Конверсионные ВВ в горной промышленности

Изменение военно-политической обстановки, новые оценки и подходы к структуре вооруженных сил в Европе и мире привели к сокращению вооружений и военной техники, выдвинули задачу утилизации обычных вооружений на один уровень с проблемами утилизации оружия массового поражения. В Российской Федерации такое положение стало следствием накопления на складах, арсеналах и базах Минобороны России около 1.7 млн.т боеприпасов, дальнейшее хранение которых представляет повышенную опасность. Одной из предпосылок аварийных ситуаций является истекший гарантийный срок хранения значительной части боеприпасов. Выполненный анализ случаев пожаров в арсеналах сухопутных войск, ВМФ, ПВО и других видов вооруженных сил показал, что ущерб по этой причине превышает ежегодно 300 млрд. рублей. Необходимость решения этой проблемы характерна для всех государств, имеющих боеприпасы как в связи с демилитаризацией, так и по причине их старения. До последнего времени боеприпасы, а также твердые ракетные топлива, как правило, подрывались или сжигались, либо затапливались в океане (СССР, США, Франция, Великобритания, Германия, Канада, Израиль и др.). В результате безвозвратно теряются значительные материальные ресурсы, не говоря об экологических последствиях подобных способов уничтожения боеприпасов. В соответствии с директивными документами об утилизации боеприпасов в России разработаны соответствующие весьма дорогостоящие программы работ, предусматривающие комплексную переработку боеприпасов на заводах-изготовителях. На выполнение только НИОКР и создание необходимых мощностей по этим программам требуется выделение сотен миллиардов рублей, что в создавшейся экономической ситуации практически нереально. При этом нужно иметь ввиду, что современный уровень науки и техники не может обеспечить переработку многих взрывчатых материалов боеприпасов до критериев, отвечающих всем требованиям практики взрывного дела. Эта проблема еще не получила необходимого решения ни в одной стране мира. Одним из путей решения вышеуказанной проблемы является использование боеприпасов в народном хозяйстве в качестве промышленных взрывчатых веществ. При этом их применение в качестве промышленных ВВ может осуществляться в широком спектре горногеологических и горнотехнических условий при разведке месторождений полезных ископаемых, проведении горных выработок, разрушении горных пород при вскрытии месторождений и их разработке, возведении гидротехнических сооружений и иных строительных объектов, для тушения пожаров и других народнохозяйственных целей. Наибольшие объемы снятых с вооружения взрывчатых материалов нашли применение на открытых горных работах для отбойки пород взрывным способом методом скважинных зарядов на горнодобывающих предприятиях цветной и черной металлургии, угольной промышленности, стройматериалов, транспортного строительства и гидростроительства. Из конверсионных тротило-гексогеносодержащих ВМ на горных предприятиях хорошо зарекомендовали себя удлиненные заряды разминирования, шашки и тротил-У. Удлиненным зарядам в металлических и мягких (капроновых) корпусах горняки отдают предпочтение из-за соответствия их геометрических размеров и форм с размерами и формами взрывных скважин, а также возможностью заряжания скважин этими зарядами с помощью простейших, изготавливаемых на местах применения, средств и механизмов. Удлиненные заряды марок УЗ, ДКР-4, ШЗ-1, ШЗ-2 обычно используются как в сочетании со штатными промышленными ВМ, так и автономно. Можно выделить следующие основные схемы конструкций скважинных зарядов с их использованием:     удлиненный заряд расположен по центральной оси скважины, в промежутках между зарядом и стенками располагается промышленное ВВ;     удлиненный заряд расположен по центральной оси скважины в определенной ее части (в донной части, в центральной части колонки скважинного заряда, в ее верхней части и т.