CC BY
157
© Б.И. Римарчук, В.Я. Шварцер, В. Д. Прилипенко, Е.Д. Прилипенко, В. А. Дробот, М.Н. Коростелев,
2005
УДК 622.81
Б.И. Римарчук, В.Я. Шварцер, В.Д. Прилипенко,
Е.Д. Прилипенко, В.А. Дробот, М.Н. Коростелев
ПРИМЕНЕНИЕ НОВОГО ПРОСТЕЙШЕГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА - ИГДАНИТА ИВД-5 НА ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ КРИВОРОЖСКОГО БАССЕЙНА
Семинар № 3
~П последние годы в мировой прак-
Х^тике ведения взрывных работ при добыче твердых полезных ископаемых все более широко применяют простейшие взрывчатые вещества (ПВВ). Главной их особенностью и преимуществом является то, что они представляют собой смеси из компонентов, каждый из которых в отдельности не является взрывчатым веществом (ВВ). Простейшие взрывчатые вещества нет необходимости транспортировать в готовом виде, что всегда небезопасно, так как они могут быть изготовлены непосредственно на местах их применения. Важным их преимуществом является также то, что они не содержат нитросоединений и меньше других ВВ негативно воздействуют на окружающую среду и, прежде всего, на здоровье людей. К тому же, это самые дешевые ВВ.
На горнорудных предприятиях США и Канады доля различных модификаций ПВВ в общем количестве применяемых ВВ достигает 80 %. На шахтах и карьерах Украины ПВВ, в основном в виде традиционного игданита, представляющего собой смесь аммиачной селитры и дизельного топлива в пропорции 94,5: 5,5, применяют в незначительных объемах - около 8 % от общего количества ВВ, используемого в горнодобывающей промышленности.
Основной причиной, сдерживающей применение игданита, является его физическая нестабильность. Так, в заряженной игданитом скважине в тех случаях, когда взрывание осуществляют не сразу после заряжания, а по истечении определенного времени, что характерно для большинства горнодобычных технологий, дизельное топливо стекает с гранул аммиачной селитры, и это приводит к частичной, а иногда полной потере работоспособности ПВВ.
Предпринимались попытки повысить стабильность взрывчатой смеси путем добавления мелкодисперсных горючих компонентов: алюминиевого или угольного порошка, древесной муки, а также других материалов, например, железорудного концентрата. Как правило, это не позволяло существенно повысить физическую стабильность ПВВ, но приводило, прежде всего, к их удорожанию, ухудшало контакт дизельного топлива с аммиачной селитрой, снижая работоспособность взрывчатой смеси, а в ряде случаев приводило к повышению вероятности ее возгорания и самопроизвольных взрывов [1].
За рубежом стабилизации ПВВ достигают в основном за счет применения пористой аммиачной селитры, способной впитывать дизельное топливо и удерживать его длительное время.
В Украине пористую селитру пока не
Данные опытов по определению работоспособности граммонита 79/21 и игданита ИВ Д-5 методом воронкообразования
■™/в" ‘ЯЯ яхэондоэоиэохс^е^ гН НМОШООЮО^ со со ^ го со со со со о" о" о' о~ о" о” о' о"
£н ‘вэосф -1яя иннос1оя ИЭЯ.90 ГО I—* смсосоюомлоо^ ООЮ1—1С^(Мт—(г-1 сососососмсососо о о" о" о' о" о” о" о"
ес1Лит Айхэиеии н еэойдпя иннос1он 1ЯХОЭ1ЯЯ эинэтонхо см гН СМСМТ-Н^ОЧОСО^ЧО ^ ^ ^ со" счГ со со' со~ т-НгНт-НгНт-Нт—1 Н Н
ии ‘еэосфяя имнос1оя ошнеяонэо ИГОШ01Ш ои ионяес! ‘ихэонжЛсЫо эЛтод гН т—I ЧОГ^-ЮОЮЮС^^ а\а\1лсосо^(мсм
(ШИМ) ес^Лиш нинеаое -яиоиэи хнэипиффсо>{ о 1-Н О I-1 т—1 00 С'' О О'* о ^ ^ ^ со со ^ со ^ о" сГ о" о" о" о” о" о"
ии ‘еэосфян имнос1ое ехоэгад ЮЮ(МЮООСОСО СТ\0'^(^ч0С0ч0Г>-Г'» ююююиою^ю
