Компоненты ВВ: рецепты от взрывников

Специалисты по буровзрывным работам говорят, что качественный взрыв на карьере или разрезе — результат работы многих звеньев производственной цепочки, и тут мелочей не бывает. Можно, например, иметь идеальную смесительно-зарядную машину, но, если в неё загрузить некачественные компоненты взрывчатого вещества, результат будет посредственным.

То же касается и обратной ситуации. Эксперты не берутся вычислить, на сколько процентов успешный взрыв обязан свойствам ВВ и его компонентов, однако все уверенно говорят, что роль этого звена в цепочке огромна.

При этом «рецептура» и «секреты приготовления» взрывчатого вещества современной добывающей промышленности, можно сказать, известны, причём уже несколько десятилетий.

Возможна ли эволюция технологий, в чём специфика каждого из «ингредиентов» и как обстоят дела на этом рынке сегодня, после ухода ряда крупных иностранных поставщиков?

Селитра — основной окислитель

Большинство промышленных взрывчатых веществ, объясняет заместитель генерального директора по науке АО «ИНСТИТУТ ВЗРЫВА» (AV Group) Юрий Жуков, являются смесью окислителя и горючего. Чтобы использовать энергию ВВ с максимальной эффективностью, необходимо обеспечить их оптимальное соотношение, равномерность взаимораспределения окислителя и горючего и максимальную поверхность контакта.

«Выполнение этих требований определяет качество ВВ, достигнуть цели удаётся за счёт использования высокоэффективного оборудования и соблюдения технологической дисциплины. Одновременно с высокой эффективностью взрыва минимизируется и экологическое воздействие на окружающую среду», — говорит Юрий Жуков.

Основным окислителем на сегодняшний день является аммиачная селитра. Она используется в виде гладких (плотных) гранул, пористых гранул и концентрированного раствора. Первые применяют для изготовления смесевых ВВ и приготовления растворов окислителя эмульсионных ВВ.

Пористая гранулированная селитра используется для изготовления простейших смесевых ВВ и, в смеси с эквимолярным количеством горючего как энергетическая добавка к эмульсионному ВВ. Ну а концентрированный раствор аммиачной селитры с хорошей экономической эффективностью используется для изготовления эмульсионных ВВ.

Юрий Жуков говорит, что сегодня в промышленности востребованы все типы селитры, а выбор формы определяют технические и экономические характеристики производственного процесса, а так же взаиморасположение производителя селитры и потребителя.

При этом, по опыту заместителя главного инженера НАО «НИПИГОРМАШ» Дмитрия Лопатина, в добывающей промышленности наибольшее применение всё же находит гранулированная селитра. Специалист объясняет это тем, что жидкая селитра, то есть плав, очень чувствительна к температуре, поэтому продукт сложно перевезти на большие расстояния.

Например, растворы, которые «НИПИГОРМАШ» приобретает у кемеровского завода «АЗОТ», при температуре около 80 градусов кристаллизуются. Если это происходит, то жидкая субстанция превращается в монолит: его невозможно разбить, и к использованию в качестве окислителя ВВ он уже не пригоден. Гранулы же можно без проблем перевозить хоть из одного конца нашей большой страны в другой.

В то же время сами специалисты завода «АЗОТ» говорят, что своим промышленным заказчикам они отгружают основные объёмы селитры в виде плава. Однако это Кемеровская область, вся испещрённая угольными разрезами.

Кстати, возить селитру из одного конца страны в другой российским промышленникам не приходится, поскольку профильных заводов в России достаточно. Большая их часть, конечно, сосредоточена в европейской части, за Уралом расстояния растут, но всё-таки рынок это весьма насыщенный. Дмитрий Лопатин насчитал порядка 20 агрохимических предприятий — производителей селитры в стране.

«Рынок аммиачной селитры в Российской Федерации один из самых развитых на территории постсоветского пространства. На рынке есть достаточное количество крупных компаний», — соглашается руководитель отдела БВР АО «НИТРО-СИБИРЬ» Пётр Ефремовцев.

При этом на том же кемеровском заводе «АЗОТ» говорят, что промышленные заказчики — далеко не основные потребители аммиачной селитры, значительно большие объёмы приобретают аграрии. Это соответствует статистическим данным, которые привёл Дмитрий Лопатин.

