Разработка месторождения на АО «Пикалевское объединение» Глинозем

• 1. Геологическое строение месторождения
• 1.1 Краткая характеристика IV-го участка
• 1.2 Характеристика полезного ископаемого
• 1.3 Гидрогеологическая характеристика месторождения
• 2. Горные работы
• 2.1 Вскрытие карьерного поля
• 2.2 Характеристика применяемого оборудования
• 2.3 Цикл работы
• 2.4 Транспорт и путевые работы
• 2.5 Водоотлив и осушение карьера
• 2.6 Электроснабжение, освещение, связь
• 2.7 Буровзрывные работы
• 2.8 Характеристика применяемых на карьере ВВ
• 2.9 Промежуточные детонаторы
• 2.10 Конструкция зарядов
• 2.11 Дробление негабарита
• 2.12 Основные технические требования к БВР
• 3. Спецглава
• 3.1 Методика расчета ударной волны, распространяющейся при взрыве ВВ на столб воды
• 3.2 Изменение конструкции заряда при расположении ВВ над столбом воды
• 3.3 Описание рассматриваемого ВВ
• 3.4 Свойства компонентов игданита
• 3.4.1 Аммиачная селитра и ее свойства
• 3.4.2 Свойства жидких нефтепродуктов, применяемых при производстве игданита
• 3.5 Простейшие гранулированные ВВ
• 4. Типовой проект БВР
• 4.1 Основные требования к взрывным работам
• 4.2 Обоснование метода взрывных работ
• 4.3 Выбор способа бурения скважин и бурового оборудования
• 4.4 Выбор типа ВВ
• 4.5 Расчетный удельный расход ВВ
• 4.7 Параметры скважинных зарядов
• 4.8 Способ взрывания. Конструкция заряда
• 4.9 Типовая серия зарядов
• 4.10 Количество бурового оборудования
• 4.11 Механизация взрывных работ
• 4.12 Вторичное дробление
• 4.13 Техника безопасности, охрана труда и промсанитария
• 4.14 Расчеты радиусов опасных зон
• 4.15 Ликвидация отказавших зарядов
• 4.16 Меры безопасной организации буровзрывных работ
• 5. Экономическая часть
• 6. Охрана окружающей среды
• 6.1 Воздействие карьера на окружающую среду
• 6.2 Охрана атмосферного воздуха
• 6.3 Охрана недр
• 6.4 Рекультивация земель
• 6.5 Охрана водных бассейнов
• 6.6 Отходы производства и потребления
• 6.7 Природоохранная документация
• Список используемой литературы

1. Геологическое строение месторождения

Пикалевское месторождение известняков находится в Бокситогорском и Тихвинском районах Ленинградской области, в 327 км. к востоку от г. Санкт-Петербург, вблизи железнодорожной станции «Пикалево-I». Месторождение занимает площадь между рекой Тихвенкой на севере и ее левым притоком рекой Рядань на юге и состоит из семи участков, расположенных на различных расстояниях от действующего известнякового рудника АО «Пикалевское объединение «Глинозем». К настоящему времени участки I, II, III, IV, V полностью разведаны. На данном этапе Пикалевским рудником разрабатывается IV-й участок, расположенный между рекой Белой, левым притоком реки Тихвенки на северо-востоке и железнодорожной линией Санкт-Петербург — Вологда на юго-западе.

1.1 Краткая характеристика IV-го участка

Разрабатываемый участок IV расположен на водораздельном плато, разделяющий реки Рядань и Белую, с высотными отметками 145−180 метров, однако рельеф в районе месторождения плоский, слабо расчлененный, с весьма пологими возвышенностями и небольшими замкнутыми пониженными местами. Общий уклон поверхности незначителен, не имеет поверхностного стока, наблюдается заболачиваемость восточной и северной частей месторождения. Развитию заболачиваемости, наряду с геологическими условиями, способствует также значительное количество выпадающих атмосферных осадков. По многолетним данным Тихвинской метеостанции среднегодовое количество осадков составляет 686 мм, при этом 70% осадков в виде дождя приходится на период с апреля по октябрь, на долю снега приходится 30% от годовых осадков.

месторождение взрывная работа карьерный Климат района умеренный. Среднегодовая температура воздуха +3,80С. Средняя скорость ветра — 3,0 м/с. Максимальная глубина промерзания — 2 м.

В геологическом строении месторождения участвуют карбонатные и песчано-глинистые породы нижнекаменноугольного возраста, относящиеся к веневскому, тарусскому и стешескому горизонтам визейского яруса и протвенскому горизонту камюрнского яруса, а также перекрывающие их четвертичными отложениями.

Четвертый участок представлен в основном известняками веневского горизонта, распространенных по всей его площади. Второй промышленный горизонт представлен известняками тарусского горизонта, не имеющих сплошного распространения и залегающих в восточной части участка. В западной части участка этот горизонт слагает небольшие по размерам, разрозненные площади.

Карбонатные породы залегают горизонтально, со слабым наклоном на юг. При этом кровля и почва известняков каждого горизонта имеет слабо волнистый характер. Мощность известняков, как правило, довольно выдержана и составляет обычно на веневском горизонте 7−9 м, на тарусском горизонте 3−4 м. В отдельных местах наблюдается резкое уменьшается мощности пласта, что обуславливается выглаживающей деятельностью ледника и размыва известняков в четвертичном и нижне-каменноугольном периоде. Один из таких размывов шириной 200−300 м прослеживается в направлении с северо-запада на юго-восток и разделяет IV-й участок на две площади: западную и восточную. Западная часть участка отрабатывается в настоящее время. Восточная часть, расположенная за размывом, отрабатывается карьером «Новый». Известняки веневского и тарусского горизонтов подразделяются на три основанные разновидности: органогенный, крепкий, кристаллический и рыхлый.

Органогенные известняки слагают обычно верхнюю часть пласта, кристаллические известняки распространены преимущественно в нижней части, рыхлые известняки приурочены, в основном, к зонам трещиноватости. В толще известняков местами наблюдаются доломитизация, окремнение и включение кремней.

Доломитизация проявляется в виде линзовидных прослоев, доломитизированных известняков и доломитов, с наибольшим распространением в нижней части пласта. Окремнение известняков наблюдаются в виде маломощных разрозненных прослоев окремненных разновидностей на огромных по размерам площадям.

