книги / Технология и безопасность взрывных работ
..pdfМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Г.Н. Немтин, В.В. Аникин, В.М. Мальцев
ТЕХНОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2021
1
УДК 622.235 (078) ББК 33.133
Н50
Рецензенты:
канд. техн. наук, зав. лабораторией природной и техногенной сейсмичности Д.Ю. Шулаков (Горный институт УрО РАН);
канд. техн. наук, доцент Е.А. Нестеров (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Немтин, Г.Н.
Н50 Технология и безопасность взрывных работ : учеб. пособие / Г.Н. Немтин, В.В. Аникин, В.М. Мальцев. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2021. – 399 с.
ISBN 978-5-398-02610-8
Даны общие сведения из теории и методические указания к проведению практических занятий по расчету и выбору оптимальных и безопасных параметров взрывных работ на земной поверхности в карьерах и разрезах, а также в подземных выработках рудников и угольных шахт.
Предназначено для курсового и дипломного проектирования для студентов вуза специальности 21.05.04 «Горное дело» специализации «Подземная разработка рудных месторождений», «Маркшейдерское дело», «Горные машины и оборудование», «Электрификация и автоматизация горного производства».
УДК 622.235 (078) ББК 33.133
ISBN 978-5-398-02610-8 |
ПНИПУ, 2021 |
2
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение................................................................................................ |
8 |
Список терминов............................................................................... |
11 |
1. Горные породы как объект разрушения................................... |
15 |
1.1. Свойства, влияющие на эффективность разрушения |
|
горных пород взрывом.............................................................. |
15 |
1.2. Классификации горных пород |
|
по горно-технологическим свойствам..................................... |
17 |
1.2.1. Классификациягорныхпородпокрепости........................ |
17 |
1.2.2. Классификациягорныхпородпобуримости..................... |
18 |
1.2.3. Классификациягорныхпородпо твердости...................... |
20 |
1.2.4. Классификациягорныхпородпоабразивности................ |
20 |
1.2.5. Классификациягорныхпородпо трещиноватости........... |
22 |
1.2.6. Классификациягорныхпородповзрываемости............... |
23 |
2. Бурение шпуров и скважин......................................................... |
26 |
2.1. Общие сведения........................................................................ |
26 |
2.2. Классификация способов бурения взрывных |
|
шпуров и скважин ..................................................................... |
27 |
2.2.1. Вращательныйспособбуренияшпуров.............................. |
29 |
2.2.2. Ударно-поворотныйспособбуренияшпуров.................... |
36 |
2.2.3. Шнековоебурениескважин.................................................. |
45 |
2.2.4. Бурениескважинстанками |
|
спогружнымипневмоударниками...................................... |
45 |
2.2.5. Шарошечноебурениескважин............................................. |
48 |
2.2.6. Термический(огневой) способбуренияскважин.............. |
51 |
2.3. Современные тенденции развития средств |
|
бурения шпуров и скважин....................................................... |
52 |
3. Основы теории взрыва и взрывчатых веществ...................... |
54 |
3.1. Исторические сведения о развитии взрывного дела ............. |
54 |
3.2. Понятие о взрыве и взрывчатом веществе. |
|
Основные свойства взрывчатых веществ................................ |
60 |
3.3. Взрывные реакции, кислородный баланс............................... |
61 |
3.4. Ядовитые газы взрыва.............................................................. |
63 |
3.5. Определение энергетических характеристик |
|
взрывчатых веществ и взрыва.................................................. |
69 |
3
3.5.1. Определениетеплотывзрыва............................................... |
70 |
3.5.2. Определениетемпературывзрыва....................................... |
73 |
3.5.3. Определениеобъемагазов, выделяющихся |
|
привзрыве............................................................................... |
75 |
3.5.4. Определениедавлениягазоввзрыва.................................... |
76 |
3.5.5. БалансэнергииВВпривзрыве............................................. |
77 |
3.6. Детонация взрывчатых веществ.............................................. |
80 |
3.6.1. Основытеориидетонации..................................................... |
80 |
3.6.2. Факторы, влияющиенадетонацию..................................... |
89 |
3.6.3. Скоростьраспространениядетонации................................ |
93 |
3.6.4. Передачадетонациинарасстояние...................................... |
96 |
3.7. Кумулятивный эффект............................................................. |
97 |
3.8. Характеристики и показатели взрыва..................................... |
98 |
3.8.1. РаботоспособностьВВ.......................................................... |
98 |
3.8.2. БризантностьВВ................................................................... |
102 |
3.8.3. ЧувствительностьВВ........................................................... |
104 |
3.9. Промышленные взрывчатые вещества................................. |
