CC BY
30
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ВЗРЫВОМ
Н.П.ЕРШОВ Б.Н.КУТУЗОВ
Выбор рациональной технологии изготовления и применения промышленных ВВ местного изготовления для карьеров АО «Карельский окатыш»
Разрабатываемые карьерами вскрышные породы и железистые кварциты харак-теризуются разной степенью трещиноватости, повышенными прочностью 140-180 МПа и плотностью, достигающей 3,5 г/см3 и более. Поэтому вопросы качественного дробления пород при массовых взрывах, проработки подошвы уступов в сочетании с устойчивостью откосов уступов имеют первостепенное значение. Кроме того, с увеличением глубины разработки, а также в весенний и осенний период увеличивается обводненность взрываемых массивов, практически все скважины в любое время года в нижней части на высоту 2-4 м заполнены водой.
Эти условия формируют требования к применяемому ассортименту промышленных ВВ для массовых взрывов. На карьерах испытаны различные типы заводских ВВ, но рациональными оказались только грамонит 79/21 для сухой части скважин и гран у л ото л для обводненных условий.
Учитывая зарубежный опыт горных предприятий США, Канады, Испании, Швеции и дрхтран, а также отечественный опыт Лебединского ГОКа, Норильского ГМК, ССГПО и др., на комбинате построен пункт приготовления горячего раствора аммиачной селитры, загущаемой полиакриламидом, КМЦ и др. компонентами для приготовления на взрываемом блоке с помощью зарядных машин Акватол IV, Аква-тол-3 для горячельющихся акватолов типа ГЛТ-20. Добавление 20% тротила в емкость акватольной машины производится вблизи заряжаемого блока с помощью зарядных машин МЗ-ЗП, снаряжаемых на складе ВМ. Получаемый акватол имеет
плотность 1,45 г/см3, скорость детонации 5,0 - 5,3 км/с, теплоту взрыва 3700 кДж/кг (5600 кдж/дм3), объем газов 900 л/кг (1250 л/дм3) и значительно превосходит по своим взрывчатым характеристикам тротил (гранулотол), имеющий в обводненной скважине при плотности 0,85 г/см3 теплоту взрыва 4100 кДж/кг. Объем газов 945 л/кг, скорость детонации 5,5-6,0 км/сек. По стоимости акватол ГЛТ-20 примерно в два раза дешевле гранулотола. Кроме того, на предприятие, как разрядный груз, доставляется только 20% объема используемых ВВ, а 80% ввозится в виде аммиачной селитры по обычному регламенту для невзрывчатых грузов.
По энергетическим характеристикам, результатам массовых взрывов стоимости горячельющиеся акватолы превосходят заводской гранулотол. Однако достаточно длительный опыт применения горячельющихся акватолов позволил установить следующие основные недостатки рецептуры приготовления и технологии их применения.
1. Не подобраны эффективные отечественные загустители для горячего раствора селитры, из-за чего раствор не имеет достаточной вязкости для надежной фиксации гранул тротила по высоте заряда. При этом в верхней части заряда остается селитра со слабой детонационной способностью, выделяющая при взрыве повышенное количество окислов азота Иногда в верхней части заряда образуется при кристаллизации селитры конусообразное углубление, заполненное раствором селитры, что еще больше снижает детонационную способность верхней части заряда.
2. Попытка устранить указанный недостаток за счет увеличения высоты (величины) заряда в скважине не дала положительных результатов, так как верхняя зона уступов, как правило, сильно разбита трещинами» по которым горячий акватол растекается по массиву и не участвует в процессе детонации основного заряда. Растекание акватола по трещинам приводит к нерациональному перерасходу ВВ без улучшения результатов массовых взрывов. Фактический удельный расход аква-толов увеличивается на 20-35 % по сравнению с заводскими гранулированными ВВ.
3. Опыты по применению более высоких температур раствора селитры (100-115°С) особенно в зимний период для предотвращения ранней кристаллизации акватола давали дополнительный эффект за счет плавления тротила и образования гомогенной смеси «расплав тротила в растворе селитры». Такой заряд типа прямой эмульсии был более стабилен по высоте по сравнению с суспензионным при более низких температурах. Однако при таких температурах полимеризация загустителей происходила значительно интенсивнее, а растекание водного раствора селитры по трещинам увеличивалось, так как возрастало время нахождения жидкого заряда в скважине. Кроме того, увеличивается реакционная способность высокотемпературного раствора селитры спиртом руд.