«енемвхэ» ВНИ1/17 00 ююооюоо^г^ ОО^^Т-НС^^Г^ЧО ооооооа\оооооооо
Еиэ/Х 1эс1Лиш о дд яхэонхоиц г- ооС'ооооооЧ.оо^ о” о" о” о" о"1-1 сГ о
ИИ ‘е17КС1е£017ЭН еНИ1/[7 40 оооооососо 0\00ч0^ю^1> со^сосососососо
ии ‘шМит ении|7 ю 000000Г"-0 оо^^оосчо^^ 1—1 Г-Н тН т-Н 1-Н г—1 Г-Н т—1
£иэ/л ‘дд яхэонхоиц оос^-оог^оо!>-оог^ ^ о с^ о О' о а> О г-н О I-1 О 1-1 О т—1
эс1 -Лит я дд ояхээышон со оооооооо ооа\сос^ооа\ооа'\
ЯЯ “И1 см Граммонит 7 9/21 ИВД-5 Г раммонит 7 9/21 ИВД-5 Граммонит 79/21 ИВД-5 шие по граммониту 79/21 шие по ИВД-5
ес1/шт «V гН 0) 0) а а --чсмсо^ююОО
производят. Из стран СНГ приступили к ее производству только в России. Как показали результаты специально выполненных экспериментов по сравнительной оценке свойств используемых в промышленности России взрывчатых смесей, полученных на основе аммиачной селитры различных сортов, пористая аммиачная селитра российского производства по качеству и, прежде всего, по адсорбционной способности к дизельному топливу значительно уступает импортной [2].
При оценке эффективности перехода при изготовлении ПВВ от традиционных сортов аммиачной селитры к пористой следует учитывать более высокую абразивность последней, что приведет к более интенсивному износу зарядных шлангов.
Изучение свойств смесей аммиачной селитры различных сортов с дизельным топливом показало, что в случае приготовления смеси при влажности воздуха выше естественной влажности селитры даже пористая селитра контактирует с дизельным топливом, в основном, по поверхности гранул, а внутрь их дизельное топливо попадает только через сравнительно крупные поры, тогда как мик-ропоры первоначально адсорбируют влагу из атмосферы, что не позволяет проникнуть в них дизельному топливу. В результате снижается физическая стабильность такой взрывчатой смеси, а также снижается полнота и скорость детонации при ее взрывании.
В качестве альтернативы игданиту, приготовленному на основе пористой селитры, разработана новая технология его производства, при которой стаби-лизация взрывчатой смеси достигается за счет создания временной пористости традиционной гранулированной аммиачной селитры, путем подогрева ее гранул до образования в них микротрещин и вдавливания в эти микротрещины дизельного топлива под давлением сжатого воздуха. После остывания селитры микротрещины закрываются и дизельное топливо остается в гранулах. В результате повышения стабильности своих характеристик это новое простейшее взрывчатое вещество, получившее название игданит высокого давления и аббревиатуру ИВД-5, на длительный период обеспечивает кислородный баланс равный нулю, что позволяет максимально сохранить потенциальную энергию и минимизировать количество выделяемых при взрыве отравляющих газов.
Игданит ИВД-5 защищен патентом Украины № 33544 [3] и допущен Госнад-зорохрантруда Украины к постоянному применению по ТУ У 24.6-1346371-003201, разработанному инициативной группой авторов изобретения и специалистов ЗАО «ВТНПФ «КОЛО». Проверка эффективности ИВД-5 производилась согласно нормативным требованиям, определяемым ЕПБВР.
Полигонные испытания игданита ИВД-5 (при участии ИГТМ НАН Украины, ГПИ «Кривбасспроект», ЗАО «ВТНПФ «КОЛО», НИИБТГ, ОАО «Кривбассвзрыв-пром») позволили установить, что критический диаметр открытого заряда этого простейшего взрывчатого вещества составляет 65 - 70 мм, критический диаметр заряда в стальной оболочке - 25 мм; скорость детонации открытых зарядов диаметром 40,100, 150, 200 мм составляет соответственно 2800, 3450, 4050, 4400 м/сек.