Для восполнения выбывающих мощностей IV-го участка перспективным является разработка V-го участка. V Участок находится в 2 км северо-восточнее эксплуатируемого IV-го участка, отделяясь от него верховьем долины реки Белая и в 10 км. от дробильно-сортировочной фабрики.

Балансовые запасы утверждены ГКЗ N 8340 от 29.08.79 г. и ЦКЗ N 3695 от 5 30.08.93 и составляют 90.5 млн. т., в том числе категории В — 43.4 млн. т., категории С — 47.1 млн. т. среднее содержание CaO — 53.6%, SiO 42 0 — 1.77%, MgO — 0.77%.

Общая производительность V участка 4.0 млн. т. в год. Эксплуатационные запасы известняка в контурах карьеров составляют 78.2 млн. т., объем вскрыши (в целике) — 108.2 млн. м3, объем переэкскавации 64.2 млн. м3.

Разработка участка предусматривается двумя карьерами — Западным и Восточным. На Западном карьере сосредоточено — 23.6%, а на Восточном — 76.4% эксплуатационных запасов V-го участка.

Горные работы предусматривается начать на Западном карьере, а через 4 года на Восточном карьере. Срок существования V-г участка около 20 лет, а с учетом развития и затухания 30 лет.

На VI и VII-м участке выполнена лишь предварительная разведка. Находятся они в северной части месторождения на значительном удалении (до 70-ти км. от ст. Пикалево-I) и является резервной сырьевой базой АО «ПО «Глинозём» .

Годовая добыча известняка составляет около 3 млн. т.

1.2 Характеристика полезного ископаемого

Основные физико-механические свойства известняка по данным геологи:

мягкие (53%) — 20 — 40 МПа

рыхлые (12%) — 0.42 — 13 МПа

Как видно из приведенных данных 65% известняков представлены как мягкие и рыхлые, что позволяет отнести их в соответствии с классификацией грунтов СНиП — IV-2−82 к группам пород V — VI — VII — VIII с преобладанием V — VII групп.

Категория трещиноватости по классификации Межведомственной комиссии по взрывному делу — I, II, III c преобладанием I — II категории.

Класс пород по взрываемости согласно Межотраслевой классификации пород по взрываемости I, II, III, IV с преобладанием I — II класса.

Среднегодовой удельный расход ВВ по руднику составляет 0.275 кг/м3, что характерно для легко взрываемых пород.

1.3 Гидрогеологическая характеристика месторождения

На разрабатываемом участке месторождения подземные воды приурочены к четвертичным и нижнекаменноугольным отложениям. В толще четвертичных отложениях подземные воды имеют локальное распространение, т.к. приурочены к отдельным линзам моренных и подморенных песков чаще всего тонкозернистых. Площадь распространения этих линз порядка 200−400 м2. Мощность водоносных песков 0,1 — 5 м, чаще 1,5−2 м. Водоносный горизонт, приуроченный известняком веневского горизонта, развит на месторождении повсеместно. Уровень грунтовых вод по данным предприятия колеблется в абсолютных отметках от 127 до 132 м. Амплитуда колебаний уровня составляет в среднем 2 м.

В году наблюдается два подъема уровня вод, один в июне-июле, другой в декабре-январе, иногда изменение уровня наблюдались в марте-апреле.

Водопроницаемость и водообильность известняков веневского горизонта по данным замеров предприятия колеблется от 0,12 м/сут. до 214,75 м/сут. среднегодовые притоки на участках работ составляют 1600−2100 м3/час.

Обводнённость взрывных скважин неравномерная, что объясняется различной водопроницаемостью известняков. Высота столба воды в скважинах, за счет дренажа ее в выработанное пространство колеблется от 0,5 до 4,5 м, а на отдельных участках с высокой водопроницаемостью известняков, вода в скважинах не наблюдается.

2. Горные работы

2.1 Вскрытие карьерного поля

В настоящее время разрабатывается IV-й участок Пикалёвского месторождения известняков. Проект карьера «Новый» был разработан НИИ «Гипроникель» в 1979 году. Строительство карьера началось в 1980 году проходкой разрезной траншеи по бестранспортной технологии. В эксплуатацию карьер «Новый» вошел в начале четвертого квартала 1983 года, с вводом в эксплуатацию первой очереди — Северо-восточного участка и последующим вводом второй очереди — Северо-западного и Южного участков. Вторая очередь карьера «Новый» была запроектирована для отработки Северо-западной и Южной части IV-го участка Пикалёвского месторождения известняков с целью восполнения выбывших мощностей действующего карьера.

Месторождение вскрыто на IV-м участке двумя капитальными траншеями, служащими для транспортировки известняка. В настоящее время добычные работы ведутся в карьере «Новый», разделенным условно на фронты работ: северо-западный, северо-восточный, северный и восточный флангах Южного участка. В плане карьер имеет форму неправильного многоугольника. Общая длинна фронта работ составляет 4,5 км.

Система разработки — без углубки, продольными заходками, с поперечным перемещением пород вскрыши во внутренние отвалы. Основное оборудование: экскаваторы ЭШ-10/60, ЭШ-10/70, ЭШ-20/90 работают на вскрышных уступах, ЭКГ-6,3ус и ЭКГ-8и на добыче известняка.

Горные работы в карьере ведутся двумя уступами: один вскрышной и один добычной. Вскрышные работы ведутся по простой бестранспортной схеме (система с непосредственной экскавацией пород и постоянным их размещением в выработанном пространстве).

Добычные работы ведутся с погрузкой в железнодорожные думпкары широкой колеи и вывозкой на дробильно-сортировочную фабрику.

Средняя ширина добычных лент обеспечивается в пределах 20−22 м.

Бурение взрывных скважин на карьерах производится высокопроизводительными самоходными станками шарошечного бурения типа СБШ-250МНА. Диаметр взрывных скважин (по долоту) равен 244,5 мм. Направление бурения скважин вертикальное. Заряжание и забойка скважин осуществляется в ручную.