107 |
3.9.1. Свойстваирецептурапромышленных |
|
взрывчатыхвеществ............................................................. |
109 |
3.9.2. Взрывчатыехимическиесоединения................................ |
110 |
3.9.2.1. Инициирующиевзрывчатыевещества........................ |
113 |
3.9.2.2. Аммиачно-селитренныевзрывчатыевещества.......... |
114 |
3.9.2.3. Нитроэфирные (нитроглицериновые) |
|
взрывчатые вещества............................................................ |
116 |
3.9.3. Классификацияпромышленных |
|
взрывчатыхвеществ............................................................. |
118 |
4. Средства и способы инициирования зарядов |
|
взрывчатых веществ....................................................................... |
131 |
4.1. Классификация средств и способов инициирования |
|
(взрывания) зарядов взрывчатых веществ ............................ |
131 |
4.2. Огневоеинициирование зарядоввзрывчатыхвеществ............ |
132 |
4.2.1. Капсюль-детонатор.............................................................. |
133 |
4.2.2. Огнепроводныйшнур.......................................................... |
134 |
4.2.3. Зажигательнаятрубка.......................................................... |
136 |
4.2.4. Изготовлениепатрона-боевика........................................... |
137 |
4.2.5. Расчетпараметровогневогоспособа |
|
взрываниязарядов................................................................ |
138 |
4.3. Электрический способ инициирования зарядов ВВ............ |
141 |
4.3.1. Электродетонаторы.............................................................. |
142 |
4
4.3.2. Электровзрывныесетииихрасчет.................................... |
148 |
4.3.3. Источникитокадлявзрыванияэлектродетонаторов...... |
158 |
4.3.4. Измерительныеиконтрольныеприборы.......................... |
164 |
4.4. Электроогневое инициирование зарядов |
|
взрывчатых веществ................................................................ |
167 |
4.5. Инициирование зарядов взрывчатых веществ |
|
с помощью детонирующего шнура........................................ |
170 |
4.6. Неэлектрические системы инициирования |
|
зарядов взрывчатых веществ.................................................. |
181 |
4.7. Электронные системы инициирования |
|
зарядов взрывчатых веществ.................................................. |
190 |
5. Действие взрыва на окружающую среду |
|
при разрушении горных пород..................................................... |
192 |
5.1. Заряд взрывчатых веществ и их классификация ................. |
192 |
5.2. Общиепринципырасчетазарядоввзрывчатыхвеществ......... |
194 |
5.3. Способы оценки гранулометрического |
|
состава взорванной горной массы......................................... |
203 |
5.4. Опасные факторы взрыва, опасные зоны............................. |
205 |
5.4.1. Сейсмическоедействиевзрыва.......................................... |
206 |
5.4.1.1. Критериисейсмическоговоздействия |
|
взрываназданияисооружения.......................................... |
207 |
5.4.1.2. Сейсмическибезопасныерасстояния |
|
привзрывах............................................................................ |
210 |
5.4.2. Ударныевоздушныеволныотвзрывов............................ |
212 |
5.4.2.1. Критериибезопасноговоздействия |
|
ударнойвоздушнойволны.................................................. |
212 |
5.4.2.2. Безопасныерасстоянияподействию |
|
ударнойвоздушнойволны.................................................. |
215 |
5.4.3. Развалиразлеткусковпородыпривзрыве...................... |
219 |
5.4.4. Ядовитыегазывзрыва......................................................... |
221 |
6. Взрывы на земной поверхности................................................ |
224 |
6.1. Методы взрывных работ и условия их применения............ |
224 |
6.2. Метод шпуровых зарядов...................................................... |
225 |
6.3. Метод скважинных зарядов................................................... |
228 |
6.3.1. Общиесведения.................................................................... |
228 |
6.3.2. Расчетскважинныхзарядоврыхления.............................. |
237 |
6.3.3. Расчетскважинныхзарядоввыброса................................ |
241 |
6.3.4. Регулированиестепенидроблениягорныхпород........... |
243 |
5
6.3.5. Схемыинициированияскважинныхзарядов................... |
252 |
6.3.6. Отрицательныерезультатывзрывов |
|
скважинныхзарядов............................................................ |
257 |
6.4. Метод котловых зарядов........................................................ |
259 |
6.5. Метод камерных зарядов....................................................... |
262 |
6.6. Метод накладных зарядов...................................................... |
264 |
6.7. Контурное взрывание на карьерах........................................ |
265 |
6.8. Взрывные работы при добыче природного камня............... |
269 |
6.9. Отказы и их ликвидация........................................................ |
271 |
6.10. Массовый взрыв на поверхности........................................ |
277 |
7. Взрывы в подземных выработках............................................ |
282 |
7.1. Технологии проведения выработок с применением |
|
