13 Методы взрывных работ.

126. Понятие заряда ВВ. Классификация и конструкция зарядов. Прямое и обратное инициирование зарядов.

Заряд - определенное количество ВВ, подготовленное к взрыву.

В зависимости от условий и методов ведения взрывных работ применяемые заряды ВВ классифицируют по форме, построению, способу размещения во взрываемом массиве.

• В зависимости от размещения ВВ относительно взрываемого массива заряды разделяются на наружные – расположенные на разрушаемом массиве, и внутренние – помещенные в специальных полостях – скважинах, шпурах горных выработках, внутри разрушаемого массива.

• По форме заряды разделяют на сосредоточенные и удлиненные. К сосредоточенным относятся заряды у которых отношение ширины к высоте, составляет не более 1:4. удлиненными или колонковыми называют заряды у которых длина больше четырех диаметров или поперечников.

• По конструкции, построению заряды разделяют на сплошные и рассредоточенные. К сплошным (непрерывным) относятся заряды, в которых масса ВВ не разделена промежутками на отдельные части. Рассредоточенными считают заряды, отдельные части которых разделены между собой воздушными промежутками или инертными материалами.

• По характеру действия: заряд комуфлета, действие которого не распространяется на поверхность; заряд рыхления - сопровождается разрушением целостности горных пород и некоторым их перемещением (развалом), но без образования видимой воронки взрыва; заряд выброса сопровождается разрушением горных пород и их выбросом за пределы воронки взрыва.

Под конструкцией заряда понимают: форму и расположение заряда ВВ в зарядной камере; место расположения инициатора в заряде; величину и качество забойки.

Для инициирования зарядов ВВ применяют промежуточные детонаторы из шашек или из патронированного ВВ, чаще аммонита №6ЖВ, присоединенных к детонирующему шнуру, либо шашки-детонаторы, или патроны боевики снаряженные капсюль-детонаторами (электродетоторами). В зависимости от расположения промежуточного детонатора (патрона-боевика) в сплошном заряде различают: прямое инициирование - детонатор располагается со стороны устья шпура (скважины), и обратное инициирование - детонатор располагается со стороны забоя шпура (скважины). Прямое инициирование вертикальных и наклонных скважинных зарядов ещё именуется верхним, а обратное нижним. При прямом или обратном инициировании заряда, кумулятивная выемка детонатора всегда должна быть направлена в сторону расположения заряда. Для инициирования рассредоточенных зарядов ВВ детонатор размещается в каждой части заряда.

Прямое инициирование зарядов, более удобно и безопасно при заряжании, но характеризуется худшим дроблением горных пород и большим количеством отказов при разновременном взрывании нескольких зарядов. Прямое инициирование зарядов применяется в случае механизированного заряжания шпуров и скважин и при мгновенном взрывании.

Обратное инициирование зарядов обеспечивает более продолжительное воздействие взрывных газов на взрываемый массив, характеризуется меньшим числом подбоев зарядов ранее произведенными взрывами, но более опасно при механизированном заряжании.

127. Методы взрывных работ применяемые при разрушении горных пород.

Дробление скальных пород при их разработке производится с помощью взрыва зарядов взрывчатых веществ, размещенных в скважинах, шпурах или камерах. Методы взрывных работ классифицируют в основном по названию выработок, предназначенных для размещения зарядов ВВ. В подземных условиях для взрывных работ применяют методы: шпуровых зарядов, скважинных зарядов, котловых зарядов, камерных и малокамерных зарядов, наружных (накладных) зарядов.

Шпур - искусственное цилиндрическое углубление выработка в горной породе, диаметром до 75мм и глубине менее 5м, пробуренное как правило бурильными молотками – перфораторами, или сверлами.

Скважина – искусственное цилиндрическое углубление выработка в горной породе, диаметром более 75мм и глубине более 5м, пробуренное как правило буровыми станками.

Котел – искуственное уширение участка скважины, создаваемое чаще взрывным способом или механическим способом, для размещения увеличенного сосредоточенного заряда взрывчатых веществ.

Камера – подземная горная выработка для размещения ВМ.

Наиболее широко метод шпуровых зарядов применяют при проведении подземных выработок, дроблении негабаритных кусков породы и добыче штучного камня. Применение метода шпуровых зарядов позволяет получить лучшее дробление скальных грунтов за счет более равномерного распределения ВВ во взрываемом массиве. Простота метода дает возможность более оперативно организовать буровзрывные работы в различных горно-геологических условиях. Недостаток метода - большие трудозатраты на бурение и взрывание.

