Взрывчатые вещества и взрывные работы в горном деле: история, современность, инновации

Они находят применение во взрывных, буровзрывных, прострелочно-взрывных работах, а также для дробления некондиционных кусков породы, ликвидации аварий и в иных ситуациях. Прогресс в области химии взрывчатых веществ и физики взрыва позволяет постоянно совершенствовать технологии промышленного применения взрывчатки.

История вопроса

Первые случаи использования взрывчатых веществ в промышленных целях относятся к эпохе Возрождения. В этот период единственным взрывчатым веществом, известным человечеству, был чёрный порох, отличавшийся малой эффективностью и большим расходом, требуемым для сколь-либо масштабных взрывных работ. Тем не менее, в XVI веке черный порох был небезуспешно применен для заглубления фарватера на реке Неман (1548 год, Польско-Литовское содружество). В следующем, XVII столетии, взрывные работы нашли применение и в горном деле, первым случаем их успешного использования для добычи полезных ископаемых было применение пороха на руднике Банска Штявница в Священной Римской империи (современная Словакия) в 1627 году. К концу семнадцатого века взрывные работы с использованием черного пороха получили большое распространение в европейском горном деле.

В таком виде технология продолжала использоваться на протяжении двух столетий – семнадцатого и восемнадцатого веков, а также в начале века девятнадцатого. Однако прогресс химической науки в начале девятнадцатого века привел к появлению новых взрывчатых веществ, в большей степени подходящих для проведения промышленных взрывных работ. В 1846 году итальянец А. Собреро открыл нитроглицерин – первое известное человечеству мощное взрывчатое вещество, а в результате работ Н.Н.Зинина, В.Ф.Петрушевского и А.Нобеля появились первые практичные взрывчатые смеси на основе нитроглицерина – динамиты. Применение динамитов в горном деле практиковалось на протяжении остатка XIX века и начала века двадцатого, несмотря на то, что вскоре после их изобретения появились и существенно более практичные для промышленных работ взрывчатые вещества – аммонитовые составы. Разработаны они были в Швеции, патент на них получили химики Норбит и Ольсен в 1867 году, однако патент был выкуплен компанией Нобеля и не использовался долгое время. Только в 1890-е годы началось внедрение взрывчатых смесей на основе аммиачной селитры в горном деле.

Современная эпоха, когда первым и основным промышленным ВВ стали именно смеси на основе аммиачной селитры, началась только в середине двадцатого века. В этот период разнообразие промышленных взрывчатых веществ существенно возросло: например, в СССР были разработаны скальные аммониты повышенной мощности с небольшим содержанием таких веществ, как гексоген, гранулированные аммониты, заливаемые взрывчатые вещества на водяной основе и горячельющиеся.

В качестве альтернативы им какое-то время рассматривались такие необычные ВВ, как оксиликвиты. Оксиликвиты привлекательны простотой и низкой стоимостью изготовления, поскольку компонентами их являются общедоступные дробленое твердое органическое топливо и жидкий кислород. Однако, постепенно от применения оксиликвитов отказались по той причине, что для их приготовления нужен криогенный сжиженный газ, быстро испаряющийся, и по этой причине они не поддаются хранению.

Современное положение

В современной добыче полезных ископаемых именно взрывные и буровзрывные работы являются основным способом разрушения горных пород. Эффективность применения этих технологий предопределяет производительность большинства других техпроцессов, как-то: транспортировки, погрузки, выгрузки, выемки, и т.д. В странах, где объемы добычи полезных ископаемых возрастают, идет быстрый технический прогресс в области технологий взрывных работ. Производится разработка менее опасных взрывчатых веществ, устройств автоматизации их применения, технологий контроля за процессом и эффектом взрыва.

Основными применяемыми взрывчатыми веществами по-прежнему являются смеси на основе аммиачной селитры. В Российской Федерации используются такие из них, как, например, карбатол, ифзанит, игданит; за рубежом используются аналогичные смеси- нетрекс, динагель, аммонекс, алювит и многие другие. Эти вещества прекрасно приспособлены именно к промышленным взрывным работам; они или их компоненты хорошо хранятся, безопасны в обращении, дают достаточно высокую мощность взрыва в случае применения по назначению и не представляют угрозы для общества, так как в силу различных причин использовать их в немирных целях затруднительно. К числу их достоинств относится также разнообразие форм и удобство разработки составов с нужными свойствами: путем сочетания аммиачной селитры с различными веществами можно варьировать мощность получаемых смесей, их агрегатное состояние и другие свойства. Существуют взрывчатые вещества с особыми свойствами, которые можно применять в условиях взрывоопасной загазованности или запыленности воздуха, при бурении нефтяных и газовых скважин, для дробления сульфидных руд.

