4.2. Взрывные работы
деле
Взрывчатыми называют вещества, способные взрываться под воздействием внешнего импульса.
Взрыв одиночного заряда в массиве. Процесс взрывного превращения ВВ происходит со сверхзвуковой скоростью и сопровождается возникновением так называемой детонационной волны сжатия. Температура за фронтом детонационной волны достигает 2000-5000 °С. Все ВВ переходят в состояние раскаленного сильно сжатого газа под давлением в тысячи мегапаскалей (МПа), так как при взрывном превращении выделяется почти мгновенно от 700 до 1000 л газов на каждый килограмм взрывчатки.
Детонационная волна. Дойдя до границы заряда с массивом, в нем мощную ударную волну, которая распространяется в породе со скоростью звука. Давление сжатия на фронте ударной волны намного выше предела прочности породы при сжатии, поэтому оно вызывает в ней интенсивное разрушение и возникновение зоны дробления (рис. 4.2).
Затем вследствие высокого давления газов во взрывной полости начинается ее расширение. Чем больше расширяется взрывная полость, тем сильнее растяжение породы на ее границе. Так как горные породы обладают прочностью на растяжение в 10-30 раз меньшей, чем на сжатие, в них появляются и растут радиальные трещины.
Ударная волна, расходясь от заряда в виде сферы, постепенно теряет энергию, и давление на ее фронте становится равным, а затем и меньше прочности породы на сжатие. Поэтому ее в дальнейшем рассматривают в качестве сейсмической волны вызывающей упругие колебания породы без ее разрушения.
Радиальные трещины выходят на поверхность при близком расположении к ней зарядов, поэтому порода дополнительно разрушается под действием отраженной волны растяжения давления сжатых взрывных газов. Если это давление имеет значительную величину, то газы могут выбросить разрушен™ породу из образованной радиальными трещинами взрывной воронки (взрыв выброса).
Взрыв серии зарядов. При одновременном взрывании нескольких зарядов ВВ и уменьшенном расстоянии между ними в наибольшей степени развиваются радиальные трещины по линии, проходящей через центры соседних зарядов. При этом взрывные полости соединяются и основная часть энергии взрывов затрачивается на откол и отброс породы по линии расположения зарядов, а меньшая - на дробление. Этот эффект используют при проведении горных выработок для получения достаточно гладкого и выдержанного их контура (контурное взрывание) При увеличенном расстоянии между зарядами они могут совместно работать на выброс отбитой породы, образуя сравнительно ровный забой, что обычно и используется при разработке месторождений твердых полезных ископаемых.
При одновременном взрывании значительного числа зарядов -могут возникнуть такие нежелательные явления, как разрушение под действием упругой сейсмической волны подземных выработок, зданий и сооружений на поверхности, воздушная ударная волна. Поэтому при большой суммарной массе одновременно взрываемого ВВ, как правило, взрывают заряды сериями с замедлением между ними в сотые или тысячные доли секунды. Такое взрывание называется короткозамедленным. При этом масса одновременно взрываемых зарядов уменьшается во столько раз, сколько взрывается серий зарядов.
Взрывчатые вещества. На подземных рудниках, разрабатывающих металлические руды, используют главным образом непредохранительные ВВ. Их выпускают в виде бумажных патронов красного цвета (патронированные ВВ) или порошков и гранул (зерен диаметром 1—3 мм), расфасованных в неокрашенные бумажные мешки с красной полосой. На некоторых рудниках, опасных по газу, сульфидной или серной пыли, применяют предохранительные ВВ III класса (патроны синего или зеленого цвета).
Патронированные ВВ используют в основном для шпуровой отбойки при проведении выработок, в забоях небольших размеров и при малых объемах разовой отбойки.
Из патронированных ВВ на подземных рудниках наиболее широко применяют аммонит № 6ЖВ и аммоналы на основе аммиачной селитры.
Из гранулированных ВВ на металлических рудниках наиболее широкое применение для механизированного заряжания нашли граммонит 79/21 — смесь гранулированной аммиачной селитры с чешуйчатым тротилом, а также простейшие гранулиты — гранулы селитры, омасленные минеральным маслом, повышающим степень их слипания в заряде.
Средства и способы взрывания зарядов. Для возбуждения (инициирования) взрыва заряда промышленных ВВ применяют а различные способы: огневое, электрическое инициирование, е инициирование с использованием детонирующего шнура.
Рис. 4.3. Схемы капсюля-детонатора (я), электродетонатора мговенного действия (б) и электродетонатора короткоэамедленного или замедленного действия (в):
1 и 2 — соответственно вторичный и первичный инициирующие заряды; 3— электровоспламенитель; 4 — пробка; 5 — провода; б — замедляющий состав
Огневое инициирование применяют на рудниках, не опасных по взрыву газа и пыли, при взрывании небольшого числа зарядов и возможности быстрого и беспрепятственного ухода взрывника в безопасное место. Средствами огневого инициирования являются капсюли-детонаторы, огнепроводный шнур и средства зажигания огнепроводного шнура (тлеющий фитиль, зажигательные патрончики или электрозажигатели). Капсюль-детонатор — металлическая гильза с чувствительным ВВ, поэтому необходимо осторожное обращение с ним (рис. 4.3). Огнепроводный шнур типа ОШ содержит гороховый заряд в асфальтированной или пластиковой оболочке и горит со скоростью 1 см/с.
Электрическое инициирование применяют при большом числе взрываемых зарядов и осуществляют дистанционно, с безопасного расстояния. Средствами электрического взрывания являются электродетонаторы мгновенного или короткозамед-ленного действия (серии ЭД и ЭДКЗ), провода, источники тока и контрольно-измерительная аппаратура. Электродетонатор — капсюль-детонатор с закрепленным в нем электровоспламенителем. В короткозамедленные электродетонаторы между электровоспламенителем и инициирующим зарядом вводят замедлитель — столбик твердого горючего состава (см. рис. 4.3). Источниками тока служат конденсаторные взрывные машинки.
