CC BY
29
http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2019-1-143-66-69
СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА ВЗРЫВАНИЯ и возможности оценки их эффективности в полигонных условиях
A.В. Старшинов, канд. техн. наук, технический директор компании «Монмаг» Ж. Жамьян, канд. техн. наук, Генеральный директор компании «Монмаг» РА Гильманов, канд. техн. наук, главный инженер ООО «Экспотехвзрыв»
B.Г. Мозговой, генеральный директор АО «Техмашсервис» В.П. Ферафонтов, директор НПП «Детон»
Р.Д. Шаймарданов, Генеральный директор ООО «Геосейсм»
Лян Тао, менеджер по продажам компании «Auxin», (КНР)_
Одним из важных элементов эффективного ведения буровзрывных работ (БВР) в горной промышленности является обеспечение надежного инициирования зарядов ВВ, которые на современном этапе являются смесевыми системами различного состава и, как правило, не обладают достаточной чувствительностью к взрывному импульсу первичных средств инициирования (СИ). Ситуация еще более усложняется в силу того, что смесевые ВВ изготавливаются с помощью различных технологических решений, которые не всегда наиболее рациональны, эффективны и поддаются контролю, особенно при использовании смесительно-заряд-ных машин и смесительных устройств простейшей конструкции или вообще без операций принудительного перемешивания. Известно, что проблема надежного инициирования ВВ, в том числе в боеприпасах, решается созданием многоступенчатых взрывных цепей из последовательно расположенных зарядов ВВ с различной чувствительностью (восприимчивостью) к взрывному импульсу. Такое решение используется всегда, начиная с конструкции самого капсюля детонатора (КД), заряд которого формируется из нескольких ВВ по химической природе и/или физико-механическому состоянию. Общепринятым для промежуточных зарядов ВВ в горной промышленности является определение - детонатор промежуточный (ДП), а также известны названия -«детонатор дополнительный» или «боевик».
В мировой практике и в нашей стране было создано и применялось большое разнообразие ДП по типу и массе ВВ, конструкции заряда, наличию и материалу оболочки и др. В настоящее время набольшее распространение имеют ДП в виде литых зарядов из тротила (ТНТ, TNT) и гексогена (RDX) - смеси ТГ, или ТНТ и ТЭНа (PETN) - смеси ПТ («пентолит») с соотношением компонентов в пределах 40-60%. Форма и размеры таких ДП могут быть весьма разнообразными в зависимости от назначения, а масса также может быть различной: от нескольких грамм до нескольких килограмм. На рис.1 показан пример ДП, выпускаемых промышленностью КНР и реализуемых компанией «AUXIN».
В нашей стране, как и в ряде других направлений, имеется ряд особенностей в ассортименте подобных изделий: все ДП имеют форму цилиндра с соотношением высоты h и диаметра d в пределах h:d = 1-2. Масса ДП находится в пределах от 0,3 (не меньше) до 1 кг. Для таких изделий исполь-
зуется название - «шашка детонатор» (ШД). Еще одной особенностью российских ДП (ШД) из смесей ТГ и ПТ является центральный канал диаметром около 14 мм, целесообразность которого обоснования не имеет, но позаимствована из прошлых решений, в частности, из конструкции шашки Т-400 из прессованного тротила, предназначенной для сочленения с детонирующим шнуром (ДШ-12) путем обвязки в 4 витка. Исключением является промежуточный детонатор малогабаритный (ПДМ) по ТУ 7276-025-58995878-2015 из смеси ТЭН/ТНТ = 50/50 (пентолит 50/50) диаметром 16,5 мм и трех разновидностей по массе: 10, 17 и 25 г.
Одним из ограничивающих условий широкого и полного применения шашек из смесей ТГ и ПТ является высокая стоимость, обусловленная стоимостью и доступностью исходных компонентов - индивидуальных ВВ. Эта проблема может быть частично решена и решается за счет использования ВВ или композиций на их основе, высвобождаемых при расснаряжении (утилизации) боеприпасов и/или использовании ВВ из резервных запасов с большими сроками хранения. Однако такое решение приводит к снижению качества и надежности шашек по показателям восприимчивости к первичным СИ, передачи взрывного импульса конечному заряду и, соответственно, безопасности БВР.
Подход к изготовлению шашек из исходных материалов различного происхождения проявляется в их внешнем виде, что вызывает сомнения у потребителей по «качеству» и приводит к необходимости проведения входного контроля с оценкой восприимчивости к СИ и взрывной эффективности. Однако методик таких испытаний, доступных для проведения у потребителей и достаточно достоверных, практи-
Рис. 1 Внешний вид ДП, выпускаемых в КНР, торговая марка -«MAXIPRAIM Booster», диапазон масс 10-1000 г.