Существует достаточно много способов классификации промышленных взрывчатых веществ и их свойств. Среди наиболее важных в горном деле свойств выделяют пластичность, сыпучесть, текучесть, слеживаемость, расслаиваемость, гигроскопичность, водоустойчивость. Пластичность, сыпучесть и текучесть – это присущие различным агрегатным состояниям веществ (твердым, жидким, вязким, гранулированным, и т.д.) способности к изменению формы и перемещению. Слеживаемость, гигроскопичность и расслаиваемость – нежелательные способности взрывчатых веществ к утрате полезных свойств.

Инновации во взрывном деле

Достигнутое многообразие промышленных взрывчатых веществ и высокий уровень технологий их применения привели к тому, что прогресс в этой области следует главным образом по пути улучшения уже имеющихся методик. Примером может служить разработка более экологически чистых взрывчатых смесей, не дающих после применения азотосодержащих и иных токсичных газов. Например, в Российской Федерации в 2012-2013 годах компанией «РВС» было разработано новое эмульсионное взрывчатое вещество истрит, отличающееся низким содержанием токсичных веществ в продуктах взрыва. Большое внимание оказывается также ресурсосберегающим направлениям развития во взрывном деле. Иными словами, в настоящее время основное внимание уделяется не достижению более высокой эффективности взрывчатых веществ, а минимизации последствий от их применения.

По этой причине многие инновационные направления, считавшиеся перспективными в двадцатом веке, вышли из употребления и более не рассматриваются как многообещающие. Наиболее яркий пример такой технологии двадцатого века – это применение ядерных устройств во взрывных работах. Это направление активно развивалось в СССР, где с помощью ядерных устройств производилось как дробление руд, так и строительные работы и сейсмическое зондирование. В рамках мирной ядерной программы СССР провел 124 атомных взрыва, последствия многих из которых по современным меркам были неприемлемы. В трех случаях (по другим источникам в четырех) в результате ошибок произошло достаточно серьезное загрязнение окружающей местности; в двадцати четырех других случаях загрязнение имело место быть, но было сочтено локальным и не представляющим опасности.

С другой стороны, причиной прекращения практики использования в горном деле и других отраслях народного хозяйства ядерных взрывов были не столько экологические опасения, сколько политические причины (ужесточение международного контроля над ядерным оружием, распад СССР и ослабление научного и технического потенциала новых независимых государств). Однако в США аналогичная программа была свернута именно из экологических опасений, а также опасений коллизий юридического характера, связанных с возможной порчей земель, находящихся в частной собственности.

Синхронно с миром

Ещё одним важным направлением развития во взрывном деле является международный обмен опытом, стандартизация и синхронизация хозяйственных аспектов этих технологий в разных странах. По причине специфического характера используемых технологий, взрывное дело во многих странах было закрытой сферой, и обмен опытом с другими странами не велся. Для России прекращение подобной практики закрытости пришло со вступлением в ВТО, организацию, которая обязывает своих членов приводить к «общему знаменателю» все сферы экономики и народного хозяйства.

Как выяснилось, за время холодной войны, несмотря на фундаментально общую суть промышленных взрывных технологий, использовавшихся в странах бывшего СССР и в западном мире, многие аспекты радикально разошлись в стороны. Оборудование для зарядки взрывчатых веществ отечественного производства несовместимо с импортными взрывчатыми веществами, и наоборот. А случаи успешного использования «смеси» технологий не проверены на предмет безопасности, и их статус с точки зрения законности довольно сомнителен. Целые классы оборудования, такие, как самоходные зарядно-доставочные машины, в нашей стране отсутствуют в производстве, и еще не до конца наработана практика их применения.

Внедрение западных технологий и требований вынуждает также изменять составы взрывчатых веществ, использующихся в горном деле. Целый класс веществ – смесей аммиачной селитры с тротилом – в настоящее время выводится из применения как представляющий опасность и с точки зрения экологии, и с точки зрения техники безопасности.

Это, однако, не означает, что отечественный опыт применения взрывов в горном деле отвергается мировым сообществом как незначительный. Не только на Западе существуют технологии, аналогов которым у нас нет, но и наоборот. Многие инженеры считают, что существуют советские и российские разработки, способные существенно повлиять на прогресс взрывного дела в мировом масштабе.