Состояние и пути решения проблемы взрывного рыхления в стеснённых условиях

Актуальность и условия ведения взрывных работ под укрытием

Взрывные работы отличаются малыми затратами времени при больших масштабах исполнения, поэтому широко применяются во многих отраслях народного хозяйства, технологически связанных с разрушением горных пород: в горной промышленности, в строительстве, при прокладке автомобильных и железных дорог. В строительстве при планировке строительных площадок, для разрыхления мерзлоты, устройства котлованов и траншей, при прокладке дорог и коммуникаций на полускальных грунтах и в скальных горных породах, разработка которых требует предварительного рыхления, использование взрыва позволяет значительно сократить проектные сроки производства работ, а часто взрывное рыхление является практически единственным высокоэффективным способом подготовки пород к выемке.

Применяемые в настоящее время технологии и технические средства проведения взрывных работ при строительстве автомобильных дорог и добыче строительных материалов в большинстве своем не отвечают современным требованиям экономики, экологической и социальной безопасности. В связи с чем часто, ещё на стадии проектирования, принимают сразу более дорогостоящие варианты трассы дорог или места расположения карьеров камня, потому что более удобные и экономически выгодные отклоняются ещё на стадии согласования актов выбора площадок из-за запрета на ведение взрывных работ. Иногда невозможность ведения взрывных работ выявляется уже в процессе строительства, тогда стоимость строительства дороги значительно увеличивается. Так, в 1991 г. при разработке проектной документации для строительства мостового перехода через реку Никита на автомобильной дороге «Биробиджан — Облучье» была отведена площадка для каменного карьера. Во время подготовки карьера к взрыву в 1993 г. выяснилось, что карьер находится в природоохранной запретной зоне. Работы приостановили, была проведена разведка другого каменного карьера, дальность транспортировки объёмов камня в 19,2 тыс. м³ при этом увеличилась с 4 до 10 км. Удорожание строительно-монтажных работ составило 12,02 тыс. руб. в ценах 1984 г.^[1].

Общий объём добычи минерального сырья в России оценивается в 101 млрд долл. США, и его добыча в ближайшие десятилетия будет расти, потому что полезные ископаемые — это основа экономики^[2]. Добыча строительных материалов в России более чем в четыре раза превышает суммарный объём добычи всех остальных твёрдых полезных ископаемых, при этом более трети из них — карбонатные породы. Объёмы и качество добываемых строительных материалов, затраты на строительство дорог и, следовательно, прибыль предприятий во многом зависят от эффективности основных технологических процессов. Решающая роль буровзрывных работ состоит не только в обеспечении количественных, но и качественных показателях производства. Эффективное использование погрузочного и транспортного оборудования возможно только при высоком качестве взорванной горной породы по степени дробления. Взрывные работы должны обеспечивать получение разрыхленных горных пород заданного гранулометрического состава.

Применяемые в настоящее время технологии и методы ведения буровзрывных работ скважинными зарядами не позволяют значительно увеличить энергию взрыва на дробление горных пород каким-либо другим путём, кроме увеличения удельного расхода ВВ. Улучшение качества дробления этим путём целесообразно только до определённого предела, превышение которого приводит к неоправданно быстрому росту затрат на буровзрывные работы, вызванному ускоренным ростом стоимости ВВ. Доля взрывной подготовки в общей стоимости энергетических ресурсов на разработку горных пород выросла с 58% в 80-х гг. до 66−75% к середине 1995 г.^[3][4]. А за период с 1995 по 2002 гг. стоимость отбойки 1 м^[3] горной массы дополнительно увеличилась в 5 раз.

Взрывные работы оказывают серьёзное негативное влияние на экологию, вызывая аэрологические и ландшафтные изменения загрязнением воздушного и водного бассейнов. Особую актуальность вопросы защиты окружающей среды от вредных воздействий взрыва приобрели при массовых взрывах из-за выделения в неё вредных веществ, распространяющихся на десятки километров в связи с повышением массы одновременно взрываемых зарядов.

