Короткозамедленное взрывание

КОРОТКОЗАМЕДЛЕННОЕ ВЗРЫВАНИЕ — способ взрывания группы зарядов промышленных взрывчатых веществ в определённой последовательности через заданные промежутки времени, измеряемые обычно миллисекундами. Число и величина интервалов замедления зависят от цели и области использования взрыва (проведение выработок в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли, отбойка руды накарьерах или в подземных условиях и т.д.).
Впервые короткозамедленное взрывание осуществлено в CCCP инженером К. А. Берлиным в 1934. Промышленное применение за рубежом (США, Канада иВеликобритания) получило после 1945, в CCCP — после 1955.
Лучший эффект дробления пород при короткозамедленном взрывании объясняется интерференцией волн напряжений от взрывов соседних зарядов, образованием дополнительных границ раздела взрывами предыдущих зарядов (рис. 1), облегчающих действие взрыва последующих зарядов, соударением разлетающихся масс породы после взрывов зарядов.
Рациональный интервал короткозамедленного взрывания подбирается на основе опытных взрывов или расчётных формул. В шахтах, опасных по взрыву газа или пыли, подбираются такие суммарные интервалы замедления между врубовыми, отбойными и оконтуривающими шпурами, за которые содержание метана или угольной пыли в призабойной зоне не может достигнуть взрывоопасных концентраций (для угольных и смешанных забоев — до 135 мс, для породных забоев — до 195 мс). Рекомендуемые интервалы замедлений между группами зарядов для забоев подготовительных выработок и для скважинной подземной отбойки 15-50 мс, для массовых взрывов на карьерах 25-75 мс. С увеличением линии наименьшего сопротивления зарядов рациональный интервал замедления линейно растёт, с увеличениемплотности горных пород — снижается.
Для повышения интенсивности дробления крупноблочных массивов удлинённый заряд в скважине делят на 2 и более частей и каждую часть взрывают с интервалом замедления 15-25 мс по отношению к другой части. Максимальные скорости смещения пород в основаниях окружающих сооружений при массовых взрывах пропорциональны скорости смещения от 2/3 массы взрывчатых веществ в группе зарядов,взрываемых в серии мгновенно, независимо от числа серий, взрываемых с помощью средств короткозамедленного взрывания. Число интервалов замедлений при этом равно частному от деления общей массы взрывчатых веществ, проектируемой для взрыва, на 2/3 предельной массы взрывчатого вещества, которую можно взорвать мгновенно. При интервале замедления, превышающем время существования положительной фазысейсмической волны, число интервалов не ограничивают, при меньших интервалах замедления — число последовательно взрываемых серий ограничивают (до 5-6). Электрическое короткозамедленное взрывание осуществляется с помощью электродетонаторов короткозамедленного действия (ЭДКЗ), имеющих 30 ступеней замедления с интервалами 15 и 25 мс. Схемы электровзрывных сетей при короткозамедленном взрывании аналогичны применяемым для мгновенного и замедленного взрывания (последовательная, параллельная, смешанная), а последовательность взрывов зарядов определяется величиной замедления включённых в сеть ЭДКЗ. При взрывании с помощью детонирующего шнура (ДШ) замедления 15, 20, 35, 50, 70 мс получаются путём монтажа в разрывы сети пиротехнических замедлителей типа КЗДШ-69 (рис. 2).
При необходимости получения интервала замедления, отличного от номинального, допускается установка двух последовательно соединённых КЗДШ-69 с их обязательным дублированием.
Внедрение короткозамедленного взрывания на горных предприятиях позволило применять на карьерах многорядное взрывание скважинных зарядов и существенно увеличить объём массовых взрывов при возрастании интенсивности дробления пород и снижении сейсмического воздействия на окружающие сооружения; улучшить технико-экономические показатели работы бурового, погрузочного и транспортного оборудования; увеличить безопасность выполнения взрывных работ в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли, и темпы проведения подготовительных выработок.

41. МНОГОРЯДНОЕ ВЗРЫВАНИЕ — взрывание в заданной последовательности с определёнными интервалами замедления нескольких рядов (обычно двух и более) взрывных скважин или шпуров для дроблениямассивов горных пород. Используется для создания больших объёмов (200 тысяч м3 и более) взорванной горной массы и последующей бесперебойной высокопроизводительной работы погрузочного и транспортного оборудования при открытой и подземной разработках.