буровзрывных работ...................................................................... |
282 |
7.2. Расчет параметров буровзрывных работ.............................. |
283 |
7.2.1. Диаметриглубинаосновногокомплекташпуров........... |
283 |
7.2.2. Удельныйрасходвзрывчатыхвеществ............................. |
285 |
7.2.3. Типыврубов.......................................................................... |
287 |
7.2.4. Параметрышпуровиконструкциишпуровых |
|
зарядовприконтурномвзрывании.................................... |
295 |
7.2.5. Короткозамедленноевзрывание |
|
припроведениивыработок................................................. |
298 |
7.2.6. Забойкашпуровискважин................................................. |
299 |
7.2.7. Паспортбуровзрывныхработ............................................. |
302 |
7.3. Требования к взрывным работам в шахтах, |
|
опасных по газу, пыли, выбросам угля, |
|
породы и газа........................................................................... |
316 |
7.3.1. Общиеположениябезопасностиработ............................. |
316 |
7.3.2. Классификациягорныхвыработок |
|
попылегазовомуфактору................................................... |
322 |
7.3.3. Забойкашпуров, орошениеиосланцевание |
|
угольнойпыли...................................................................... |
323 |
7.4. Дополнительные требования при сотрясательном |
|
взрывании................................................................................. |
327 |
7.4.1. Вскрытиевыбросоопасныхпластов.................................. |
328 |
7.4.2. Проведениевыработокиведениеочистных |
|
работповыбросоопаснымугольнымпластам................. |
331 |
7.4.3. Проведениевыработокповыбросоопасным |
|
породам.................................................................................. |
332 |
7.5. Ведение взрывных работ в угольных пластах, |
|
опасных по горным ударам .................................................... |
336 |
6
7.6. Взрывные технологии при подземной отбойке |
|
угля и руды............................................................................... |
337 |
7.6.1. Взрывнаяотбойкауглявлавах........................................... |
337 |
7.6.2. Взрывноеобрушениекровлиугольныхпластов.............. |
340 |
7.6.3. Взрывныетехнологииподземнойдобычируды.............. |
341 |
7.7. Особенности выполнения взрывных работ |
|
в искусственно замороженных породах................................ |
346 |
7.8. Массовый взрыв в подземных выработках.......................... |
347 |
8. Особые виды взрывных работ.................................................. |
357 |
8.1. Взрывные работы при сейсморазведке................................. |
357 |
8.2. Торпедирование скважин....................................................... |
359 |
8.3. Обрушение неустойчивых частей массивов........................ |
365 |
8.4. Посадка насыпей на минеральное дно болот....................... |
366 |
8.5. Рыхление мерзлых грунтов.................................................... |
366 |
8.6. Обрушение (валки) зданий и сооружений............................ |
367 |
8.7. Обработка и разрушение металла......................................... |
367 |
8.8. Корчевка пней и тушение лесных пожаров.......................... |
370 |
8.9. Дноуглубительные работы .................................................... |
372 |
8.10. Взрывание льда в период ледохода..................................... |
373 |
9. Организация взрывных работ.................................................. |
375 |
9.1. Документы, необходимые организации, |
|
ведущей взрывные работы...................................................... |
375 |
9.2. Хранение взрывчатых материалов........................................ |
376 |
9.3. Прием, выдача и учет взрывчатых материалов ................... |
381 |
9.4. Доставка взрывчатых материалов к месту взрыва .............. |
383 |
9.5. Уничтожение взрывчатых материалов................................. |
386 |
10. Ответственность за нарушение правил |
|
безопасности при производстве взрывных работ...................... |
388 |
10.1. Персонал для ведения взрывных работ, |
|
его обязанности и ответственность........................................ |
388 |
10.2. Меры ответственности должностных лиц |
|
и персонала ВР......................................................................... |
389 |
10.3. Ответственность за правонарушения и преступления |
|
при производстве взрывных работ......................................... |
392 |
Список литературы......................................................................... |
395 |
7
ВВЕДЕНИЕ
При производстве горных работ буровзрывной способ является основным способом разрушения горных пород при отделении их от массива. При взрыве 1 кг взрывчатого вещества практически мгновенно (≈2·10–5 с) выделяется мощность в 70 млн кВт. Энергозатраты взрыва достигают 3 МДж/т, что на 3 порядка больше, чем у механических, электрических, термических способов разрушения или их комбинаций. Поэтому с помощью буровзрывных работ добывается около 70 % объема полезных ископаемых, проводится более 90 % выработок на горнорудных предприятиях страны. При этом трудоемкость буровзрывных работ (БВР) составляет 15–30 % общей трудоемкости горных работ.