д.), промежутки между зарядом и стенками скважины в этой ее части заполнены промышленным ВВ, в других частях скважины располагается только промышленное ВВ;     в скважине по высоте колонки скважинного заряда располагается только удлиненный заряд (при диаметре заряда примерно равном 0.8 диаметра скважины);     в скважине по высоте колонки скважинного заряда располагается два или более удлиненных заряда (при диаметре скважины более 2.2 диаметра заряда). Первая схема обычно применяется для улучшения качества дробления горной массы по всему объему взрываемого блока. Вторая схема используется для улучшения качества дробления горной массы в отдельных частях породного массива или для улучшения качества проработки подошвы уступа. При этой схеме иногда для улучшения качества проработки подошвы в донную часть скважины дополнительно вводят сосредоточенный заряд (различные мины, бомбы и другие боевые части боеприпасов, снаряженные высокобризантными ВВ на основе тротила и гексогена). Третья и четвертая схемы используются при ведении взрывных работ без комбинации с промышленными ВВ. В последнее время ввиду высокой стоимости бризантных ВВ, особенно водоустойчивых, широкое применение нашла технология ведения взрывных работ с применением относительно дешевых низкочувствительных ВВ, а также доступной аммиачной селитры (раствора аммиачной селитры) в сочетании с удлиненными зарядами из высокобризантных тротило-гексогеновых составов. Конструкция заряда в этом случае соответствует первой схеме. При этой схеме конструкции заряда удлиненный заряд выполняет роль линейного инициатора низкочувствительных ВВ или аммиачной селитры. За счет высокого инициирующего импульса удлиненного заряда, действующего на ВВ или аммиачную селитру по всей длине скважины, и таким образом препятствующего затуханию детонации, достигается довольно высокая работоспособность скважинного заряда, позволяющая добиться качественного дробления пород крепостью до 12 по шкале М.М.Протодьяконова. Указанная технология длительное время успешно применялась на взрывных работах по отбойке горной массы на карьерах рудоуправлений НПО «Сибруда». Инициирование зарядов УЗ производилось как патронами аммонита № 6ЖВ – в сухих скважинах, так и шашками типа Т-400Г – в обводненных скважинах. При использовании указанной технологии качество взрывных работ не уступало штатным технологиям (качество дробления горной массы было равномерным, выход негабарита был в пределах допустимого, проработка подошвы – качественная). Затухания детонации скважинных зарядов из аммиачной селитры не зафиксировано. Заряды ДКР-4 применялись на карьере Оленегорского ГОКа в качестве линейного инициатора скважинного заряда из акватола. Опускание зарядов в скважину производилось вручную, после чего скважины заполнялись акватолом. Инициирование зарядов проводилось от промежуточного детонатора-шашки типа Т-400Г, ТГ-500 и др. Заряды ШЗ применялись на карьерах Ковдорского ГОКа, АО «Апатит», ГМК «Печенеганикель», Лебединского ГОКа, АООТ «Трансвзрывпром» и др. как в качестве инициатора скважинных зарядов промышленных ВВ (типа акватол, граммонит 50/50, граммонит 79/21, гранулотола и др.), так и автономно – в качестве скважинного заряда – в скважинах малого диаметра (105, 150 мм). Заряжание скважин зарядами ШЗ осуществлялось вручную. Инициирование зарядов производилось от промежуточного детонатора – шашки типа Т-400Г, ТГ-500 и др. Ввиду наличия на арсеналах и базах МО огромных запасов боеприпасов (артиллерийские выстрелы, боевые части ракет, бомб, мин и пр.), которые без предварительной переработки не могут использоваться на взрывных работах методом скважинных зарядов, производится извлечение из них ВВ механическим или другими способами (выплавка, вымывание горячей водой или паром, воздействие на изделие посредством криогенных температур, лазерная резка корпусов и т.