4. При выполнении массовых взрывов на ряде железнорудных комбинатов России и Казахстана имели место в скважинах экзотермические реакции между горячим раствором: акватолов и пиритсодержащей буровой мелочью, приводившие к газовы-делению различной интенсивности и выбросу жидкого ВВ на поверхность уступов.
В августе 1993 г. на карьере Лебединского ГОКа произошел по неустановленным причинам преждевременный массовый взрыв с травмированием значительного числа рабочих. Как одна из вероятных причин была выдвинута версия взаимодействия пирита руды с горячим раствором селитры, что привело к дальнейшему повышению температуры и в результате к взрывному разложению ТЭНа сердцевины детонирующего шнура.
Несмотря на то, что случаев закипания зарядов в скважинах на карьерах Косто-мукшского ГОКа не было, Госгортехнадзор России запретил применение горячих акватолов и перевел комбинат на применение заводских ВВ. Это привело к большому перерасходу средств на приобретение заводских ВВ и убедительно доказало правильность технической политики, проводимой комбинатом по применению ВВ, изготовляемых на предприятии.
В середине 1994 г. применение акватолов было возобновлено с добавлением в состав ВВ 4 % мочевины в качестве ингибитора реакции между горячим раствором селитры и пиритом.
Опытами, проведенными МГГУ, было установлено, что реакция между специально отобранными измельченными рудами с содержанием пирита до 12% и растворбм селитры при температуре 95°С и выдерживании их в обычном контакте по поверхности емкости диаметром 100 мм и последующим перемешиванием до получения суспензии «раствор селитры — пиритсодержащая руда» в течение трех часов не приводило к развитию экзотермической реакции или газовыделению.
Условиями опыта воспроизводились наиболее опасные — благоприятные для реакции условия, когда горячий акватол подается по зарядному шлангу на дно скважины по столб воды и смешивается с буровой мелочью, расположенной на забое.
Для более активных пиритсодержащих руд с целью гарантии исключения реакционного контакта горячего раствора селитры с пиритом на забой скважины высыпалось определенное количество инертного к аммиачной селитре материала для образования пробки толщиной 0,2 м. Как показали опытные размывы песка на забое скважины струей раствора селитры из зарядного шланга глубина разрушения слоя при контакте шланга с забоем не превышала 0,1м,т.е. имел место двойной запас, гарантирующий исключение контакта раствор селитры — пиритосодержащая буровая мелочь. Расчеты условий взаи-
модействия раствора селитры с гнездом пирита, расположенного на внутренней стенке скважины показали, что возникновение реакции при этом исключено.
Таким образом, применение инертной забойной пробки исключает возникновение опасных экзотермических реакций между раствором селитры и пиритом.
5. При недостаточно качественном загустителе акватол ГЛТ становится малово-доустойвым и при наличии проточных грунтовых вод возможен размыв части заряда в активных зонах по проточности, особенно когда заряд находится в скважине в течение нескольких суток. Это может привести к отказу части заряда и ухудшению качества массового взрыва.
Сказанное вызывает необходимость с одной стороны изыскивать методы улучшения свойств горячельющихся акватолов, устраняющие их перечисленные выше недостатки, а с другой стороны применять более надежные типы ВВ. К таким ВВ относятся все шире применяемые на зарубежных и некоторых отечественных карьерах эмульсионные ВВ, названные эму литами в зарубежных странах и порэмитами в России. Они представляют собой водоустойчивые обратные эмульсии в виде микронных размеров частиц раствора селитры, закапсюлированные в пленку масла. Получение обратной эмульсии производят в аппарате эмульгирования, куда в определенных соотношениях подают горячий раствор аммиачной и натриевой селитр, смесь жидкого горючего (6%) и эмульгатора (1-2%). Полученная эмульсия в отечественных правилах считается взрывоопасной. В зарубежных правилах фирм Нитро Нобель (Швеция) и Айрико (США) и др. она считается взрывным агентом и по условиям транспортировки относится к взрывоопасным.
Превращение эмульсии во взрывчатое вещество (ее активацию) производят путем введения и равномерного распределения по ее объему полых стеклянных микросфер перлита, или газогенерирующей жидкой добавки (нитрита натрия), образующей газовые пузырьки. При этом плотность эмульсионных ВВ составляет 1,25-1,30 г/см , скорость детонации до 4,0 км/с, теплота взрыва 2800 кДж/кг (3680
кДж/дм3), расчетный удельный расход ВВ по данным карьеров АО Ураласбест увеличивается на 25% по сравнению с гааммо-нитом 79/21. Очевидно, что обычное эмульсионное ВВ, представляющее собой жидкую смесь раствора селитры и горючего (жидкий игданит) малопригоден для взрывания высокоплотных крепких пород карьеров черной и цветной металлургии, строительных материалов.