Взрывание с использованием детонирующего шнура типа ДШ осуществляется легче, чем электрическое, однако его можно применять только на рудниках, не опасных по взрыву газа или пыли. Детонирующий шнур служит для передачи детонации от инициирующего капсюля-детонатора или электродетонатора к заряду ВВ, а также от одного заряда к другому. Скорость детонации по шнуру составляет более 6500 м/с. Для создания необходимых замедлений между взрывами зарядов с использованием ДШ используют пиротехнические замедлители КЗДШ с десятью ступенями замедления от 0,01 до 0,2 с (или от 10 до 200 мс).
Конструкция заряда. Заряд, помещаемый в шпур или скважину, состоит из основного заряда, патрона-боевика и забойки. Патрон-боевик необходим для надежной детонации всего заряда. При огневом и электрическом взрывании он представляет собой патрон ВВ с вставленным в него капсюлем-детонатором, взрывающимся от огнепроводного шнура, или электродетонатором. При взрывании посредством детонирующего шнура, которое применяют, как правило, при размещении ВВ в скважинах, патрон-боевик представляет собой несколько патронов ВВ, обвязанных детонирующим шнуром. При этом капсюли-детонаторы или электродетонаторы служат только для инициирования взрыва самого детонирующего шнура и не входят в патрон-боевик. Забойку применяют при запечатывании устья шпура или скважины для увеличения эффективности воздействия взрыва на массив. В качестве забойки в шпурах используют мелкую песчано-глинистую смесь и песок, в скважинах — буровую мелочь, мелкую породу и воду, заключенную в пластиковые мешки.
Механизация заряжания. Как уже отмечалось, на рудниках, разрабатывающих металлические руды, шпуры обычно заряжают вручную патронированными ВВ при малых объемах отбойки.
Механизированное заряжание шпуров и скважин повышает производительность труда взрывников в несколько раз. На многих рудниках применяют комплексную механизацию взрывных работ, начиная со складирования ВВ на поверхности и кончая доставкой ВВ к забою и размещением его в шпурах или скважинах.
Наиболее распространено механизированное заряжание гранулированными ВВ. Применяемые зарядные установки могут быть переносными, передвижными или самоходными. Они осуществляют зарядку с использованием сжатого воздуха.
Основы техники безопасности при производстве взрывных работ. К производству взрывных работ на подземных рудниках допускают лиц не моложе 20 лет, имеющих среднее образование, стаж подземной работы не менее двух лет, сдавив» экзамены и получивших "Единую книжку взрывника". Поел, получения "Единой книжки взрывника" каждый должен обязательно пройти месячную стажировку под руководство», опытного взрывника.
Рабочие, привлекаемые к взрывным работам, должны быть под расписку проинструктированы о безопасных методах работ.
Все взрывчатые материалы (ВВ и средства взрывания) размещают на охраняемых складах. С заводов-изготовителей ВВ поступает на базисный склад, расположенный на поверхности и вмещающий 40—240 т ВВ. С базисного склада ВВ поступает на подземный расходный склад, где выдается взрывникам Вместимость расходного склада не должна превышать недельной потребности в ВВ и двухнедельной в средствах взрывания (детонаторах, ОШ, ДШ). Подземный склад состоит из камер-ячеек, в каждой из которых разрешено хранить не более 400 кг ВВ и 15 тыс. детонаторов. Расстояние от расходного склада до выработок околоствольного двора должно быть не менее 60—100 м, а от ячеек склада до ближайшей выработки, по которой передвигаются люди, — не менее 20—25 м. Склад дол] жен иметь два выхода.
Выдача ВВ с расходного склада производится по наряду путевке взрывниками, о чем делается запись в прошнурованной книге учета выдачи и возврата взрывчатых материалов. Пера возка больших количеств ВВ с расходного склада на участок где готовится взрыв, осуществляется в специальных вагонах-контейнерах вместимостью до 3 м3 или в зарядно - доставочных установках, которые используются и для заряжания скважин.
При небольшой потребности во взрывчатых материалах их переносят к месту производства работ вручную в заводских упаковке или в сумках. Взрывник или его помощник в cooтветствии с установленными нормами может переносить в сумке до 20 кг ВВ, а при удобном пути движения - до 40 кг в заводской упаковке. Если доставляют вместе ВВ и средства взрывания, то допускается переноска одним человеком не более 10 кг ВВ. Патроны-боевики переносят только взрывники.
Взрывные работы производят в соответствии с проектом. Перед заряжанием шпуров или скважин выставляют посты границе опасной зоны на всех путях, ведущих к месту взрыва. К охране опасной зоны привлекают специально проинструктированных рабочих. При подаче первого предупредительного звукового сигнала (один длинный) все, кто не занят заряжанием, должны покинуть опасную зону. Когда заряжание закончено, на месте взрыва остаются только взрывники, осуществляющие монтаж взрывной сети (электрический или из ДШ). По второму, боевому сигналу (два длинных) производится взрыв. После проветривания взрывники осматривают забой и, если есть отказы (невзорвавшиеся заряды), ликвидируют их повторным взрыванием. После этого подается третий сигнал — отбой (три коротких).
Вопросы для проверки
Зачем необходимо короткозамедленное взрывание серии зарядов? Чем оно выгоднее одновременного взрывания?
Какие взрывчатые вещества наиболее распространены на подземных рудниках?
Условия применения огневого, электрического взрывании и взрывании с использованием детонирующего шнура?
Какова конструкция заряда в шпуре или скважине?
Основные меры безопасности при взрывных работах.