Взрывные технологии применяются в различных отраслях народного хозяйства:
добыча полезных ископаемых открытым и подземным способом (карьеры, угольные разрезы, подземные рудники и угольные шахты, карьеры строительных материалов)
добыча ценного пьезокристаллического сырья, слюды, асбеста, блочного поделочного и декоративного камня;
взрывные работы при перфорации пластов при скважинной технологии добычи нефти и газа;
взрывные технологии при строительстве авто- и железных дорог, обрушение неустойчивых массивов и др.;
проходка выработок различного назначения в т.ч. выработок большого сечения;
строительство каналов, плотин, дамб и других гидротехнических сооружений;
обработка материалов взрывом: резка, штамповка, сварка и упрочнение металлов в машиностроении и металлургии; синтез новых материалов, технических алмазов и др.;
специальные взрывные работы: валка зданий и сооружений, разрушение фундаментов, железобетонных конструкций и т.п.;
специальные взрывные работы: тушение лесных пожаров, дробление льда, ликвидация заторов, уплотнение грунтов, взрывание горячих массивов, подводное взрывание, корчевка пней и др.;
Масштабность развития взрывных работ можно проследить по применению взрывных работ в строительстве:
5 т. – при взрыве горы Огуз-Окурген при строительстве Турксиба;
36 т – взрыв в 1930 году камерных зарядов при заготовке известняка в Жигулях;
250 т. – взрыв на выброс в 1932 году на Бархатном перевале;
500 т – взрыв на выброс при вскрытии в 1936 году Коунрадского железорудного месторождения;
1800 т – взрыв на выброс при строительстве разрезной траншеи на Коркинском угольном разрезе;
1904 т – взрыв на выброс в 1962 году при строительстве камне-набросной плотины на р. Вахш (Байпазинский взрыв);
5300 т (основной заряд) и 3946 т (вспомогательный заряд) – при строительстве селезащитной плотины в 1964 году в урочище Медео (Алма-Атинский взрыв);
26310 т – при строительстве Аму-Бухарского канала (серийное взрывание).
Были разработаны, но не реализованы проекты:
строительства Аргунского узла на р. Катунь на Алтае (суммарный заряд ВВ – 120000 т);
строительства Камбаратинской плотины на реке Нарын (400000 т ВВ);
взрыва на выброс вскрышных пород Нерюнгринского угольного месторождения (710000 т ВВ).
В последние годы значительно возросли масштабы массовых взрывов на крупных ГОКах при добыче полезных ископаемых - до 1000-1500 т ВВ.
Безопасность при изготовлении, хранении, транспортировании и использовании энергетических материалов, эффективность их применения во многом определяются знанием физических и химических свойств, их термодинамических (химических) и детонационных свойств.
В современном обществе существует контролируемое горение, специально организованное человеком для удовлетворения своих потребностей в тепловой (печи, топки и т.п.), световой (свечи, керосиновые лампы, газовое освещение др.) и механической энергии (двигатели внутреннего сгорания, дизеля и т.п.), и неконтролируемое горение – пожары.
Используя горение как источник энергии в своих целях, человек иногда становился и жертвой этого «джина, самим им выпущенного из бутылки» - пожаров. Поэтому изучение процессов горения, приобретение умений их регулирования и прекращения стало жизненно важной потребностью.
Ежегодно в России случается около 300000 пожаров. В огне гибнут около 20 тысяч человек и примерно столько же получают травмы. В мире на каждые 100 пожаров гибнет 1 человек, в России эта печальная статистика еще выше.
Пожар – это горение, способное самостоятельно распространяться вне специально предназначенного для этого места, приводящее к травмированию или гибели людей, уничтожению или повреждению имущества, ухудшению экологической обстановки.
Как следует из этого определения в основе всех явлений, протекающих на пожарах, лежит процесс горения, иногда сопровождающийся возникновением взрыва. Уяснить сущность процессов, происходящих на пожаре можно только на основе изучения теории горения и взрыва. Все сопутствующие явления – деформация и обрушение строительных конструкций, вскипание и выбросы и т.п. - являются следствием процесса горения.
Горение и взрыв, несмотря на различие во внешних проявлениях, по своей научной сущности – очень близкие процессы. Они различаются лишь ролью газодинамических факторов и временем протекания химических реакций, но имеют в своих проявлениях много общего (инициирование процесса, волновая локализация реакции или объёмное реагирование и др.). Да и в целом системы, в которых возможны горение и взрыв, обладают общим свойством – высокой энергоёмкостью (во многих случаях горение и взрыв можно инициировать в одних и тех же системах). Поэтому горение и взрыв как область знания развиваются в единых рамках.
