Про екологічну чистоту
вибухових речовин
Галіакберова Ф.Н., Манжос
Ю.В.
Наведено результати досліджень за викидами шкідливих
речовин при застосуванні ВР для ведення вибухових робіт в промисловості. Показано,
що поряд з викидами токсичних газів-продуктів вибуху, відбувається забруднення
навколишнього середовища токсичними речовинами-компонентами ВВ. Наведено
приблизний розрахунок річної кількості токсичних компонентів, які
потрапляють у навколишнє середовище при підриванні зарядів промислових ВР в Україні.
Сучасні промислові вибухові речовини складаються
з цілого ряду компонентів (сенсибілізатора, окислювачі, пальне,
стабілізатори, інгібітори запалення метано-пилоповітряної середовища і т.д.).
При оцінці екологічної безпеки застосовуваних у
промисловості ВВ в даний час враховують, в основному, тільки токсичні
гази, які утворюються в процесі хімічної реакції вибухового перетворення
(в основному NOx і СО2).
Однак у складі ВВ знаходяться компоненти, які самі
становлять небезпеку для здоров'я людей і шкідливо впливають на навколишнє
середовище. Так, наприклад, більшість сенсибілізатора, що входять до складу
промислових ВР у досить великій кількості (тротил, гексоген, нітроефіри і
тощо) є шкідливими речовинами і за токсичного впливу згідно ГОСТ
12.1.005-88 і ГОСТ 12.1.007-76 належать до I-II класу небезпеки. Їх ГДК в
повітрі робочої зони не повинно перевищувати:
НЕ - 0,02 мг/м 3;
тротил - 0,1 мг/м 3;
гексоген - 1,0 мг/м3.
Попадання цих компонентів в навколишнє середовище можливо
при заряджанні свердловин розсипних ВВ, а також при руйнуванні оболонок патронів в
процесі підготовки до підривання.
Однак є й інший шлях, по якому ці
компоненти можуть потрапляти в повітря робочої зони. У роботі [1] вперше було
показано вплив взаємодії детонуючого ВВ і навколишнього середовища. Таке
взаємодія виражається в розкидання частини не прореагувавши речовини з
периферії заряду. Цей процес у зазначеній роботі і подальших працях інших
дослідників [2, 3, 4] вивчався з точки зору енергетичних показників
вибуху, швидкості детонації ВР, критичного діаметра детонації і т.д. Однак
розкидання речовини необхідно враховувати і при визначенні токсичності та
екологічної чистоти що використовуються в промисловості вибухових речовин.
Відомо [4], що при детонації заряду ВР відбувається
часткове розкидання не прореагувавши речовини. Втрата маси ВР, при
цьому складе:
, (1)
де к - коефіцієнт пропорційності;
а - ширина зони хімічної реакції, мм;
- діаметр заряду, мм;
m - маса реагує речовини, кг.
Коефіцієнт пропорційності 
, (2)
де С - швидкість звуку в продуктах вибуху, м/с;
D - швидкість детонації, м/с;
U-масова швидкість продуктів вибуху, м/с.
Для більшості промислових ВР можна прийняти k = 3/2.
Ширину зони хімічної реакції можна визначити з
вирази:
a = (D-U) t, (3)
де t-час реакції в детонаційної хвилі, с.
, (4)
огляду на те, що С? 0,5 D; а U? 0,25 D, тоді a = 0,75
dкр.
Тоді вираз (1) набуде вигляду:
, (5)
Розрахунки з приведенням залежностей показують, що
при вибуху відкритого заряду амонітів IV класу втрата маси при розкидання
може досягати до 0,01 маси вихідної речовини. Оскільки промислові ВР
застосовують, в основному, в шпурах і свердловинах, то наявність міцної оболонки
рівнозначно збільшенню діаметра заряду.
А.Ф. Біляєв [7] вважав, що в першому наближенні
маса оболонки збільшує на величину, пропорційну відношенню
щільності оболонки та ВВ.
, (6)
де? m - щільність оболонки, г/см3;
? 0 - щільність ВВ, г/см3;
? - Товщина оболонки, мм.
? - Можна визначити виходячи з положення про те, що
дроблення породи бризантних дією вибуху спостерігається на відстані
приблизно рівному трьом радіусів заряду.
