Взрывные работы в геологоразведке и инженерной геологии

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАСПОЛОЖЕНИЯ И РАСЧЕТА ЗАРЯДОВ ВВ

7.1. Методы взрывных работ

Технология ведения взрывных работ на горных предприятиях определяется принятым методом взрывания, который включает в себя систему приёмов и способов подготовки зарядных выработок для размещения в них зарядов ВВ с целью решения определенной технической задачи (дробление, перемещение, выброс, сброс и т. д.). В качестве зарядных камер используются шпуры, скважины, котлы, рукава, камеры, щели и траншеи.

В зависимости от целей взрывания, величины и формы зарядов ВВ на горных предприятиях при проведении горно-разведочных выработок и добыче полезных ископаемых применяются методы шнуровых, скважинных, сосредоточенных (камерных и малокамерных), котловых и накладных (наружных) зарядов.

Методом шпуровых зарядов называется совокупность технических приемов и способов по подготовке и производству взрывов зарядов ВВ в шпурах, включая все операции (бурение, очистку шпуров, подготовку ВВ и боевиков, заряжание и забойку шпуров, монтаж взрывной сети и взрывание). Шпуровые заряды используют при проведении подземных геологоразведочных выработок, при разработке уступов высотой до 5 м, добыче кристаллического сырья, мраморных и гранитных блоков, проходке канав и траншей.

При проведении горно-разведочных выработок основными параметрами взрывной отбойки являются: число, глубина и диаметр шпуров, коэффициент использования шпуров и удельный расход ВВ.

Достоинствами метода шпуровых зарядов являются: обеспечение мелкого и равномерного дробления пород; возможность применения в любых горнотехнических условиях, а также разработки маломощных пластов сложного строения; слабое сейсмическое действие взрыва. К недостаткам метода относятся: большой объём бурения; малый выход взорванной горной массы на I м шпура; большой удельный расход ВМ; высокая трудоёмкость заряжания. Из-за наличия этих недостатков шпуровой метод считается очень трудоёмким и дорогим. Поэтому по возможности его стремятся заменить более производительным и безопасным методом (например, скважинных зарядов).

На открытых горных работах методом шпуровых зарядов производят рыхление скальных и мерзлых пород. Для этого в массивах с одной открытой поверхностью используют врубовые схемы короткозамедленного взрывания.

Совокупность технических приемов и способов по подготовке и производству взрывов зарядов в скважине, включая все вспомогательные операции от бурения до взрывания, называют методом скважинных зарядов.

Метод скважинных зарядов применяется при добыче полезных ископаемых, посадке потолочин, выемке целиков и проходке восстающих выработок, траншей и котлованов, в гидротехническом и транспортном строительстве. Метод скважинных зарядов по сравнению со шпуровым имеет ряд достоинств: высокая (в 3 раза и более) производительность труда забойного рабочего; сокращение объёма трудоемких подготовительнонарезных работ вследствие увеличения расстояния между выработками, из которых ведётся отбойка; возможность выемки без закладки и крепления очистного пространства даже при невысокой устойчивости массива горных пород; использование комплексной механизации труда; высокая безопасность работ и хорошие условия труда (рабочие при бурении находятся в специальных буровых выработках или буровых камерах).

К недостаткам скважинной отбойки относятся: невозможность применения при разработке маломощных залежей вследствие большого разубоживания руды; трудность применения при разработке системами с креплением очистного пространства; увеличение выхода крупных фракций и меньшая точность контуров отбойки по сравнению со шпуровым методом; увеличение расходов на вторичное взрывание; обрушение руды за контурами скважин, особенно при недостаточно устойчивой руде и большом (свыше 100 мм) диаметре скважины; высокое сейсмическое действие взрыва.

Для взрывания на карьерах с целью преодоления больших сопротивлений по подошве уступа применяют котловые заряды.

Полученное в конце шпура или скважины расширение называют котлом, а помещённый в него заряд ВВ — котловым зарядом.

При методе котловых зарядов отбойка производится сосредоточенными зарядами, помещаемыми в особые камеры (котлы), образуемые при бурении или последовательными взрываниями небольших зарядов на забое шпура или скважины (рис. 7.1).

Метод котловых зарядов — комплекс технических приемов и способов подготовки и взрывания зарядов, включающий в себя бурение, простреливание скважин, заряжание, монтаж сети, взрывание и осмотр места взрыва. Этот метод применяют в следующих случаях: а) при больших сопротивлениях по подошве уступа, когда расчётный заряд ВВ, необходимый для разрушения нижней части уступа, не может быть полностью размещён в скважине, а также когда линия с.п.п. настолько велика, что заряд, размещенный в нижней части скважины, не в состоянии сё преодолеть; б) при наличии трудновзрываемых пород в нижней части уступа; в) при обрушении высоких вскрышных уступов скальных пород.

Рис. 7.1. Схема расположения котлового заряда на уступе:

I — скважина; 2 — дополнительный заряд: 3 — забойка; 4 — котёл;

5 — основной заряд

Взрывание небольших зарядов для образования котла называется простреливанием шпура или скважины. Масса простреленного заряда зависит от физико-мсханичсских свойств и структурных особенностей массива, а по отношению к основному заряду находится в прямо пропорциональной зависимости от массы его котловой части, т. е.