Известняк из забоев вывозится электрифицированным ж/д транспортом. В основном применяются электровозы EL-21 и думпкары ВС-105, ВС-106, но, т.к. ж/д пути широкой колеи, то возможно применение других локомотивов и думпкаров. Переукладка звеньев передвижных железнодорожных путей производится ж/д краном КДЭ-251, грузоподъемностью 25 т. Зачистка кровли известняка, планировка подпутевых «подушек» и другие вспомогательные работы выполняются бульдозерами: Т-130, Т-100М, Т-180, ДЭТ-250, Т-330.

Вскрытие карьера «Новый» известнякового рудника АООТ «Глинозём» осуществлено двумя системами поступательных внутренних траншей.

Выбытие производственных мощностей на IV-ом участке требует освоения, в ближайшее время, V-го участка Пикалевского месторождения, где балансовые запасы известняка представлены двумя залежами: Восточной и западной.

2.2 Характеристика применяемого оборудования

Основное оборудование: экскаваторы ЭШ-10/60, ЭШ-10/70, ЭШ-20/90 работают на вскрышных уступах, ЭКГ-6,3ус и ЭКГ-8 и на добыче известняка. Бурение взрывных скважин на карьерах производится высокопроизводительными самоходными станками шарошечного бурения типа СБШ-250МНА. Диаметр взрывных скважин (по долоту) равен 244.5 мм. Направление бурения скважин вертикальное. Заряжание и забойка скважин осуществляется в ручную.

Известняк из забоев вывозится электрифицированным ж/д транспортом. В основном применяются электровозы EL-21 и думпкары ВС-105, ВС-106, но, т.к. ж/д пути широкой колеи, то возможно применение других локомотивов и думпкаров. Переукладка звеньев передвижных железнодорожных путей производится ж/д краном КДЭ-251, грузоподъемностью 25 т. Зачистка кровли известняка, планировка подпутевых «подушек» и другие вспомогательные работы выполняются бульдозерами: Т-130, Т-100М, Т-180, ДЭТ-250, Т-330.

2.3 Цикл работы

I Вскрытие известняков

II Подготовка:

бульдозерные работы

зачистка кровель п. и.

планирование подпутных подушек

буровзрывные работы

бурение скважин по п. и. буровыми станками СБШ-250

заряжание

взрывание

укладка ж/д полотна и контактной линии

установка добычного экскаватора ЭКГ-6,3ус, ЭКГ-8Иус

III Добычные работы

погрузка экскаваторами взорванной массы в думпкар

IV Транспортирование: вывозка на ДСФ

V Переработка на ДСФ

VI Отгрузка потребителям

2.4 Транспорт и путевые работы

Вывозка известняка из забоев карьера до бункеров ДСФ осуществляется электрифицированным железнодорожным транспортом на постоянном токе напряжением 1650 В через станцию «Карьерная» электровозами типа ЕЛ-21 и думпкарами типа 2ВС-105 и 6ВС-60.

Вывозка известняка от склада готовой продукции ДСФ через станцию «Фабричная» до приемных устройств глиноземного цеха и цементного завода осуществляется электровозами ЕЛ-21 и думпкарами 6ВС-60.

Протяженность железнодорожных путей рудника составляет 38,1 км., из них 29,4 км — постоянных.

На промплощадке рудника имеется депо для текущего ремонта электровозов и думпкаров, пункт контактной сети и депо для отстоя путевой техники.

Переукладка железнодорожных путей осуществляется железнодорожным краном КДЭ-251 с тепловозом ТЭМ-2, выправка путей осуществляется путеподъемником ПРМ-3, балластировка производится хоппер-дозаторами и тепловозом.

На передвижной контактной сети применяются железобетонные основания для опор контактной сети. При демонтаже и монтаже контактных линий, применяется автомотриса АДВ и мотовоз ДМм.

Объем работ по переукладке жел. дор. путей составляет:

Северо-Восточный участок — 5,9 км.

Южный участок I — 14,2 км

Южный участок II — 12,6 км

ИТОГО: — 32,7 км

В 1997 году среднее расстояние вывозки известняка составит:

по Северо-Восточному участку карьера «Новый» — 8,9 км,

по Южному участку I — 6,9 км., по Южному участку II — 6,4 км,

Исходя из этого, среднее расстояние вывозки известняка по руднику принимается равным 7,2 км.

Участку внутрикарьерного транспорта планируется выполнить в карьере 3000×7,2 = 21 600 тысяч тоннокилометров.

2.5 Водоотлив и осушение карьера

Осушение забоев в карьере производится передвижными и стационарными насосными станциями и сброс воды осуществляется в нагорную канаву.

С Северо-Западного участка вода по двум отрезным траншеям — Северо-Западной и Центральной отводится через отстойник № 1. Расход воды — 630 м3/час.

С Северо-Восточного участка вода сбрасывается принудительно передвижной насосной станцией в отстойник № 1 по отрезной траншее. Расход воды — 1345 м3/час.

С Южного участка-I вода сбрасывается по водоотводной канаве в зумпф, откуда стационарной насосной станцией отводится по Северо-Западной отрезной траншее в водоотстойник № 1.

На Южном участке-II установлено 6 передвижных насосных станций.

От Центральной насосной станции вода отводится по водоотводной канаве в реку Рядань. Расход воды — 1224 м3/час.

Общий сброс воды из карьера по замерам в августе 1996 года составил 3199 м3/час.

Осушение известняков в добычных забоях производится путем проходки водоотводных канав по подошве известняков.

В понижениях подошвы промышленной толщи известняков устанавливаются передвижные насосные станции.

Работа всех насосных станций карьера автоматизирована.

2.6 Электроснабжение, освещение, связь

Электроэнергия на рудник поступает от районной подстанции № 35 системы Ленэнерго, расположенной на расстоянии 6 км от промплощадки рудника.

Передача электроэнергии к распределительной тяговой подстанции (РТП) осуществляется по двухцепной ЛЭП — 35 с проводами марки АС-120.

От РТП в карьер электроэнергия поступает по ЛЭП-35 до понизительных подстанций карьера.

В карьере установлена подстанция 35/ 6 кВ мощностью 4000 кВа для питания механизмов карьера «Новый» и две подстанции 35/6 кВ 6300 кВа для питания механизмов Южного участка карьера «Новый».

