Перспективы развития промышленных взрывчатых веществ
Природные ресурсы, в первую очередь минерально-сырьевые, составляют основу существования человечества и во многом определяют будущее мировой цивилизации. За последние 60 лет в мире было произведено и использовано больше минерального сырья, чем за всю предыдущую историю человечества.Для обеспечения современного уровня жизни в индустриально развитых странах необходимо добывать из недр ежегодно на одного человека около 6 тонн твердого минерального сырья, в том числе 2,5 тонны угля (население России 146,8 млн. человек добыто 409 млн.тонн или 2,8 тонны на человека). Все население земли в настоящее время составляет 7,5 млрд. и для их существования необходимо добывать около 45 млрд. тонн твердых ископаемых в год, а сейчас эта величина составляет около 15 млрд. тонн. Более 90% твердых ископаемых добывается с помощью промышленных взрывчатых веществ (ПВВ), что и определяет их объемы потребления.
В настоящее время в России объем применения ПВВ за 10 лет увеличился более чем в 2 раза и составляет около 2,049 млн.тонн, из которых более 80% изготавливается на местах применения. Производством ПВВ и их распространением занимаются 170 предприятий и организаций различных форм собственности, расположенных в различных регионах России. В их эксплуатации находится 69 стационарных пункта горнодобывающих и других предприятий по изготовлению растворов селитры, эмульсионной матрицы и других компонентов эмульсионных ВВ (в 2012г.только 51) и более 200 комплексов для изготовления и заряжания эмульсионных ПВВ, которые включают смесительно-зарядные машины и доставщики компонентов и матричной эмульсии (всего 790 комплексов для изготовления всех ПВВ). Динамика потребления ПВВ в России по данным Ростехнадзора России представлена на диаграмме рис.1.
Ассортимент ПВВ в России занимают эмульсионные, гранулированные, порошкообразные составы и различные дополнительные детонаторы или шашки. Общее количество ПВВ в России, израсходованных организациями, ведущими взрывные работы по сравнению с 2020 годом увеличилось на 68 тыс.тонн. Объем ПВВ, изготовленных вблизи мест применения, составил 82%, а объем выпуска эмульсионных ПВВ составил более 62%.
Несколько отличаются данные по выпуску ПВВ, приведенные в балансе Минпромторга РФ. В табл.1 и на диаграмме рис.2 представлены объемы выпуска наливных эмульсионных ПВВ.
Таблица .1 Выпуск наливных ЭВВ
На специализированных заводах также выпускаются ЭВВ, из которых более 50% получают в патронированном виде, в основном в виде патронов диаметром 90 мм и меньшая часть в патронах диаметром 32- 36мм. В последнее время начался выпуск дополнительных детонаторов. В табл.2 и на диаграмме рис.3 представлены объемы выпуска патронированных эмульсионных ПВВ.
Таблица 2. Выпуск патронированных ЭВВ
Ассортимент эмульсионных ПВВ в зависимости от места выпуска представлен на рис.4
Объем выпуска эмульсионных ПВВ составил 1,150 млн. тонн (1,12 млн.тнн данные Ростехнадзора РФ на местах применения), из них 83783 тонн патронов и 96998 тонн наливных изготавливается на спецзаводах.
Таким образом если прибавить к объемам выпускаемых эмульсионных ПВВ на местах применения выпуск их на заводах, то применение эмульсионных составит более 64%. В России все крупные горнодобывающие предприятия (ОАО “Апатит”, ОАО “Лебединский ГОК”, ОАО “Кольская ГМК”, ОАО “Ковдорский ГОК”, ОАО “Качканарский ГОК “Ванадий”, ОАО “Карельский окатыш”, ОАО “Михайловский ГОК”, угольные разрезы “Нерюнгринский”, “Междуреченский”, “Бачатский” и др.) в настоящее время обеспечивают свои потребности во взрывчатых веществах за счет их производства на стационарных пунктах, мини-заводах и в передвижных установках. При этом часто производителями ПВВ являются не горнодобывающие комбинаты, а частные российские или иностранные фирмы.
