Буровзрывные работы и их организация

При заряжании без применения средств механизации допускается расположение патрона - боевика с электродетонатором первым от дна шпура (обратное инициирование). В этом случае дно гильзы электродетонатора должно быть направлено к устью шпура.

На практике параметры буровзрывных работ обычно проверяют проведением двух-трех контрольных взрываний и в дальнейшем корректируют в зависимости от результатов и изменения условий.

 

Действие взрыва в среде

Взрыв — процесс освобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за весьма короткий промежуток времени. Характерными признаками взрыва являются высокая объемная концентрация энергии (при взрыве ВВ выделяется тепла 400-1600 ккал/кг) и сверхзвуковая скорость ее выделения (1,5-9 км/с), образование большого количества газообразных продуктов (в момент взрыва ВВ образуется значительное количество газов - 500-950 л/кг при  этом температура взрыва достигает 1500-4100°С) и наблюдается звуковой эффект.

Разрушение горных пород взрывом - сложный процесс, представляющий собой совокупное воздействие на среду продуктов детонации (газов), ударных волн и волн напряжений. Физическая сущность взрыва полностью не изучена, однако можно принять за основу следующие теоретические положения (рис.).

Общая схема разрушения однородной массы действием взрыва одиночного заряда

(по данным проф. Г. И. Покровского)

 

На первой стадии процесса основную роль играют расширяющиеся продукты детонации, давление которых в первый момент достигает 100 атмосфер;  происходит интенсивное дробление среды, непосредственно примыкающей к заряду ВВ.

Вторая стадия процесса взрыва. При взрыве в горной породе возникают ударные волны, которые распространяются в массиве сначала в виде волн сжатия и имеют скорость звука. При этом в массиве образуются радиальные трещины от источника взрыва к свободным поверхностям. Волна сжатия, дойдя до открытой поверхности (границы двух сред), отражается от нее, трансформируясь в волну растяжения, которая приводит к новому трещинообразованию (т.к. прочность пород при растяжении во много раз меньше прочности при сжатии). Пересечение этих трещин и естественных микро- и макротрещин, всегда имеющихся в горных породах, с системой радиальных трещин, возникших на первой стадии развития взрыва, приводит к образованию сложной пространственной системы трещин.

Заключительная стадия процесса взрыва представляет собой в основном воздействие на среду уже несколько расширившихся продуктов детонации, но обладающих еще определенным запасом энергии. Под воздействием этой энергии происходит дополнительное разрушение и отброс породы. В момент отброса за счет соударения кусков происходит дополнительное дробление отбитой массы.

Конструкции зарядов ВВ

Зарядом ВВ принято называть определенное количество ВВ, подготовленное к взрыву.

Заряды различают:

а) по положению: наружный или накладной заряд, расположенный на взрываемом объекте; внутренний — заряд, расположенный внутри взрываемого объекта;

б) по виду выработки: шпуровой, скважинный, котловой;

в) по форме: сосредоточенный — заряд, имеющий форму куба, шара, цилиндра или параллелепипеда, длина которого не превышает утроенную величину его диаметра; удлиненный или колонковый — заряд, длина которого превышает утроенную величину его диаметра.

г) по конструкции: сплошной — заряд, не разделенный промежутками; рассредоточенный — заряд, отдельные части которого разделены промежутками (участками) воздуха, породы, воды и т.п.; котловой – располагаемый в уширении (котле) на конце шпура, образованного взрыванием небольшого заряда ВВ (рис.);

 

Формы и конструкции зарядов ВВ в шпурах:

а – сплошной; б – рассредоточенный; в - котловой

 

д) по характеру действия: заряд камуфлета, не проявляющий видимого действия на поверхности; заряд рыхления, вызывающий дробление породы; заряд выброса, вызывающий дробление и выброс породы за пределы воронки взрыва.

 

Характер действия взрыва зарядов ВВ:

а — камуфлет; б — рыхление; в — выброс

 

Показатель действия взрыва n = r/W = tgα . В зависимости от величины n различают разновидности выброса: нормальный при n = 1; усиленный при n > 1 (W - глубина заложения сосредоточенного заряда или линию наименьшего сопротивления (ЛНС), т.е. кратчайшее расстояние от центра заряда до ближайшей открытой плоскости; r -  радиус воронки взрыва; α – угол раствора воронки взрыва).

 

Взрывание шпуровых и скважинных зарядов применяют при проведении горных выработок и очистной отбойке.

Способ взрывания накладных зарядов используют главным образом для разрушения негабаритных блоков, зависших кусков породы.