Особенно эффективно применение многорядного взрывания при широких рабочих площадках на уступах рудных карьеров, а также для предварительного ослабления угольного массива при открытой разработке с использованием роторных экскаваторов. При многорядном взрывании используются такие интервалы замедления между соседними зарядами или рядами зарядов, при которых взрывами предыдущих рядов образуются дополнительные открытые поверхности, облегчающие действие взрывов в последующих рядах. При применении специальных схем инициирования и взрывания зарядов, обеспечивающих различие скоростей движения различных участков разрушенного массива, происходит соударение значительных масс взорванной породы и её механическое доразрушение. При многорядном взрывании расчётный удельный расход взрывчатых веществ, как правило, больше (на 10-20%), чем при однорядном взрывании. Наихудшему дроблению при многорядном взрывании подвергаются участки массива, расположенные между первым рядом зарядов и открытой поверхностью массива. Для улучшения дробления этого участка, а также уменьшения ширины развала горной массы после взрыва у свободной поверхности массива оставляют определённый объём ранее взорванной горной массы — подпорную стенку (см. Буферное взрывание).
Скважины при многорядном взрывании располагают по квадратной или шахматной сетке. Расстояние между скважинами в ряду и между рядами скважин составляет 0,8-1,0 длины линии сопротивления по подошве (W). С увеличением блочности массивов многорядное взрывание ведётся при меньших значениях сопротивления по подошве и больших расстояниях между соседними скважинами (а). Многорядное взрывание обеспечивает интенсивное дробление трудновзрываемых крупноблочных массивов за счёт увеличения коэффициента сближения зарядов (m=а/W) от 2 до 4 и более. Это достигается при квадратной сетке расположения скважин (наиболее удобная сетка для обуривания массива) и диагональных схемах монтажа инициирующей сети. При этих схемах обычно применяется для первых серий замедлений треугольный или трапециевидный вруб. Для хорошо дробимых массивов используются порядные схемы с инициированием первого ряда от свободной поверхности массива. Для трудновзрываемых мелко- и среднеблочных массивов, а также для взрывания в траншеях применяются порядные схемы инициирования с врубовым рядом в середине взрываемого блока.

Недостаток этих схем — формирование высокого навала по линии расположения врубового ряда, что затрудняет работу экскаватора, особенно в зимнее время при смерзании взорванной массы. Для получения минимальной ширины развала породы при железнодорожной транспортировке горной массы применяют поперечные схемы инициирования, при которых взрываемые мгновенно ряды зарядов перпендикулярны открытой поверхности массива (фронту уступа). При значительнойтрещиноватости взрываемого массива эффективно использование П-образных или замкнутых схем, при которых вначале мгновенно взрывается оконтуривающий рядскважинных зарядов, за счёт чего происходит схлопывание раскрытых трещин, а затем взрываются в заданной последовательности заряды в диагональных рядах. Применяются также криволинейные (полукольцевые) схемы инициирования зарядов, при которых достигается высокий кумулятивный эффект механических разрушений массива.

42. ВТОРИЧНОЕ ДРОБЛЕНИЕ — разрушение негабаритов в горной массе при открытой или подземной разработке месторождений и строительстве. Производится; накарьерах — в экскаваторном забое или на перегрузочном пункте; на шахтах — непосредственно в очистном забое и в выработках горизонтов грохочения, скреперования или погрузки. При подземной разработке вторичное дробление разделяется обычно на две стадии: дробление крупных кусков и ликвидация зависаний руды в выпускных восстающих (дучках); разрушение негабаритов, прошедших через выпускные восстающие. При этом затраты на вторичное дробление доходят до 20-30% (отбойка шпурами) и до 50-100% (скважинами).

По виду энергии, подводимой к объекту разрушения, выделяют способы вторичного дробления; взрывные, механические, электрические, термические, гидравлические, акустические, оптические, радиационные, химические, комбинированные.

Взрывные способы (наиболее распространены) основаны на методах шпуровых и наружных зарядов. При вторичном дроблении первым методом диаметр шпуров обычно 36-42 мм. Удельный расход взрывчатых веществ 0,1-0,3 кг/м³ (на рудных шахтах до 0,4-0,8 кг/м³). Повышению эффективности вторичного дробления этим методом способствует заполнение шпуров водой — гидровзрывание (рис. 1).

