Об экологической чистоте взрывчатых веществ

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.