Рис. 2 Проверка и сравнение работоспособности шашек-
детонаторов от различных производителей по методу деформации стальной плиты-свидетеля (в данном примере - толщина 12 мм). Слева - ТГ- 500 КД (ДВПО «Восход»); справа - ПТП-500 (Бийский олеумный завод)
чески нет. В нашей деятельности использован известный и применяемый при производстве изделий специального назначения метод оценки деформации стальной плиты («свидетеля», «подложки») после взрыва. Эта проба без каких-либо проблем может быть выполнена у потребителей на площадках испытаний ВМ с соблюдением условия обязательного размещения плиты-свидетеля горизонтально с зазором над поверхностью площадки из песка или разрыхленного грунта. Предлагаемая методика позволяет сопоставлять результаты испытаний, полученных в «разных» местах, без сложностей транспортировки ВВ. Специальных требований к марке стали и подготовки пластины-свидетеля нет - заданными должны быть только толщина и ориентировочно поперечные размеры. Авторы настоящей статьи предлагают материал с предоставлением примеров экспериментальных результатов для обсуждения.
Наиболее показательными являются результаты сравнительных испытаний шашек «известного» качества и «новых». Пример такого решения приведен на фото (рис. 2), где показаны внешний вид и результаты испытаний шашек одинаковой массы, но от разных заводов-изготовителей. Для наглядности плита-свидетель использована повторно, в обоих опытах в плите образуется сквозное круглое отверстие диаметром, соответствующим диаметру шашки, с четкими (не «рваными») краями. На основании полученного результата может быть сделан вывод, что оба изделия аналогичны друг другу.
Для шашек из мощных ВВ эффект сгорающей оболочки, характерный для смесевых ВВ, при названном методе испытаний не проявляется, что подтверждается результатами, полученными для ДП в оболочке из бумажной навивки (рис. 3). Показанные шашки изготовлены в Монголии по технологии и из сырья, закупаемых в КНР. Заметное отклонение от окружности в пробитии плиты шашкой малой массы (225 г) можно объяснить большой толщиной плиты (12 мм), превосходящей рациональную для данного диаметра заряда.
В последнее время в стране начали применяться ДП из эмульсионных ВВ (ЭВВ), сформированных в виде патронов в полимерной оболочке. Однако для этого решения характерен ряд недостатков: малые, практически до 6 месяцев, сроки жизни; зависимость взрывчатых характеристик от температуры в отрицательной области; отсутствие конструктивного элемента для сочленения с СИ; вытекание вещества из патрона при нарушении целостности оболочки и низкой вязкости; проблемы с обеспечением стабильного качества при изготовлении ЭВВ, чувствительных к первичным СИ. При использовании таких ДП в зарядах льющихся (наливных) ЭВВ проявляется эффект «всплытия» из-за меньшей «общей» плотности ДП по сравнению с основным
Рис. 3 Результаты контрольных испытаний шашек-
детонаторов из ТГ 50/50 в оболочке из бумажной навивки, изготовленных в Монголии по технологии КНР. Пара сверху - масса шашки 225 г, снизу - 340 г, толщина плиты 12 мм, размер плиты 400x400 мм.
зарядом. Названные недостатки частично устраняются при использовании патронов из ЭВВ в комбинации с ДП из мощных ВВ, которые описаны выше или, особенно, малогабаритных. Пример сочленения шашки ТГ-500КД с патроном ЭВВ типа «Эмуласт» приведен на рис. 4, где четко просматривается необходимость выполнения в оболочке большого разреза, через который вводится шашка и вытесняется ЭВВ, а далее возникает проблема с заделкой (герметизацией) этого разреза. Естественно, что при уменьшении размеров шашки проблема разреза оболочки будет уменьшаться, а также станет возможным уменьшение диаметра патрона, но
Рис. 4 Сочленение ПД с патронами ЭВВ диаметром 90 мм
Вверху - патрон ЭВВ «Эмуласт» и ПТП-500, средний ряд - последовательность сочленения ДПМС-1 и патронапатрон ЭВВ <^ЕМЕХ», внизу - после введения ДПМС на всю длину чуб оболочки совместно с волноводом обжимается электромонтажным жгутом
Рис. 5 Конструктивные особенности ДПМС-1. Слева - чертеж, справа
(фото) - поперечный разрез капсюльного гнезда с введенным КД, который всегда плотно прижат к стенке гнезда
Рис. 6 Сборка ДПМС-1 для определения
полноты и эффективности действия по деформации стального листа-свидетеля
с учетом критического диаметра детонации ЭВВ в нем.