Распределение электроэнергии от вышеуказанных подстанций 35/6 кВ к потребителям карьера осуществляется напряжением 6 кВ.

Присоединение потребителей электроэнергии напряжением 6 кВ к основной ЛЭП-6 кВ осуществляется через приключательный пункт ЯКНО-6 и высоковольтный шланговый кабель КГЭ.

Питание электроэнергией осветительных установок осуществляется от отдельных осветительных трансформаторов напряжением 6/0, 4/0,23 кВ мощностью 20−60 кВа. Для освещения карьера используются электролампы типа ПКН-1500.

В 1997 году необходимо приступить к строительству линии электропередачи восточного фланга участка Юг-I.

На руднике применяются два вида связи: телефонная и диспетчерская радиосвязь.

Телефонная связь осуществляется через автоматическую станцию объединения, находящуюся в здании управления объединения.

Для радиосвязи применяются радиостанции типа СИГНАЛ 201 БС, 70 РТП, 1Р21С-4. С помощью радиостанций диспетчер осуществляет двухстороннюю связь с экскаваторными бригадами, электровозами, дежурными по станции «Карьерная» и участками.

2.7 Буровзрывные работы

Организация буровзрывных работ

Буровые работы в карьере рудника производятся бурильщиками карьера, входящими в состав смен. Непосредственным руководителем буровых работ является горный мастер. Работы по бурению взрывных скважин должны вестись по проектам, составляемым и утвержденным одновременно с планом горных работ на месяц на основе годовых планов горных работ.

Площадки уступов, подлежащих обуриванию, должны быть защищены и спланированы. При необходимости все неровности кровли должны быть засыпаны и спланированы.

Проектирование буровых работ осуществляют горнотехническое бюро рудника совместно с руководителем карьера при участии геолого-маркшейдерской службы на основе плана горных работ и в соответствии с Типовым проектом БВР и геолого-маркшейдерской документацией.

С учетом сложившейся практики и опыта работы в условиях карьера маркшейдерской службой ведется план в масштабе 1: 500, к которому прилагается добычная лента (геологический разрез) на месяц.

На плане рудника совместно с руководителем карьера наносят проектные точки расположения скважин и их номера, а также проставляют проектную глубину скважин. Здесь же на плане наносятся точное положение верхней и нижней бровок уступа и характерные отметки верхней и нижней площадок уступа. Геологическая служба на добычной ленте проставляет уровень воды, характеристику известняка (категории) по буримости и взрываемости.

Вынос на местность скважин первого взрываемого блока добычной ленты должен производиться маркшейдерской службой.

Все последующие скважины этой добычной ленты выносятся горными мастерами. С целью привязки и выноса скважин следующего блока должны быть оставлены не взорванные скважины по одной из каждого ряда т. е. оставлена одна диагональ скважин.

С проектами и планами буровых работ должны быть заблаговременно ознакомлены горные мастера и буровой персонал.

Перед началом работ на блоке по обуриванию его горные мастера должны выдать машинистам буровых станков выписку из проекта на буровые работы (паспорт на буровые работы).

Приемка скважин от буровой бригады должна производиться горным мастером в конце смены. Результаты приемки скважин горным мастером должны быть занесены в специальный журнал учета буровых работ с разделением по каждому буровому станку.

Начальник карьера в соответствии с графиками работ заблаговременно (не позднее, чем 1 день) извещает маркшейдерскую службу об окончании обуривания блока и дате его взрыва с целью производства съемки (при необходимости) обуренного блока и выполнение выкопировки из плана на обуренный блок.

2.8 Характеристика применяемых на карьере ВВ

Аммонит N 6ЖВ

Представляет собой бинарную смесь аммиачной селитры марки ЖВК с тротилом; плохо сыпучий, пылящий порошок желтого цвета, имеющий нулевой кислородный баланс, состоящий из 79% селитры и 21% тротила. При тщательном изготовлении и хорошей упаковке мало слеживается. Выпускается в патронированном виде и бумажных крафтцеллюлозных мешках.

Существенная зависимость детонационной способности от структуры вещества является специфической для аммонита. Так, слеживание в патронах приводит к резкому падению их детонационной способности, к полным или частичным отказам в скважинах, хотя в свежеизготовленном состоянии аммонит имел почти утроенный запас по критическому диаметру. Причина столь сильного влияния слеживаемости, не сопровождающегося заметным уплотнением вещества, точно не определена. Можно предположить, что она связана с падением газопроницаемости массы вещества из-за образования новых кристаллических мостиков, от чего зависит возможность распространения детонации по механизму взрывного горения с прониканием микроструй горячих продуктов взрыва в поры между частицами ВВ и поджигания их с поверхности.

Само по себе влияние слеживаемости на детонационную способность аммонитов привело к жесткой регламентации влажности продукта, способствующей слеживанию, и температуры его перед патронированием и укупоркой. Вводили в селитру стабилизирующие добавки (фуксина, амаранта). Стабилизирующее действие оказывают также соли жирных кислот, содержащиеся в водоустойчивой селитре марки ЖВК. Аммониты, изготовленные на этом сорте селитры, слеживаются в значительно меньшей мере, чем изготовленные на селитре без добавок. Установлено, что поверхностно-активные вещества повышают детонационную способность предохранительных аммонитов: критический диаметр уменьшается на 3 — 6 мм, возрастает скорость детонации.

В 40 — 60-х годах порошкообразные аммониты, выпускающиеся россыпью и в патронированном виде, составляли основную массу промышленных ВВ в нашей стране. Однако в связи с широким внедрением механизированных способов транспортирования ВВ к забоям и заряжания зарядных емкостей, увеличением диаметра скважин, а также в целях повышения экономичности взрывания горных пород в обводненных забоях без применения средств внешней гидроизоляции зарядов порошкообразные аммиачно-селитренные смеси стали заменяться гранулированными.

Для механизированного транспортирования и заряжания порошкообразные ВВ мало пригодны из-за пыления, слеживаемости и относительно высокой чувствительности к механическим воздействиям.