д.). Извлеченный из боеприпасов вышеперечисленными способами тротил носит название Тротил-У (тротил утилизируемый) и представляет собой куски ВВ определенного размера (при использовании механического дробления заряда ВВ боеприпаса путем выплавки). Производство тротила-У ведется или на арсеналах МО или на предприятиях промышленности (химзаводах). При этом тротил затаривается в бумажные битумированные мешки и поставляется на горные предприятия. Область применения тротила-У – ведение взрывных работ на дневной поверхности методом скважинных зарядов при отбойке горных пород. Ввиду водоустойчивости тротила-У целесообразно его применение в обводненных скважинах. Инициирование скважинного заряда из тротила-У производилось от промежуточного детонатора-шашки типа Т-400Г, ТГ-500 и др. Большинство горнодобывающих предприятий, расположенных вблизи объектов по производству тротила-У, имеют опыт применения его на взрывных работах. На породах крепостью до 14-16 по шкале М.М.Протодьяконова практически всегда имели место положительные результаты его применения. На взрывных работах по отбойке горных пород используется также баллиститное ракетное твердое топливо (баллиститные шашки), пироксилиновые зерненые пороха и ВМ, изготовленные на их основе. По химическому составу баллиститные топлива и пороха представляют собой смесь бризантных или близких к ним ВВ, способных при определенных условиях к детонации. Такими условиями являются: диаметр заряда из указанных ВМ должен быть не ниже критического диаметра детонации, а масса и давление детонации боевика (инициатора) – больше критического давления, возбуждающего детонацию такого заряда. В наибольшей мере этим условиям отвечают пироксилиновые пороха. Максимальный критический диаметр детонации баллиститных шашек не превышает 19 мм, а зерненых пироксилиновых порохов (сухих) в зависимости от марки (размера зерна) находится в пределах 80-250 мм. Учитывая, что минимальный диаметр баллиститных шашек составляет 38 мм, а зерненые пироксилиновые пороха обладают хорошей сыпучестью и потопляемостью, что обеспечивает полное заполнение взрывной скважины, в том числе в обводненных условиях, эти взрывчатые материалы могут использоваться на взрывной отбойке горной массы при ручном заряжении скважин диаметром 105-250 мм. Следует отдельно отметить, что в случае возгорания этих ВМ процесс перехода горения в детонацию исключен. Проведенные исследования показали отсутствие взаимодействия шашек и порохов с сульфидными рудами и грунтовыми водами. Высокая водоустойчивость шашек и порохов позволяет находиться в обводненных условиях без потери взрывчатых характеристик до трех месяцев. Снятые с вооружения баллиститные шашки марок РСИ, РНДСИ, НМФ имеют внешний диаметр от 38 до 245 мм, что обеспечивает их применение при заряжании скважин любого диаметра, а наличие практически у всех шашек центрального сквозного канала дает возможность для удобного опускания шашек в скважину и монтажа скважинного заряда. Высокие взрывчатые характеристики шашек позволяют применять их при отбойке пород до 20 по шкале М.М.Протодьяконова. В таблице 1 приведены основные физико-химические и взрывные характеристики шашек. Практическое применение шашек на взрывных работах выявило основные схемы конструкции скважинных зарядов с использованием баллиститных шашек: 1) Из шашек (пучков шашек) формируется колонка скважинного заряда по всей длине заряжаемой части скважины. При этом диаметр шашек (пучков шашек) должен быть приблизительно равен 0.8 диаметра скважины. Это необходимо для предотвращения застревания шашек (пучков шашек) при их опускании в скважину. 