«В 2021 году для производители азотных удобрений выпустили порядка 1,5 млн тонн селитры для горных предприятий. Всего же в России было произведено около 11 млн тонн этого соединения. То есть на добывающую промышленность приходится всего 10-15% общего объёма, что означает, что дефицита селитры в стране нет и не намечается.

Да, бывают сезонные всплески, когда аграрии начинают активно закупать селитру, обычно это происходит в феврале — марте. Но промышленные компании знают об этом. Например, наше предприятие всегда имеет запас, рассчитанный на такие вот колебания доступных нарынке объёмов», — комментирует ситуацию г-н Лопатин.

Качество селитры

«НИПИГОРМАШ» постоянно сотрудничает с тремя-четырьмя производителями аммиачной селитры, чтобы не оказаться в зависимости от одного поставщика, а также оптимизировать логистику, ведь на селитру в общем объёме взрывчатого вещества в зависимости от его типа приходится от 70 до 95 %. По словам Дмитрия Лопатина, в целом компания обычно удовлетворена качеством поставляемой селитры.

«Спрос отечественные производители селитры удовлетворяют, здесь никаких вопросов нет. А вот к качеству всё же есть. При этом есть клиенториентированные компании, которые стремятся совершенствовать продукцию, а есть те, кто работает по принципу «И так сойдёт», — поделился опытом технический директор ООО «АЗОТТЕХ» Геннадий Дудник.

При этом все специалисты говорят, что вопрос здесь даже не к самой селитре, которую все заводы изготавливают по ГОСТу, а к противослёживающим добавкам, специфичным для каждого завода.

«Совершенствование и эволюция продукта возможны в части минимизации добавления антислёживающих и прочих реагентов, которые негативно сказываются на стабильности эмульсионных ВВ, или в части замены их на добавки, не влияющие на качество эмульсии ВВ», — обращает внимание Юрий Жуков, и с ним соглашаются другие наши эксперты.

При этом сами производители селитры объясняют, что обойтись без добавок нельзя: селитра гидроскопична, в чистом виде при транспортировке она превратится в монолит. Поэтому нужно найти такие добавки, которые не снижали бы свойств селитры как основного компонента ВВ.

Одновременно специалисты по буровзрывным работам говорят, что современные ВВ на основе селитры — лучшие из всего того, что когда-либо применялось для этих целей, практически совершенное решение. Помимо того, что такие ВВ эффективно решают ключевую задачу, они максимально безопасны для участников процесса.

«Для взрывной реакции необходимы кислород и топливо, а селитра — это самый доступный источник кислорода. К тому же эмульсионные ВВ намного безопаснее, чем тротилсодержащие ВВ и даже «Гранулит М».

Одна из особенностей состоит в том, что эмульсионные ВВ изготавливаются на месте проведения взрывных работ в процессе заряжания скважин, то есть нет необходимости перевозить взрывчатые вещества по дорогам общего пользования, в этом залог безопасности», — объясняет Дмитрий Лопатин.

То есть век селитры, по всей вероятности, продлится довольно долго. Были попытки заменить аммиачную селитру перекисью водорода, рассказывает Геннадий Дудник, но пока эта технология распространения не получила.

При этом Пётр Ефремовцев говорит, что аммиачная селитра как продукт для промышленных ВВ всё же эволюционирует. Эксперт выделил по меньшей мере два направления.

«Первое — это научно-исследовательские и опытно-промышленные работы над совершенствованием маслоудерживающей способности гранул аммиачной селитры за счёт изменения технологии производства.

И второе — это производство эвтектических смесей аммиачной и кальциевой селитры, которое возможно при конверсионном способе получения нитрата аммония из минералов кальция группы фосфатов с целью снижения себестоимости производства и улучшения свойств раствора окислителя в производстве ЭВВ», — рассказал Пётр Ефремовцев.

Эмульгаторы: мал золотник, да дорог

Несколько сложнее обстоят дела с эмульгатором. В структуре ВВ на этот компонент приходится только 1%, однако это критически важный процент. Поскольку объём небольшой, до недавнего времени многие компании импортировали эмульгаторы. Но в начале прошлого года возникли проблемы, и многие участники отрасли задавались вопросом: «Что же будем с эмульгаторами?».

«Но сейчас ажиотажа на рынке нет. Кажется, российские компании нашли выход, дефицита не предвидится», — говорит Геннадий Дудник.