Поэтому упомянутые и другие зарубежные фирмы рекламируют для этих условий смеси эмулитов с 25, 50 и 75% гранулированного АГЧ-РО (игданита), названные эмуланами. Отечественные разработчики предлагают аналогичные по составу смеси, названные гранэмитами, с добавками 30,50 и 70% гранулированного игданита. При этом плотность ВВ увеличивается до 1,35 г/см3, скорость детонации до 4,5 км/с, теплота взрыва до 3430 кДж/кг (4630 кДж/дм3).
Для дальнейшего повышения энергетических характеристик эмульсионных ВВ в их состав необходимо вводить тротил, дисперсный алюминийферросицилий или бездымные пороха. Промышленной широко применяемой технологии использования эмульсионных ВВ с высокоэнергетическими добавками пока нет. На зарубежных предприятиях дисперсный алюминий вводят только в патронированные ВВ, что в Швециисоставляет до 5 % общего производства эмульсионных ВВ.
На зарубежных карьерах применяют две технологии приготовления эмульсионных ВВ:
• эмульсия готовится и хранится в накопительной емкости на стационарном пункте, а в зарядной машине производят ее активацию введением в статическом смесителе перед подачей в скважину газогенерирующей добавки (ГГД);
• на стационарном пункте готовится раствор селитр и смесь горючего и эмульгатора, которые подают в разные емкости зарядной машины, на которой имеется также емкость
• для ГГД и для горячей воды, предназначенной для прогрева зарядных шлангов в зимний период и промывки машины от остатков компонентов. Последний вариант технологии считается наиболее безопасным, так как взрывоопасная эмульсия готовится и активизируется непосредственно у заряжаемой скважины, а ВВ получается уже после подачи активированной эмульсии в скважину через 40-60 мин.
Главный недостаток этих технологий в том, что и в первом и, особенно, во втором варианте в скважину подают смесь слабоконтролируемою состава, так как оборудование дозировки, смешения и эмульгирования в карьерных условиях может работать нестабильно, а потому в скважине будет получаться ВВ с неизвестными свойствами. В данных технологиях взрывник единолично выполняет функции оператора приготовления ВВ, а зарядная машина является передвижным заводом производства взрывчатки.
Полагаем, что данные решения действительно безопасны, но образно говоря являются перегибом в ущерб качеству заряжания скважин ВВ с извествными свойствами, а также сомнительному поручению взрывнику единолично готовить ВВ из
компонентов у скважины, что не отвечает его профессиональным обязанностям и подготовке. За всю историю работы зарядных машин с ВВ ни в отечественной практике, ни за рубежом не было случаев аварийных взрывов на них.
Учитывая, что на АО «Карельский окатыш» имеется пункт приготовления горячего раствора селитр целесообразно рассмотреть технологию приготовления готовых эмульсионных ВВ на стационарном пункте по аналогии с технологией, применяемой в Китае, а готовое сертифицированное ВВ при обеспечении должной безопасности транспортировать в зарядной машине на заряжаемы блок. Машина выполняет только функцию доставщика ВВ, а взрывник контролирует величину заряда, подаваемого в скважину. За счет применения предлагаемой технологии будут достигнуты:
• стабильность свойств эмульсионного ВВ, надежность и безопасность его приготовления на стационарном пункте;
• возможность накопления ВВ в стационарной емкости и высокопроизводительным наполнением доста-вочно-зарядной машины;
• простотой и надежностью функций, выполняемых зарядной машиной;
• надежностью работы взрывника и заряжанием скважин известными по свойствам ВВ.
© НМ.Ершов, Б И Кутузов
Ô ретро ДАЙДЖ60Т
На заседании Имп. минерологического общества горн. инж. Л.А.Янчевский сделал сообщение о геотермических наблюдениях термических явлений в Сибири. Не только на глубине, но и в поверхностных слоях ход термических явлений находится в зависимости от свойств породы. Докладчик придумал особые приборы для дальнейших наблюдений.
“Новое время”, 17 ноября 1894 г.
6
Среди эстонцев возбужден вопрос о составлении капитала для учреждения при С.-Петербургском университете стипендий для студентов из эстов, в память эстляндского губернатора князя С.В.Шахове кого.
"Русская жизнь", 15 ноября, 1894 г.