На одной из железорудных шахт Криворожского бассейна провели предварительные и приемочные испытания игдани-та ИВД-5 [4]. Здесь же испытали первый
комплекс оборудования для приготовления игданита ИВД-5 с осуществлением таких операций, как сушка и подогрев аммиачной селитры, смешивание в заданной пропорции селитры с дизельным топливом, выдержку смеси под давлением воздуха 0,5 МПа в замкнутом объеме.
Игданит высокого давления ИВД-5 испытывали как на проходке горных выработок, так и при массовой отбойке руды в очистных блоках. Во время испытаний на проходке выработок произведено с использованием игданита ИВД-5 125 взрывов. Проходку вели как по руде крепостью 7-10 баллов* (28 взрывов), так и по породам крепостью от 7 до 16 баллов. Выработки имели сечение от 3,3 до 13,4 м2. Шпуры на проходке бурили диаметром 40 - 46 мм и длиной от 1,1 до 2 м. Заряды игданита ИВД-5 в шпурах инициировались патронами-боевиками из аммонита 6ЖВ весом по 250 г, которые располагали в устье шпуров. Всего на проходку выработок израсходовали 4820 кг игданита ИВД-5. Его расход на 1 м3 пройденной выработки колебался в зависимости от крепости пород и сечения выработок от
2,3 до 4,7 кг/м3 и в среднем составил 3,2 кг/м3. Коэффициент использования шпура (КИШ) во всех случаях был не меньше 0,8 и в 55 % случаев был равен или превышал 0,95. Отмечена надежная детонация зарядов в шпурах.
Игданит ИВД-5 испытали также при отбойке руды глубокими скважинами в трех очистных блоках. Произвели 7 взрывов в рудах крепостью от 8 до 12 баллов при диаметре скважин 105 мм и длине их от 7 до 24 м. Длина заряда в скважинах составила от 5 до 17 м. Для инициирования скважинного заряда использовали по четыре патрона аммонита 6ЖВ по 250 г каждый, располагая их в устье скважины. Всего на отбойку руды было израсходовано около 6000 кг игданита ИВД-5. При взрывах зафиксирована полная детонация взрывчатого вещества в скважинах и хорошее дробление руды.
Положительно завершились испытания установленного в шахте специализированного комплекса для приготовления игданита ИВД-5. Средняя техническая производительность комплекса составила
6,3 кг/мин при коэффициенте использования оперативного времени 0,64. Таким образом, подобный комплекс может полностью обеспечить игданитом ИВД-5 шахту с годовой добычей железной руды до 3,25 млн т.
На основании результатов приемочных испытаний принято решение допустить комплекс оборудования для приготовления игданита ИВД-5 к постоянному применению в подземных условиях шахт, не опасных по газу и пыли.
Чтобы оценить экономическую эффективность перехода на игданит ИВД-5, сопоставили себестоимость его изготовления на испытуемом оборудовании - 690 грн/т, себестоимость приготовления простейшего взрывчатого вещества А-6 (смесь аммиачной селитры и дизельного топлива с добавлением алюминиевого порошка) - 1210 грн/т, а также цену широко применяемого в настоящее время на железорудных шахтах граммонита 79/21 - 2100 грн/т (все в ценах 2002года). При переходе от граммонита 79/21 на ПВВ А-6 на каждой тонне ВВ экономится 890 грн., а при переходе на игданит ИВД-5 - 1410 грн.
Чтобы сравнить игданит ИВД-5 и граммонит 79/21 по работоспособности, на одной из шахт Криворожского бассейна провели специальные опыты с использованием метода воронкообразования. В выбранной для проведения опытов выработке, пройденной вкрест простирания по породам крепостью 8 - 9 баллов, пробурили по три шпура в левой и правой стенках. Шпуры расположили на высоте (от почвы выработки) 1,5 м и по одной линии на расстоянии один от другого не менее, чем на
*Здесь и далее крепость руды и пород дана по шкале профессора М.М. Протодъяконова.
2 м, чтобы исключить взаимовлияние при взрыве. Диаметр шпуров 42 мм, длина 1,5 м. Заряжали шпуры патронированным ВВ. Масса заряда в шпурах: граммонита 79/21 -0,86 кг (шпуры 1, 3, 5), игданита ИВД-5 -0,94 кг (шпуры 2, 4, 6).