Смеси АС-ДТ (игданиты) в основном изготавливаются на местах применения и из общего количества 650000 тонн на заводах выпускается только 30301тонн (6,2%). Объемы выпуска простейших составов представлен в табл.3.
На диаграмме рис.5 показан ассортимент выпускаемых простейших смесей
На заводах в основном выпускаются гранулированные ПВВ, которые в своем составе содержат взрывчатые вещества.
Рассмотрим объемы и ассортимент ПВВ, которые содержат в составе индивидуальные взрывчатые вещества. Всего ПВВ на основе взрывчатых компонентов произведено 116687 тонн. Объемы выпускаемых ПВВ представлены в табл.4
Общий ассортимент заводских ПВВ (порошки и гранулы) представлен на рис.6
Объем и ассортимент выпускаемых заводских гранулированных ПВВ (27565 тонн) на основе взрывчатых компонентов представлен в табл.5 и показан на диаграмме рис7
Ассортимент выпускаемых порошкообразных ПВВ на основе взрывчатых компонентов представлен в табл.6 и показан на диаграмме рис.8
Кроме того выпускаются ПВВ на основе различных порохов, которые взяты из резерва. Их объем выпуска представлен в табл.7
Также выпускаются различные типы допдетонаторов и их объем представлен в табл.8
ассортимент выпуска заводских ПВВ представлен на рис.9
Распределение применяемых ПВВ по областям горнорудной промышленности России [7] представлено на диаграмме рис.10.
Рис.10. Объем применяемых ПВВ по областям горнорудной промышленности
Представленные данные показывают, что более половины выпускаемых ПВВ применяется при добыче угля (аналогично мировым данным), далее со значительным отставанием идут железные и цветные руды, золото и щебень.
При анализе потребления ПВВ по округам можно сделать вывод, что наибольший объем применения ПВВ приходится на Сибирский ФО, где в основном находятся залежи угля и далее со значительным отставанием идет Дальневосточный ФО. В остальных округах расходуется менее 10% объема ПВВ в каждом. Наименьшие объемы применения ПВВ имеют Приволжский и Южный ФО.
Сегодня крупнейшим угледобывающим бассейном России является Кузнецкий. На долю Кузбасса приходится 59% добычи каменных углей в России, около 77% от добычи всех коксующихся углей. Наиболее перспективными с точки зрения наращивания производственного потенциала становятся районы Восточной Сибири и Дальнего Востока.
По прогнозам Минэнерго, в России, в соответствии с принятыми темпами формирования новых центров добычи угля, произойдет смещение угледобычи в направлении востока страны. Доля Восточной Сибири возрастет с 25,8 до 32%, Дальнего Востока – c 9,7 до 15,2%.
Происходит монополизация сырьевых отраслей мировой промышленности. в результате которых возникли гигантские холдинги в черной, цветной металлургии и химической промышленности. В частности, на три международных компании Vale S. A. (бразильская компания), BHP Billiton (самая крупная австралийско-британская компания) и Rio Tinto (транснациональная корпорация) приходится 30% мировой добычи и около 70% мировой морской торговли железными рудами. Наблюдается неуклонный рост индийской железорудной промышленности и предполагается, что к 2020 году ее показатели увеличатся на 35%.
Увеличение объемов добычи полезных ископаемых обуславливает увеличению объемов потребления ПВВ, что также вызывает необходимость создания и применения высокоэффективных и безопасных составов взрывчатых веществ для проведения взрывных работ.
Основной объем потребления ПВВ во всем мире приходится на добычу твердых полезных ископаемых и рост или снижение объемов добычи определяет выпуск ПВВ. На основании данных Геологической службы США (USGS) горнодобывающий сегмент доминирует на мировом рынке ПВВ и на его долю в настоящее время приходится 81,7% и, как ожидается, сохранит эту тенденцию на протяжении всего периода прогноза до 2022 года за счет увеличения добычи полезных ископаемых [1]. Следует отметить, что информация, предоставляемая USGS, весьма обширна и в основном находится в открытом доступе [2]. Она включает данные не только по США, но и по всему миру, где представлены ежегодные подробные отчеты и статистика по добыче и разведке полезных ископаемых и объемы потребления ПВВ. В большинстве стран более 50% объема применяемых ПВВ расходуется только на добычу угля и этим определяется выпуск и ассортимент ПВВ.
