Маркшейдерия и недропользование

Разнообразие условий ведения взрывных работ (ВР) в промышленности с целью разрушения массивов горных пород и других объектов для последующей выемки, транспортировки и переработки определяет необходимость изыскания наиболее эффективных типов взрывчатых веществ (ВВ) и зарядов из них для достижения поставленных целей. Наиболее остро проблемы выбора эффективных ВВ, обладающих свойствами универсальности, проявляются при ведении ВР в строительств, углублении дна водоемов, разрушении сооружении и т.п.

На текущий момент времени наиболее развивающимися и широко применяемыми в различных условиях являются взрывчатые вещества на основе водоустойчивой эмульсии типа «вода в масле», по- лучившие общепринятое название – «эмульсионные ВВ» (ЭВВ). Эти взрывчатые вещества (ЭВВ), выделяемые в самостоятельный класс, в мировой практике получили развитие с начала 60-х годов ХХ столетия. В нашей стране освоение эмульсионных взрывчатых веществ из невзрывчатых компонентов произошло в начале 80-х годов. К настоящему времени в РФ производятся эмульсионные взрывчатые вещества, заряжаемых во взрывные полости с помощью смесительно-зарядных машин (СЗМ) – ЭВВ «наливные» или «не упакованные», а также в виде патронов диаметром 90 мм, и, в отдельных случаях, диаметром 50-60 мм. В то же время, в странах с развитой горной промышленностью, созданы и широко применяются эмульсионные взрывчатые вещества с повышенной детонационной способностью, одним из характерных параметров которой является малый критический диаметр детонации – dk, выпускаемые и используемые в зарядах (патронах) диаметром, начиная от 15-18 мм.

В соответствии с задачами, стоящими перед ООО «Гидротехника» (г. Владивосток), по взрыванию горных пород и других объектов в сложных условиях, включая работы по углублению дна моря в зонах строительства причалов, было принято решение о создании производства ЭВВ с повышенными детонационными характеристиками. За основу была выбрана технология производства эмульсионных взрывчатых веществ, применяемая в Китае и прошедшая промышленную отработку в Монголии в рамках деятельности группы предприятий МРСК.

«Монмаг» и ГК «Нитро Технологии». Разработка технологического процесса и адаптация его к инфраструктурным, сырьевым и климатическим условиям места строительства осуществлены ООО «Нитро Технологии «Саяны» (г. Красноярск). Проектные работы выполнены в Красноармейском НИИ механизации (КНИИМ). Размещение и строительство производства ЭВВ осуществлено при существующем базисном складе ВМ в пгт. Липовцы Приморского края. Для выполнения строительных работ и последующей эксплуатации производства создано ООО «Нитро Технологии Приморье», на имя которого оформлены все необходимые разрешительные документы по работе с взрывчатыми материалами (ВМ).В период создания и эксплуатационной доводки производства, при формировании логистического обеспечения и практического тестирования готовой продукции на местах применения, финансовым партнером проекта выступало ОАО «Сибвзрывкомплект».

Производство ЭВВ выполнено в виде комплектной технологической линии ТЛ-САЯНИТ-ЛП, обеспечивающей выпуск ЭВВ двух разновидностей под общей товарной маркой «САЯНИТ»: патронов САЯНИТ-П диаметром 32, 60 и 90 мм, а также наливных ЭВВ САЯНИТ-Н, заряжаемых непосредственно в скважины с помощью СЗМ. Сенсибилизация эмульсии и получение ЭВВ в обоих разновидностях осуществляется химическим способом с помощью газогенерирующей добавки (ГГД) на основе водного раствора нитрита натрия.

Рис. 1.
Аппарат эмульгирования «статического типа» – колонка с диспергирующей насадкой

