik. Utvrdeno je da su pentolitski pojačnici najpogodniji za inici-ranje savremcnih sredstava za miniranje [1, 6]. Pored ovog načina, inidranje sa-
vremenih sredstava za miniranje vrši se i sistemom inicijacije NONEL, koji obu-hvata inicijalni lanac u kojem je detonira-jud štapin na bazi pentrita zamenjcn plastičnim cevčicama laborisanim alumi-nijumom u prahu. Sa sistemom inicijacije NONEL savremena sredstva za iniciranje imaju eksplozive samo u inicijalnim kap* slama, koje se nalaze u inicijalnom lancu pobudivanja detonacije savremenih sredstava za miniranje (7|.
Mogućnosti primene savremenih
sredstava za miniranje n vojne svrhe
Mogućnosti primene savremenih sredstava za miniranje u vojne svrhe proi-stiču iz njihovc primene u mimodopskim uslovima. To znači da sc ovi ekspiozivi mogu koristiti kod inženjerijskih radova, umesto klasičnih privrednih eksploziva. Posebnu prednost predstavlja velika bez-bednost i sigurnost pri radu sa njima, kao i ekonomičnost savremenih sredstava za miniranje. Korišćenje NALIM sistema skraćuje vreme pripreme za miniranje. Mogu se koristiti za punjenje horizontal* nih, kosih i vertikalnih bušotina. Zbog energije kojom raspolažu ovi privredni ekspiozivi, u bušotinama većeg prečnika i na većem rastojanju, postižu iste efekte kao pri miniranju sa klasičnim eksplozi* vima u bušotinama sa manjim prečnicima na manjem rastojanju. Kako su bušački radovi skuplji deo radova pri miniranju, korišćenje savremenih sredstava za miniranje u manjem broju bušotina dodatno doprinosi ekonomičnosti.
NALIM sistem proizvodnje eksploziva na lieu mesta, pogodno je alterna-tivno rešenje. Pokretljivost, lako do-stupne i jeftine sirovine, veliki kapacitet i mogućnost podešavanja detonacionih karakteristika, promenom sastava i gu-
VOJNOTEHNIĆKl GLASNIK 6/2000.
617
stine ekspioziva, čine ovaj sistem intere-santnim za korišćenje u Vojsci Jugosla-vije.
Karakteristike emulzionih slari ekspioziva mogu se uporediti sa trinitroto-luenom (TNT). TNT se upotrebljava u punjenjima municije liven ili presovan, sam ili u smeši sa drugim brizantnim cksplozivima (heksogcn, oktogen, pen-trit), ncorganskim oksidacionim solima ili metalnim prahovima. Liveni TNT se inicira pojačnikom, a presovani detona-torskom kapslom. Toplota eksplozije TNT je 4519 kj/kg, specifična zapremina gasova 730 l/kg, a brzina detonacije je 6900 m/s pri gustini 1600 kg/m3 [5].
Emulzivni slari eksplozivi imaju to-plotu eksplozije 3900 kJ/kg, specifičnu zapreminu gasova 8501/kg, a brzinu detonacije 4800 m/s pri gustini 1150 kg/m3. Mogu se koristiti umesto plastičnih ekspioziva i pod vodom pošto su vodootpor-ni. Poznati proizvođači ovog ekspioziva svoje proizvode obeležavaju zrnima, raz-ličitog oblika i boje, od termootpomih polimera koji se prilikom detonacije raz-lete. Njihovo nalaženje na mestu eksplozije ukazuje na vrstu savremenog sredstva za miniranje kao i njihovog proizvođača.
Zaključak
Postoji mogućnost da se savremena sredstva za miniranje mogu koristiti u Vojsci Jugoslavije, kao zamena do sada korišćenom praškastom amoneksu, a po-sebno je pogodan emulzivni slari eksplo-ziv. Korišćenjem ovih ekspioziva pove-ćala bi se bezbednost minera - rukovaoca eksplozivom, a dobio bi se eksploziv boljih karakteristika uz istu, pa Čak i manju cenu.
Literature:
{1| Cook. M. A.: The science of industrial explosive, trcco Chemicals. South Lake City. 1974.
[2| Lissani, K.: Emulsions and enuhkm technology I. Mated Dekkcr. INC. New York. 1974.
(3| Meyers. S.. Shanlay E. S.: Industrial Exsplosives - A Brief History Of Their Development And Use. Journal of Hasar-dous Materials 23 (1990.). lg-201.
{4} Matejid, M.: Prilog proudavaqu karakteristika ANFO-t ekspioziva. njcgovih konsrituemu I mogudnosti primenc u savremcnoj cluptoataciji u rudnicima. reagistarski rad. TMF, Beograd. 1995.
(5] Hristovski, M.: Eksplozivne materi)c - rednik. NIU Vojska, Beograd. 1994.
[6| Malepd. M.: Odredivanje kritttnog predtuka punjenja savre* menib privrednih sredstava u minirante. NTP, Beograd. 19%.
[7) Matepd. M. Grgurid. Andelkovid M. Lukid: Karaktenstike ANFO-T ekspioziva. Zbomik radova sa Trede koafereoeije Dnittva za tstrativanje matenjala JUKOMAT 99, septembar 1999. Herceg Novi.
618
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 6/2000.