Анализ тенденций в мире по добыче полезных ископаемых и рынка ПВВ, представленный Геологической службой США (USGS) и основных географических рынков ПВВ (GIA) за 20-летний период (1997-2017гг.) и перспектив развития до 2025 года, таких как США, Канада, Япония, Франция, Германия, Великобритания, Италия, Испания, Азия, Латинская Америка, Ближний Восток и Африка показал, что объем производства ПВВ в 2018 году составляет около 17 млн. тонн и далее будет расти не менее 1% в год.
Крупнейшими производителями и потребителем ПВВ являются Китай и США. Впечатляет рост потребления ПВВ в Китае, где в течение последнего десятилетия объем национального производства взрывчатых веществ значительно возрос и составил почти 4 млн. тонн в год, увеличив объем выпуска их почти в 2 раза. США и Канада также нарастили мощности производства ПВВ суммарно до 3,7 млн. тонн в год. Эти страны выпускают более половины всех взрывчатых веществ в мире. Россия с объемом производства ПВВ 1,85 млн. тонн находится на уровне стран Южной Америки, Африки и Австралии. Все Европейское сообщество производит и применяет ежегодно только около 720 тыс. тонн ПВВ в год. Динамика выпуска ПВВ в мире представлена в табл.9.
Таблица 9. Динамика выпуска ПВВ в мире млн. тонн
Развитие мирового производства ПВВ, согласно данным USGS, показывает, что США в настоящее время производят от общего объема ПВВ в мире 21%, Социалистическая Азия (при этом большинство приходится на Китай) значительно больше на уровне 28%, далее Центральная и Южная Америка около 16%, затем Россия на уровне 11% и Африка. В данном случае очевидно, что США и Канада в последнее время несколько сдали позиции по объемам выпуска ПВВ в мире (с 31 до 21 %). В 2018 году потребление ПВВ в США составило всего 1,85 млн.тонн и снизилось почти на 1 млн. тонн по сравнению с 2014 годом, например, только применение высокопредохранительных ПВВ упало с 3 тыс.тонн до 200 тонн.
Преобладающее развитие и резкий скачок объемов производства ПВВ показали Китай, Юго-Восточная Азия, Центральная и Южная Америка, и они остаются регионами с наибольшим потенциалом роста ПВВ в будущем.
Рис.11. Диаграмма выпуска ПВВ в мире
Данные USGS по типам ВВ, регионам и областям применения приведены на диаграммах рис.12.
Рис.12. Данные USGS по типам ВВ, регионам и областям применения
Согласно представленным данным USGS распределение по типам применяемых ПВВ в мире следующее: АС-ДТ составляют 46%, эмульсии -37% и остальные 17%. Объем применения ПВВ по регионам следующий: Северная Америка (США, Канада, Мексика) -35%, Азиатско-Тихоокеанский регион (Китай, Индия, Япония и остальные) -29%, Европа (Россия и остальная Европа) -22%, Африка (Южная Африка, Бразилия, Чили, ОАЭ и другие) -14%. Распределение по областям применения следующее: уголь 60% (добыча-34% и горнорудная-26%), горно-металлургическая-20%, разработка карьеров-15% и строительство-5%. Представленные данные отражены на диаграммах рис.3.
Несколько отличаются данные по США производителей взрывчатых веществ (IME), где потребление ПВВ при добыче добыча угля составило 68-70%, разработке карьеров и неметаллических рудников – 13 %, горнорудная промышленность – 8 %, строительство – 8 %, и других отраслях – 3 %. Таким образом в США наблюдается значительно большой объем применения простейших смесей AN-FO на некоторых угольных месторождения – до 80-85%, которые и составляют основной ассортимент применяемых ПВВ в США.