Технологический процесс изготовления эмульсии (САЯНИТ-П и САЯНИТ-Н) по принципу исполнения и аппаратурного оснащения подобен широко распространенным в стране аналогам и состоит в предварительном порционном приготовлении раствора окислителей (РО) – водной фазы (ВФ), а также композиции масел (углеводородов) с эмульгаторами масляной фазы (МФ) и последующего совмещения ВФ и МФ в аппарате эмульгирования. Особенности и преимущества технологии приготовления определяются конструктивным исполнением аппаратов и параметрами технологического процесса. Существенное внимание в технологии уделено системам очистки – фильтрования ВФ и МФ, а также точности дозирования с контролем расхода каждого компонента строго «по массе». Принципиально новым по сравнению с используемыми в стране является аппарат эмульгирования, который представляет собой смеситель «статического типа» (рис. 1). Следующим отличием является операция охлаждения и стабилизации температуры эмульсии перед подачей на операции сенсибилизации при изготовлении патронов или при загрузке в СЗМ. При изготовлении эмульсионных взрывчатых веществ САЯНИТ-П формирование и наполнение патронов осуществляется с помощью однопоточных автоматов, обеспечивающих формирование оболочки патрона сворачиванием и спаиванием пленки. При этом возможна работа автоматов с использованием готового рукава из полимерной пленки.

В состав технологического оборудования комплекса ТЛ-САЯНИТ-ЛП входит аппарат для термической обработки – «поризации» гранулированной аммиачной селитры (АС) с целью увеличения пористости и, соответственно, совместимости с жидкими горючими добавками и эмульсией при организации производства композиционных ВВ типа «тяжелое АСДТ» и типа Гранулит. Для изготовления ВВ типа Гранулит на территории комплекса создан пункт со смесителем в виде барабана – «бетоносмеситель» с рыхлительно-сепарирующим вкладышем типа «скруббер» во внутренней полости (рис. 2.). Такая комплектация оборудования обеспечивает возможность использования исходного сырья различных типов, включая АС общетехнического назначения (АС по ГОСТ 2-2013), и изготавливать практически все применяемые в стране разновидности смесевых взрывчатых веществ на основе АС, в том числе с добавками дисперсных горючих компонентов (уголь, алюминий, торф и др.), а также композиционных горючих, например, в виде эмульсий как «обратных», так и «прямых».

Рис. 2.
Аппараты для подготовки и переработки гранулированной аммиачной селитры при изготовлении смесевых ВВ – «поризатор» с аспирацией и смеситель барабанный с сепарирующим вкладышем

Производство ВВ с необходимыми вспомогательными зданиями и сооружениями размещено на площадке, имею- щей уклон, что использовано для компоновки оборудования на двух уровнях: прием и подготовка исходных компонентов осуществляется на верхнем уровне с передачей на следующие операции по принципу самотёка. Такое же решение реализовано в пункте приготовления гранулированных ВВ.

При выпуске установочных и промышленных партий эмульсионных взрывчатых веществ САЯНИТ-П при испытаниях на полигоне склада ВМ подтверждены стабильно высокие взрывчатые характеристики:

• критический диаметр детонации – не более 15 мм (часть патрона диаметром 32 мм в виде 1/4 доли по дли- не детонирует полностью);
• скорость детонации зарядов диаметром 90 мм – не менее 4,8 км/с;
• бризантность по ГОСТ 5984-99 – не менее 16 мм;
• расстояние передачи детонации между патронами диаметром 32 мм – до 7 см;
• эффективность по пробитию стальной плиты – превосходит аналогичный показатель для аммонита 6ЖВ (при использовании ЭВВ в стальной плите толщиной 1/5 диаметра заряда пробивается отверстие, соответствующее калибру патрона или диаметру контактной зоны ЭВВ – металл, если используется конический заряд с высотой конуса не менее двух диаметров основания).

Рис. 3.
Оценка критического диаметра детонации ЭВВ Саянит-П по взрыву конического заряда на металлической подложке («свидетель»)

Рис. 4.
Оценка сравнительной взрывной эффективности зарядов диаметром d=32 мм (высота 3d) из аммонита 6ЖВ (часть стандартного патрона с отличительной полосой) и ЭВВ Саянит-П по пробитию стальной плиты t = 6 мм.

Рис. 5.
Определение устойчивости детонации по взрыванию заряда диаметром d=32 мм длиной 3500 мм (100 калибров)

На полигоне ООО «НТ-Приморье» проведено испытание по устойчивости распространения детонации и работоспособности патронов диаметром 32 мм в «дорожке» длинной не менее 100 калибров. Самый «дальний» от точки инициирования д патрон уложен на стальную пластину толщиной 3 мм. «Дорожка» из патронов сработала полностью, пластина-свидетель разрушена на 2 части.