Сегодня некоторые компании, предоставляющие услуги буровзрывных работ, запустили собственное производство эмульгаторов. Причём эти шаги они предприняли ещё до начала СВО, то есть прямой связи тут нет.

Дмитрий Лопатин, например, рассказал, что над созданием собственного эмульгатора НАО «НИПИГОРМАШ» начало работать примерно два года назад. Связано это с общей стратегией компании, которая стремится быть максимально независимой от сторонних поставщиков и производить всё необходимое для изготовления взрывчатых материалов своими силами.

Кроме того, «НИПИГОРМАШ» сегодня позиционирует себя не только как машиностроительное предприятие, но и как комплексный поставщик услуг БВР.

«Эмульгатор — это один из основных компонентов ВВ, причём компонент дорогостоящий. Прежде мы закупали его у стороннего поставщика, но сейчас наши технологи разработали собственный эмульгатор, мы уже запустили своё производство.

В первую очередь мы стремились обеспечить компонентами ВВ собственные проекты (подразделения), но уже сегодня эмульгатора у нас в избытке, мы реализуем этот продукт на рынке», — рассказал Дмитрий Лопатин.

«НИПИГОРМАШ» стремится уйти от импортозависимости, и компания планомерно заменяет иностранные компоненты и комплектующие в своём производстве. Однако в части эмульгаторов обрести полную независимость пока не получается, поскольку в стране не налажено производство некоторых составляющих эмульгаторов, в частности есть проблемы с полиизобутиленом. Технологи компании сейчас ищут пути выхода.

Та же задача стоит и перед специалистами АО «НИТРО-СИБИРЬ». В 2021 году компания также запустила собственное производство эмульгаторов. Этот продукт, объясняет Пётр Ефремовцев, представляет собой комплексную поверхностно-активную композицию на основе производных ПИБСА и мономерных поверхностно-активных веществ, растворённых в минеральном масле. Эмульгаторы компании разработаны для использования в производстве как безоболочных, так и патронированных ЭВВ.

«Проблема импортозамещения существует в связи с отсутствием в РФ производства высокореакционного полиизобутилена, который нужен для синтеза ПИБСА и ПИБ-
эфиров, необходимых в формуле эмульгатора для обеспечения высокой стабильности и продолжительного времени жизни эмульсионных ВВ.

В сегодняшней ситуации остро необходимо воссоздание технологии производства ПИБ на предприятиях вторичной переработки углеводородов. Другое направление — поиск химических аналогов для расширения сырьевой базы производства высокомолекулярных ПАВ», — подчёркивает Пётр Ефремовцев.

Как производители выходят из ситуации? Формируют новые партнёрские связи, заменяют европейские и американские компоненты китайскими и индийскими. Следующим шагом должно стать преодоление импортозависимости за счёт отечественного производства альфа-полиизобутилена.

Собственное производство полимерного эмульгатора организовала и группа компаний «Азот-Взрыв». Она также столкнулась с отсутствием на российском рынке некоторых необходимых компонентов, сегодня производитель их импортирует.

Будущее взрывных технологий

Рассуждая об эволюции взрывчатых веществ, Дмитрий Лопатин выделил два ключевых драйвера: эти решения должны быть универсальными и безопасными.

«От тротилсодержащих ВВ отрасль уже, пожалуй, отказалась: это эффективный, мощный продукт, но очень небезопасный. Довольно давно известны простейшие ВВ, гранулиты, ГОСТ для них датирован 1976 годом, то есть по технологии тех лет их и производят.

Но у гранулитов есть существенный недостаток: они неэффективны в обводнённых скважинах. Для таких условий лучшим вариантом как раз являются эмульсионные ВВ», — объясняет г-н Лопатин.

Современные взрывчатые вещества специалисты характеризуют как весьма эффективные. Технология их производства, состав компонентов, говорит Юрий Жуков, находятся на достаточно высоком уровне, кардинальные улучшения качественных характеристик ЭВВ едва ли возможны.

К тому же технология производства ВВ — одна из самых консервативных в добывающей отрасли, продолжает Геннадий Дудник. Оно и понятно: в данном случае ошибка может вылиться в непредвиденную детонацию, поэтому нововведения индустрия всегда встречает очень осторожно.