Ведущими игроками в мире, которые вкладывают огромный капитал в развитие, усовершенствование и выпуск ПВВ являются AEL Mining Services, Orica Ltd. EXSA S.A., Enaex S.A., MAXAM Corp., Austin Powder Company, Hubei Kailong Chemical Group Co., Ltd, Solar Industries India Limited, Dyno Nobel, and Davey Bickford. Другими крупными фирмами в области разработки и выпуска ПВВ являются Keltec Energies, IBP Co., Tamilnadu Ind., Economic Explosives, Noble Explochem, IDL, Initiating Explosives Sys, Accurate Energetic Systems, LLC., Baker Hughes, Detotec North America Inc., Dyna Energetics US, Inc., General Dynamics Ordnance & Tactical Systems, Geodynamics Inc., Hunting Titan, Hilltop Energy, MP Associates Inc., Nelson Brothers LLC, Nobel Insurance Services, Safety Consulting Engineers Inc., Teledyne Risi Inc., etc.[4]
Исходя из вышеизложенного во всем мире увеличивается объем применения промышленных ПВВ в основном за счет внедрения эмульсионных взрывчатых составов и смесей AN-FO и в настоящее время эта величина составляет около 17 млн. тонн.
Увеличение объемов добычи полезных ископаемых вызвало необходимость совершенствования ассортимента ПВВ и разработки высокоэффективных и безопасных ПВВ для различных горно-геологических условий их применения. Если для большого числа необводненных месторождений, в основном по углю и щебню, нашли применение уже применяемые недорогие смеси АС-ДТ с различными добавками, то для обводненный условий были разработаны эмульсионные ПВВ, которые полностью удовлетворяли требованиям горнорудных предприятий. За рубежом в течении 70-90 годов 20 века были разработаны все типы ПВВ на основе эмульсионных составов, включая предохранительные.
По основным физико-химическим и взрывчатым показателям зарубежные и российские эмульсионные составы ПВВ находятся на одном уровне.
В табл.10 представлены основные зарубежные номенклатуры эмульсионных ВВ, выпускаемые различными фирмами.
Таблица 10. Зарубежные фирмы выпускающие ЭВВ
Как следует из таблицы на основе эмульсионных ПВВ разработаны бестарные льющиеся составы для механизированного заряжания, как в виде чистых эмульсий, так и в смеси с АС-ДТ. Разработаны различные виды патронированных эмульсионных ПВВ, включая допдетонаторы и предохранительные составы. В табл.5. приведены основные физико-химические и взрывчатые характеристики зарубежных составов для механизированного заряжания.
Таблица 11 Основные характеристики зарубежных составов
В табл.12 приведены основные характеристики зарубежных эмульсионных ПВВ
Таблица 12. Характеристики зарубежных эмульсионных ПВВ в России
Для сравнения в табл.13 приведены основные характеристики эмульсионных ПВВ, допущенных Ростехнадзором РФ в России
Таблица 13. Характеристики эмульсионных ПВВ в России
Для сравнения в табл.14 приведены составы эмульсионных ПВВ, допущенных Ростехнадзором РФ в России
Таблица 14. Составы эмульсионных ПВВ в России
Перспективы развития ПВВ
1.Продолжится внедрение модульных и контейнерных установок для производства эмульсионных ПВВ и смесей АС-ДТ на открытых горных работах в горнодобывающей промышленности на существующих и вновь строящихся предприятий (предложения от Металлоинвест, СУЭК, РУСАЛ, Норильский никель, Росатом и т.д.)
2.Необходима разработка и внедрение эмульсионных составов для механизированного заряжания шпуров и скважин на подземных работах с целью повышения безопасности и эффективности взрывных работ и создание технологии и установки для их получения и заряжания (опыт применения фирмы «Орика» на АО «Апатит»).
3. Завершить разработку и внедрение безопасных и невыгорающих эмульсионных составов для шахт, опасных по газу и пыли. (проведены с положительным результатом промышленные испытания порэмита на шахте «Распадская).
4. Предполагается более широкое промышленное освоение эффективных эмульсионных патронов малого диаметра взамен тротилсодержащего аммонита 6ЖВ и дешевых и безопасных промышленных детонаторов на основе эмульсионных ВВ, что позволит создать безопасную систему взрыва.
5. На горных предприятиях, особенно в угольной промышленности, предполагается увеличение объемов потребления смесей АС-ДТ на пористой селитре для чего запущены импортные производства пористой селитры на МХК «Еврохим» и АО»Азот».
