CC BY
87
Изложенный подход позволяет определить требуемые характеристики водосодержащих взрывчатых веществ любого компонентного состава.
-------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. 2-е изд., перераб. и доп. - М., Недра, 1982, 327 с.
2. Взрывные характеристики акватолов с пониженным содержанием гранулотола / В.Г. Шеменев, А.С. Маторин, А.А. Котяшев, Ю.В. Куркин, В.Ю. Попов // Сб. докладов III Международной конференции по взрывным работам, Москва, 27-28 мая 1997 г.
і— Коротко об авторах----------------------------------------
Меньшиков П.В. - Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург.
^ © к.к. шведов, в.в. лавров,
В.А. Белин, Б.Н. Кутузов, 2007
К.К. Шведов, В.В. Лавров, В.А. Белин,
Б.Н. Кутузов
ПРОБЛЕМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБОРОТА ПВВ
Широкое использование энергии взрывчатых веществ (ВВ) является неотъемлемой составляющей современных технологий добычи твердого минерального сырья в горной промышленности, растет область применения ВВ в других отраслях промышленности, науки и техники. Обеспечение безопасности оборота огромных масс взрывчатых и взрывоопасных веществ затрагивает жизненно важные интересы человека, общества и государства. Проблема состоит в необходимости, с одной стороны, исключить полностью или резко снизить риск возникновения техногенных аварий и катастроф, связанных со случайными взрывами ВВ и их взрывоопасных компонентов, а с другой - надежно прогнозировать безопасность, эффективность и уровень вредного экологиче-
ского воздействия промышленных взрывов в конкретных условиях применения.
Длительное время эта проблема решалась на базе исследований мощных молекулярных и смесевых ВВ в основном военного назначения. Эти исследования позволили разработать теорию, позволяющую надежно предсказывать параметры «идеальной» детонации и эффект действия взрыва таких ВВ, разработать систему методов лабораторнополигонных испытаний, объективно отражающих их качество и взрывобезопасность. Был разработан широкий ассортимент составов заводского изготовления на основе тротила и ряда других бризантных ВВ, созданы эффективные технологии ведения ими взрывных работ специализированными организациями [1]. На основе научных исследований и практического опыта были созданы правовые основы оборота промышленных ВВ (ПВВ) и подготовки квалифицированных специалистов. В соответствии с Едиными правилами безопасности (ЕПБ) действовала независимая от разработчика государственная система допуска новых ПВВ к применению, предусматривающая их «полное исследование по основным показателям» в институтах по безопасности на стадии первичных и широких промышленных испытаний [2].
Однако в 60-70 годах минувшего века в развитых странах мира, а затем и в России произошли кардинальные изменения в области состава и оборота ВВ промышленного назначения. Суть их состоит в замене дорогостоящих и опасных в обращении тротилсодержащих ВВ заводского производства на низкочувствительные гранулированные, водосодержащие, эмульсионные и суспензионные смеси типа окислитель-горючее на основе нитрата аммония (НА), приготовляемые на местах применения [3]. (Считающиеся невзрывчатыми компоненты таких веществ готовятся, как правило, на при-карьерных пунктах вблизи мест ведения взрывных работ, а готовые взрывчатые смеси - путем смешения их при механизированном заряжании скважин с введением, при необходимости, активных веществ-сенси-билизаторов). Широкому применению аммиачно-селитренных ВВ нового поколения способствует мощная сырьевая база производства, низкая стоимость и доступность основного компонента - НА. Основ-
ным потребителем НА, как полноценного азотного удобрения в России, как и в других странах, является сельское хозяйство и лишь незначительная часть используется в горнодобывающей промышленности. Поэтому исторически сложилось так, что основные требования к качеству НА определяются в основном потребностями использования его в сельском хозяйстве без необходимого учета его взрывоопасных свойств.
По международной классификации перевозки опасных грузов НА относится к окислителям (класс 5,1). Это в какой-то степени оправдано вследствие его низкой детонационной способности и низкой чувствительности к механическим воздействиям по сравнению с мощными молекулярными ВВ. Однако отсюда не следует вывод об абсолютной взрывобе-зопасности НА и о том, что он является невзрывчатым компонентом ПВВ. По природе индивидуальный НА является низкоэнергетическим взрывчатым веществом. В недалеком прошлом он использовался для проведения крупных массовых взрывов на выброс, карьерах для взрывов дробления с расчетной теплотой взрыва 1600 кДж/кг [1].
