Об экологической чистоте взрывчатых веществ
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
|
|
|
|
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
|
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
|
-
|
-
|
-
|
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.
Для подготовки данной работы были использованы
материалы с сайта http://masters.donntu.edu.ua