регистрация / вход

Об экологической чистоте взрывчатых веществ

Современные промышленные взрывчатые вещества состоят из целого ряда компонентов (сенсибилизаторы, окислители, горючее, стабилизаторы, ингибиторы воспламенения метано-пылевоздушной среды и т.д.).

Галиакберова Ф.Н., Манжос Ю.В.

Приведены результаты исследований по выбросам вредных веществ при применении ВВ для ведения взрывных работ в промышленности. Показано, что наряду с выбросами токсичных газов-продуктов взрыва, происходит загрязнение окружающей среды токсичными веществами-компонентами ВВ. Приведен приблизительный расчет годового количества токсичных компонентов, которые попадают в окружающую среду при взрывании зарядов промышленных ВВ в Украине.

Современные промышленные взрывчатые вещества состоят из целого ряда компонентов (сенсибилизаторы, окислители, горючее, стабилизаторы, ингибиторы воспламенения метано-пылевоздушной среды и т.д.).

При оценке экологической безопасности применяемых в промышленности ВВ в настоящее время учитывают, в основном, только токсичные газы, которые образуются в процессе химической реакции взрывчатого превращения (в основном NOx и СО2).

Однако в составе ВВ находятся компоненты, которые сами представляют опасность для здоровья людей и вредно воздействуют на окружающую среду. Так, например, большинство сенсибилизаторов, входящих в состав промышленных ВВ в достаточно большом количестве (тротил, гексоген, нитроэфиры и т.д.) являются вредными веществами и по токсическому воздействию согласно ГОСТ 12.1.005-88 и ГОСТ 12.1.007-76 относятся к I-II классу опасности. Их ПДК в воздухе рабочей зоны не должно превышать:

НЭ – 0,02 мг/м3;

тротил – 0,1 мг/м3;

гексоген – 1,0 мг/м3.

Попадание этих компонентов в окружающую среду возможно при заряжании скважин рассыпными ВВ, а также при разрушении оболочек патронов в процессе подготовки к взрыванию.

Однако имеется и другой путь, по которому эти компоненты могут попадать в воздух рабочей зоны. В работе [1] впервые было показано влияние взаимодействия детонирующего ВВ и окружающей среды. Такое взаимодействие выражается в разбрасывании части не прореагировавшего вещества с периферии заряда. Этот процесс в указанной работе и последующих трудах других исследователей [2, 3, 4] изучался с точки зрения энергетических показателей взрыва, скорости детонации ВВ, критического диаметра детонации и т.д. Однако разбрасывание вещества необходимо учитывать и при определении токсичности и экологической чистоты применяемых в промышленности взрывчатых веществ.

Известно [4], что при детонации заряда ВВ происходит частичное разбрасывание не прореагировавшего вещества. Потеря массы ВВ, при этом составит:

, (1)

где к – коэффициент пропорциональности;

а – ширина зоны химической реакции, мм;

- диаметр заряда, мм;

m – масса реагирующего вещества, кг.

Коэффициент пропорциональности , (2)

где С – скорость звука в продуктах взрыва, м/с;

D – скорость детонации, м/с;

U- массовая скорость продуктов взрыва, м/с.

Для большинства промышленных ВВ можно принять k = 3/2.

Ширину зоны химической реакции можно определить из выражения:

a = (D –U)t, (3)

где t- время реакции в детонационной волне, с.

, (4)

Учитывая, что С ? 0,5D; а U ? 0,25D, тогда a = 0,75 dкр.

Тогда выражение (1) примет вид:

, (5)

Расчеты по приведенням зависимостям показывают, что при взрыве открытого заряда аммонитов IV класса потеря массы при разбрасывании может достигать до 0,01 массы исходного вещества. Поскольку промышленные ВВ применяют, в основном, в шпурах и скважинах, то наличие прочной оболочки равнозначно увеличению диаметра заряда.

А.Ф. Беляев [7] полагал, что в первом приближении масса оболочки увеличивает на величину, пропорциональную отношению плотностей оболочки и ВВ.

, (6)

где ?m – плотность оболочки, г/см3;

?0 – плотность ВВ, г/см3;

? – толщина оболочки, мм.

? – можно определить исходя из положения о том, что дробление породы бризантным действием взрыва наблюдается на расстоянии приблизительно равном трем радиусам заряда.