В табл. 1 приведены расчетные значения максимальных теплот взрыва Отах и расчетные и экспериментальные данные по скорости (й) и давлению детонации (Р) зарядов одинаковой плотности НА, тротила (ТНТ), а также типичных современных смесевых ВВ на основе НА. Верхние строчки в графе расчет - термодинамические расчеты с использованием различных урав-нений состояния продуктов детонации, нижние - экспресс-метод, рекомендованный межотраслевым семинаром для предварительной оценки параметров детонации современных ПВВ.
Экспериментальные данные получены в близких к предельным диаметрам заряда и отражают максимально возможные параметры детонации вещества.
Из табл. 1 следует, что НА в зарядах насыпной плотности (0,85-1,0 г/см3) имеет довольно высокие параметры детонации, лишь незначительно уступающие параметрам детонации тротила, несмотря на низкую энергетику. Поэтому любые смеси с большим содержанием НА следует рассматривать как взрывчатое вещество с добавкой. При этом добавки в зависимости от процентного содержания, физико-
механических и реакционно-кинетических свойств могут ухудшать или улучшать взрывчатые свойства НА. Максимальные параметры НА в стехиометрических смесях с типичными горючими добавками, как видно из табл. 1, зависят от дисперсности компонентов и оказываются ниже расчетных в мелкодисперсных смесях (аммонит 6ЖВ), а в гранулированных - близки к параметрам индивидуального НА, включая смесь НА/А1/88/12.
Параметры детонации эмульсионных ВВ рассчитываются обычно без учета веществ-сенсибилизаторов (воздушные пузырьки, полые микросферы из различных материалов и т.п.), так как они не оказывают практически никакого влияния на энергетику смеси. Из табл. 1 видно, что параметры детонации ЭВВ находятся на уровне аммонита 6ЖВ.
Проблема безопасности оборота взрывоопасного по химической природе вещества не сводится только к установлению факта его «взрывчатости». Потенциальные возможности вещества «взрываться» реализуются только при определенных условиях, знания которых является решающим фактором обеспечения безопасности обращения с ним. Для осуществления самораспространяющегося на неограниченную длину стационарного взрывного процесса (детонация) необходимо, чтобы
диаметр заряда превосходил некоторое минимальное критическое (Ькр) значение. Критический диаметр детонации гетерогенных ВВ зависит от многих факторов и не может быть точно рассчитан. Кроме детонации во взрывчатых и взрывоопасных веществах могут возникать самораспространяю-щиеся на ограниченную длину взрывные процессы (СВП) с пониженными по сравнению с детонацией параметрами. Основная опасность таких процессов состоит в том, что они могут распространяться в зарядах Ь < Ькр детонации и охватывать большую массу, в том числе и для веществ с низкой детонационной способностью [5].
Очевидно, что свойства любого потенциально взрывоопасного вещества должны быть тщательно изучены, оценены количественно и отражены в технической документации разработчика и изготовителя. Однако в технической докумен-
тации на ПВВ нового поколения, изготовляемых на местах применения, практически отсутствуют обоснованные показатели взрывоопасности, а в ТУ на все выпускаемые промышленностью сорта НА вообще нет никаких показателей взрывоопасности.
Как пример, в табл. 2 приведены основные показатели по ТУ для близкого по свойствам к ПВВ аммонита 6ЖВ и нескольких типичных ВМ промышленного назначения нового поколения [5].