Наиболее широкое распространение на практике, особенно при шпуровых зарядах, получили сплошные заряды. Длина заряда в шпуре зависит от крепости пород, типа ВВ (плотность, работоспособность и т. п.), опасности шахт по газу или пыли, назначения данной группы шпуров и др.

Отношение длины шпура, занимаемой зарядом ВВ, ко всей его длине, называется коэффициентом заполнения шпура ВВ. Величина коэффициента заполнения колеблется от 0,3 до 0,85 и более в зависимости от влияния упомянутых факторов. Чем крепче порода, тем должен быть выше при прочих равных условиях коэффициент заполнения шпура ВВ.

Свободная после размещения ВВ часть шпура должна быть заполнена инертным забоечным материалом (забойка шпура) для оказания сопротивления высокому давлению газов взрыва и повышения эффективности взрыва. В качестве забоечного материала применяют песок, глину, буровую мелочь и т. п. Применяют также водяную забойку — т.е. забойку в шпурах из воды, которая находится в гидроизоляционной оболочке, помещаемой в шпур вслед за зарядом ВВ. Водяная забойка является эффективным средством борьбы с пылеобразованием при взрывных работах.

Качество буровзрывных работ при проведении горных выработок оценивается коэффициентом использования шпуров (КИШ или КИС) и обеспечением гладкой поверхности выработки без нарушения сплошности породы за пределами проектного поперечного ее сечения.

Коэффициент использования шпуров — отношение подвигания забоя за взрыв ВВ к глубине бурения шпуров, т. е.

η = lПЗ / lШП

где lПЗ — подвигание забоя, м; lШП — глубина шпуров, м.

Обычно КИШ составляет 0.85-0.90, хотя иногда бывает и 1 (т.н. «пятаки») и даже больше 1. Уменьшение значения КИШ приводит к снижению скорости подвигания выработки, увеличению трудоемкости бурения шпуров и расхода взрывчатых веществ, а также повышению стоимости проведения выработки.

 

ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Взрывчатое вещество (ВВ) — вещество (химическое соединение или механическая смесь различных компонентов), способное под действием внешнего импульса (нагревания, удара, трения) к крайне быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов.

При взрывных работах используют ВВ, срабатывающие в режиме детонации. Детонация — процесс взрывчатого превращения, вызываемый прохождением по веществу ударной волны и распространяющийся с постоянной для данного физического состояния вещества сверхзвуковой скоростью (1,5—9 км/с).

В принципе взрывчатыми веществами могут быть любые смеси, способные к самораспространяющемуся взрывчатому превращению. По агрегатному состоянию взрывчатые вещества могут представлять собой газовые смеси (метан, водород с кислородом или воздухом и др.), жидкие вещества (нитроглицерин), смеси жидких веществ (тринитрометан с бензолом), твердые соединения (гремучая ртуть), смеси твердых соединений (порох), смеси твердых соединений и жидких веществ (аммиачная селитра с соляровым маслом). Способностью к взрыву обладают также смеси распыленных горючих веществ (например, угольная пыль) в среде газового окислителя. В горном деле наибольшее распространение получили взрывчатые смеси из твердых соединений и жидких веществ.

Для производства взрывных работ в горной промышленности и других отраслях могут использоваться только такие ВВ, которые прошли определенный комплекс лабораторных, полигонных и промышленных испытаний, на которые имеется разрешение Ростехнадзора РФ на их применение в промышленности. Такие взрывчатые вещества называются промышленными.

Все промышленные ВВ должны удовлетворять следующих основным требованиям:

- обладать пониженной  чувствительностью к внешним  воздействиям, быть безопасными  в обращении, транспортировании  и хранении;

- не оказывать вредного влияния на организм человека;

- обладать достаточной мощностью при относительно низкой стоимости;

- сохранять свои свойства в течение гарантийного срока хранения;

- безотказно детонировать от стандартных средств инициирования зарядов.

По условиям применения все промышленные ВВ разделяют на восемь классов.

К I и II классам относятся так называемые непредохранительные ВВ, которые могут использоваться лишь в условиях, безопасных по взрыву горючих газов или пыли. При этом ВВ I класса применяются только на дневной поверхности, а II могут использоваться и в подземных условиях.

ВВ III—VII классов относятся к предохранительным и предназначены для производства работ в определенных специфических условиях, в том числе при наличии метана и (или) взрывчатой пыли.

К отдельному классу относят специальные (С) ВВ (непредохранительные и предохранительные), предназначенные для ведения специальных взрывных работ: импульсная обработка металлов; взрывание сульфидных руд; прострелочно-взрывные работы в нефтяных и газовых скважинах; сейсморазведочные работы в скважинах; создание заградительных полос при локализации лесных пожаров; другие специальные работы.

Область применения ВВ каждого класса строго регламентируется Едиными правилами безопасности при взрывных работах.

