4. Руйнування порід при короткоуповільненому підриванні зарядів

До 1958 р. у Донбасі й інших басейнах вибухові роботи у вугільних шахтах, небезпечних щодо газу чи пилу, велися лише миттєвими електродетонаторами. При цьому застосовувалося одноприйомне підривання, коли весь вибійний комплект шпурових зарядів вибухає від одного електричного імпульсу (за один прийом). Це є найпростіший і безпечний вид підривання.

Однак метод підривання всіх шпурових зарядів за один прийом при використанні тільки електродетонаторів миттєвої дії не виправдав себе на практиці. Ефективність його підривання дуже низька, а ймовірність пошкодження кріплення гірничих виробок висока. До того ж електродетонатори миттєвої дії, що засто-совувалися на той час, мали великий розкид у часі спрацьовування, що досягав у ряді випадків 100 мс і більше, а також низьку ініціюючу здатність, не забезпечуючи нормальної детонації зарядів ВР. Це, насамперед, призводило до некерованої послідовності підривання окремих шпурових зарядів у вибої виробки зі значними тимчасовими уповільненнями і до відказів.

Тому було поширено багатоприйомне підривання, коли вибійний комплект шпурових зарядів вибухає за два чи кілька прийомів, що створювало небезпеку займання метану і вугільного пилу. Головна причина небезпеки полягала в тому, що вимоги ЄПБ щодо порядку заряджання шпурів і підривання зарядів нерідко порушувалися. Вимогами ЄПБ допускається заряджати таку кількість шпурів, заряди в яких будуть підірвані за один прийом і з розрахунком, щоб між черговими підриваннями було забезпечено провітрювання, замірювання газу, збирання відбитого вугілля і ряд інших заходів. Оскільки на виконання цих операцій потрібен час і додаткові матеріальні витрати, іноді, порушуючи вимоги правил і зневажаючи небезпекою, підривник і особа, відповідальна за організацію підривних робіт, у ряді випадків небезпечно спрощували: заряджали пробурені шпури, а шпурові заряди підривали по черзі: спочатку врубові, а потім відбійні, до того ж через проміжки часу, яких було недостатньо для провітрювання, а концентрацію газу між черговими підриваннями заміряли не завжди. У цих умовах огляд вибою після попереднього підривання не міг бути досить ретельним. Мали місце випадки оголення заряду чи частин зарядів у шпурах вибухами попередніх шпурових зарядів ВР. Таке спрощення в окремих випадках було причиною спалахування газу чи пилу, тому що оголений заряд вибухав у загазованому середовищі при великому утворенні вугільного пилу.

Крім того, багатоприйомна технологія підривання призводила до значних втрат часу, а темпи проведення виробок були низькі (25...35 м на місяць). Резервів щодо збільшення швидкості прак-тично не було. Тому належало розробити для шахт, небезпечних щодо газу чи пилу, такий спосіб підривання, який за простотою і безпекою не поступався б одноприйомному підриванню, а за ефективністю руйнування порід наближався б до багаторазового підривання.

У 1952-1953 рр. на підставі результатів фотореєстрації з використанням швидкісної кінозйомки процесів і осцилогра-фування явищ вибуху в масиві, а також результатів натурних експериментів за впливом різних факторів на ефективність і безпеку руйнування гірських порід вибухом був розроблений спосіб підривання, який одержав назву короткоуповільненого чи мілі-секундного підривання.

Короткоуповільнене підривання (КУП) – одноприйомне послі-довне підривання окремих зарядів чи окремих груп зарядів із заздалегідь заданими мілісекундними проміжками часу (рис. 5.6).

Рис. 5.6 – Принципова схема руйнування гірських порід при короткоуповільненому підриванні: I, II, III, IV – послідовність підривання шпурових зарядів ВР

Мілісекундні інтервали між вибухами – найважливіший чинник забезпечення безпечної у відношенні спалахування метану і вугільного пилу роботи всіх зарядів, що вибухають у вибої, а також принциповою відмінністю цього методу від багаторазового підривання.

При КУП руйнування масиву зарядами першої черги аналогічно руйнуванню вибухом одиночного заряду. У результаті вибуху призма викиду виявляється роздробленою, а під дією залишкового тиску газоподібних продуктів відбувається її зрушення.

Масив у цей період знаходиться в напруженому стані. Коли вибухають заряди другої і наступної черги з малими інтервалами уповільнення, у масиві виникає складна картина інтерференції хвиль напруг (прямих і відбитих від вибуху наступних зарядів). Час перебування ділянки масиву в напруженому стані збільшується. Знижується сейсмічна дія вибуху на навколишні споруди в резуль-таті одночасного вибуху меншої кількості зарядів, зменшується утворення тріщин у законтурному масиві. Відбувається взаємодія вибухів зарядів суміжних серій.

Таким чином, отриманий ефект визначається наступними факторами:

- інтерференцією хвиль напруг від сусідніх зарядів;

- утворенням додаткових відкритих поверхонь;

- зіткненням шматків, що розлітаються, під час вибуху сусідніх зарядів.

Якщо інтервали малі, має місце інтерференція хвиль напруг, середні – утворення додаткових відкритих поверхонь, великі – також зіткнення шматків. Перелічені фактори варто розглядати як складові елементи єдиного процесу взаємодії зарядів при КУП.

Інтерференція хвиль напруг відбувається в тому випадку, коли напрямок зміщення часток від попереднього і наступного вибухів збігаються. При цьому збільшуються сумарні зміщення, напруги й інтенсивність руйнування масиву.

У результаті досліджень, проведених МакНДІ, був установлений час початку зрушення масиву після вибуху: для піщаників 4,3...10 мс при одній відкритій поверхні, 0,4...12 мс при двох відкритих поверхнях; для глинистих сланців відповідно – 6...87 і 3...27 мс; для вугілля при одній відкритій поверхні – 9...23 мс.

Хвилеві процеси в масиві після вибуху заряду масою 0,6...0,9 кг завершуються в середньому за 4...6 мс. Швидкість розльоту порід переднього фронту становить 60...70 м/с, а при наступних – 3...6 м/с.

Додаткові відкриті поверхні при вибуху попередніх серій зарядів забезпечують утворення в масиві додаткових відбитих хвиль роз-тягнення від вибуху наступних серій. Це збільшує ефект руй-нування, послаблює масив і полегшує його остаточне руйнування тиском газів вибуху. У бік відкритих поверхонь відбувається зру-шення породи. Шматки породи під час вибуху співударяються внаслідок того, що різні ділянки масиву мають різні швидкості і напрямки руху.