При этом величина заряда принимается из расчёта 10-50 г на 1 м³ объёма негабаритного куска. Энергия взрыва переходит в ударную волну с небольшими потерями. Метательное действие взрыва выражено слабо. При использовании наружных зарядов удельный расход взрывчатых веществ возрастает, как правило, до 1,5-3 кг/м³ и может быть сокращён до 0,4-0,6 кг/м³ применением кумулятивных зарядов (рис. 2).

Использование в качестве забойки для наружного заряда полиэтиленовых пакетов с жидкостью (рис. 3) позволяет повысить кпд взрыва за счёт участия в процессе дробления отражённых ударных волн.

Производительность труда по разделке негабаритов в этом случае возрастает в 2 раза по сравнению с методом шпуровых зарядов. Дробление крупных кусков и ликвидация зависаний руды в выпускных выработках производятся фугасными зарядами обычно массой 2-10 кг. Применяют также стреляющие системы с дистанционным управлением, доставляющие заряды взрывчатых веществ к зависшей руде; в CCCPсозданы гранатомёты ДРС-130, ДРС-160, ДРС-200.

Основные достоинства взрывных способов вторичного дробления — универсальность, разрушение кусков практически любого размера. Основные недостатки — относительно высокие удельные затраты энергии (до 15•10⁶ Дж/м³), стоимость (до 0,8-1,2 руб/м³), особенно при дроблении кусков менее 0,8-1 м, специфические особенности взрывной технологии, нарушающие ритмичность производства.

Среди механических способов вторичного дробления выделяют разрушение кусков горной массы ударом, гравитационное разрушение. Первый способ реализуется прежде всего в дробилках, которые устанавливаются стационарно или на самоходных дробильных агрегатах (наиболее перспективный тип дробилок — роторные). Для разрушения крупных одиночных породных блоков целесообразно применение молотов различных конструкций (пневматических, гидравлических и др.). Разрушение осуществляют также подачей сжатого воздуха в шпуры, пробуренные в негабарите. Производительность пневматических молотов по породам средний крепости 30-40 м³/ч, себестоимость процесса разрушения 0,07-0,1 руб/т. Применение гидравлических молотов позволяет повысить производительность процесса разрушения до 80-100 м³/ч. Гравитационный способ вторичного дробления осуществляется падающим грузом (экскаваторные и крановые бутобои) либо под действием собственного веса падающего негабаритного куска. Отличается низкой удельной энергоёмкостью процесса разрушения (до 0,4•10⁶ Дж/м³); достаточно эффективен при породах средний крепости. Для разрушения негабаритов используют также гидроклины. Достоинства механических способов вторичного дробления — безопасность, низкая энергоёмкость, простота подвода энергии к объекту воздействия, возможность автоматизации процесса дробления.

Термический способ вторичного дробления основан на неравномерном расширении тел при концентрированном нагреве. Разрушение негабаритов осуществляется ручными термобурами с огнеструйными горелками ракетного типа и термитами. Для окисления жидкого горючего в ручных термобурах используется кислород или воздух. Применение термобуров ограничено; процесс разрушения отличается относительно высокой энергоёмкостью (до 7•10⁶ Дж/м³). Производительность ручного термобура с мощностью горелки 100 кВт (на карьерах Кривбасса) 10-15 м³/ч. Вторичное дробление термитом основано на воздействии на негабарит теплом, получаемым при сжигании термитного состава. Процесс разрушения протекает быстро, не даёт разлёта кусков и образования вредных газов (за исключением дробления негабаритов сернистых руд), однако требует дополнительного механического воздействия для полного разрушения негабаритов. Эффективность вторичного дробления термитом повышается с увеличением содержания в горных породах кварца.

Основой процесса разрушения пород при электрическом способе (контактном или бесконтактном) чаще всего служит тепловой, реже электрогидравлический эффект. Сущность последнего — разрядка батареи конденсаторов (напряжение до 100 кВ) на водный промежуток (рис. 4); порода разрушается под действием кавитации и ударных волн взрывного характера.

