Токсичность взрывчатых веществ и продуктов взрыва

Важной мерой промышленной санитарии при эксплуатации ВВ является защита людей от токсичного действия ВВ и продуктов их взрыва. Контакт с ВВ и их компонентами, как и со многими другими химическими соединениями, при отсутствии защитных мер оказывает вредное воздействие на организм человека. При кратковременном их воздействии симптомы отравления могут проявляться в головокружении, головных болях, тошноте; при длительном воздействии малых концентраций развиваются хронические заболевания печени, легких и других органов. В большинстве случаев вредные вещества попадают в организм в виде пыли или паров через дыхательные пути, реже — через пищеварительный тракт или кожные покровы.

Характер воздействия вредных веществ на организм и общие требования безопасности регламентируются ГОСТ 12.0.003−84, который подразделяет вещества:

на токсичные, вызывающие отравление всего организма или поражающие отдельные системы (ЦНС, кроветворения), вызывающие патологические изменения печени, почек;

раздражающие, вызывающие раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, глаз, легких, кожных покровов;

сенсибилизирующие, действующие как аллергены (формальдегиды, растворители, лаки на основе нитрои нитрозосоединений);

мутагенные, приводящие к нарушению генетического кода, изменению наследственной информации (свинец, марганец, радиоактивные изотопы);

канцерогенные, вызывающие злокачественные новообразования (циклические амины, ароматические углеводороды, хром, никель, асбест).

О сравнительной токсичности различных ВВ судят по величине предельно допустимой концентрации (ПДК) их паров или пыли в воздухе. Все вредные вещества по степени воздействия на организм человека в соответствии с ГОСТ 12.1.005−88 подразделяются на классы: 1 — чрезвычайно опасные, 2 — высокоопасные, 3 — умеренно опасные, 4 — малоопасные. Опасность устанавливается в зависимости от величины ПДК, средней смертельной дозы и зоны острого или хронического действия. Если в воздухе содержится вредное вещество, то его концентрация не должна превышать величины ПДК. При одновременном присутствии в воздушной среде нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, должно соблюдаться условие:

(5.9).

где С 1, С 2, С 3,. ,.С n — фактические концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3;

ПДК 1, ПДК 2, ПДК 3 ,…, ПДК n — предельно допустимые концентрации этих веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3 .

Значения ПДК некоторых вредных ВВ и их составляющих приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 — Значения ПДК некоторых взрывчатых веществ.

Опасность отравления пылью и парами ВВ возрастает при выполнении операций с неснаряженными и непатронированными ВВ и особенно при механизированных способах их растаривания, транспор-тирования и заряжания.

Кроме пыли и паров ВВ вредное действие на человека оказывают некоторые продукты взрыва — окислы азота, окись углерода, сернистые соединения и другие. Первоначально образующаяся бесцветная окись азота NO, соединяясь с кислородом воздуха, переходит в двуокись NO2, окрашенную в бурый цвет, которая легко адсорбируется разрыхленной горной массой, а в процессе погрузочных работ выделяется из нее. Она медленно действует на организм (скрытый период от 4 до 6 ч), вызывая отек легких.

Окись углерода (угарный газ) — бесцветный газ, несколько легче воздуха, плохо растворимый в воде. Легко адсорбируется разрыхленной породой. При непродолжительном вдыхании вызывает головные боли, тошноту, сонливость. При длительном вдыхании или выдыхании большой дозы наступает потеря сознания, удушье. Первая помощь при отравлении угарным газом — вынос пострадавшего на свежий воздух и искусственное дыхание.

Ядовитые газы в больших или меньших количествах образуются при взрыве всех промышленных ВВ. Как показано в работах Б. Д. Росси [41] и других исследователей, количество вредных веществ зависит от химического состава ВВ, его детонационной способности и других факторов, определяющих полноту химических реакций при взрывчатом превращении.

Определенное влияние могут оказывать химические, физико-механические и теплофизические свойства взрываемых горных пород. Состав продуктов взрыва в сильной степени зависит от кислородного баланса ВВ. Промышленные ВВ с положительным кислородным балансом образуют при взрыве окислы азота, причем их количество возрастает с увеличением избытка кислорода в составе ВВ. При отрицательном балансе образуется токсичная окись углерода и тем в большем количестве, чем меньше кислородный баланс ВВ.

Опытные данные по составу продуктов взрыва смесей с различным кислородным балансом, определенные в лабораторных и производственных условиях, приведены соответственно в таблицах 5.4 и 5.5 [7].

Таблица 5.4 — Состав продуктов взрыва смесей аммиачной селитры с тротилом.

Таблица 5.5 — Состав продуктов взрыва смесей тротила, аммиачной селитры и калиевой селитры.

При взрывании в лабораторных условиях в вакуумированном сосуде (бомбе Бихеля) [5] образуется бесцветная моноокись азота (NO), которая при контакте с воздухом переходит в окрашенные окислы: азотистый ангидрид, двуокись азота, четырехокись азота (N2 O3, NO2, N2 O4). Например, в шахтных условиях образуются одновременно и примерно в равных количествах NO2 и NO. Последняя в течение довольно долгого времени может сохраняться в разрыхленной породе и постепенно переходит в двуокись. Двуокись азота легко растворяется в воде, и поэтому ее концентрация в атмосфере влажных забоев шахт быстро падает. Окись углерода в воде растворяется плохо.