Взрывные работы с применением созданных ЭВВ выполнены в Приморском Крае в рамках исполнения программы испытаний в соответствии с требованиями надзорных органов проведены на ряде предприятий, в составе которых щебеночный карьер Андезит (район г. Большой Камень), карьере Ключевой (район с. Вольно-Надеждинское), карьер Прибрежный (район г. Находка)и др. Заряжание наливных ЭВВ САЯНИТ-Н осуществлялось с помощью смесительно-зарядной машины МЗУ-15-5КТ (изготовитель ОАО «НИПИГОРМАШ»). Инициирование заряда выполнялось с помощью волноводных систем инициирования «ИСКРА» (СИНВ). В качестве боевика, взамен ранее использовавшихся шашек-детонаторов типа ТГП, использованы патроны САЯНИТ-П диаметром 60 мм. Во всех случаях взрывы на блоках полные, отказов не наблюдалось. Дробление пород после взрыва соответствует требования паспортов, выход негабарита, по сравнению с применяемыми ВВ, уменьшился

Рис. 6.
Использование зарядов различной конструкции и массы из ЭВВ
Саянит-П для разрушения металлоконструкций (диаметр зарядов в контактной зоне – 62 мм; толщина диафрагмы швеллера – 9 мм; толщина стенки трубы – 12 мм; масса зарядов, г: 1-310, 2-220, 3-135, 4-230 с кумулятивным донышком, 5-330, 6-225 для трубы)

В качестве примера можно привести конкретные условия взрывов на карьере Андезит: диаметр скважин 115 мм, высота уступа до 10 метров, сетка бурения 3×3 м. Удельный расход ЭВВ принят равным ранее ис- пользуемому и составил 0,9 кг/м3. Один из блоков на щебеночном карьере Андезит являлся установочным и частично охватывал не коренную скальную породу с крупным валунником, заполненным суглинком. Обводненность блока до 70%. После взрыва на этом блоке отмечен вывал около двух десятков негабаритных отдельностей, которые были раздроблены разовым воздействием накладного заряда из патронов ЭВВ САЯНИТ-П диаметром 60мм. При этом патрон разрезался по массиву ВВ вдоль на две части, которые укладывалось на поверхность негабарита и инициировались с помощью ДШЭ-12, пропущенного через ВВ в одну нитку. Дробление валунов после воздействия взрыва соответствовало нормативу по крупности.

Эмульсионные патроны САЯНИТ-П диаметром 32 мм бы- ли успешно применены в подземных условиях. На реконструкции автомобильной дороги А189 (участок Раздольное – Хасан) при проходке тоннеля в районе перевала Нарвинский была произведена замена аммонита 6ЖВ диаметром 32 мм на ЭВВ. Все параметры взрываемого забоя оставлены без изменений. Результаты взрыва положительны и полностью соответствуют как программе испытаний, так и сравнительным лабораторно полигонным оценкам ВВ САЯНИТ-П и Аммонит 6ЖВ. Коэффициент использования шпура, удельный расход ВМ и дробление породы идентичны Аммониту 6ЖВ диаметром 32 мм. Взрывные работы на всех перечисленных объектах проводились специалистами ООО «Гидротехника».

Следует отметить, что ЭВВ САЯНИТ как наливного, так и патронированного исполнения полностью соответствует всем требованиям буровзрывных работ при высокой водоустойчивости в пресной и соленой воде. К тому же, учитывая сравнительно низкую себестоимость, новое ЭВВ может надежно заменить практически все аналоги, применяемые для формирования основной колонки заряда, а так же шашки детонаторы и заряды специальной конструкции широкого спектра применения. Экономика взрывных работ – это основная составляющая конкурентоспособности участника рынка. Оптимизация затрат при бурении и взрывании требует новых подходов. В настоящее время на базе положительных результатов применения созданного продукта САЯНИТ исследуются показатели эффективности применения патронов диаметром 60 мм в скважинах диаметром 89 мм. При этом эффективность БВР по совокупности показателей бурения и взрывания может быть выведена на совершенно другой уровень по сравнению с существующей на сегодняшний день.

С.М. Киняк,
ООО «Гидротехника»;
В.С. Хархардин,
ООО «Нитро-Технологии Приморье»;
В.Р. Нейманн,
ОАО «Сибвзрывкомплект»;
С.С. Костылев,
ООО «Нитро-Технологии Саяны»;
А.В. Старшинов,
ООО «Нитро-Технологии Саяны»;
В.А. Украинский,
Красноармейский НИИ механизации ГИП.