Отже товщину породної оболонки можна вважати
рівною:
, (7)
Згідно роботі [6] для порід середньої міцності
приблизно можна прийняти? m? 2,0 г/см3. Тоді з виразів (5) і (6)
випливає, що:
dз.еф? 6dз2, (8)
У табл. 1 представлені склади найбільш
поширених ВВ.
Таблиця 1
№ п/п
Найменування ВВ
Зміст компонентів,%
TНT
НЕ
Колл. бавовна
Гексоген
NH4NO3
1.
Амоніт № 6ЖВ
21
-
-
-
79
2.
Амонал скельний № 1
5
25
65
3.
Граммоніт 79/21
21
79
4.
угленіта
10-13
1,0
5.
Детоніти
15-25
1-2
50-60
6.
Амоніти IV класу
17-20
-
-
-
60-62
У табл. 2 представлені результати розрахунку викидів в
робочу зону шкідливих речовин для найбільш поширених ВВ.
Таблиця 2
№ п/п
Найменування ВВ
D,
Км/с
dзар,
мм.
Dз .. еф
мм.
dкр,
мм.
/m
TNT
НЕ
гекс-ген
NH4NO3
1.
Амоніт № 6ЖВ
4,6
32
6144
8
0,00586
-
-
0,00586
2.
Амонал скельний № 1
5,6
45
12150
10
0,0037
-
0,00072
0,0037
3.
Граммоніт 79/21
4,0
150-250
135000375000
100
0,003330,0012
-
-
0,003330,0012
4.
угленіта
2,4
36
7776
10
-
0,00579
-
0,00579
5.
Детоніти
5-6
32
6144
8
-
0,0059
-
0,0059
6.
Амоніти IV класу
4-4,2
36
7776
8
0,00463
-
-
0,00463
Річний витрата ВР, в тому числі екологічно чистих
емульсійних, по Україні наведено в [5]. На підставі цих даних і даних
зібраних авторами по підприємствах вугільної галузі розраховані приблизні
усереднені показники викиду шкідливих речовин при застосуванні найбільш
поширених класів ВВ в Україні за 2004 рік, які наведені в таблиці
3.
Таблиця 3
Типи ВВ
Витрата за 2004р., тис. тонн
Викиди непрореагіровавшіх речовин, кг
TNT
НЕ
NH4NO3
Гексоген
ВВ II класу *
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
ВР IV класу **
4
3704
-
11112
-
ВР V класу **
0,5
-
383,5
-
-
ВВ VI класу **
0,3
-
177,0
-
* Для цього класу наведено дані при його застосуванні
як в підземних умовах так і під час проведення підривних робіт на земній
поверхні.
** Застосовуються як запобіжні ВР при веденні
вибухових робіт у вугільних шахтах.
Висновки
З викладеного вище випливає, що застосування ВВ з
високим вмістом тротилу і НЕ завдає значної шкоди навколишньому середовищу.
Найбільш радикальне рішення задачі створення екологічно чистих ВВ - це відмова
від потужних сенсибілізатора. У разі необхідності введення до складу ВВ потужних
сенсибілізатора на основі бризантних ВВ для забезпечення заданої детонаційної
здібності, кількість таких добавок повинно бути мінімальним. Крім того, з
точки зору екологічної чистоти переважно введення до складу ВВ
сенсибілізатора на основі гексогену, а не тротилу.
Список літератури
Харитон Ю.Б. Про детонаційної здатності вибухових
речовин. - В кн. «Питання теорії вибухових речовин», вип. 1. М. - Л., АН СРСР,
1947, с.7-29.
Ремпель Г.Г. До питання про залежність величини хімічних
втрат від розмірів заряду. - «Фізика горіння та вибуху», 1967, № 2. - С.
211-216.
L.E. Roth /
Explosivstoffe, 6, № 3, 1958. - С. 23-45.
Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревіч, А.И. Романов.
Промислові вибухові речовини. М. «Надра», 1972. - 319 с.
С. А. Сторчак Енергія вибуху: до європейських стандартів /
Всеукраїнська технічна газета № (119) 15 від 14.04.05.
Короткий довідник гірського інженера. М.: Недра, 1971.
- 518 с.
Андрєєв К.К., Бєляєв А.Ф. Теорія вибухових речовин .-
М.: Оборонгиз .- 1960. - 595 с.
Для підготовки даної роботи були використані
матеріали з сайту http://masters.donntu.edu.ua