Аммонит непригоден также для заряжания россыпью обводненных скважин, даже если они содержат гидрофобные добавки. Они плохо тонут в воде и, кроме того, благодаря большой удельной поверхности сильно флегматизируются водой. Их практическая водоустойчивость сохраняется только у сформированных зарядов (патронов), вглубь которых вода трудно проникает из-за гидрофобных включений. Но применение патронированных ВВ для заряжания скважин большого диаметра значительно менее выгодно, чем, например, граммонитов методом свободной засыпки в скважину. По этим причинам в настоящее время аммониты преимущественно выпускаютя в патронированном виде и предназначены для тех видов взрывных работ, где невозможно или трудно оперировать с непатронированными гранулированными или суспензионными ВВ.

Характеристики:

Кислородный баланс, %…-0,53

Теплота взрыва, кДж / кг…4300

Объем газов, л / …895

Плотность, г / …1,0 — 1,2

Критический диаметр, мм…10 — 13

Работоспособность ВВ в свинцовой бомбе, …360 — 380

Бризантность, мм…14 — 16

Скорость детонации, км / с…3,6 — 4,8

Передача детонации между патронами, см:

Диаметром 36 — 37 мм…10 — 13

После выдержки в воде диаметром 36 — 37 мм…5 — 9

Чувствительность:

К удару, %…16 — 32

К трению с примесью 5% песка, Мпа…233,5

Таблица 1

2.9 Промежуточные детонаторы

Для возбуждения детонации ВВ на земной поверхности используют промежуточные детонаторы из прессованного тротила или смеси тротила с гексогеном. В зависимости от конструкции они или сами инициируются либо от детонирующего шнура, либо от капсюля-детонатора.

Промышленность выпускает три типа шашек, два из которых (Т-400Г и Т-500) имеют цилиндрическую форму и сквозной центральный канал, рассчитанный на пропускание через него четырех ниток детонирующего шнура, третий — Т-200 и Т-400 — прямоугольной формы с гнездом под капсюль-детонатор.

Шашки первых двух типов используются только в качестве промежуточных детонаторов, шашки третьего типа — также при сейсмических и других геологоразведочных работах. Все они обладают высокой степенью водоустойчивости. Наиболее высокой инициирующей способностью обладают шашки Т-500. Прессованные шашки из тротила снаружи покрыты слоем из гидроизолирующей мастики, литые шашки из состава Т обернуты парафинированной бумагой.

Шашки всех типов упаковывают в деревянные ящики, выложенные бумагой. Допускается также упаковка шашек в ящики из древесно-волокнистых плит или гофрированного картона. Гарантийный срок использования шашек всех типов 2 года со дня изготовления.

Свойства и размеры шашек приведены в таблице 2

Таблица 2

2.10 Конструкция зарядов

Предлагаемая конструкция заряда состоит из водоустойчивого ВВ типа игданит, размещенного на пыже из инертного материала (опилки). Инертный материал находится в контакте с несжимаемой средой (вода). Инициирование заряда промышленного ВВ осуществляется бескапсульным способом с помощью промежуточного детонатора, расположенного в нижней части заряда.

Высота столба воды — 2 м.,

Высота опилок до заряжания — 1,5 м,

После заряжания — 1 м.,

Высота заряда — 1,3 м.

2.11 Дробление негабарита

Дробление негабарита осуществляется механическим способом.

2.12 Основные технические требования к БВР

В зависимости от конкретных условий взрывания и требований техники безопасности, фактический вес заряда в скважинах, расположенных вдоль бровки уступа, а также в скважинах укороченной длины (результате обрушения пород, зависание ВВ и т. п.) допускается применять меньше проектного более чем на 5%. Интервал замедления округляется до ближайшего наминала по средствам, выпускаемым промышленностью. Скважины на уступе должны располагаться таким образом, чтобы при бурении расстояние от гусениц бурового станка до бровки уступа было не менее 3 м.

Фактическая линии сопротивления по подошве уступа для скважин первого ряда должна находиться в пределах:

W < W1 < (1,3 — 1,4) W,

где: W — нормативная величина ЛСП для скважин 2,3,4 и т. д. ряда

W1 — фактическая величина ЛСП для скважин 1-го ряда, если фактическая длинна ЛСП по 1-му ряду скважин: W1> (1,3 — 1,4) W, то должны приниматься со ответствующие меры, обеспечивающие эффективное и безопасное преодоление повышенных ЛСП без увеличения удельного расхода ВВ против установленного отраслевыми нормами БВР, а также при минимально необходимом расходе бурения.

Дробление скальных пород должно быть равномерным. Взрывание известняков I-ой и II-ой категории взрываемости должно быть безразвальным. Высота уступа по известнякам во всех случаях равна средней мощности пласта.

Негабаритами считаются кусок с размером по ребру 0.7 м, регламентируемый приемным отверстием бункера.

Откосы рабочих уступов не должны иметь резких неровностей и заколов. Количество взорванных известняков на уступе должно обеспечивать бесперебойную и высокопроизводительную работу экскаваторов.

Взорванной горной массой в забое не должны нарушаться ж/д пути, которые, как при верхней, так и при нижней погрузке, на время взрыва не убираются.

Перечисленные выше основные требования к БВР установлены в соответствии с Инструкцией по производству маркшейдерских замеров, контролю и приемке горных работ на предприятиях Министерства цветной металлургии, а также в соответствии с Отраслевыми нормативами БВР для карьеров горнодобывающих предприятий цветной металлургии.

3. Спецглава

3.1 Методика расчета ударной волны, распространяющейся при взрыве ВВ на столб воды

Методика предназначена для определения параметров одномерных ударных волн (плоских, цилиндрических, сферических), распространяющихся через систему твердых, жидких или газообразных сред. При этом могут быть заданны источники излучения ударной волны (УВ), например, взрыв заряда ВВ или параметры УВ, подходящей к границе раздела сред.

Процесс распространения УВ через систему промежуточных сред представляется состоящим из трех стадий, две последние стадии могут повторяться (в случае нескольких сред):

Создание с помощью заданного источника УВ с некоторыми начальными параметрами.

Переход УВ через границу раздела сред.

Затухание УВ по мере прохождения среды.

Для решения задачи необходимо знать:

параметры источника УВ (или начальные параметры УВ в первой среде);

физические свойства и геометрические характеристики последовательности промежуточных сред.

В результате решения задачи определяются параметры УВ (давление во фронте, массовая скорость, плотность вещества после прохождения УВ) для любого момента времени и в любой фиксированной точке среды.