Достоверные значения двух основных контролируемых показателей (бризантность и работоспособность), которые характеризуют косвенно процесс детонации, при переходе от аммонита 6ЖВ к его аналогу граммониту получить стандартными методами не удается. Бризантность оказалась в 3,5 раза ниже аммонита 6ЖВ, а значение работоспособности граммонита получается только для измельченного продукта и характеризует скорее аммонит 6ЖВ. Попытка «усовершенствовать» методику определения бризантности путем использования стального кольца привела к пятикратному росту бри-зантности граммонита, как видно из таблицы, что можно объяснить лишь принципиальными различиями в возникающих взрывных процессах. Из-за невозможности осуществить режимы детонации в стандартных методах испытаний на бризант-ность и работоспособность они не могут быть использованы для характеристики веществ типа НА-ДТ и порэмитов. Поэтому вместо этих показателей в
число контролируемых была введена новая характеристика -«полнота детонации». Она определяется по эффекту взрыва заряда произвольного диаметра, инициируемого мощным зарядом-боевиком. В лучшем случае этот показатель может говорить о качестве произведенной партии продукта: ни эффективность, ни безопасность, ни детонационный процесс в веществе «полнота детонации» не характеризует. Поэтому в ТУ на современные ВМ нового поколения нет ни одного контролируемого показателя процесса детонации и опасности его возникновения.
В числе неконтролируемых характеристик этого процесса обычно приводятся значения и скорости фронта. В значе-
ниях Ькр для одних и тех же ВВ наблюдается значительный разброс из-за несовершенства методов его определения [6]. Данные по скорости детонации часто приводятся без указания диаметра заряда, в которых они получены, и могут относиться к СВП, как следует из табл. 1 на примере игданита.
Из таблицы видно, что частость взрыва в стандартных испытаниях к удару на копре, которая характеризует относительную опасность вещества в обращении, для нового поколения ВМ равна нулю, как и самого нитрата аммония, однако это не отражает реальную взрывоопасность таких веществ из-за непригодности метода испытаний.
Как показывает статистика, наблюдается значительный рост аварий и техногенных катастроф, связанных со случайными взрывами больших масс НА, ПВВ и компонент смесе-вых ВВ промышленного назначения на его основе [7,8].
Промышленные ВВ нового поколения часто применяют без достаточной проверки их взрывчатых свойств и качества из-за непригодности большинства методов испытаний для их количественной аттестации [3]. Все это снижает реальную эффективность их использования, повышает опасность взрывных работ и их вредного экологического воздействия на окружающую среду [9].
Очевидно, что концепция повышения безопасности и эффективности взрывных технологий в промышленности за счет разработки и внедрения нового поколения смесевых ВВ на основе НА, изготовляемых из «невзрывчатых» компонентов на местах применения, требует новой научнообоснованной технической и правовой базы.
Анализ современного состояния дел в области производства и применения промышленных ВВ в развитых странах Европы, США и Канаде показывает, что вопросам безопасности в научно-техническом и законодательном плане в этих странах уделяется пристальное внимание. Любые изменения в ассортименте и технологиях использования ВВ сопровождаются соответствующими дополнениями в показателях безопасности, методах испытаний, законодательных актах. Кроме органов постоянного надзора существуют научноисследовательские центры по безопасности. В Англии, например, по закону при «Управлении по вопросам охраны
здоровья и промышленной безопасности», которое является исполнительным органом одноименной комиссии, существует несколько научно-исследова-тельских подразделений по изучению различных вопросов промышленной безопасности [10]. Научные подразделения разрабатывают общие требования и проводят контрольные испытания продукции, представленной фирмой-производителем и испытанной ею.
В странах Европы ПВВ должны строго соответствовать уровню безопасности, которые изложены в директиве №93/15 ЕЭС от 05 апреля 1993 г. "О гармонизации положений, касающихся выпуска на рынок и надзора за взрывчатыми веществами, применяемые в гражданских условиях" [4].
Кроме того, наиболее надежным инструментом в зарубежных странах подтверждения соответствия установленным требованиям является обязательная сертификация всех ПВВ. Без такой сертификации продажа ПВВ на рынках невозможна.
При этом необходимо учитывать положения международного сертификата соответствия БО 9001-2001, в котором отражен весь комплекс вопросов, связанных с подготовкой сырья, технологических процессов производства и характеристик готового продукта.
Кроме того, для ПВВ необходимо учитывать "Рекомендации по перевозке опасных грузов" и особенно для эмульсий основного компонента эмульсионных ВВ помещенных в раздел "Руководство по испытаниям и критериям" IV издание ОНН Нью Йорк и Женева 2003 г.
Как показано в [4], европейский подход требует безусловного соответствия взрывчатых материалов требованиям директивы №93/15 ЕЭС, чего не сделано в России.
