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 |
|
|
|
79 |
|
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 |
2,4 |
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 |
- |
383,5 |
- |
- |
|
|
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