В связи с сильным влиянием кислородного баланса на образование ядовитых газов, при взрывах в подземных условиях применяют ВВ с кислородным балансом, близким к нулевому.

Исследования влияния горючей оболочки патронов на образование ядовитых газов показали, что степень такого взаимодействия зависит от кислородного баланса ВВ и температуры взрыва. С увеличением этих параметров доля сгоревшей оболочки возрастает и соответственно увеличивается образование окиси углерода. Для ВВ с нулевым кислородным балансом влияние оболочки патронов невелико. Так, увеличение массы парафинового покрытия на патронах аммонита 6ЖВ с 2,3 до 4,8 г на 100 г ВВ привело к увеличению содержания CO в продуктах взрыва от 30,1 до 34,1 л на 1 кг ВВ. Тем не менее нормативными документами на патронированные ВВ ограничивается масса бумаги до 2 г и масса гидроизолирующего покрытия на патронах до 2,5 г на 100 г ВВ.

Таким образом, одной из причин образования токсичных газов — окиси углерода и окислов азота — является избыток или недостаток кислорода в составе ВВ. Однако и ВВ с близким к нулевому кислородным балансом образуют при взрыве некоторое количество ядовитых газов. Так, хорошо изготовленный аммонит 6ЖВ в патронах диаметром от 32 до 36 мм образует при взрыве около 30 л/кг окиси углерода и до 5 л/кг окислов азота. Наличие этих газов в продуктах взрыва ВВ с нулевым кислородным балансом является следствием того, что окислы азота, первоначально образовавшиеся при взрывном разложении селитры, и окись углерода, образовавшаяся при разложении тротила и других нитросоединений, при быстром охлаждении продуктов взрыва не успевают полностью прореагировать между собой с образованием нетоксичной двуокиси углерода. Часть их остается в первоначальном виде.

Описанный механизм образования ядовитых газов позволяет объяснить зависимость этого процесса от качества изготовления смесевого ВВ, диаметра патронов, величины инициирующего импульса, дисперсности ВВ и других факторов, влияющих на полноту химических реакций при взрыве, а также зависимость образования продуктов взрыва от свойств взрываемых горных пород. Так, по данным Б. Я. Светлова, в лабораторных условиях крупнодисперсный аммонит 6ЖВ (размер частиц от 0,2 до 0,5 мм) образовывал почти в пять раз больше окислов азота, чем тонкодисперсный (размер частиц менее 0,2 мм). Им же установлено, что некоторые вещества способны снижать образование ядовитых газов при взрыве ВВ, каталитически воздействуя на вторичные реакции в продуктах взрыва с участием окислов азота. К таким веществам, в частности, относятся соли или окислы щелочных металлов. Из таблицы 5.5 видно, что в составе, содержащем нитрат калия, несмотря на положительный кислородный баланс, образуется окислов азота значительно меньше, чем в составе без калиевой соли.

Свойства горных пород также могут влиять на конечный состав продуктов взрыва в результате химического воздействия вещества породы на продукты реакции, связывания или растворения их (грунтовыми водами), физического воздействия на процесс охлаждения газов, закалку и установление ложного равновесия в охлажденных газах. В этой связи Б. Д. Росси предложил классифицировать горные породы по признаку их влияния на образование ядовитых газов при взрыве ВВ. К группе I отнесены апатиты, нефелины, калийные руды, молибденовые руды, некоторые медные и полиметаллические руды, при взрывании которых аммонитом 6ЖВ количество ядовитых газов в пересчете на условную окись углерода (для окислов азота переводной коэффициент равен 6,5) составляет мене 40 л на 1 кг ВВ. К группе II отнесены угли и вмещающие породы, свинцово-цинковые, мартитовые железные и золотоносные руды, в которых аммонит 6ЖВ образует при взрыве от 40 до 100 л/кг ядовитых газов. К группе III отнесены джеспилитовые железные руды, в которых образуется более 100 л/кг ядовитых газов.

Свойства некоторых пород могут оказывать большее влияние на образование ядовитых газов, чем свойства самого ВВ. Например, чем выше коэффициент крепости, тем больше образуется окиси углерода и в ряде случаев меньше окислов азота (таблица 5.6) [41].

Таблица 5.6 — Количество ядовитых газов в различных породах при их взрывании.

Оценка вероятности взрыва от механических воздействий На стендах, описанных выше, проводятся исследования опаснос-ти механических воздействий, которым ВВ могут подвергаться при механизированном заряжании. Исследования проводились на широко применяющихся при механизированном заряжании ВВ, а также на некоторых модельных составах.