где Q_K — масса котлового заряда, кг; Д — плотность заряжания, кг/дм³; Д_1р — показатель простреливаемости, представляющий отношение объёма образованного котла к массе прострелочного заряда (колеблется от 2 до 120 дм³/кг). Этот показатель находят опытным путём либо принимают по справочникам.

Число простреливаний принимают с учётом требуемого объёма котла простреливаемости, крепости, трещиноватости и вязкости массива горных пород.

Объём котла, необходимый для размещения в нем заряда, определяется по формуле

где У_к — заданный объем котла, дм³; Q_np — заряд камуфлета, кг.

Бурение скважин, подготовка и перевозка ВМ, изготовление боевиков, монтаж взрывной сети, взрывание зарядов и осмотр взрыва выполняются так же, как и при скважинном методе взрывания.

Образование котлов эффективно в пластичных мягких и средней крепости породах, где он приобретает круглую или грушеобразную форму. При прострсливании скважины или шпура соблюдаются 15-минутныс интервалы между взрывом и последующим заряжанием. При простреливании заряд ВВ обычно опускают на шпагате или ДШ. Следует обязательно применять забойку.

Для простреливания скважин обычно используют электрический способ взрывания; для взрывания одиночных скважин глубиной до 10 могневой.

Масса заряда определяется по формуле для расчёта сосредоточенных зарядов.

Безопасное расстояние при прострсливании шпуров составляет 50 м, а скважин — 200 м. Котловые заряды лучше заряжать пневмозарядчиками, особенно в наклонных и горизонтальных скважинах. Л.н.с. для котловых зарядов принимают равным W= (0,6. .0,9) Н (высота уступа), а расстояние между зарядами (0,8… 1,4) Ж.

Параметры взрывной отбойки при методе котловых зарядов определяют, как и при методе скважинных зарядов, с уточнением на основе данных опытных взрывов.

Масса основного заряда располагается в котле, а остальная (10. .20%) рассредоточивается по всей скважине.

Достоинствами котлового метода взрывания являются: резкое снижение расхода бурения, увеличение возможности преодоления больших с.п.п., уменьшение длины перебура.

К недостаткам относятся: высокая трудоемкость работ по образованию котлов, особенно при простреливании и чистке скважин; неравномерность дробления трудновзрываемых пород; нарушение режима работы при прострелочных работах. Метод котловых зарядов обладает низкой надёжностью взрывания, поэтому на горных предприятиях применяется в исключительных случаях.

Отбойка уступов камерными зарядами на карьере мало распространена из-за большой трудоёмкости проведения подготовительных выработок. Этот метод применяется в том случае, когда необходимо взрывать большие объёмы горной массы как на вскрышных, так и добычных работах при высоте уступа более 12 м, а также при взрывах на сброс и выброс при создании плотин и насыпей. Сущность его заключается в том, что заряды располагают в специально пройденных горных выработках — зарядных камерах — с целью разрушения массива горных пород взрыванием сосредоточенных зарядов большой мощности.

Для обеспечения максимального сосредоточения зарядов камере придают по возможности кубическую форму (рис. 7.2). При больших зарядах, порядка десятков тонн, — крестообразную. Кроме того, они могут быть параляелепипедалъной и фигурной форм.

Рис. 7.2. Расположение камерных зарядов рыхления:

I — шурф: 2 — заряд ВВ; 3 — ЭД; 4 — зарядная камера;

Н — высота уступа; W-л.н.с.; W_p-л.с.п.п.

Метод камерных зарядов получил распространение при подземной разработке крепких и весьма крепких горных пород. Ведение взрывных работ данным способом представляет особую сложность, так как при этом приходится взрывать большие объёмы ВВ, что требует очень точных расчётов параметров. Объём зарядной камеры определяется по формуле.

где V_K — объём зарядной камеры, м³; К_у = 1,1… 1,8 — коэффициент, учитывающий увеличение объёма камеры за счёт объёма, занимаемого крепью.

При расчёте параметров взрыва определяют: л.н.с., массу заряда, объем и линейные размеры камеры, расстояние между центрами зарядов, глубину шурфов или штолен.

Л.н.с. для камерных зарядов принимают равной (0,7…0,9) Н, расстояние между зарядами — (0,8… 1,4) Н с учетом физико-механических свойств пород и структурных особенностей массива, или.

где т — коэффициент сближения зарядов.

Масса камерного заряда на рыхление определяется по формуле.

где q — удельный расход ВВ, кг/м³.

При взрывных работах методом камерных зарядов осуществляют следующий комплекс технических приемов: проведение подготовительных выработок (штолен площадью сечения в свету 1,2 м² и шурфов — 1 м²) и зарядных камер, транспортировку ВМ, подготовку боевиков, заряжание и забойку зарядных камер, коммутацию взрывной сети, взрывание зарядов и осмотр места производства взрыва.