2) Из шашек (пучков шашек) формируется колонка скважинного заряда по всей длине заряжаемой части скважины. При этом диаметр шашек (пучков шашек) должен быть приблизительно равен 0.8 диаметра скважины или чуть меньше. Свободное пространство между стенками скважины и колонкой заряда из шашек заполняется промышленным ВВ. 3) Шашки (пучки шашек) располагаются в определенной части скважины по ее длине. Остальная часть скважины заполнена промышленным ВВ. Первые две схемы применяются для повышения мощности скважинного заряда, используя высокие взрывчатые и энергетические характеристики баллистных шашек, применяя их как в сочетании с промышленными ВВ, так и автономно. Третья схема используется при необходимости более качественного дробления определенной части взрываемого блока. Это может быть подошва уступа при ее плохой проработке или верхняя часть блока, где увеличен выход негабарита, причем высоту скважинного заряда по технологическим причинам нельзя увеличивать. Широкое распространение получила технология применения баллиститных шашек в качестве мощного инициатора низкочувствительных ВВ и аммиачной селитры. На Афанасьевском карьере Московского филиала АООТ «Трансвзрывпром», разрабатывающем известняки крепостью по шкале М.М.Протодьяконова f=9-10, шашками заряжались скважины диаметром 155 мм, глубиной 5.5-6.4 м. Высота столба воды 1.0-1.5 м. При штатной технологии ведения работ преимущественно применялся граммонит 30/70. Баллиститные шашки марки РСИ, используемые для заряжания скважин, представляли собой четвертую часть цилиндра, рассеченного двумя взаимоперпендикулярными плоскостями по всей длине. Поверхность шашки по дуге сектора покрыта негорючим бронесоставом. Наибольший размер шашки (между двумя точками сегмента) составляет 138 мм, наименьший размер (радиус сектора) – 92 мм. Масса шашки – 11.4 кг. Скважинный заряд формировался следующим образом. Шашки опускали в скважину на капроновом шнуре в виде петли, продетой сквозь осевое отверстие, и после достижения шашки забоя скважины или ранее опущенной шашки шнур за один конец вытягивали на поверхность. Промежуточный детонатор из двух шашек Т-400Г и детонирующего шнура ДШЭ-12 крепился к торцевой поверхности последней шашки. Крепление производилось при помощи ДШ, провеваемого сквозь центральные отверстия и баллиститной шашки и шашек Т-400Г. После опускания шашки с боевиком сверху на боевик досыпали граммонит 79/21 в количестве 20-25 кг, после чего производили забойку скважины буровым шламом. Взрывание скважинных зарядов – мгновенное. На гранитном карьере Березовского завода строительных конструкций было произведено три опытных массовых взрыва с использованием шашек РСИ в скважинных зарядах при общем объеме разрыхленной горной массы около 100 тыс.м3. Взрывы проводились в массиве обводненного гранита. Баллиститные шашки использовались в скважинах диаметром 216 мм в составе комбинированных зарядов, в которые входили также граммониты 30/70 и 79/21, гранипор БП-1 и дибазит. Конструкции зарядов при проведении этих взрывов представлены на рис. 1. Схема взрывания – порядная короткозамедленная с трапециевидным врубом. Время замедления для второй очереди составляло 20 мс, для остальных – 35 мс с использованием пиротехнических реле РП-8. Кусковатость отбитой горной массы для контрольного и опытных участков представлена на рис. 2. В результате промышленных испытаний установлено следующее: !трудоемкость технологии в расчете на 1 т массы шашек составляет: на растаривание – 1.9 чел-часа, на заряжание – 2.2 чел-часа; !проработка подошвы не отличается от характеристик этого фактора при взрывах штатными ВВ; !заряды из баллистических шашек РСИ-12 в обводненных скважинах устойчиво и полностью детонируют от промежуточного детонатора из двух шашек Т-400Г; !оценка взрывного эффекта баллистических шашек РСИ-12 на основе данных о кусковатости горной массы показывает, что для обводенных условий этот эффект равен взрывному эффекту таких штатных ВВ, как гранулотол и граммонит 30/70. Использование конверсионных ВВ позволяет обеспечить поставку горным предприятиям ВМ стоимостью в 1.5-2.5 раза ниже, чем промышленные ВМ. Успешное использование ранее уничтожаемых высокоемких конденсированных энергетических систем на взрывных работах позволило найти принципиально новые решения для создания зарядов дифференцированной плотности, что обеспечило возможность широкого использования значительных материальных ценностей, накопленных на армейских складах боеприпасов, и получение экономического эффекта на горных предприятиях.5

Журнал "Горная Промышленность" №3 1997