Научное обоснование совершенствования и применения конверсионных взрывчатых веществ для разрушения горных пород

Основой конверсионных взрывчатых веществ, как объекта применения в геотехнологии, являются компоненты разрывных и метательных зарядов боеприпасов, характеризующиеся спецификой состава, взрывчатых, физико-механических и технологических свойств. Применяемые в разрывных зарядах взрывчатые соединения отличает разнообразие состава – это сложные эфиры азотной кислоты, нитросоединения ароматического ряда, неароматические нитросоединения. Основными представителями метательных ВВ выступают нитроцеллюлозные пороха, которые в зависимости от природы применяемого для желатинизации основного компонента растворителя разделяются на пироксилиновые, баллиститы, кордиты и др. Параметрами, характеризующими отличия конверсионных от промышленных ВВ по взрывчатым, физико-химическим свойствам и геометрическим характеристикам, являются малый критический диаметр, более высокая скорость детонации, высокая чувствительность к механическим, тепловым и электрическим воздействиям, низкая ударно-волновая чувствительность порохов и топлив, широкий спектр форм и геометрических размеров зарядов, высокая плотность и водостойкость. Высокая чувствительностью к механическим воздействиям, низкая ударно-волновая чувствительность метательных зарядов обусловливает опасность в обращении при операциях хранения, перевозки, доставки и хранения на местах работ, взрывания горных пород, что ограничивает использование конверсионных ВВ в геотехнологии. Недостатком при использовании твердых ракетных топлив, как компонента конверсионных ВВ, является вредное воздействие на окружающую среду, связанное с токсичностью продуктов взрыва. Завышенная стоимость конверсионных ВВ, не коррелируемая со стоимостью компонентов и издержками при утилизации, является сдерживающим фактором для потребителей. В процессах открытой физико-технической геотехнологии конверсионные ВВ находят применение при отбойке горных пород, контурном взрывании, вторичном дроблении негабарита. Однако существующая номенклатура конверсионных ВВ больше отвечает технологии переработки компонентов разрывных и метательных зарядов боеприпасов, чем геотехнологическим требованиям при выполнении взрывных работ, связанных с проведением выработок, подземной добычей и подземным выщелачиванием руд. На многих месторождениях наиболее благоприятные по горно-геологическим и горнотехническим условиям участки находятся в завершающей стадии отработки. Осуществляется вовлечение в эксплуатацию глубокозалегающих участков месторождений, отработка которых производится в сложных горнотехнических условиях (повышение плотности, прочности, блочности, доли скальных пород, усложнение гидрогеологических условий). Усложнение условий разработки характеризуется увеличением степени зажима горных пород, возрастанием сопротивлений срезу и трению по подошве уступа. На подземных горных работах при отработке запасов системами с массовым обрушением не получило должного развития направление управления действием взрыва при отбойке руды при взрывании вертикальных концентрированных зарядов за счет изменения угла падения фронта детонации на границу раздела заряд ВВ - горная порода. Низкий коэффициент использования шпуров при проходке горных выработок является следствием неполного использования энергии ВВ при образовании врубовой полости. При подготовке запасов к выемке на подземных горных работах это приводит к потере большого объема шпуров при выполнении подготовительно-нарезных работ. При существующей технологии отбойки увеличение глубины разработки, усложнение горно-геологических и горнотехнических условий сопряжено с возрастанием выхода негабарита, что усложняет процесс горных работ. Простои технологического оборудования, связанные с вторичным дроблением руды, ликвидацией зависаний руды в дучках, воронках и рудоспусках ухудшают технико-экономические показатели и относятся к наиболее опасным видам работ. Комбинированные физико-технические и физико-химические геотехнологии (открыто-подземный ярус - подземное выщелачивание) сочетают технологические процессы и оборудование различных способов и методов добычи - бурения и взрывания, присущих открытому способу разработки, доставки к скважине рабочих агентов и выдачи продуктивных флюидов, присущих выщелачиванию. Имеющиеся технологические решения подготовки блоков в зоне открыто-подземного яруса не обеспечены взрывными методами, учитывающими особенности процесса выщелачивания. Сложные щелочно-кислотные условия, образующиеся при повторном разрушении частично выщелоченных массивов, характеризуются снижением устойчивого распространения детонации. Учитывая государственное значение проблемы утилизации боеприпасов, сопряженной с техногенной и экологической безопасностью общества, вовлечение конверсионных ВВ в хозяйственную деятельность в технологиях разрушения горных пород является актуальной задачей и обусловливает необходимость научного обоснования эффективного и безопасного их применения в геотехнологии.