Решение научно-технической проблемы значительного повышения эффективности подготовки к выемке горных пород связано с комплексом исследований, направленных на разработку технологий рыхления полускальных и скальных горных пород с наименьшими затратами и минимальным негативным воздействием на окружающую среду.

В условиях рыночных отношений первоочередное значение принимают малозатратные технологии проведения буровзрывных работ, отвечающие требованиям экологической и социальной безопасности. При локализованных укрытиями взрывах отпадает необходимость создания больших опасных зон, полностью выполняется требование о минимизации затрат на подготовительно-восстановительные операции. Такие технологии могут применяться на малых карьерах в стеснённых условиях, под которыми следует понимать необходимость ведения взрывных работ в условиях жёстких ограничений по отрицательному воздействию на окружающую среду при сохранении требований к качеству дробления.

Разрушение горных пород зарядами рыхления под укрытием полностью исключает разлёт осколков и позволяет оставлять технику на месте и за пределы опасной зоны, радиус которой значительно сокращается, выводить только людей. Эта технология взрывной отбойки позволит, в частности, обеспечить: снижение размеров рабочих площадок уменьшением развала горной массы; качественное дробление горной массы в зажиме; переход на поточное ежесменное взрывание у каждого экскаватора небольших объёмов горной массы, достаточных для сменной загрузки, не прерывая другие технологические процессы. Такая технология особенно актуальна в дорожном строительстве, где взрывные работы часто производятся в стеснённых условиях, и на карьерах по добыче строительных материалов, где запасы полезных ископаемых не могут быть отработаны полностью из-за близости населённых пунктов, ЛЭП, охранных зон природопользования, автодорог и других магистралей и объектов государственного значения.

При строительстве дорог, особенно в пересечённой и горной местности, объёмы взрывных работ очень велики. Строящиеся дороги и карьеры по добыче камня, необходимого для их строительства, часто расположены вблизи населённых пунктов, автомобильных дорог с интенсивным движением транспорта, линий электропередач, водоохранных зон рек и других стеснённых условиях. Даже кратковременная приостановка движения на автомобильных дорогах федерального значения обходится очень дорого и приводит к значительному увеличению стоимости строительства дороги. Поэтому взрывное рыхление пород под укрытием, полностью исключающим разлёт кусков, — это единственный эффективный метод ведения буровзрывных работ в стеснённых условиях дорожного строительства.

Взрывные работы при строительстве железных дорог в условиях развития (вторые пути, двухпутные вставки и др.) отличаются, как мы указывали выше, жёсткими временными условиями выделяемых «окон» между движением поездов, а также мероприятиями по обеспечению сохранности пути и сооружений в период строительства второго пути. Поэтому следует принимать такие параметры взрывных работ, при которых хорошее качество рыхления совмещается с наименьшим отрицательным воздействием на элементы пути, коммуникации и строения. Таким требованиям полностью отвечает технология взрывания под укрытием. Поскольку взорванная масса породы остаётся на месте, не выбрасывается на пути и отдельные её куски не разлетаются по сторонам, решается главная проблема строительства вторых путей — минимизируется «окно» на ведение взрывных работ, поскольку исключаются трудоёмкие подготовительно-восстановительные работы по переносу линий электроснабжения и связи, защите строений путевого хозяйства. Уборку взорванной породы можно производить и при плановой работе железной дороги по существующему пути.

Таким образом, в промышленном и гражданском строительстве, объекты которого в большинстве своем находятся вблизи или в самих населённых пунктах, и в дорожном строительстве при разработке карьеров камня и выемок, практически всегда возникают сложности с выдерживанием требований безопасности взрывных работ. Особенно большое затруднение вызывают взрывные работы, производимые вблизи населённых пунктов, потому что в непосредственной близости находятся различные действующие или строящиеся здания и сооружения, жилые дома, инженерные коммуникации, техника и другие объекты, которые необходимо защищать от вредного воздействия взрывов.