Опасность ударных нагрузок. Условиями (факторами), от которых зависит возможность взрыва при ударе, помимо природы ВВ, являются конфигурация, размеры, материал, чистота обработки соударяющихся поверхностей, размеры и величина навески ВВ, а также условия истечения ВВ при ударе, так как при механизированном заряжании возможны нагрузки в условиях свободного или стесненного истечения ВВ из-под соударяющихся поверхностей.

При испытаниях чувствительности ВВ к удару моделирование условий удара сводилось к двум крайним случаям — удару острием и плоской поверхностью. В опытах применялись бойки стальные и армированные пластинкой ВК-15 диаметром 25 мм с углом заострения 55о. В опытах [43] использовались следующие ВВ с навесками от 30 до 40 г: модельный состав № 54, имеющий максимально возможное для предохранительных ВВ IV класса содержание гексогена и приготовленный на гранулированной аммиачной селитре; модельный состав «H», подобный составу № 54, но содержащий вместо гексогена желатинированные нитроэфиры и приготовленный на мелкокристаллической селитре; порошкообразный аммонит 6ЖВ. Результаты опытов, приведенные в таблице 5.7, показывают, что взрываются при ударах только составы, содержащие гексоген и нитроэфиры, причем составы с нитроэфирами более взрывоопасны и мощность их взрывов выше.

Таблица 5.7 — Экспериментальные данные по чувствительности к удару некоторых составов ВВ.

Горная порода.	Состояние породы.	Коэффициент крепости.	Количество ядовитых газов, л/кг.
CO.	NO2.	CO+6,5NO2.
Мартитовая руда.	Влажная.		10,3.	5,1.	43,5.
Гидрогематитовая.	Сухая.		7,0.	5,4.	42,1.
Хлоритовые сланцы.	Сухие.		18,6.	1,3.	27,0.
Гидрогематитовые мартитовые роговики.	Сухие.		29,8.	1,2.	37,6.
Джеспилиты сильно трещиноватые.	Сухие.		20,4.	4,5.	49,7.
Джеспилиты трещиноватые.	Сухие.
ВВ.	Материал бойка.	Угол заострения бойка, градус.	Энергия удара, кгс· м.	Число опытов.	Число взрывов.	Частость взрывов, %.
Состав 54.	сталь 45.					2,0.
Состав 54.	сталь 45.					1,5.
Состав 54.	сталь 45.
Состав «H».	ВК-15.
Состав 54.	ВК-15.
Состав «H».	ВК-15.
Аммонит 6ЖВ.	ВК-15.
Аммонит 6ЖВ.	ВК-15.

На основании экспериментальных данных сделаны выводы по ориентации на применение тротилосодержащих составов для механизированного заряжания.

При испытании промышленных ВВ ударом плоской поверхностью в определенных условиях происходят вспышки ВВ, что может привести к возбуждению взрыва. Наличие очагов возбуждения установлено опытами, в которых использовались поддоны из дюралюминия, латуни и стали со шлифованными поверхностями, на которых оставались следы микровзрывов.

Вспышка является первой и необходимой предпосылкой возникновения взрыва. Если испытываемое ВВ мало отличается по детонационной способности, частость вспышек может служить показателем опасности их применения. С увеличением площади соударения (диаметра бойка) вероятность взрывов увеличивается: при диаметре бойка 10 мм в опытах не было вспышек и взрывов, а при диаметре бойка 20 мм и энергии удара 65 кгс· м все испытанные ВВ давали взрывы, что объясняется механизмом «горячих точек» при ударе.

Из таблицы 5.7 видно, что испытанные ВВ в результате ударов плоской поверхностью по свободно лежащему заряду дают вспышки или взрывы. Наиболее безопасными, как и при ударах заостренным бойком, оказались ВВ, не содержащие гексогена и нитроэфиров.

Из приведенных опытов сделан вывод, что для снижения травматизма целесообразно ориентироваться на применение ВВ, не содержащих чувствительных сенсибилизаторов.

На различных операциях с ВВ при эксплуатации, в том числе операции заряжания ВВ в скважины, широко применяют материалы из различных сплавов на основе алюминия и меди. В таблице 5.8 приведены результаты оценки влияния материала и чистоты его обработки на частость вспышек и взрывов [43] в опытах с зерногранулитом 79/21 на поддонах с относительно «чистой» поверхностью (Raот 2,5 мкм до 0,63 мкм), имеющих царапины и вмятины глубиной до 1 мм. При каждом значении энергии удара проводилось от 100 до 180 опытов.

Таблица 5.8 — Экспериментальные данные по чувствительности к удару плоской поверхностью бойка для некоторых ВВ.

В результате анализа данных таблицы 5.9 авторами [43] сделаны выводы:

при соударении деталей, изготовленных из стали, дюралюминия или латуни, с энергией удара до 10 кгсЧм случаев вспышек зерногранулита 79/21 не было;

для стали, дюралюминия и латуни повышение чистоты обработки соударяющихся поверхностей снижает вероятность вспышек;

при соударении стальных деталей с шероховатой поверхностью вероятность вспышки выше, чем при соударении деталей из дюралюминия и латуни.

Таблица 5.9 — Экспериментальные данные по чувствительности к удару зерногранулита в зависимости от материала подложки.