«Но при этом рынок жаждет новых технологий, и поэтому электронные детонаторы — это сегодня большой тренд. Мы сами нацелены на ежедневное внедрение инноваций, если они доказывают свою эффективность. Например, удалённый мониторинг смесительно-зарядных машин и производств, беспилотный маркшейдер на дроне, электронные детонаторы и радиовзрывание — вот небольшой перечень новшеств, которые мы применяем», — рассказал г-н Дудник.

Дмитрий Лопатин связывает эволюцию взрывчатых веществ с дальнейшим развитием автоматизации их приготовления и процесса взрывания. Специалист отмечает, что этот вектор наметился давно, важной вехой здесь стало появление смесительно-зарядных машин. СЗМ позволили, не меняя тип взрывчатого вещества, сделать процесс заряжания более безопасным, а также существенно увеличить его скорость. Специалист уверен, что современные объёмы БВР были бы просто невозможны без СЗМ.

«Если обратиться к истории производства и применения ЭВВ, но на первых этапах весь процесс был завязан на ручном труде. Эффективность во многом зависела от квалификации персонала, от того, насколько точными были настройки. Путь техники и технологии связан с минимизацией человеческого фактора в производственном процессе, с автоматизацией.

То есть сам подход к созданию ЭВВ, рецептура остались фактически неизменными, но возник иной подход. Я думаю, с автоматизацией связано и будущее технологии изготовления ЭВВ», — рассуждает Дмитрий
Лопатин.

Об автоматизации всех производственных процессов как основном тренде говорит и Пётр Ефремовцев, правда, он делает акцент не на БВР, а на процессе создания ВВ.

«Ведущую роль среди промышленных ВВ в настоящее время занимают эмульсионные взрывчатые вещества. Первая эмульсионная технология возникла более 40 лет назад, но ведущие буровзрывные компании совершенствуют её по сей день.

Особое внимание в последнее время уделяется производству патронов и других изделий на основе сенсибилизированного эмульсионного полуфабриката. Автоматизация всех производственных процессов имеет цель снижения рисков, связанных с человеческим фактором и повышения качества эмульсионных ВВ», — говорит г-н Ефремовцев.

Мнения экспертов

Юрий Жуков, заместитель генерального директора по науке АО «ИНСТИТУТ ВЗРЫВА» (AV Group), кандидат технических наук, заслуженный химик России

«Думаю, что развитие ЭВВ связано с их «индивидуализацией». В зависимости от условий применения должны подбираться характеристики используемых взрывчатых веществ. Для каждой задачи должны быть разработаны свои рецептура и технология, учитывающие режимы хранения и применения ЭВВ.

Рынок готов к внедрению инноваций, и группа компаний «Азот-Взрыв» успешно решает задачу систематического вывода на рынок новых рецептур и изделий».

Пётр Ефремовцев, руководитель отдела БВР АО «НИТРО-СИБИРЬ»

«В текущих условиях важной задачей становится оптимизация состава эмульгаторов в случае вовлечения в их формулу набора доступных в настоящее время сырьевых компонентов отечественного производства.

Это большая научно-исследовательская работа, которой в числе прочего активно занимаются специалисты АО «НИТРО СИБИРЬ».

Геннадий Дудник, технический директор ООО «АЗОТТЕХ»

«Успешность взрыва во многом зависит от характеристик ВВ.

Если оно некачественное, например, не сбалансирован кислородный баланс, это может обернуться, во-первых, неполной детонацией, что приведёт к некачественному дроблению.

А во-вторых, выделением вредных продуктов взрыва (рыжего дыма — оксидов азота) в атмосферу».

Дмитрий Лопатин, заместитель главного инженера НАО «НИПИГОРМАШ»

«Хочу отметить ещё один важный момент в развитии эмульсионных взрывчатых веществ. Большую роль сыграло появление эмульсионных заводов в современном их виде. Ещё недавно для приготовления компонентов ЭВВ требовалось капитальное здание, инвестиции в стройку, что сдерживало применение технологий на ряде объектов. Сегодня всё производство собрано буквально в двух контейнерах.

Это мобильное решение, которое существенно снижает затраты и время развёртывания технологии: эмульсионный завод можно поставить буквально в чистом поле, на запуск уходит несколько дней или недель, после чего оборудование готово к работе».

---

Текст: Анна Кучумова