Электрический контактный способ, применяемый в карьерах, реализуется с помощью установок (типа 2УРН), основной узел которых — однофазный трансформатор мощностью 100 кВт (ток промышленной частоты). Негабаритный кусок, помещённый между двумя электродами (рис. 5), разрушается в результате теплового пробоя, нагрева и расширения токопроводящего канала в породах.

Метод отличается простотой, высокой безопасностью. Средняя энергоёмкость разрушения 20•10⁶ Дж/м³. Производительность при разрушении кварцитов с помощью установок 2УРН (Новокриворожский ГОК) 14 м³/ч. Себестоимость (карьеры Кривбасса) 0,3-0,5 руб/м³. Для разрушения полупроводящих горных пород (железистые кварциты и др.) более эффективен высокочастотный контактный способ (теплового пробоя). Между электродами происходит высокочастотный пробой (рис. 6) и в горных породах возникают термоупругие напряжения, приводящие к разрушению негабарита.

Для разрушения горных пород-диэлектриков (гранит, базальты и др.) применяется способ неравномерного диэлектрического нагрева (высокочастотный контактный способ). Электрический бесконтактный способ, т. е. ослабление пород электромагнитным полем конденсатора или соленоида, ввиду низкой производительности широко не применяется.

Развиваются процессы вторичного дробления, основанные на гидравлических способах разрушения (см. гидравлическое разрушение горных пород) и его комбинациях с другими способами. Акустические способы вторичного дробления основаны на разрушении пород колебаниями различной частоты, включая ультразвуковую область частотного спектра. Применение их эффективно главным образом в сочетании с механическими способами вторичного дробления. Процессы вторичного дробления, основанные на химических способах разрушения, отличаются малой производительностью; область их применения ограничена. Наметилась тенденция развития комбинированных способов (термомеханических, акустических, механических).

48. КОНТУРНОЕ ВЗРЫВАНИЕ — способ производствавзрывных работ, при котором достигается максимальное приближение фактического профиля выработок и выемок к проектному при сохранности сплошности массива горных пород. Применяется в горном деле при проведении выработок, а также в гидротехническом и транспортном строительстве при сооружении тоннелей, камер и выемок в скальных породах.
Различают предварительное и последующее контурное взрывание. При предварительном контурном взрывании вначале взрывают зарядывзрывчатых веществ в оконтуривающих шпурах (или скважинах), а затем в определенной последовательности (в зависимости от схемы взрывания) остальные, расположенные по всему сечению выработки (рис. 1).
При больших сечениях выработок или широких выемках заряды в оконтуривающих шпурах взрывают до бурения остальных шпуров. Образующаяся при этом по периметру выработки (выемки) щель предохраняет от нарушения сплошности окружающий массив при последующей отработке оконтуренного объёма. При последующем контурном взрывании заряды взрывчатых веществ в шпурах, расположенных по контуру, взрывают после взрыва врубовых и вспомогательных шпуров с замедлением не менее 25 мс (рис. 2).

При контурном взрывании коэффициент сближения шпуров (скважин) определяется по формуле:

К_сб=а/W,

где а — расстояние между оконтуривающими шпурами (м);

W — линия наименьшего сопротивления оконтуривающих шпуров или скважин (м).

Малый коэффициент сближения достигается при сохранении неизменной линии наименьшего сопротивления и уменьшении расстояния между оконтуривающими шпурами в 1,5-2 раза по сравнению с обычным взрыванием. Масса заряда в оконтуривающих шпурах в 2,5-4 раза меньше массы заряда в других шпурах за счёт применения патронов малого диаметра (в 1,2-2 раза меньше диаметра шпуров или скважин), создания воздушных промежутков по длине заряда, кольцевых воздушных зазоров, снижения плотности заряжания и т.п. Для снижения давления и уменьшения разрушения за пределами контура заряды малого диаметра располагают таким образом, чтобы они контактировали со стенкой скважины со стороны отбиваемого массива. Для зарядов в оконтуривающих шпурах (скважинах) используют низкобризантные взрывчатые вещества. Диаметр оконтуривающих скважин, как правило, не превышает 150 мм.

Применение контурного взрывания позволяет уменьшить объём переборов породы за проектным контуром, повысить устойчивость откосов уступов, выемок и горных выработок, снизить затраты на их поддержание и ремонт в процессе эксплуатации, уменьшить расход материалов при возведении крепи, а в достаточно устойчивых породах использовать более экономичную набрызг-бетонную крепь.