8. Повышение безопасности взрывной отбойки руд и пород, содержащих сульфиды и другие химически активные минералы, с использованием аммиачно-селитренных водосодержащих взрывчатых веществ

В настоящее время подавляющее большинство промышленных взрывчатых веществ (ВВ), используемых при разработке месторождений полезных ископаемых, в т.ч. железорудных, содержат в своем составе аммиачную селитру (АС) - наиболее доступный и дешевый окислитель. В силу своей природы аммиачная селитра является весьма химически активным соединением. Как соль слабого основания и сильной кислоты, аммиачная селитра при контакте с водой или даже влажным воздухом гидролизуется с образованием свободной азотной кислоты, которая может вступать во взаимодействие с некоторыми минералами, содержащимися в горных породах. В первую очередь это касается сульфидов (пирита). При взаимодействии АС и пирита реакция развивается автокаталитически с выделением большого количества тепла и оксидов азота, что может привести к загоранию ВВ и последующему взрыву [2].

При изготовлении водосодержащих взрывчатых веществ (акватолов и эмульсионных) аммиачную селитру растворяют с получением насыщенного раствора, который в силу гидролиза АС имеет слабокислый характер. При получении акватолов загущенный раствор окислителя смешивают с тротилом и в горячем виде, что еще более увеличивает агрессивность аммиачной селитры, по зарядному шлангу подают в скважину. К использованию для взрывной отбойки сульфидсодержащих руд Госгортехнадзором России были допущены, в частности, Акватол Т-20 ГМ (ОАО "Лебединский ГОК", ОАО "Карельский окатыш") и Акватол Т-20 ГК марки ЖС (ОАО "Олкон", ОАО "Карельский окатыш"). Первый из них содержит в качестве ингибитора 4% мочевины, второй - стабилизирован жидким стеклом до рН не менее 5,6. Однако использование ингибиторов и стабилизаторов только снижает вероятность и скорость реакции с сульфидами, но не может полностью исключить возможность ее протекания. В 1993 г. в ОАО "Лебединский ГОК" и ОАО "Олкон" при использовании вышеуказанных акватолов имели место случаи начала взаимодействия АС с сульфидами. Более того, в карьере ОАО "Лебединский ГОК" произошел преждевременный взрыв заряженного блока [173].

С точки зрения термохимической безопасности для взрывной отбойки сульфидсодержащих руд и пород предпочтительнее использовать эмульсионные ВВ (ЭВВ). Считалось, что взаимодействие аммиачной селитры с сульфидами в этом случае исключено из-за наличия масляной пленки. Теоретически, если эмульсия идеальна, т.е. когда каждая микрокапля раствора окислителя окружена сплошной фазой жидкого горючего, контакт аммиачной селитры с сульфидами действительно невозможен. Однако в реальных условиях добиться абсолютной однородности эмульсии удается не всегда, в результате чего какая-то часть раствора окислителя оказывается неэкранированной масляной пленкой и может контактировать с сульфидными минералами. Более того, разрушение (расслоение) эмульсии, уже находящейся в скважине, возможно в результате ее взаимодействия с некоторыми несульфидными сопутствующими минералами [174]. Известны случаи опасного взаимодействия с сульфидами ЭВВ "Тован" в карьере ОАО "Лебединский ГОК" в 2003 г. и ЭВВ "Эмульсонит П-А-20" в карьере ОАО "Райский ГОК" в 2006 г. [174] Для предотвращения подобных инцидентов так же, как и в случае с акватолами, предлагается использование ингибиторов, в частности уротропина, дифениламина [175], гидрохинона [173]. Однако, как отмечалось выше, использование ингибиторов не позволяет полностью исключить возможность опасного взаимодействия аммиачной селитры с сульфидными минералами. Кроме того, ингибиторы, как правило, являются дорогостоящими и дефицитными, что приводит к увеличению затрат на взрывные работы.

Анализ возможных мероприятий по повышению безопасности ведения взрывных работ с использованием водосодержащих ВВ, в том числе эмульсионных, в сульфидсодержащих рудах показывает, что наиболее надежным и простым в осуществлении является метод изолирования заряда от контакта с сульфидами и другими активными минералами. Необходимо учитывать и то обстоятельство, что многие эксплуатируемые месторождения характеризуются весьма сложными гидрогеологическими условиями, обусловленными повышенной трещиноватостью массивов и наличием подземных водотоков. Поэтому при заряжании блоков водосодержащими ВВ весьма часто сталкиваются с явлениями вымывания заряда проточной водой и его растекания по трещинам. Это приводит не только к большим потерям ВВ и отказам при взрыве, но и к попаданию их ингредиентов в подземные воды, а, следовательно, и в близлежащие водоемы большого количества нитратных солей, загрязняющих окружающую среду. Не исключено и накопление взрывчатых веществ в подземных полостях, что повышает опасность ведения последующих буровых и экскаваторных работ. В связи с этим изолирование заряда водосодержащих ВВ является наболее рациональным методом решения указанных проблем.

Известны различные варианты изолирования заряда водосодержащего ВВ. Предложено, например, размещать в скважине металлический кожух, устанавливать в нем картонные секции, скрепляя их между собой, извлекать кожух из скважины и далее подавать водосодержащее ВВ в пространство внутри картонных секций [176]. Способ характеризуется крайне низкой производительностью заряжания и требует применения сложного оборудования для манипуляций с кожухом и установки и скрепления картонных секций. Более рационально изолировать заряд с помощью водонепроницаемого рукава. Предложен способ, в соответствии с которым на специальную гильзу гармошкой надевают полиэтиленовый рукав, нижняя часть которого герметизирована, подсоединяют гильзу к тачке зарядной машины и подают водосодержащее ВВ, в результате чего рукав стягивается с гильзы и погружается в скважину с водой [177]. Этот способ также характеризуется необходимостью использования сложного оборудования и технически трудно реализуем. Кроме того, существует опасность механического повреждения полиэтиленового рукава при стягивании его с гильзы и при контакте с неровностями стенок скважины.