При сохранении такого положения российские ПВВ не будут иметь доступа на зарубежные рынки, а в дальнейшем и отечественные, в первую очередь, крупные горные предприятия откажутся от применения российских, не сертифицированных по международным стандартам ПВВ и СИ.
Современное состояние и пути повышения безопасности оборота ВВ промышленного назначения в РФ на ближайшую перспективу были проанализированы в докладе Госгортехнадзора РФ и материалах других участников Всероссийской
конференции по проблемам взрывного дела, состоявшейся в мае 2002 г. [11]. В частности, в нем отмечалось, что низкое качество ПВВ связано в значительной степени с монополизмом заводов-изготовителей и отсутствием до настоящего времени независимой от них государственной системы сертификации. Очевидно, что система государственной сертификации современных ПВВ и их взрывоопасных компонентов может быть создана только в рамках Федеральной или межотраслевой программы с привлечением широкого круга научно-исследовательских организаций и центров, занимающихся исследованиями физики процесса взрыва. К сожалению, целевая программа, разработанная Межведомственным Советом по взрывному делу при Госгортехнадзоре РФ, не была утверждена Правительством РФ [11].
Проблемами оборота взрывоопасной продукции в связи с решением Федеральной антитеррористической комиссии Министерство промышленности, науки и технологии РФ занималось с начала 2002 г.. Обсуждалось предложение по разработке дополнительного раздела «Повышение безопасности оборота аммиачной селитры в РФ» на 2002-2005 гг. к Федеральной программе «Снижение риска и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера». Длительное обсуждение предложений различных организаций в проект поэтапно осуществляемой программы до 2010 года не дало положительного результата. Все свелось к формальному принятию для оценки взрывоопасности НА и его смесей, используемых в сельском хозяйстве, методов, рекомендованных экспертами ООН для условного деления веществ на взрыво- (класс 1) и невзрывоопасные (класс 5.1) при перевозке опасных грузов и экспертами ЕС для оценки взрывоопасности НА и прямых удобрений на его основе. В качестве основных показателей «способности вещества распространять детонацию» по рекомендациям ООН (серия 1, а) используется заряд в стальной оболочке внутренним диаметром 40 мм, толщиной стенки 4 мм и длиной 400 мм (масса заряда ~ 640 г), инициируемого находящимся в контакте мощным зарядом-боевиком [12].
Процедура испытаний по методике ЕС отличается лишь тем, что исследуемое вещество помещается в трубу из не-
ржавеющей стали внутренним диаметром 100 мм, толщиной стенки 5^6,5 мм, длиной 1 м (масса заряда ~ 7,5 кг) [13]. Для испытаний эмульсии и суспензии на основе НА по методу ООН рекомендовано помещать исследуемое вещество в стальную трубу внутренним диаметром 95 мм, толщиной стенки 11,1 мм, длиной 280 мм, закрытую с торца пластиной из стали толщиной 20 мм (масса заряда ~ 2,5 кг). Инициирование осуществляется через инертную преграду боевиком, создающим в эмульсии давление 3,5-4,0 ГПа [12]. Размеры трубы и диагностика испытаний подобрана таким образом, чтобы невзрывающиеся эмульсии попадали в класс 5.1, а взрывающиеся - в класс 1.
Положительные результаты всех перечисленных испытаний означают, что ко взрывоопасным относят вещества с критическими диаметрами детонации в стальных трубах меньше указанных, а к невзрывоопасным - больше. Условность такого деления, как и априорное отнесение к классу 1 только смесей НА с 0,2 % горючих добавок очевидна. С научной точки зрения она достаточно не обоснована, а с практической - может привести к непредвиденным последствиям.
