Оценка выбросов ядовитых газов в атмосферу при взрыве конверсионных порохов и их смесей с аммиачной селитрой

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 504.3.06

Оценка выбросов ядовитых газов в атмосферу при взрыве конверсионных порохов и их смесей с аммиачной селитрой

С.К. Хомерики,

Р.В. Михельсон,

Н.Ш. Шекриладзе,

Н.Д. Кукуладзе

Горный институт АН Грузии, Тбилиси

Встановлено, що в епіцентрі вибуху пірокселинового пороху 9/7, балістичного пороху НДТ319/1 та ракетного палива РСТ4ДО, через 3 хвилини після завершення процесу детонації, вміст в атмосфері отруйних газів у тисячі і десятки тисяч разів перевищує гранично допустимі концентрації. При вибуху сумішей цих порохів з аміачною селітрою в пропорції, що забезпечує нульовий кисневий баланс, концентрація СО зменшується в 781 разів, а концентрація NO2 - у 255 разів.

Робота виконана в рамках проекту G1086 за фінансової підтримки Міжнародного науковотехнічного центра (МНТЦ).

Is established, that at the centre of explosion пирокселинового of gunpowder 9/7, ballistics of gunpowder НДТ319/1 and rocket fuel РСТ4К, in 3 minutes after end of process of a detonation, the contents in an atmosphere of poisonous gases in thousand and tens thousand time exceeds extreme allowable concentration. At explosion of mixes of these gunpowders with ammoniac saltpeter, in a proportion providing zero oxygen balance, concentration CO decreases at 781 times, and concentration NO2 - at 255 times.

The work is executed within the framework of the project G1086, at financial support of the International scientific and technical centre (ISТC).

Установлено, что в эпицентре взрыва пирокселинового пороха 9/7, баллистичекого пороха НДТ319/1 и ракетного топлива РСТ4К, через 3 минуты после завершения процесса детонации, содержание в атмосфере ядовитых газов в тисячи и десятки тысяч раз превышает предельно допустимые концентрации. При взрыве смесей этих порохов с амиачной селитрой в пропорции, обеспечивающей нулевой кислородный баланс, концентрация СО уменьшается в 781 раз, а концентрация NO2 - в 255 раз.

Работа выполнена в рамках проекта G1086 при финансовой поддержке Международного научнотехнического центра (МНТЦ).

Боеприпасы с истекшим сроком годности, которые в огромном количестве накапливаются на военных складах разных стран, подлежат уничтожению взрывом или сжиганием. Однако независимо от способа уничтожения существует реальная опасность катастрофического загрязнения среды выбросами продуктов неполного сгорания углерода, азота и других веществ. Поетому в последние годы ведутся работы по утилизации этих боеприпасов с целью полезного использования их частей в различных отраслях экономики. Например, пироксилиновые и баллиститные пороха, извлекаемые из боеприпасов, могут быть использованы в качестве промышленных взрывчатых веществ в процесе добычи полезных ископаемых [1,2]. Судя по скудным литературным данным, экологические аспекты этого мероприятия недостаточно излучены, нет также научно обоснованной методики исследования газообразных проудктов детонации конверсионных порохов и их смесей с аммиачной селитрой (АN). В работе [1] имеются лишь данные о качественноколичественном составе газовой смеси при открытом сжигании нитроцеллюлозы и ее смеси с нитроглицерином, которые являются основ ными компонентами пироксилиновых и баллиститных порохов на летучем и труднолетучем растворителях, содержащихся в артиллерийских снарядах. Но эти данные не могут быть отнесены к характеристикам проудктов детонации в виду существенных различий теплохимических параметорв горения и взрыва.

При лабораторном изучении состава продуктов детонации пользуются методом взрыва испытуемого взрывчатого вещества в вакууме в бомбах Бихеля или Долгова с последущим отбором и анализом проб газовой смеси. Однако данная методика еще в середине прошлого века подвергалась справедливой критике специалистов в виду того, что в ней не воспроизводились истинные условия взрывания. Результаты анализа проб были искаженными и часто на их основе в шахты допускались взрывчатые вещества, образующие большое количество ядовитых газов, и отбраковывались вполне приемлемые взрывчатые соединения [3,4]. Кроме того, использование этого метода применительно к утилизированным порохам не представляется возможным, так как последние не взрываются в малых зарядах. ядовитый газ порох селитра

Известна также методика, основанная на взрывании опытных зарядов в глухой изолированной горной выработке [4]. В связи с этим нами рассматривалась возможность проведения испытаний в подземной взрывной камере Горного института Академии наук Грузии. Однако сквозная естественная вентилация и большой объем камеры (1460 м3) исказили бы информациию о кенцентрации продуктов детонации в виду интенсивного разбрасывания газов взрыва струей свежего воздуха. Кроме того этот метод не исключает недостатки, присущие испытаниям взрывчатых веществ в стальных бомбах, в частности он не учитывает влияния химческого состава и физического состояния взрываемой среды на состав продуктов детонации.

Данная работа является попыткой усовершенствовать методику исследований и восполнить имеющиеся пробелы в части оценки выбросов в окружающую среду ядовитых газов при взрыве зарядов взрывчатых веществ, в том числе конверсионных порохов и их смесей с аммиачной селитрой.