Если проблема ДП для инициирования скважинных зарядов ВВ диаметром от 100 мм и более в стране в определенной мере решается, то для шпуровых зарядов малого диаметра, основная масса которых находится в пределах 30-50 мм, она остается актуальной. Практически в полном объеме в течение многих десятилетий для этих целей используются патроны из аммонита 6ЖВ, для которых также характерен ряд особенностей отрицательного характера: малая плотность и, соответственно, невысокие детонационные характеристики (скорость детонации - Д давление в детонационной волне - Р), ограниченный срок хранения, ухудшение детонационных характеристик при хранении, отсутствие специальных конструктивных решений для сочленения с СИ, ограниченная прочность и сопротивляемость разрушению бумажной оболочки, отсутствие возможности механизированного заряжания, повышенная токсичность тротила и продуктов взрыва. Низкие значения О и Р аммонита 6ЖВ приводят к возникновению дополнительного ограничения по применимости для инициирования современных водо-содержащих ВВ (ВВВ, ЭВВ). Наиболее показательно это проявилось при освоении механизированного заряжания ЭВВ в шпуры и скважины в подземных выработках, которое реализовано в промышленных масштабах на горных предприятиях АО «Апатит».
На основании анализа опыта работы зарубежных предприятий и специалистов, осуществляющих горные работы на российских предприятиях, были созданы ДП малогабаритные, предназначенные, в первую очередь, для использования в шпурах диаметром 36-50 мм в подземных выработках с формированием основного заряда из смесевых ВВ на основе аммиачной селитры в гранулированном состоянии (Гранулит АСДТ , «Игданит» и т.п.). Одним из первых заказчиков на такие изделия стала «Омсукчанская горно-геологическая компания» (г. Магадан). Практически одновременно были разработаны ДПМ на Новосибирском механическом заводе «Искра» (НМЗ «Искра») и ДПМС-1 по ТУ 7288007-79056340-2006 (совместно с НМЗ «Искра») инициативной группой с защитой разработанного изделия патентом №2333452 (2008) и передачей исключительной лицензии на его использование в ООО «Детон» (г. Новосибирск). В современном исполнении эти изделия выполнены в корпусах из полимерных материалов и имеют крышки с гнездами специальной конструкции под СИ, в качестве которых могут быть использованы все применяемые в РФ капсюли-детонаторы (КД, ЭД, волноводные системы, электронные детонаторы).
Конструкция ДПМС разработана на основании анализа совокупности данных по механизму процессов при взрыве, доступности ВВ, технологичности при изготовлении, удоб-
ству использования у потребителя, эффективности действия и др. В качестве основных отличительных признаков можно выделить: ВВ для снаряжения, выбранные из числа доступных и относительно безопасных (ВВ в виде порошков на основе ТЭНа или гексогена с флегматизаторами); поперечные размеры, которые заведомо превышают критические для выбранных ВВ; надежность фиксации КД в гнезде с гарантированным плотным примыканием к стенке за счет выступов-ребер в полости гнезда; ступенчатая форма корпуса с хвостовиком для фиксации в зарядном шланге; замковое соединение крышки с корпусом и др. Поперечный разрез гнезда под КД в ДПМС-1 показан на фото (рис. 5). Особое внимание уделено контролю качества изделия по эффективности взрывного действия после изготовления и при хранении в различных условиях. Для этого использован названный выше метод оценки по деформации стальной плиты-свидетеля после взрыва. Сборка ДПМС-1 с КД и свидетелем для испытания показана на фото (рис. 6). Плита (лист) после взрыва должна иметь сквозное пробитие (отверстие) диаметром не менее диаметра донной части ДПМС.
Применение ДПМС-1 начато в 2007 г. в Омсукчанской ГГК, по заданию которой они были разработаны. К настоящему времени промышленные испытания (опробование) ДПМС проведены практически на всех предприятиях, за исключением угольных, с подземным способом разработки, включая предприятия ГМК «Норильский никель». Эти изделия были испытаны на ряде горных предприятий с открытым способом разработки, где используются в виде комбинации с патронами ЭВВ различных марок, в том числе с недостаточной чувствительностью к первичным СИ. В отличие от такой комбинации патронов ЭВВ с ПД больших размеров при использовании ДПМС 1 требуются менее критичное нарушение целостности оболочки патрона и сопутствующие отрицательные явления (см. рис. 4). За все время выпуска изготовлено и реализовано потребителям около 12 млн шт. ДПМС-1.