Качество взрыва при добыче полезного ископаемого на поверхности характеризуется гранулометрическим составом взорванной горной массы. Степень и качество дробления горных пород регулируются параметрами взрывных работ. Взрывные работы во многом определяют эффективность других операций технологического процесса: погрузки, транспортирования, дальнейшей переработки.
Взрывные работы широко применяются не только в горном деле, но и в гидротехническом, мелиоративном, промышленном и городском строительстве, в лесном и сельском хозяйстве, в машиностроении, металлургии и многих других областях человеческой деятельности.
Учебное пособие разработано в соответствии с рабочей учебной программой по дисциплине «Технология и безопасность взрывных работ» по основным образовательным программам подготовкиспециалистовпоспециальности21.05.04 «Горноедело».
Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями нормативных документов «Правила безопасности при взрывных работах» [1], «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых» [2] и предназначено для курсового и дипломного проектирования для студентов
8
специализации «Подземная разработка рудных месторождений», «Маркшейдерское дело», «Горные машины и оборудование», «Электрификацияиавтоматизациягорного производства».
Впроцессе изучения данной дисциплины студент осваивает следующиекомпетенции:
– использование нормативных правовых и инструктивных документов в своей деятельности;
– готовность осуществлять техническое руководство горными и взрывными работами при эксплуатационной разведке, добыче твердых полезных ископаемых, строительстве и эксплуатации подземных объектов, непосредственно управлять процессами на производственных объектах;
– использование нормативных документов по безопасности
ипромышленной санитарии при проектировании, строительстве
иэксплуатации предприятий по эксплуатационной разведке, добыче и переработке твердых полезных ископаемых и подземных объектов;
– способность разрабатывать и доводить до исполнителей наряды и задания на выполнение горных, горно-строительных
ибуровзрывных работ; осуществлять контроль качества работ
иобеспечивать правильность выполнения их исполнителями; составлять графики работ и перспективные планы, инструкции, сметы, заявки на материалы и оборудование, заполнять необходимые отчетные документы в соответствии с установленными формами.
Врезультатеизучениядисциплиныобучающийсядолжен:
знать:
– технику и технологию безопасного ведения буровзрывных
работвгорнодобывающейпромышленности;
– виды взрывов, методы и организацию взрывных работ, их воздействие на массив горных пород и окружающую среду, способы взрывания и управления процессами взрывного разрушения горных пород;
9
–свойства взрывчатых материалов, средств инициирования
иправилабезопасногообращениясними;
–нормативную документацию, регламентирующую качественноеибезопасноеведениевзрывныхработ;
–нормативную документацию на проектирование взрывных работвпромышленности;
–основныевидыотчетнойдокументации;
–правила составления нарядов и заданий на выполнение взрывныхработ;
уметь:
–использовать нормативные документы по промышленной безопасности и охране труда при проектировании взрывных работ впромышленности;
–выполнять основные расчеты параметров буровзрывных работпридобычеполезныхископаемых;
–использовать нормативную документацию при проектированииипроизводствевзрывныхработ;
–заполнять необходимые отчетные документы в соответствиисустановленнымиформами;
владеть:
–отраслевыми правилами безопасности при проектировании
иведениивзрывныхработвпромышленности;
–навыками заполнения необходимых отчетных документов всоответствиисустановленнымиформами;
–методами обеспечения безопасности буровзрывных работ придобычетвердыхполезныхископаемых;
–методами контроля качества буровых, зарядочных и взрывныхработ.
10