Вредное воздействие взрыва на окружающую среду, инженерные сооружения и человека проявляется в загрязнении прилегающих к месту ведения взрывных работ территорий, воздушного и водного бассейнов пылью и газами взрыва, сейсмическом воздействии, воздействии ударной воздушной волны (УВВ) и поражении разлетающимися кусками взорванной массы. Защита от разлёта осколков особенно важна для безопасности людей.

В практике производства взрывных работ, несмотря на достаточно большое количество технических, технологических и организационных решений в данной области, до настоящего времени отсутствуют эффективные способы и средства борьбы с пылегазовым облаком ^!. Для уменьшения расстояния распространения опасных концентраций пыли и газа рекомендуется уменьшение объёмов одновременно взрываемых блоков горного массива; применение малогазовых типов ВВ, повышение прочности забойки скважин, снижение массы заряда ВВ в скважине, снижение числа взрывных скважин блока, уменьшение диаметра скважин и т. д.

Снижение сейсмического воздействия взрыва на охраняемые объекты можно обеспечить, прежде всего, за счёт изменения массы одновременно взрываемых зарядов ВВ (короткозамедленное взрывание — КЗВ) и расстояния до центра взрыва. Применяют ряд других мероприятий: уменьшение диаметра зарядов, снижение степени зажима взрываемого объёма горных пород, направление детонации на взрываемых блоках от защищаемого объекта, создание искусственных экранов в массиве горных пород между очагом взрыва и охраняемым сооружением с акустической жёсткостью в несколько раз ниже, чем в окружающих породах^[6][7]. Применяют два способа создания экранов: слой разрушенной горной породы между взрываемым массивом и охраняемым объектом или предварительное щелеобразование.

Обеспечение сейсмической безопасности является одновременно и двух-трёхкратной гарантией в обеспечении безопасности для окружающей среды по действию УВВ. Для уменьшения воздействия УВВ и предотвращения выброса кусков породы газами взрыва в процессе их истечения через устье скважины эффективно использование забойки скважин. Кроме того, забойка скважин, обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости, способствует более полной детонации ВВ, вследствие этого уменьшается количество ядовитых газов в продуктах детонации в 8−14 раз^[8].

Для защиты от разлёта кусков взорванной массы и воздействия УВВ используют также различные приспособления — укрытия. Укрытия применяются при взрывах отдельных скважинных зарядов и при массовых промышленных взрывах ^{[9]. При этом укрывать могут как взрываемые, так и защищаемые объекты. При таком способе ведения взрывных работ негативное воздействие взрыва сведено к минимуму, и полностью исключается разлёт кусков взорванной массы.}

• [1] Шевкун Е. Б. Взрывные работы под укрытием. Хабаровск. 2013. 249 с.
• [2] Пучков Л. А. Техника и технология взрывных работ в современных условиях. Основные проблемы и причины их возникновения, направления совершенствования // Осостоянии взрывного дела Российской Федерации. Основные проблемы и пути их решения: Материалы Все рос. конф. М. 2002. С. 18−23.
• [3] Безвзрывиая технология разработки угольных месторождений: реалии и перспективы / В. И. Кузнецов, А. Р. Маттис, А. С. Ташкинов, Е. В. Курехин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 1995. № 6. С. 107−110.
• [4] Барон В. Л, Абдулкасимов А. К Исследование структуры затрат на буровзрывныеработы на карьерах по добыче стройматериалов // Проблемы взрывного дела. М.2002. С. 273−279.
• [5] Безвзрывиая технология разработки угольных месторождений: реалии и перспективы / В. И. Кузнецов, А. Р. Маттис, А. С. Ташкинов, Е. В. Курехин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 1995. № 6. С. 107−110.
• [6] Шевкун Е. Б. Указ. соч.
• [7] Мосинец В. Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. М.1976. 271 с.
• [8] 2 Шевкун Е. Б., Лещинский А. В. Комбинированная забойка взрывных скважин накарьерах. Хабаровск. 2013. 201 с.
• [9] Руководство по укрытиям, предотвращающим или снижающим дальность разлётаосколков при производстве взрывов в стеснённых условиях. М. 1969. 53 с.