Например, аммиачная селитра является окислителем (группа 5.1) и в тоже время взрывоопасным веществом. В настоящее время известны ее взрывчатые характеристики и условия ее безопасного использования (транспортирования, хранения, применения). Однако в XX веке произошло значительное количество катастроф, связанных с взрывами аммиачной селитры и ее смесей.
На заводе в г. Оппау (Германия) производилась лайна-селитра (удобрение, состоящее из смеси 50% сульфата аммония (NH4)2SO4 и 50 % нитрата аммония NH4NO3). Как продукт сезонного потребления она накапливалась за заводских складах в больших количествах и за время длительного хранения слеживалась в сплошную камнеобразную массу. Дробление этой массы механическими способами оказалось неэффективным, и было решено прибегнуть к взрывному методу. Для выяснения способности лайна-селитры к детонации предварительно были проведены опыты, давшие отрицательный результат. После этого рыхление взрывным способом применяли длительное время – было проведено более 20000 взрывов, пока, наконец, утром 21 сентября 1921 г. склад лайна-селитры, а вместе с ним и завод не взлетели на воздух. На месте склада образовалась воронка длиной 165 м, шириной 96 м и глубиной 18,5 м (рис.1). При взрыве погибло свыше 500 человек и было ранено около 2000.
Рис. 1. После взрыва на заводе в г. Оппау (Германия)
16 апреля 1947 года в Техас-Сити (США) произошел взрыв аммиачной селитры в грузовом отсеке корабля, масса груза 2300 т. Инициирующим событием послужил начавшийся в трюме пожар, для тушения которого капитан задраил все палубные люки и впускал пар в грузовой отсек. В результате взрыва погибло более 200 человек, в т. ч. 32 человека команды и люди, столпившиеся в порту и наблюдавшие за пожаром.
В США около г. Трасквуд в 1960 г. произошло крушение товарного поезда. Один из вагонов был загружен аммиачной селитрой в мешках, а другой – аммиачной селитрой навалом. При аварии возник сильный пожар, при котором взорвалась селитра, упакованная в мешки.
Также в США имели место случаи перехода горения во взрыв аммиачной селитры на производствах, осуществляющих технологические операции с ней (1973 г. – штат Оклахома, 1974 г. – фирма «Атлас Паудер»).
Аварийный взрыв аммиачной селитры в районе г. Сасово Рязанской области произошел 12 апреля 1989 года. Селитра массой 100 т, упакованная в бумажные мешки, складировалась навалом с автотранспорта на поле, покрытое черноземом. Прямая причина взрыва не установлена. Перед взрывом было отмечено появление сильного запаха аммиака, что могло свидетельствовать о реакции, происходящей в массиве селитры. Кроме того, по метеоусловиям не отрицается возможность активизации атмосферного электричества. При взрыве никто не пострадал. Образовалась воронка диаметром 28 м и глубиной 4 м.
Заводы-изготовители ВВ исторически находятся в отдаленных от потребителей районах. Почти 400 тыс. т ВВ, в т.ч. содержащие особо опасные в обращении тротил и гексоген, а также только гранулированный тротил, ежегодно доставляются потребителям по автомобильным и железным дорогам, средствами морского, речного и даже авиационого транспорта.
При этом перевалочные пункты обязательно примыкают к густонаселенным районам (крупные ж/д узлы). По данным ООН 50% всех мировых перевозок это ОПАСНЫЕ грузы из них 20% - опасные грузы 1-го класса, т.е. ВМ.
За последние 20 лет на территории бывшего СССР произошло более 25 аварий с ж/д вагонами, перевозившими ВМ. Две таких аварии закончились трагически:
- 1988 г. Арзамас - взрыв 140 т ВВ;
- 1989 г. Свердловск - взрыв 95 т ВВ.
Последствиями этих взрывов была гибель 96 человек, более 800 человек получили ранения. Суммарные материальные потери составили триллионы рублей в современных ценах.
Для оценки опасного радиуса действия взрыва по УВВ определим радиусы безопасных расстояний при взрыве открытого заряда ВВ массой 140 т согласно ЕПБ составляют:
- при отсутствии повреждения застекления
,
м;
- при полном его разрушении
,
м.
Вывод:
Для предотвращения возникновения случайного горения или взрыва, перехода процессов горения в детонацию (взрыв) необходимо знать процессы горения и взрыва, условия возникновения аварийных ситуаций и научиться управлять ими с целью создания безопасных и эффективных способов использования энергии горения и взрыва.