Исследования выполнены в рамках проекта G1096 при финансовой поддержке МНТЦ.

Принимая во внимание отмеченные недостатки известных методов оценки выбросов продуктов детонации, было принято решение о проведении исследований состава газов взрыва одиночных котловых зарядов испытуемых взрывчатых соединений в условиях карьерного полигона. Экспериментальные взрывы проводились на известковом карьере Каспского цементного завода (Грузия). Химический состав взрываемой среды: SiO2 - 4,01 - 4,11 %, Al2O3 - 1,37 - 1,38 %, Fe2O3 - 1,14 - 1,17 %, CaO - 51,24 - 51,28 %, MgO - 0,02 - 0,04 %, естественная влажность 0,81,0%.

Взрывались сухие скважины глубиной 1012 м и диаметром - 250 мм. В каждой скажине проводилось по дватри последовательных взрыва экспериментальных зарядов массой 10 45 кг. В качестве зарядов примениялись ANFOигданит (эталонное взрывчатое вещество), пироксилиновый порох 9/7, баллиститный порох НДТ319/1 и твердое ракетное топливо РСТ4К, а также смеси этих конверсионных порохов с аммиачной селитрой. Пробы газообразных продуктов взрыва отбирались через 3 минуты после взрыва из устья скважин. Состав газов определялся объемным методом, анализы проб проведены на сухие газовые смеси, без учета присутствия паров воды. Результаты анализа проб представлены в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав газообразных продуктов детонации при взрыве ANFO, конверсионных порохов их смесей с аммиачной селитрой

Как видно из таблицы 1, в экспериментальных взрывах применялись смеси конверсионных порохов с аммиачной селитрой, кислородный баланс которых был близок к нулевому. Предполагалось, что после взрыва этих смесей качественный состав продуктов детонации будет удовлетворять условно полного сгорения всех компронентов. Имелось в виду, что углерод окислится до углекислоты, водород - до воды, а азот и избыток кислорода выделятся в элементарном виде. Реально же, как показали данные таблицы 1, имели место отклонения от указанной схемы в двух направлениях: вопервых при высокой температуре взрыва азот частично соединился с кислородом, образуя оксиды азота, и во вторых, - происходила диссоциация углекислоты и воды с образованием устойчивых продуктов кислорода и монооксида углерода. В качестве ядовитых газов в продуктах детонации кроме монооксида углерода присутствуют и оксиды азота. Примечательно, что содержание элементарного азота во всех пробах почти одинаково, кроме проб отобранных после взрыва ПП 9/7 (35 кг) и РСТ4К (35 кг). При взрыве пироксилинового пороха 9/7 и ракетного топлива РСТ4К резко возрасло содержание монооксида углерода (18,8 и 24,4% соответственно), метана (6,77 и 10,3%) и элементарного водорода (6,77 и 10,3%). В случае взрыва НДТ319/1 в продуктах детонации обнаруживаются соединения Н2S и SO2.

Пересчет концентраций ядовитых газов на массовые доли и сравнение их с допустимыми концентрациями (ПДК) (таблица 2) показали, что в эпицентре взрыва, конверсионных порохов и ракетного топлива содержание ядовитых газов в продуктах детонации в тысячи и десятки тысяч раз превосходят допустимые нормы. Добавка к ним аммиачной селитры обеспечивает существенное снижение концентраций ядовитых газов. Так, в случае 60% АN + 40% ПП 9/7 концентрация СО уменшилась в 7,23 раза, а при взрывании смесей, состоящих из 55% АN + 45% РСТ4К - в 81,33 раза, содержание оксидов азота снизилось соответственно в 55 и 2 раза.

Таблица 2 Концентрация ядовитых газов в продуктах детонации при взрыве экспериментальных зарядов

Резкое снижение концентрации ядовитых газов при взрыве конверсионных порохов в смеси с аммиачной селитрой является существенным фактором обеспечения безопасности ведения горных работ в карьерах.

С другой стороны, данные таблица 2 свидетельствует о том, сколь опасно, с точки зрения загрязнения окружающей среды, уничтожение устаревших боеприпасов методом взрывния.

Следует отметить, что оксиды азота с течением времени самопроизвольно окисляются до NO2, который либо поглащается влагой с образованием азотной и азотистой кислот, оседающих в виде капелек на поверхности отбитой горной массы, либо как и монооксид углерода, остается в воздухе. В связи с этим в ближайщее время будут выполнены исследования по определению растояния от эпицентра взрыва, на котором содержание ядовитых газов в атмосфере и в отбитной горной массе будет соответствовать ПДК.

Перечень ссылок

1. Ю.Г. Щукин, Б.Н. Кутузов, Б.В. Мацеевич, Ю.А. Татищев «Промышленные взрывчатые вещества на основе утилизированных боеприпасов». М. : ОАО Издательство Недра, 1998, 317 с.

2. Sergo Khomeriki, Rudolf Mikhelson, Hossein Tudeshki Development of а technology and industrial explosives based on utilized ammunition. Vorld of Mining, 4/2005, GPMB Medienverlag 264269.

3. Б.Д. Росси Ядовитые газы при подземных взрывных работах. М.: Недра, 1966, 94 с.

4. В.А. Ассонов Взрывные работы. М., Углетехиздат, 1958, 351 с.

Размещено на Allbest.ru