В настоящее время одновременно в обороте находятся десятки и сотни тонн НА и смесей на его основе различного назначения. Геометрические размеры таких масс вещества явно превосходят критические для распространения детонации. Поэтому нет никаких гарантий того, что вещества, отнесенные на основе мелкомасштабных испытаний по методам ООН и ЕС к невзрывчатым, окажутся в действительности не менее взрывоопасными, чем типичные ВВ класса 1. И дело не только в формальном делении веществ по классам опасности при перевозке, а в оценке реальной взрывоопасности и принятии соответствующих мер для снижения риска случайных взрывов НА, любых смесей на его основе и подобных им веществ. В связи с этим следует отметить, что по решению Миннауки азотной промышленности рекомендовано переходить на выпуск вместо производства индивидуального НА сложных удобрений на его основе. В некоторых центральных газетах (например, К.П, № 101 от 2.06.2004 г.) уже появились пока неподтвержденные сообщения о выпуске предприятием ЗАО «Акрон» «абсолютно безопасного минераль-
ного удобрения - стабилизированной аммиачной селитры». Предложения по обеспечению выпуска и безопасности оборота специальных сортов нитрата аммония для промышленности в Миннауке не рассматривались. Хотя и те, и другие сорта по классу опасности близки.
Очевидно, что России, как крупнейшему в мире производителю НА и смесей на его основе различного назначения, необходимо создать указанные выше Федеральные центры и частично использовать Международные правила сертификации, чтобы наши ПВВ могли быть конкурентоспособны по правовому статусу с зарубежными. Важным инструментом этой политики должно быть продолжение разработки научнотехнической и правовой международной базы оборота ПВВ и СИ с учетом сложившихся социально-экономических условий и возросших требований безопасности, экологии и борьбы с терроризмом.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества // М.: Недра, 1988.
2. Единые правила безопасности при взрывных работах. // М.: Недра,
1976.
3. Шведов К.К. Некоторые вопросы современного состояния развития промышленных ВВ и методов их испытаний // ФТПРПИ, 1990, № 4, с.93.
4. Кливлеев В.М., Кутузов Б.Н. Некоторые вопросы технического регулирования взрывчатых материалов промышленного назначения. Горный журнал, 2005, №1, с. 26-29.
5. Шведов К.К. «О концепции и показателях безопасности современных взрывчатых материалов промышленного назначения. Всероссийская конференция «О состоянии взрывного дела в Российской Федерации. Основные проблемы и пути их решения».// Сб. докладов и статей. Изд-во МГГУ, М.: 2002, с.70.
6. Лавров В.В., Афанасенков А.Н., Кукиб Б.Н., Шведов К.К. Метод определения критического диаметра и критической скорости детонации промышленных ВВ // Горный журнал, 1998, № 3, с.38.
7. Чернышев А.К., Левин Б.В., Конвисар Л.В. Аммиачная селитра и удобрения на ее основе (Вопросы техники безопасности, аварий на производстве, при хранении и транспортировке). // М.: «ИНФОХИМ», 2003.
8. Иоффе В.Б., Жученко Е.И. Обеспечение промышленной безопасности при производстве и применении эмульсионных взрывчатых веществ на горных предприятиях // М.: ННЦГПИГД им. А.А. Скочинского, 2002, с.111.
9. Шведов К.К. О полноте и экологической безопасности взрыва низкочувствительных промышленных ВВ // Журнал «Энергетическое строительство», 1993, № 6, с.51.
10. Маршал В. «Основные опасности химических производств».// Перевод с англ. под редакцией Б.Б.Чайванова и А.Н. ерноплекова, М.: Мир, 1989 г.
11. Субботин А.И., Перепелицын А.Н., Гаврилов Н.И. Основные проблемы взрывного дела и пути их решения. Концепция повышения безопасности и эффективности применения ВМ промышленного назначения в Российской федерации // Всероссийская конференция «О состоянии взрывного дела в Российской федерации. Основные проблемы и пути их решения». Сб. докладов и статей. Изд-во МГГУ, М.: 2002, с.5.
12. Рекомендации по перевозке опасных грузов. Руководство по испытаниям и критериям. Четвертое пересмотренное издание. ООН, Нью-Йорк и Женева, 2003.
13. Директивы ЕС 87/94. Официальный журнал 1_038, 07/02/1987, с. 0001-0023.
і— Коротко об авторах----------------------------------------
Шведов К.К., Лавров В.В. - ИПХФ РАН,
Белин В.А., Кутузов Б.Н. - Московский государственный горный университет.
© Б. Н. Кукиб, В.Б. Иоффе, Е.И. Жученко, А.Б. Фролов, 2007