Каждый из зарядов инициировали электровзрывным способом, в качестве патрона-боевика использовали аммонит 6ЖВ массой 250г. Исходные и результирующие данные выполненных опытов сведены в таблицу.
Из анализа данных таблицы и сопоставления воронок выброса, образовавшихся в результате взрывания шпуров, три из которых были заряжены игданитом ИВД-5 и три граммонитом 79/21, можно констатировать, что по конфигурации эти воронки отличаются незначительно, но по объему они практически одинаковы как при взрывах шпуров с одним из сравниваемых ВВ, так и при сопоставлении воронок, образованных шпурами, заряженными разными ВВ. То же самое можно сказать и по результирующему показателю - работоспособности. Таким образом, можно сделать вывод, что по работоспособности игданит ИВД-5 практически аналогичен граммониту 79/21 при ведении взрывных работ в горном массиве крепостью до 10 баллов. По результатам предварительных и приемочных испытаний игданита ИВД-5, о которых шла речь выше, видно, что игданит ИВД-5 с успехом применяли и на проходке выработок в породах крепостью свыше 10 баллов при увеличении удельного расхода этого ПВВ в сравнении с граммонитом 79/21 на 10-15 %.
Игданит ИВД-5 применяют пока на одной шахте - там, где имеется оборудование по его изготовлению. На других шахтах Криворожского бассейна вопросы, связанные с переходом на новое ПВВ, находятся в стадии решения.
Большие перспективы для применения игданита ИВД-5 имеются и на открытых горных работах, в частности на железорудных карьерах Криворожского бассейна. Так как игданит ИВД-5 обладает хо-
рошей сыпучестью и высокой физической стабильностью, нет каких-либо ограничений для заряжания им на открытых работах сухих скважин взамен граммонита 79/21. В результате на железорудных карьерах Украины можно заменить игда-нитом ИВД-5 до 20 % общего количества используемого ВВ. Но большая часть скважин в железорудных карьерах (до 80 %) в большей или меньшей степени обводнены, и для
их заряжания обычно используют весьма дорогостоящие водоустойчивые ВВ. Нами разработана технология заряжания обводненных скважин дешевыми неводоустойчивыми сыпучими ВВ, в том числе игда-
1. Коростелев М.Н., Жуков С.А., Сорокопуд А.В. Причины самопроизвольных взрывов амми-ачно-селитренных взрывчатых веществ и пути их предотвращения. Сб. научных трудов, Кривой Рог, НИГРИ, 1995.
2. Додух В.Г., Старшинов А.В., Черниловский А.М., и др. Влияние типа и свойств аммиачной селитры на взрывчатые характеристики сыпучих смесевых ВВ. - М. Горный журнал, 2003, № 4 - 5.
нитом ИВД-5, с использованием изоляционных полиэтиленовых рукавов, в которые ВВ подается с помощью пневмозарядчиков типа МЗС [5].
Выводы
Новое простейшее взрывчатое вещество игданит высокого давления ИВД-5, обладая высокой физической стабильностью и имея близкие с граммонитом 79/21 показатели взрыва, но в 2 - 2,5 раза дешевле его и более экологически безопаснее, является одним из наиболее перспективных взрывчатых веществ и рекомендуется для широкого применения на горнодобывающих предприятиях как с подземным, так и с открытым способом разработки.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Римарчук Б.И., Шварцер В.Я. и др. Патент Украины на изобретение № 33544.
4. Ефремов Э.И., Римарчук Б.И., Дробин Г.Ф., и др. Новое простейшее ВВ - игданит высокого давления (ИВД-5). Металлургическая и горнорудная промышленность - 2001, № 6.
5. Римарчук Б.И., Шварцер В.А. и др. Патент Украины на изобретение № 33978А.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Римарчук Б.И., Шварцер В.Я. - ГПИ «Кривбасспроект», г. Кривой Рог,
Прилипенко В.Д., Прилипенко Е.Д., Дробот В.А., Коростелев М.Н. - ЗАО «ВТНПФ «КОЛО», г. Кривой Рог.
'S'-
УДК 622.235 С. В. Цирель
© С.В. Цирель, 2005