Для расчета параметров УВ распространяющейся через систему различных сред, в частности, для определения воздействия на массив горных пород (ГП) первичной УВ, образующейся при детонации заряда ВВ (с учетом типа ВВ, его плотности, наличия оболочки и инертных промежутков между зарядом и стенкой зарядной полости) и определения параметров волны напряжения, распространяющейся в массиве, была разработана следующая математическая модель.

При взрыве заряда ВВ произвольной формы (цилиндрический, сферический, плоский) в какой-либо среде в последней образуется УВ, амплитуда которой определяется параметрами детонационной волны (скорость дето нации, давление в ДВ, плотность продуктов детонации), а также характеристиками среды, главным образом ее плотностью и сжимаемостью.

Параметры на фронте детонационной волны определяются известными соотношениями:

В упрощенной (одномерной) постановке задачи можно считать, что давление на фронте УВ цилиндрического заряда меняется только в радиальном направлении, в осевом — в каждом сечении зарядной полости давление одинаковое (т.к. предполагается, что детонация заряда происхо дит мгновенно).

Начальные параметры УВ, образующейся в граничащих с зарядом средам, которыми могут быть вода, оболочка заряда, горная порода или другое инертное вещество, определяются из решения системы уравнения, состоящей из уравнения ударной адиабаты сжатия материала среды в виде:

где

и одного из следующих уравнений:

если акустическая жесткость прилегающей среды меньше акустической жесткости состава ВВ, или уравнения:

если акустическая жесткость прилегающей среды больше акустической жесткости состава ВВ,

где

При взрыве заряда ВВ в воздухе реальная адиабата расширения ПД заменяется двумя адиабатами:

и параметры воздушной УВ определяются из решения системы уравнений:

Давление во фронте УВ, образующейся при взрыве заряда ВВ в воде, PB определяется через избыточное давление за фронтом УВ следующим образом:

где

При переходе УВ к границе раздела сред в зависимости от соотношения акустических жесткостей граничащих сред выполняются различные условия распространения УВ. Если акустическая жесткость предыдущей среды больше акустической жесткости следующей среды, то в первой среде будет распространяться волна разряжения, а в следующую среду преломленная УВ, давление во фронте которой определяется из решения уравнения

а массовая скорость за фронтом УВ определяется из уравнения ударной адиабаты сжатия материала второй среды в виде (2).

Если акустическая жесткость предыдущей среды меньше акустической жесткости следующей среды, то во вторую среду будет распространяться отраженная УВ, массовая скорость вещества за фронтом УВ определяется из выражения:

а давление во фронте этой УВ будет определяться из уравнения ударной адиабаты сжатия. Плотность вещества в каждой из сред после прохождения УВ определяется как

При распространении УВ через систему промежуточных сред происходит ее затухание. При этом давление во фронте УВ в зависимости от геометрии среды и ее упругих свойств определяется следующим образом

где

Затухание воздушной УВ определяется следующими соотношениями:

В момент времени t давление в окрестности фронта УВ в воде описывается выражениями:

В некоторых случаях для проведения численных расчетов требуется знание аналитических выражений ударных адиабат сжатие пористых и смесевых материалов сред, когда существенны как динамическая сжимаемость материала, так и его пористость. Очевидно, что затухание УВ в пористых материалах происходит быстрее, хотя влияние пористости сильно зависит от сжимаемости материала.

Для нахождения параметров во фронте УВ в пористом материале следует решать задачу о взаимодействии ударного фронта в каждом слое пористого образца с волнами разряжения от свободных границ слоя, однако прием, использованный в работе позволяет получить решение в более простой форме:

Ударная адиабата сжатия смесевого материала может быть построена в предположении, что при распространении УВ по этому материалу давление во всех компонентах выравнивается (Рi=Рсм=Р), а теплообмен между ними не происходит.

Основные соотношения для ударного сжатия смеси имеют вид:

Зная ударные адиабаты компонентов других сред в виде:

можно построить, используя (15), ударную адиабату смесевого ВВ.

По предложенному алгоритму определяются параметры УВ в системе промежуточных сред, соответствующей конструкции рассматриваемого заряда, а также параметры начальной УВ, передаваемой в массив.

3.2 Изменение конструкции заряда при расположении ВВ над столбом воды

В качестве источника УВ рассматривается детонационная волна, образующаяся в результате взрыва заряда ВВ. Системами промежуточных сред могут быть любые системы, например, «заряд ВВ — инертная среда — вода — горная порода», моделирующая переход УВ, образующейся при детонации заряда ВВ в скважине с водой, в горную породу.

В качестве несущей «пробки» (граница раздела заряд — вода) целесообразно использовать отходы обработки древесины в виде опилок или стружек.

Состояние материала пробки и ее несущей способности при контакте с водой определялось путем физического моделирования. В качестве модели скважины использовалась стеклянная труба диаметром, равным диаметру скважины, что соответствовало масштабу геометрического подобия Dскв / Dтр =1.

ВВ имитировала аммиачная селитра, насыпная плотность которой соответствовала насыпной плотности граммонита 79/21.

На первой стадии экспериментов исследовалось поведение самого материала несущей пробки при контакте с водой. Испытывались опилки, полученные при распиловке древесины дисковой пилой. Опилки обладают достаточно хорошей сыпучестью и при высыпании на столб воды образуют компактную пробку. Однако по истечении не большого промежутка времени (2−3 мин) нижний слой опилок начинает впитывать воду, происходит расслоение нижней части пробки и насыщение водой выше лежащих слоев за счет адсорбционных свойств опилок. В дальнейшем скорость адсорбционного процесса падает и наступает режим равновесия, при котором половина высоты пробки насыщена водой.

Стружечный материал был получен при обработке древесины электрическим рубанком. Стружечный материал менее плотный и при равных массах с опилочным материалом занимает объем приблизительно в два раза больший. При этом он обладает худшей сыпучестью и при засыпании в модельную скважину еще больше увеличивает объем пробки. При контакте с водой в стружечном материале также наблюдается явление адсорбции, однако этот процесс идет значительно медленнее и вскоре заканчивается, при этом водой насыщается до 0,25 высоты пробки, На следующей стадии экспериментов собственно несущая способность пробки. Для этого гранулированная аммиачная селитра засыпалась на пробку до тех пор, пока уровень воды вплотную не подходил к границе раздела ВВ-пробка. Результат оценивался по высоте столба, занимаемого аммиачной селитрой.