Следовательно толщину породной оболочки можно считать равной:

, (7)

Согласно работе [6] для пород средней крепости приблизительно можно принять ?m ? 2,0 г/см3. Тогда из выражений (5) и (6) следует, что:

dз.эф? 6dз2, (8)

В табл. 1 представлены составы наиболее распространенных ВВ.

Таблица 1

№ п/п

Наименование ВВ Содержание компонентов, %
TНT НЭ Колл. хлопок Гексоген NH4NO3
1. Аммонит №6ЖВ 21 - - - 79
2. Аммонал скальный №1 5 25 65
3. Граммонит 79/21 21 79
4. Углениты 10-13 1,0
5. Детониты 15-25 1-2 50-60
6. Аммониты IV класса 17-20 - - - 60-62

В табл. 2 представлены результаты расчета выбросов в рабочую зону вредных веществ для наиболее распространенных ВВ.

Таблица 2

№ п/п

Наименование ВВ

D,

Км/с

dзар,

мм.

dз..эф

мм.

dкр,

мм.

/m
TNT НЭ Гексо-ген NH4NO3
1. Аммонит №6ЖВ 4,6 32 6144 8 0,00586 - - 0,00586
2. Аммонал скальный №1 5,6 45 12150 10 0,0037 - 0,00072 0,0037
3. Граммонит 79/21 4,0 150-250 135000375000 100 0,003330,0012 - - 0,003330,0012
4. Углениты 2,4 36 7776 10 - 0,00579 - 0,00579
5. Детониты 5-6 32 6144 8 - 0,0059 - 0,0059
6. Аммониты IV класса 4-4,2 36 7776 8 0,00463 - - 0,00463

Годовой расход ВВ, в том числе экологически чистых эмульсионных, по Украине приведен в [5]. На основании этих данных и данных собранных авторами по предприятиям угольной отрасли рассчитаны приблизительные усредненные показатели выброса вредных веществ при применении наиболее распространенных классов ВВ в Украине за 2004 год, которые приведены в таблице 3.

Таблица 3

Типы ВВ

Расход за 2004г., тыс. тонн Выбросы непрореагировавших веществ, кг
TNT НЭ NH4NO3 Гексоген
ВВ II класса* Ам.№6ЖВ 20 23440 - 93760 -
АС-ДТ 40 - - 122760 -
Гр. 79/21 40 10080-27720 - 37920-104280 -
Ам. ск. №1 0,24 44,4 577,2 222,0
ВВ IV класса** 4 3704 - 11112 -
ВВ V класса ** 0,5 - 383,5 - -
ВВ VI класса ** 0,3 - 177,0 -

*Для этого класса приведены данные при его применении как в подземных условиях так и при ведении взрывных работ на земной поверхности.

**Применяются как предохранительные ВВ при ведении взрывных работ в угольных шахтах.

Выводы

Из изложенного выше следует, что применение ВВ с высоким содержанием тротила и НЭ наносит значительный ущерб окружающей среде. Наиболее радикальное решение задачи создания экологически чистых ВВ – это отказ от мощных сенсибилизаторов. В случае необходимости введения в состав ВВ мощных сенсибилизаторов на основе бризантных ВВ для обеспечения заданной детонационной способности, количество таких добавок должно быть минимальным. Кроме того, с точки зрения экологической чистоты предпочтительнее введение в состав ВВ сенсибилизаторов на основе гексогена, а не тротила.

Список литературы

Харитон Ю.Б. О детонационной способности взрывчатых веществ. – В кн. «Вопросы теории взрывчатых веществ», вып. 1. М. – Л., АН СССР, 1947, с.7-29.

Ремпель Г.Г. К вопросу о зависимости величины химических потерь от размеров заряда. – «Физика горения и взрыва», 1967, № 2. – с. 211-216.

L.E. Roth/ Explosivstoffe, 6, № 3, 1958. – с. 23-45.

Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов. Промышленные взрывчатые вещества. М. «Недра», 1972. – 319 с.

С.А.Сторчак Энергия взрыва: к европейским стандартам/ Всеукраинская техническая газета № (119) 15 от 14.04.05.

Краткий справочник горного инженера. М.: Недра, 1971. – 518 с.

Андреев К.К., Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ.- М.: Оборонгиз.- 1960. – 595 с.

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий