Опыт практического применения пористой аммиачной селитры для производства эмульсионных взрывчатых веществ на АО «Ковдорский ГОК»

DOI: http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2018-6-142-52-54
УДК: 622.235

Ф.И. Галушко, руководитель направления по буровзрывным работам, АО «МХК «ЕвроХим»

Применение аммиачной селитры (далее АС) для производства промышленных взрывчатых веществ (далее ПВВ) является устоявшейся практикой, так как это позволяет производить широкий ассортимент ПВВ с различными физическими и энергетическими свойствами. АС является сильным окислителем, что делает её незаменимым компонентом при использовании в различных типах ПВВ, таких как ANFO (cмеси АС-ДТ, Игданиты), эмульсионных взрывчатых веществах (далее ЭВВ), а также сложных системах в сочетании с конденсированными индивидуальными взрывчатыми веществами (далее ВВ) [1].

Наиболее широкое применение АС получила при использовании в качестве окислительного компонента при производстве простейших аммиачноселитренных ВВ типа ANFO, которые и по сей день имеют очень широкое применение, особенно в условиях открытых горных разработок в угольной промышленности. Одним из последних достижений в области разработки ПВВ для открытых горных разработок является создание взрывчатых смесей, состоящих из ЭВВ и гранулированного ВВ типа ANFO. В США и Канаде такие смеси называют тяжелыми ANFO, в России – Гранэмит, в Швеции – Эмулан [2].

В АО «Ковдорский ГОК» в качестве основного типа ПВВ для заряжания вертикальных и наклонных буровзрывных скважин приняты ЭВВ «Эмулиты ВЭТ» по ТУ 7276-01617131060-2001. Эмулиты выпускаются двух марок: ВЭТ 700 и ВЭТ 300. Состав ВЭТ 700 (далее также качаемое ЭВВ) – это смесь 70% эмульсионной матрицы второго рода (фаза «вода в масле») и 30% пористой аммиачной селитры (далее ПАС).

Сенсибилизация состава ВЭТ 700 выполняется химическим способом. Состав ВЭТ 300 (далее также тяжелое ANFO) – это смесь 30% эмульсионной матрицы второго рода (фаза «вода в масле») и 70% ANFO. Применение ЭВВ в условиях АО «Ковдорский ГОК» началось с 2001 г., когда в эксплуатацию был запущен стационарный пункт по производству невзрывчатых компонентов эмульсионных взрывчатых веществ.

Заряжание технологических буровзрывных скважин осуществляется механизированным способом при помощи смесительно-зарядных машин (далее СЗМ) с полезной грузоподъемностью по готовому продукту 15 и 20 т (см. фото).

Для заряжания технологических скважин используются СЗМ с универсальной навесной установкой, что дает возможность заряжать качаемые ЭВВ от дна скважины (под столб воды) и тяжелое ANFO от устья скважины посредством разгрузки через боковой винтовой шнек. Производительность заряжания такой установки варьируется в среднем от 150 до 350 кг/мин и зависит в первую очередь от конкретных условий заряжания и рецептурных особенностей ЭВВ.Заряжание технологических скважин универсальной смесительно-зарядной машиной

Заряжание технологических скважин универсальной смесительно-зарядной машиной

Для обводненных и сухих скважин применяется взрывчатый состав ВЭТ 700, заряжание которого происходит под столб воды посредством подачи через винтовой насос. Состав ВЭТ 700 используется при взрывании как вскрышных, так и рудных блоков. В основном применение данного состава связано с условием наличия воды в технологических скважинах, что не дает возможности использовать тяжёлое ANFO, которое также применяется для взрывания вскрышных и рудных блоков для сухих скважин.

В части операционной эффективности и себестоимости кубометра взорванной горной массы применение тяжелого ANFO имеет ряд следующих неоспоримых преимуществ:

- скорость заряжания посредством шнека может достигать 350 кг/мин;

- взрывчатый состав более стабилен в части кинетики протекания детонационных процессов ввиду отсутствия химической сенсибилизации и, как следствие, сильного гидростатического давления, которое влияет на распределение плотности по длине колонки заряда;

- более эффективная практика установки промежуточных детонаторов при использовании различных конструкций зарядов (верх–низ, низ–низ) за счет более высокой производительности заряжания от устья скважин через шнек;

- более высокая объемная концентрация энергии взрыва;

- более низкая плотность заряжания 0,9–0,95 г/см3 по отношению к газифицируемым ЭВВ, у которых средняя плотность может достигать 1,25 г/см3;

- более низкая приведенная себестоимость на 1 м3 взорванной горной массы за счет более низкого удельного расхода ЭВВ.

В части более низкой приведенной себестоимость при использовании тяжелого ANFO хотелось бы отметить следующее:

- себестоимость одной тонны тяжелого ANFO в условиях АО «Ковдорский ГОК» выше себестоимости качаемых ЭВВ в среднем на 10% за счет большего количества в составе ПАС (в среднем 66%), которая имеет более высокую стоимость по отношению к АС марки ГОСТ 2–2013;

- средний удельный расход качаемых ЭВВ составляет 1,43 кг/м3 в то время, как средний удельный расход тяжелого ANFO составляет 1,04 кг/м3, что на 27% меньше;

- разница удельных расходов ЭВВ позволяет снижать приведенную себестоимость от применения тяжелого ANFO в среднем на 24%.

В настоящее время для изготовления эмулитов ВЭТ используется два вида аммиачной селитры: ГОСТ 2–2013 и ПАС. АС марки ГОСТ 2–2013 применяется для приготовления водного окислительного раствора и дальнейшего изготовления эмульсионной матрицы, которая является исходным невзрывчатым компонентом. Поставка ПАС на АО «Ковдорский ГОК» осуществляется Новомосковской акционерной компанией Азот (НАК «Азот»), которая впервые в РФ в 2015 г. реализовала производство ПАС по ТУ 2143-07305761643-2013. Выпускаемая ПАС практически по всем показателям соответствует мировым аналогам [3, 4]. Основными характеристиками, определяющими эффективность применения ПАС в составе ANFO (в том числе и тяжелое ANFO), являются строение гранул со специфической «рыхлой» или «пористой» структурой и впитывающей способностью по отношению к дизельному топливу до 12–13% [5]. Выполненные научно-исследовательские работы и полигонные испытания ПАС производства НАК «Азот» подтверждают ее качество и высокие детонационные характеристики ПВВ на ее основе [6]. Основные контролируемые физические свойства ПАС по ТУ 2143-073-05761643-2013 приведены в табл. 1.Основные контролируемые физические свойства ПАС

При решении практических вопросов по дроблению массива горных пород взрывом, а также по обеспечению требуемых технологических параметров взрывных работ необходимо принимать во внимание, что применяемые ПВВ должны обеспечивать максимальную степень реализации энергии взрывчатого превращения, безопасность в обращении, а также минимальный уровень негативного воздействия на окружающую среду в части образования ядовитых газов, таких как окислы азота (NOx).

Необходимо отметить тот факт, что долгосрочное стратегическое развитие горных работ Ковдорского ГОКА будет продолжаться по углубочной системе разработки, что неизбежно повлечет за собой повышение прочностных свойств горных пород по мере понижения и, как следствие повышение средней категории пород по взрываемости. Более высокие категории требуют повышенных удельных расходов ЭВВ, что в свою очередь связано с величиной энергии взрыва, которая идет на разрушение горных пород. Статистические данные по опыту применения ПАС для изготовления эмулитов ВЭТ демонстрируют, что энергетические параметры ЭВВ повышаются в результате применения более качественных и физически стабильных сырьевых материалов, таких как ПАС.

Cводные данные по доле потребления тяжелого ANFO, а также среднему удельному расходу ЭВВ приведены в табл. 2.Cводные данные по доле потребления тяжелого ANFO

Согласно данным, приведенным в табл. 2, видно, что доля потребления тяжелых ANFO увеличивается, начиная с 2016 г. – с момента перехода на ПАС.

Увеличение доли потребления тяжелых ANFO связано c выявлением следующих закономерностей, а также достижением следующих результатов:

- средний удельный расход ЭВВ был снижен на 13% за счет более низкой насыпной плотности ПАС, что в свою очередь позволило уменьшить массу заряда на погонный метр;

- плотность заряжания для эмулит ВЭТ 700 составляет в среднем 1.15–1.25 г/см3, для тяжелого ANFO в среднем 0,90 г/см3. Снижение среднего удельного расхода ЭВВ связано с увеличением доли тяжелого ANFO, которое имеет более низкую плотность заряжания;

- применение ПАС с оптимальными физическими параметрами позволило увеличить объем потребления тяжелых ANFO, что в свою очередь повлияло на снижение себестоимости взрывных работ;

- действие взрыва при применении смеси тяжелого ANFO не уступает качаемым ЭВВ в соотношении 70/30;

- при наличии сухих скважин предпочтение отдается смеси тяжелого ANFO с использованием ПАС;

- при увеличении объемов потребления тяжелого ANFO прослеживается динамика снижения себестоимости взрывных работ ввиду более низких удельных расходов ВВ;

- операционная эффективность при применении тяжелого ANFO намного выше, так как позволяет работать на более высоких производительностях по заряжанию скважин.

Выводы

Применение высококачественных сертифицированных сырьевых материалов (в данном случае ПАС) является базовым аспектом для получения качественных взрывчатых составов, работоспособность которых в свою очередь позволяет добиваться максимальной степени реализации энергии взрывчатого превращения и оказывать максимальное действие взрыва, создает экономический эффект, а также обеспечивает повышение технической и технологической безопасности.

Ключевые слова: аммиачная селитра, пористая аммиачная селитра, тяжелое ANFO, эмулит ВЭТ, промышленные взрывчатые вещества, эмульсионные взрывчатые вещества

Информационныеисточники:

1. Взрывчатые вещества. Химия. Составы. Безопасность [Текст] / А.А. Добрынин. –М.: ИД Академия Жуковского, 2017.

2. Влияние типа АС на детонационную способность и работоспособность эмуланов/ Б.Н. Кукиб, В.Б. Иоффе, Е.И. Жученко, А.Б. Фролов.

3. Новые решения по обеспечению производств смесевых взрывчатых веществ сырьём // Горный журнал. 2017. №3. С. 92.

4. Голиков Б.П., Скорняков В.В., Моисеенко А.Ф. Новое производство индустриальной аммиачной селитры. Доклад НАК «Азот». Материалы конференции НОИВ_2017.

5. Старшинов А.В., Костылев С.С., Куприянов И.Ю., Жамьян Ж., Гильманов Р.А. Влияние струк( туры частиц аммиачной селитры на детонационную способность смесевых взрывчатых веществ // Горная промышленность. 2017. №5 (135). С. 69–73.

6. Справка(Отчет. Определение скорости детонации взрывчатых составов типа АС(ДТ (договор 411(16/204(0012130 от 18.01.2016 г.), АО «ГосНИИ «КРИСТАЛЛ».

Журнал "Горная Промышленность" №6 (142) 2018, стр. 52