Современное сельское хозяйство невозможно представить без минеральных агрохимикатов, необходимых для выращивания овощей, фруктов, ягод и злаков. Их производство основано на переработке калийных солей. По информации Минприроды России, 95% мировой добычи минеральных соединений используется как раз для создания удобрений. Тем не менее процесс извлечения данных ресурсов связан с существенными производственными рисками, так как добывают их механизированными способами с помощью специальных добычных механизмов. В отдельных случаях для проведения вспомогательных операций используют взрывные работы (разрушение горной породы путем бурения скважин и последующего подрыва заложенного в них заряда). При взрыве ударная волна создает в породе трещины, через которые выделяется накопившийся природный газ — метан. Поскольку он является горючим веществом, малейшая искра или тепловое воздействие способны мгновенно привести к возгоранию, которое может вызвать сильную детонацию. Именно поэтому горные работы в условиях газоносных пластов представляют особую опасность для рабочих — по статистике Ростехнадзора, 23,6% аварий в шахтах вызваны взрывами метановоздушных смесей. Поэтому, чтобы минимизировать риски происшествий, в шахтах применяют специальные предохранительные детонирующие составы (специально разработаны для безопасной эксплуатации в шахтах). Они менее мощные, но при этом не вызывают возгорания газовой среды. Несмотря на это, у таких «взрывчаток» есть существенные недостатки: низкая эффективность (что увеличивает время и стоимость работ) и высокая себестоимость производства. Ученые Пермского Политеха и УрО РАН совместно с учеными ВостНИИ провели испытания по возможности применения непредохранительных взрывчатых веществ в калийных рудниках.
Статья опубликована в журнале «Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле», 2025, Вып. 1.
Агрохимикаты — специальные вещества, содержащие питательные элементы, необходимые для роста и развития растений. Они широко применяются в сельском хозяйстве для повышения урожайности культур. Особое значение среди минеральных удобрений имеют калийные, основой для производства которых служит природный хлорид калия. Согласно данным Минприроды России, около 95% мировой добычи этих солей направляется именно на изготовление удобрений. Такие ископаемые ресурсы добывают из недр земли в калийных месторождениях и перерабатывают на горно-обогатительных комбинатах. Хлорид калия играет важную роль в жизни растений — он регулирует водный баланс, усиливает устойчивость культур к засухе и болезням и улучшает качество плодов, особенно таких требовательных, как картофель, сахарная свекла, подсолнечник и плодовые растения, азотные подкормки стимулируют рост зеленой массы растений, повышают содержание белка в зерне и значительно увеличивают урожайность.
Добыча сырья для минеральных удобрений представляет собой сложный и опасный производственный процесс, требующий строгого соблюдения мер безопасности. В шахтных условиях работники сталкиваются с множеством угроз: постоянным риском обрушения горных массивов, скоплением взрывоопасных газов и недостатком кислорода. Разработка месторождений калийных солей осуществляется в основном механизированными способами с помощью добычных комбайнов, иногда для ведения вспомогательных операций используют взрывные работы с использованием предохранительных взрывчатых веществ.
Согласно статистике Ростехнадзора, почти четверть (23,6%) всех аварийных ситуаций в горнодобывающих предприятиях связана с детонацией метановоздушных смесей, что нередко влечет за собой тяжелые последствия.
Поэтому для предотвращения таких трагедий на шахтах чаще всего используют специальные предохранительные взрывчатые вещества. Это специальные составы, разработанные для безопасной эксплуатации в шахтах с повышенным содержанием горючих газов. Их ключевая особенность — способность разрушать породу, не вызывая воспламенения взрывоопасной атмосферы. Однако их применение сопряжено с экономическими и технологическими сложностями. Главная проблема заключается в их пониженной мощности — для достижения необходимого эффекта разрушения породы приходится использовать большее количество зарядов или проводить дополнительные взрывные работы, что существенно увеличивает временные затраты и общую стоимость добычи.
Кроме того, сам процесс производства такого взрывчатого вещества значительно сложнее и дороже — необходимо вводить специальные ингибиторы (замедляют или останавливают химические реакции, не давая метану загореться) и пламегасители (охлаждают взрыв и «тушат» пламя, как песок костер), соблюдать строгие параметры состава, что приводит к удорожанию конечного продукта в 2-3 раза по сравнению с обычными взрывчатыми веществами. Эти факторы в совокупности делают традиционные предохранительные детонирующие составы менее выгодными с экономической точки зрения, особенно при масштабных горных работах, где на первый план выходят вопросы производительности и себестоимости добычи полезных ископаемых. Однако ученые Пермского Политеха совместно с учеными УрО РАН и ВостНИИ провели испытания возможности применения непредохранительных взрывчатых веществ в условиях калийной руды.
— В процессе исследований были сымитированы опасные шахтные условия на поверхности в специальных камерах, заполненных метаном с концентрацией 9,5% — уровнем максимальной взрывоопасности. Результаты показали: для полного подавления воспламенения масса солевой оболочки должна превышать массу взрывчатки в 1,5-2,6 раза. В калийном руднике весь взрываемый массив состоит из соли, — рассказал Алексей Исаевич, профессор кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых».
При проведении экспериментов оказалось, что мелкие частицы соляного массива, которые переходят после взрыва во взвешенное состояние, являются пламегасителями, не позволяющими метану воспламениться. В дальнейшем это позволит оптимизировать буровзрывные работы в газоопасных шахтах. Сейчас, полученные результаты требуют дальнейшего анализа и дополнительных исследований, чтобы в перспективе разработать новые подходы к ведению взрывных работ на калийных рудниках.
Применение более мощных и дешевых взрывчатых составов вместо специализированных предохранительных средств обеспечит значительную экономию. Одновременно повысится эффективность разрушения пород благодаря использованию энергоемких веществ, что ускорит процесс добычи. Безопасность работ при этом будет сохраняться на должном уровне, что критически важно для газоопасных калийных шахт.