Возможности по созданию зарядов различных размеров и массы для использования в качестве ДП или для других целей расширяются при освоении производства ЭВВ с повышенными детонационными характеристиками чувствительных к первичным СИ. Такие системы хорошо известны в мировой практике, в частности в КНР, и реализованы в Монголии (торговая марка - «БББМБХ»), а также воспроизведены в РФ в ООО «Нитро Технологии Приморье» (пос. Липовцы, Приморского края, торговая марка «САЯНИТ»). Для этих ВВ характерен малый критический диаметр -(не более 15 мм) и восприимчивость к первичным СИ всех применяемых типов. В качестве эксплуатационной характеристики можно выделить повышенную вязкость и состояние в виде «теста», которое сохраняется до температуры
Рис. 7 Результаты контрольных испытаний шашек - заряды ЭВВ <^ЕМЕХ» различной массы в оболочках из фрагментов бутылок от напитков диаметром 63 мм (2,5 дюйма) и результаты воздействия этих зарядов на стальные подложки (1 - масса 310 г., 2 - 220 г., 3 - 135 г., 4 - 230 г с кумулятивной облицовкой донышка, 5 - 330 г., 6 - 225 г., 1 - 5 стенка двутавра толщиной 9 мм, 6 - труба 120x12 мм)
минус 50 °С, что позволяет изготавливать заряды любой формы непосредственно на месте применения. На фото (рис. 7) показаны примеры таких модельных зарядов, сформированных в элементах (горловинах) бутылочек от напитков диаметром 63 мм (2,5 дюйма), и результаты испытаний таких зарядов из ЭВВ «БЬБМБХ» по пробитию стальной пластины, в качестве которой использована вертикальная стенка стального прокатного швеллера и/или труба. Характеристики зарядов по массе и толщина подложек приведены в подписях к рисункам. Выбор диаметра зарядов обусловлен освоением применения патронов ЭВВ диаметром 60 мм и массой 1 кг. Для сравнения несколько опытов выполнено с формированием кумулятивной выемки в донной части заряда, в качестве облицовки которой использовано дно от алюминиевых банок от напитков.
Основные результаты этих испытаний соответствуют известным преставлениям о действии взрыва, но имеют и отличительные особенности: заряды ЭВВ надежно инициируются КД системы «Искра», введенным в ЭВВ в горлышке на глубину 30 мм, и ДШ в виде петли в 2 нитки на горлышке, заряды массой 200 г и более обеспечивают сквозное пробитие стальной плиты толщиной 9 мм, заряд массой 135 г недостаточен для пробития этой плиты, эффект пробития увеличивается в зарядах с кумулятивной выемкой в донной части. Эти результаты подтверждают рациональность выбора размеров патрона диаметром 60 мм и длиной 150200 мм, особенно с учетом того, что КД или ДП, вводимые в патрон, обеспечивают возбуждение взрыва в его срединной части и на торцы патрона выходит установившийся импульс. Естественно, что для придания официального статуса возможности изготовления из ЭВВ зарядов различной формы на местах применения будет необходимо оформить документацию с согласованием в экспертных организациях и утверждением в установленном в РФ порядке.
Следует отметить, что в качестве свидетеля для описанных в тексте испытаний в «рабочем» режиме могут быть использованы любые стальные конструкции с плоскими элементами, достаточными для размещения заряда: листы (плиты), как описано выше, стальной прокат (уголки, швел-
Рис. 8 Результаты испытаний зарядов ЭВВ «САЯНИТ»
различной формы по деформации стальной подложки различной толщины. Вверху - диаметр заряда (1 = 88 мм (3,5 дюйма), пластина 10x250x250 мм; средний (1 = 88 мм, отрезок проката "уголок 150x150", толщина полки 12 мм, внизу - половина патрона (1 90 мм, подложка - фрагмент конструкции "лапа опорная", толщина = 16 мм
леры, двутавры). На фото (рис. 8) приведены результаты испытаний ЭВВ «САЯНИТ» с использованием свидетелей с плоскими элементами различной формы и толщины. Накопленный опыт показывает, что наиболее рациональными для таких испытаний ЭВВ и шашек-детонаторов, детонирующих со скоростью 5 км/с и более, будут: толщина около 1/5 диаметра, поперечный размер около 3й.
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ:
1. Наиболее надежными и универсальными для инициирования скважинных зарядов ВВ являются шашки-детонаторы литые из смесей ТГ и пентолит.
2. Для инициирования шпуровых зарядов необходимы ДП малогабаритные, одним из распространенных образцов которых является ДПМС-1.
3. Сравнение работоспособности и эффективности ПД из различных исходных ВВ может быть выполнено в условиях предприятий-изготовителей и потребителей по деформации (пробитию) стальной плиты.
4. Методика по пробитию стальной плиты позволяет получать результаты, доступные для анализа и сравнения, на различных предприятиях без транспортировки ВВ по территории страны.
5. Представленные в статье экспериментальные результаты являются установочными и изложены для обсуждения всеми заинтересованными с последующими рекомендациями о целесообразности таких испытаний и придания методике определенного статуса.
6. Методику испытаний ПД и других видов промышленных ВВ (зарядов) целесообразно рассмотреть на предстоящей конференции НОИВ в сентябре 2019 г.