При использовании опилочного материала процесс выглядел следующим образом. Как уже говорилось, опилочный материал образует компактную пробку, поэтому при засыпании селитры пробка сразу же начала погружаться в воду с постоянной скоростью. Предельная величина столба селитры, удерживаемого пробкой составила примерно 0,7 м, при этом масса селитры равнялась 32 кг.

При использовании стружечного материала несущая пробка под тяжестью селитры вначале уплотнялась, а затем начинала погружаться в воду. В этом случае высота столба селитры при высоте пробки 1,5 м составила 1 м, а ее масса — 50 кг.

Такая масса заряда будет достаточна для заряжания обводненных скважин веневского горизонта при высоте уступа 6 м. Таким образом, можно сделать вывод, что при создании в скважине несущей пробки высотой 1,5 м, она будет обеспечивать удерживание расчетного скважинного заряда для средней высоты уступа веневского горизонта. При большей высоте уступа заряд следует рассредоточивать по принятой в «Типовом проекте «технологии.

При расчете по данной методике получен следующий результат сравнение параметров УВ с числом промежуточных сред 3 и 2 позволяют сделать вывод о целесообразности размещения заряда не водоустойчивого ВВ над столбом воды при разрушении данного типа пород.

Число промежуточных сред 2.

Параметры заряда ВВ: Граммонит 79/21

3.3 Описание рассматриваемого ВВ

Настоящим проектом предусмотрено рассмотреть ВВ игданит и возможность его применения на предприятии. Это ВВ представляет собой смесь 94 гранулированной аммиачной селитры и 6 солярового масла. Он предназначен для использования в сухих забоях или заряжания сухой части скважины при комбинированных зарядах.

В гранулированном состоянии игданит хорошо сыпуч, транспортабелен по пневмомагистралям, не пылит и мало электризуется, уплотняется при пневмозаряжании, вследствие чего удерживается в восстающих скважинах крупного диаметра. Игданит отличается от ВВ заводского производства простотой приготовления и низкой стоимостью. Это ВВ устойчиво детонирует от промежуточного детонатора. С увлажнением зарядов мощность промежуточного детонатора должна быть увеличена.

Благодаря низкой чувствительности к механическим, тепловым и электрическим воздействиям и простоте технологии игданит изготовляется на централизованных стационарных установках, размещенных на специальных площадках при базисных и расходных складах ВВ. Изготовленный на этих установках игданит доставляется к местам ведения взрывных работ зарядно-транспортными машинами.

Критические параметры детонации и взрывчатые характеристики игданита при диаметре заряда меньше предельного в сильной степени зависят от свойств гранул селитры, их пористости, впитывающей способности относительно дизельного топлива, удельной поверхности и др.

При содержании дизельного топлива более 6 у игданита резко снижается чувствительность к детонации и даже от мощного инициатора он не взрывается. При меньшем содержании солярового масла (2 — 3) смесь наиболее чувствительна и может детонировать от ЭД или КД.

Бризантность игданита возрастает с увеличением количества мелких фракций селитры, ее удельной поверхности. При изготовлении игданита на микропористой селитре критический диаметр снижается до 16 мм, скорость детонации составляет 2,8 км/c при диаметре 28 мм, 4,5 км / с — при диаметре 50 мм. Для игданита, изготовленного на непористых гранулах селитры, при применении в мягких грунтах и слабых породах рекомендуются скважинные заряды диаметром не менее 100 мм, в твердых породах — шпуровые и скважинные заряды диаметром не менее 30 мм. Физическую стабильность игданита на непористой селитре повышает введение в его состав поверхностно-активных и пористых веществ.

При увеличении содержания влаги в игданите детонационная способность его падает, увеличивается критический диаметр и минимальный инициирующий заряд. При содержании воды более 6% необходимо применять усиленные промежуточные заряды. В сухом состоянии надежно инициируется от взрыва патронов аммонитов, тротиловых шашек-детонаторов.

Игданиты безопасны в обращении, имеют низкую стоимость, удобны для механизированного заряжания.

Недостатками игданитов являются: возможность применения только в сухих скважинах, частичная потеря взрывчатых свойств при длительном заряжании (более 5 — 6 часов) из-за стекания солярового масла в нижнюю часть заряда с гладких гранул аммиачной селитры, флегматизация сердцевины шнура марки ДША соляровым маслом, разрушение оболочки ДШ, изготовленного из маслонеустойчивого полиэтилена, из-за чего происходят отказы, низкое качество дробления крепких крупноблочных пород, недостаточный запас энергии для дробления таких массивов.

Введение

в состав игданита аэросила (тонкодисперсная аморфная двуокись кремния) путем его предварительного смешивания с соляровым маслом в количестве 0,05 — 2 резко повышает удерживающую способность гранул и исключает стекание горючей добавки в течение 3 — 5 суток.

Игданит относится к ВВ с невысокими энергетическими параметрами и предназначен преимущественно для взрывания некрепких пород и средней крепости. Область его применения расширяется. С выпуском гранулированной пористой селитры, способной длительно удерживать соляровое масло, качество игданитов повысится, а область применения существенно расширится как на открытых, так и на подземных работах.

В настоящее время серийные детонирующие шнуры ДША и ДШЭ могут находиться в заряде игданита не более 3,5 — 5 м. При большем времени пребывания соляровое масло разрушает оболочку и флегматизирует взрывчатую сердцевину, особенно на сгибах и узлах, из-за чего происходят отказы. Для выпуска маслоустойчивых детонирующих шнуров заряжание и взрывание зарядов игданита должны выполняться в сжатые сроки, что усложняет технологию работ и ограничивает область его эффективного применения на карьерах.

За счет механизированного заряжания игданитов на крупных карьерах можно значительно уменьшить объем использования тротилосодержащих ВВ и снизить стоимость взрывных работ.