Внешним отличительным признаком, указывающим на условия применения данного ВВ, является цветовая окраска бумажной оболочки патронов или диагональная цветная полоса на ящиках, коробках, мешках:

- у ВВ I класса отличительный цвет белый;

- у ВВ II класса цвет отличительной полосы или оболочек патронов (пачек) красный;

- у ВВ III класса - синий цвет;

- у ВВ IV—VII классов — желтый;

- у специальных ВВ (С) в зависимости от их назначения маркировочный цвет может быть белым, красным, черным или зеленым.

Инициирующие ВВ

Инициирующими называют такие ВВ, которые способны даже в малых количествах взрываться под действием начального импульса любого вида и вызывать при этом детонацию промышленных ВВ. Инициирующие ВВ обладают большой чувствительностью и взрываются от небольшого внешнего воздействия: легкого удара, трения, искры, нагрева. Некоторые инициирующие ВВ могут взрываться от прикосновения гусиного пера. Эти свойства инициирующих ВВ делают их очень опасными в производстве, при обращении и хранении.

По чувствительности инициирующие ВВ условно разделены на первичные и вторичные.

К первичным (более чувствительным) инициирующим ВВ относят гремучую ртуть, азид свинца и ТНРС (тринитрорезорцинат свинца). Они предназначены для инициирования более мощных, но менее чувствительных вторичных инициирующих ВВ: тетрила, гексогена, тэна, которые, обладая большой скоростью детонации и более высокой инициирующей способностью, передают детонацию основному заряду промышленного ВВ. Первичными и вторичными инициирующими ВВ снаряжают капсюли-детонаторы, электродетонаторы и детонирующие шнуры.

 

СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ВЗРЫВАНИЯ ЗАРЯДОВ

В зависимости от того, с помощью каких технических средств возбуждается детонация заряда промышленного ВВ, различают следующие способы взрывания зарядов:

• огневой;

• электрический;

• электроогневой;

• с помощью детонирующего шнура;

•  с помощью волноводных трубок.

В отдельных случаях при взрывных работах применяют радиовзрыватели и детонаторы с лазерным инициированием.

При огневом способе взрыв осуществляется с помощью капсюля-детонатора (КД) и огнепроводного шнура (ОШ). В настоящее время огневой способ имеет весьма ограниченное применение: на подземных горных работах он полностью запрещен; разрешается применять на земной поверхности только в тех случаях, когда он не может быть заменен электрическим или другим, в том числе неэлектрическими системами инициирования.

В настоящее время на подземных горных работах наиболее распространен электрический способ взрывания, который обеспечивает возможность:

1) взрывать любое количество  зарядов с любого расстояния;

2) взрывать заряды в  любой последовательности и с  любыми интервалами между взрывами;

3) вести взрывные работы  в шахтах и рудниках, опасных  по газу и пыли;

4) осуществлять перед  взрывом проверку правильности монтажа взрывной сети.

Недостатками электрического способа взрывания являются относительная сложность выполнения работ, связанных с расчетом и подготовкой электровзрывных сетей и с проверкой правильности их монтажа и несколько большая стоимость средств взрывания по сравнению с используемыми при других способах.

К средствам электрического взрывания относятя электродетонаторы, проводники тока, контрольно-измерительные приборы и источники тока.

Электродетонатор (рис.) представляет собой капсюль-детонатор с введенным в него электровоспламенителем. Электровоспламенитель состоит из проводников, нитей накаливания и головки воспламенительного состава (ацетиленовая медь + роданид свинца + хлорат калия + столярный клей).

 

Электродетонаторы мгновенного  (а), короткозамедленного (б) и замедленного (в) действия: 1 — гильза; 2 — выводные провода; 3 — воспламенительная головка; 4 и 5 — соответственно первичное и вторичное инициирующие ВВ; 6 — замедляющий состав

 

Капсюли-детонаторы, непосредственно соединенные с электровоспламенителем, называются электродетонаторами мгновенного действия (ЭД). Взрывание зарядов при помощи таких ЭД, если они включены в общую сеть, происходит одновременно и мгновенно.

Для повышения эффекта взрывных работ взрывание зарядов производят группами в определенной последовательности. При электрическом взрывании разновременность взрывания зарядов достигается применением электродетонаторов замедленного (ЭДЗД) или короткозамедленного (ЭДКЗ) действия. Замедление достигается размещением между инициирующим ВВ и электровоспламенителем медленно горящего состава (свинцовый сурик с кремнием и др.). Интервалы замедления ЭДЗД: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 4,0; 8,0 и 10,0 с. Интервалы замедления ЭДКЗ: 25, 50, 75, 100 и 125 мс.