Заряжание осуществляют в следующей последовательности: подготовка ВВ для каждой выработки, спуск и укладка ВВ в зарядные камеры, изготовление патронов-боевиков, организация постов оцепления в радиусе опасной зоны, установка боевиков, забойка, монтаж взрывной сети.

При больших объёмах взрывания применяют механизированное заряжание камер при помощи пневматического транспортирования порошкообразных или гранулированных ВВ по шлангам и трубам.

По окончании монтажа проверяют сопротивление всей сети. Взрывать камерные заряды разрешается только в светлое время суток. Осмотр места взрыва допускается не ранее чем через 15 мин после взрыва.

Метод камерных зарядов имеет следующие достоинства: отбойка больших объёмов породы; меньшее число взрывов; возможность ведения взрывных работ при сложном рельефе местности; большие запасы подготовленной взорванной горной массы; повышенная производительность изза применения зарядных комплексов.

К недостаткам относятся: высокая трудоёмкость проведения выработок и подготовительных работ; неравномерное дробление массива и значительный выход негабаритов; большой сейсмический эффект; высокая стоимость; трудность и опасность ликвидации отказов. Метод камерных зарядов применяется ограниченно. При ведении горных работ этот метод почти не применяется, но широко используется в гидротехническом и мелиоративном строительстве.

При выполнении работ по взрыванию небольших объёмов горных пород в условиях, где трудно применять буровую технику, небольшие заряды размещают в рукавах, т. е. в горизонтальных или наклонных выработках небольшого (0,5×0,5 м) сечения и глубиной до 5 м (рис. 7.3).

Комплекс технических мероприятий при взрывании малокамерных зарядов включает в себя проходку выработок, заряжание и забойку рукавов, монтаж взрывной сети, взрывание и осмотр места взрыва.

Рукава, как правило, проходят вручную в мягких породах, в средних и крепких породах с применением взрывных работ путём иросгреливания шпуров.

Длину рукава принимают равной не более 5 м, а с.п.п. — равной длине рукава: W_v = (0,5…0,85) при Н<5 м; расстояние между зарядами а = (1,0…1,4) W_p.

Рукава заряжают ВВ в патронах или пакетах. Длина заряда не превышает 7₃ длины рукава. Остальную часть засыпают забойкой.

Метод малокамерных зарядов применяется ограниченно из-за низкой производительности взрывников, большой трудоёмкости проходки рукавов и повышенной опасности ведения взрывных работ. На карьерах этот метод может быть использован при высоте уступа до 8 м.

Накладным зарядом называют заряд ВВ, располагаемый на поверхности разрушаемого объекта (рис. 7.4).

Рис. 7.3. Схема взрывания уступа методом малокамерных зарядов:

• 1 — скальная порода (известняк); 2 — пропласток мягкой породы (глина);
• 3 — рукав; 4 — пакет с ВВ; 5 — боевик; б — забойка; 7 — детонирующий шнур

Рис. 7.4. Схема расположения накладного заряда на негабарите: I - забоечный материал; 2 - заряд;

3 — зажигательная трубка

Взрывание накладными зарядами применяют при разделке негабаритов, т. е. при вторичном дроблении. Негабарит дробят взрыванием накладного заряда ВВ с помощью детонирующего шнура или детонатора.

Комплекс мероприятий при взрывании накладных зарядов включает в себя следующее: размещение зарядов на объекте, их забойку, монтаж взрывной сети, взрывание и осмотр.

Разрушение и дробление объекта происходят в основном под действием только ударных волн, поэтому наблюдаются большой звуковой эффект и сильная ударная воздушная волна. Опасная зона при взрывании составляет не менее 300 м.

Метод очень прост и не требует выполнения буровых работ. Массу накладного заряда ВВ можно определить по формуле Л. И. Барона:

где q_H — расчетный удельный расход ВВ, кг/м³; Ь и с — соответственно ширина и толщина куска, м; к_пв — коэффициент, учитывающий тип ВВ (для аммонитов — 1,0; для акватолов — 1,4); к_л = 1,3 — переводный линейный коэффициент, учитывающий, что величины b и с — максимальные измерения куска.

Заряжание осуществляется порошкообразными, гранулированными, пластичными или прессованными ВВ. При этом их располагают таким образом, чтобы ВВ и инициатор имели устойчивое положение.

Удельный расход ВВ при этом способе достигает 3 кг/м³ и выбирается при средней длине негабарита 0,5…0,6 м в зависимости от крепости попол:

Разновидностью взрывания накладных зарядов являются кумулятивные заряды. Разрушение происходит вследствие торцового удара и кумулятивного эффекта взрыва, зависящего от формы выемки и заряда, типа ВВ, толщины и материала облицовки. Для снаряжения зарядов используются наиболее мощные вещества (гексоген, скальный аммонит, тротил).

Контрольные вопросы

• 1. Какие методы ведения взрывных работ применяются при проведении геологоразведочных выработок?
• 2. Для каких целей используют метод кумулятивных зарядов?
• 3. Какие недостатки присущи скважинной отбойке?
• 4. Что называется котловым зарядом?
• 5. В каких случаях применяют методы камерных и малокамерных зарядов?
• 6. Как определяется требуемая масса накладного заряда?