Характеристика игданита

Состав:

аммиачная селитра гранулированная 94

соляровое масло 6

Взрывчатые характеристики:

теплота взрыва, кДж/кг 3800

объем газов, л/кг 990

бризантность в стальном

кольце, мм 15 — 20

скорость детонации, км/с 2,2 — 2,7

насыпная плотность, г/ 0,85

кислородный баланс, +0,12

минимальный инициирующий

импульс (тротил), г 20 — 30

чувствительность:

к удару, % 0

к трению с примесью 5%

песка, Мпа (не менее) 300

3.4 Свойства компонентов игданита

3.4.1 Аммиачная селитра и ее свойства

Взрывчатые смеси на основе аммиачной селитры являются наиболее распространенными промышленными ВВ. Это объясняется доступностью самой селитры как исходного материала, широкой производственной базой ее изготовления, низкой стоимостью, а также сравнительной безопасностью переработки смесей на ее основе. Во взрывчатых смесях аммиачная селитра выполняет функцию окислителя, а горючим могут быть различные органические соединения, в том числе взрывчатые с отрицательным кислородным балансом, такие как тротил, динитронафталин и другие, а также металлические порошки алюминия.

Аммиачная селитра представляет собой белое кристаллическое вещество, получаемое воздействием аммиака с азотной кислотой по уравнению:

NH3 + HNO3 NH4NO3.

Выпускается в виде гранул, чешуек или кристаллов.

Аммиачная селитра ранее применялась в чистом виде как малочувствительное ВВ при массовых взрывах; теплота взрывчатого превращения селитры 1600 кДж / кг, работоспособность в свинцовой бомбе 165 — 230. Теплота образования — 355 кДж / моль, молекулярная масса — 80.

При взрыве селитра разлагается по уравнению

NH4NO3 = N2 + 2H2O + ½O2.

При недостаточном инициировании, а также при тепловом взрыве она может разлагаться и по другим уравнениям с меньшими тепловыми эффектами и с выделением токсичных оксидов азота, например по реакциям:

4 NH4NO3 = 3N2 + 2NO2 + 8H2O + 444 кДж

или 8 NH4NO3 = 2NO2 + 4NO + 5N2 + 16H2O + 572 кДж.

Этим, в частности, объясняется выделение оксидов азота при неполноценных взрывах ВВ на основе аммиачной селитры.

Гранулы аммиачной селитры, образующиеся при кристаллизации ее расплава, представляют собой капиллярно-пористое тело.

В зависимости от формы и размеров частиц насыпная плотность аммиачной селитры составляет 0,8 — 0,9 г /. В процессе хранения в условиях частого и резкого перепада температур происходит значительное увеличение ее объема, особенно при высокой влажности. Совершенно сухая аммиачная селитра даже при резких колебаниях температуры сохраняет свой первоначальный объем.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде, причем ее растворимость находится в сильной зависимости от температуры. Плотность насыщенных растворов аммиачной селитры также зависит от температуры.

Растворение селитры в воде сопровождается поглощением тепла и понижением температуры замерзания раствора. При растворении 6 частей селитры в 10 частях воды температура понижается примерно на 27С. Раствор, содержащий 50 г селитры на 100 г воды, замерзает при температуре около — 13С.

Безводная аммиачная селитра плавится при температуре 169,4С. При увлажнении температура плавления значительно снижается:

tкр = 169,4 — 13,2X,

где X — содержание влаги, %.

Термическое разложение селитры в присутствии продуктов разложения при низких температурах (около 180) и больших отношениях массы ыещества m к объему реакционного сосуда V имеет самоускоряющийся характер, а при высоких температурах (около 260) и малых отношениях m / V отвечает реакция первого порядка. Изменение характера термического разложения можно объяснить ускоряющим или активизирующим действием некоторых продуктов разложения, например азотной кислоты. С увеличением содержания кислых продуктов в жидкой фазе происходит ускорение термического разложения. Зависимость константы скорости разложения аммиачной селитры от температуры описывается выражением

Вычисленные по формуле значения констант для температур 225, 250 и 275С составляют соответственно .

Действие различных примесей на разложение селитры разнообразно: хлориды, хроматы и соединения кобальта действуют каталитически, карбамид и сульфаты проявляют ингибирующее действие, нитраты металлов, окись алюминия, двуокись кремния влияния не оказывают.

Вводимые в промышленные сорта гранулированной селитры добавки сульфата аммония примерно в 1,5 раза снижают скорость термического разложения селитры, а добавки доломита и фосфатов увеличивают скорость в 2 — 3 раза. Водоустойчивая селитра марки ЖВК, содержащая металлическую соль жирных кислот, по термической стабильности несколько уступает кристаллической.

Добавка к селитре веществ, которые могут разлагаться с выделением аммиака (например, карбамид или ацетамид), тормозит разложение. Обнаружено влияние на терморазложение селитры добавок других хлоридов.

Снижают термическую стойкость селитры органические вещества, такие как углеводы, крахмал, сахариды, глюкоза, а также материалы из целлюлозы — бумага, картон, древесина, обычно применяемые для укупорки аммиачной селитры. Из целлюлозных материалов, предназначенных для укупорки селитры, наиболее приемлема плотная бумага.

С селитрой легко взаимодействуют сера и сернистые соединения, сульфиды, азотная кислота и окислы азота, серная и фосфорная кислоты, многие металлы, особенно в виде тонкодисперсных порошков (цинк, медь и сплавы, кадмий, никель, магний, висмут) и некоторые соединения, в частности, соли меди, марганца, хрома. Особенно опасно присутствие в селитре нитритных солей.

Не взаимодействуют с селитрой и не снижают ее термической стойкости алюминий, железо, их окислы и соли.

При хранении больших масс селитры в определенных условиях может произойти самовозгорание с переходом во взрыв.

На основе теории стационарного теплового взрыва можно рассчитать критические массы селитры в зависимости от температуры и геометрической формы бурта, а также период индукции для различных критических масс. Такой расчет проведен на основе уравнения Франк-Каменецкого:

где кр — безразмерный параметр, зависящий от геометрии бурта селитры; Q — суммарный тепловой эффект реакции терморазложения; - насыпная плотность; A — предэкспоненциальный множитель; Е — эффективное значение энергии активации терморазложения нитрата аммония; R — универсальная газовая постоянная; T0 — начальная температура; r — характерный размер для бурта селитры; - теплопроводность селитры.