Наиболее простым представляется метод, согласно которому полиэтиленовый рукав, нижняя часть которого герметизирована, под действием груза опускают в обводненную скважину, далее размещают внутри рукава зарядный шланг и подают по нему водосодержащее ВВ [178]. Однако в этом случае нередко наблюдаются случаи перекручивания рукава при его опускании в скважину, что еще более затрудняет размещение зарядного шланга внутри рукава, стенки которого к тому же схлопнуты под давлением воды, находящейся в скважине. Кроме того, существует реальная опасность механического повреждения рукава при размещении в нем зарядного шланга. Вследствие указанных недостатков данный метод заряжания водосодержащих ВВ в рукава не получил широкого распространения. Основная трудность реализации метода обусловлена тем, что нижнюю часть рукава герметизируют. Вместе с тем водосодержащие ВВ, особенно эмульсионные, обладают высокой устойчивостью в непроточной воде, поэтому нет необходимости изолировать заряд от воды, находящейся в скважине. При постановке задачи мы исходили из того, что достаточно создать такие же условия, какие имеются в скважине с непроточной водой при отсутствии контакта между зарядом и стенкой скважины.

Сотрудниками Института химии Кольского научного центра РАН совместно со специалистами ОАО "Карельский окатыш" и Костомукшского филиала ИТЦ "Взрывиспытания" разработан новый метод заряжания водосодержащих ВВ, в том числе эмульсионных, в водонепроницаемые рукава [179]. Принципиальным отличием способа от известных ранее является то, что в нижней торцевой части рукава из водонепроницаемого материала специально формируют отверстие (рис. 46). Этим самым создаются условия для проникновения воды, находящейся в скважине, внутрь рукава под действием гидростатического давления столба воды. Если площадь отверстия выбрана такой, что объемный расход воды через него составляет не менее 0,5 дм³/с, а максимальный диаметр отверстия не превышает 0,85 диаметра скважины, то при погружении рукава края его нижней торцевой части не задевают за неровности и острые края трещин в стенках скважины, что обеспечивает беспрепятственное погружение рукава и исключает его механическое повреждение. Вода, содержащаяся в скважине, с достаточно высокой скоростью заполняет рукав, выдавливая из него воздух в направлении устья скважины, в результате чего рукав быстро опускается в скважину с одновременным раздвиганием его стенок, что создает условия для последующего беспрепятственного размещения зарядного шланга внутри рукава. При погружении рукава на забой скважины его нижняя часть сминается, в результате чего отверстие герметизируется, что обеспечивает изоляцию заряда как от стенок, так и от забоя скважины с находящимся на нем буровым шламом.

Отверстие в нижней торцевой части рукава можно формировать различными способами. Наиболее простым является размещение внутри рукава распорного элемента, который одновременно будет выполнять также роль груза, под действием которого рукав погружают в скважину. Распорный элемент может быть выполнен, например, из бетона или металла в форме кольца или цилиндра (рис. 46). В качестве материала рукава могут быть использованы различные водонепроницаемые пленки - полиэтиленовые, полипропиленовые, полиамидные и др.

Испытания новой технологии заряжания проводились в карьерах ОАО "Карельский окатыш". Телезондирование скважин заряжаемых блоков показало, что поверхность около 66% скважин является разрушенной, а в каждой пятой скважине обнаружено наличие проточной воды [180]. Водосодержащее ВВ "Акватол Т-20 ГК" марки ЖС заряжали в рукава из полиэтилена и ламинированного полипропилена. Проведенные испытания показали, что трудоемкость процесса заряжания увеличивается незначительно, а преимущества очевидны: резко уменьшается (почти исключается) вероятность опасного взаимодействия водосодержащих ВВ с сульфидами и другими химически активными минералами, а заряжание можно вести в скважины с практически любой степенью разрушения стенок и проточной водой при гарантии сохранения целостности заряда. В настоящее время, по нашим сведениям,

1 - сульфидсодержащая руда, 2 - скважина, 3 - водонепроницаемый рукав, 4 - груз. Рис. 46. Схема размещения рукава в скважине

данная технология заряжания в рукава успешно применяется в ОАО "Лебединский ГОК".

Безусловно, использование для заряжания рукавов потребует определенных дополнительных затрат. Но затрат требует и любое мероприятие по повышению безопасности взрывных работ в сульфидсодержащих рудах и породах, в частности использование ингибиторов. Не говоря уже о том, что в случае возникновения инцидента, связанного с опасным взаимодействием аммиачно-селитренных ВВ с сульфидными минералами, взрывные работы вообще приостанавливаются до выяснения причин и принятия соответствующих мер, что приводит к гораздо более существенным материальным потерям.

Таким образом, заряжание водосодержащих аммиачно-селитренных ВВ в рукава по предложенной технологии является наиболее простым и радикальным методом повышения безопасности ведения взрывных работ в сульфидсодержащих рудах и породах. Более того, метод позволяет существенно сократить потери ВВ за счет предотвращения растекания по трещинам и вымывания проточной водой, а также резко уменьшить загрязнение близлежащих водоемов экологически вредными нитратами.

Разработанный метод заряжания водосодержащих ВВ в рукава, может быть рекомендован для более широкого применения на горнодобывающих предприятиях, ведущих разработку месторождений содержащих сульфиды и другие активные по отношению к аммиачной селитре минералы с использованием водосодержащих взрывчатых веществ.