Метод скважинных зарядов, является основным для отбойки горной массы при очистной выемке, а также используется при проведении стволов и восстающих выработок. В зависимости от условий взрывания применяют вертикальные, наклонные, горизонтальные или восходящие скважины диаметром 75—400мм. При использовании метода скважинных зарядов создается возможность более качественного разрыхления больших объемов скальных грунтов с меньшими трудовыми затратами, что способствует увеличению производительности труда и внедрению комплексной механизации разработки скальных грунтов.

Метод котловых зарядов применяют в основном на открытых работах и реже в подземных условиях, так как многократное простреливание основания шпуров и скважин приводит к загазовыванию подземных выработок и необходимости проветривания рабочего пространства после каждого взрыва. Применение метода котловых зарядов позволяет значительно сократить объем работ по бурению скважин и шпуров и резко уменьшить сроки проведения подготовительных выработок по сравнению с теми же показателями при методе камерных зарядов. К недостаткам метода относят ограниченный перечень пород, в которых при прострелке образуется полость, а также трудность замера конфигурации и объема котлов.

Метод камерных зарядов предусматривает размещение в массиве (в специальных камерах) сосредоточенных зарядов массой от нескольких десятков до сотен тонн. Он используется при массовых взрывах на выброс и сброс (в гористых условиях), для образования траншей, котлованов, плотин и т. п.

Метод малокамерных зарядов (рукавов) заключается во взрывании зарядов, помещенных в горизонтальных или пологие выработки – рукава, сечением до 0,5х0,5м. Его применяют при относительно небольшом объеме взрывных работ в условиях, где использование других методов затруднено.

Метод наружных, (накладных) зарядов применяют для дробления негабаритных кусков породы. Преимущество этого метода - простота исполнения и отсутствие буровых работ. Недостатки метода - значительное увеличение расхода ВВ по сравнению с расходом его при методе шпуровых зарядов; увеличение радиуса действия воздушной ударной волны и зоны, опасной по разлету кусков скального грунта; увеличение загазованности подземных выработок. Метод наружных зарядов следует применять только в исключительных случаях, когда отсутствуют средства бурения, или в местах, труднодоступных для производства буровых работ.

128. Метод скважинных зарядов. Достоинства и недостатки скважинной отбойки.

Метод скважинных зарядов предусматривает размещение зарядов ВВ в вертикальных, наклонных, горизонтальных скважинах диаметром 75 – 400 мм и глубиной до 30 – 50м. По классификации зарядов, скважинные, как и шпуровые, заряды являются внутренними, удлиненными, сплошными или рассредоточенными зарядами. Скважины бурят станками. При скважинной отбойке создаются условия эффективного использования высокопроизводительной бу­ровой техники, погрузочных машин и транспортных средств, что позволяет повысить эффективность взрывных работ, уменьшить стоимость 1 т добываемой руды за счет снижения удельной трудо­емкости работ и удельных затрат материалов.

Способ взрывания скважинных зарядов: детонирующим шнуров, СИНВ, реже электрический. В целях безопасности для механизированной зарядки скважин применяются промышленные взрывчатые вещества с низкой чувствительностью. Для инициирования скважинных зарядов используются ограниченные по массе (0,2-3,0кг) заряды более чувствительных ВВ (патроны аммонита №6ЖВ) и шашки-детонаторы, называемыми промежуточными детонаторами. Патрон аммонита с помещенным в него капсюль-детонатором именуются патроном-боевиком.

Для инициирования скважинных зарядов применяют верхнее (прямое) или нижнее (обратное) расположение промежуточных детонаторов. В скважинах с длиной заряда 10-15м и более применяется встречное - верхнее и нижнее инициирование. При использовании низкоскоростных ПВВ (гранулитов) с длиной заряда более15м рекомендуется многоточечное инициирование зарядов, представляющее гирлянду шашек-детонаторов закрепленных на ДШ с интервалом 2-3м.

129. Метод шпуровых зарядов. Достоинства и недостатки шпуровой отбойки. КИШ.

Метод шпуровых зарядов состоит во взрывании зарядов ВВ, размещенных в искуственных цилиндрических углублениях (шпурах) диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м. Метод шпуровых зарядов, как правило, применяют: при проведении подземных горных выработок; при подземной разработке богатых и маломощных руд; при выборочной отработке, когда не допускается смешивание полезного ископаемого и породы; при рыхлении крепких углей; на открытых горных разработках при дроблении крупных кусков горных пород, при добыче штучного камня; на строительстве при проходке небольших выемок - котлованов, траншей, канав и планировочных работах; при дроблении фундаментов и бетонных сооружений, валке дымовых труб и т.п. По классификации зарядов, шпуровые заряды относятся к внутренним, удлиненным, сплошным реже рассредоточенным зарядам. Шпуры, как правило бурят ручными или установленными на стреловых манипуляторах буровых кареток электрическими сверлами и пневматическими и гидравлическими бурильными молотками (перфораторами). На практике чаще всего бурятся шпуры коронками с первоначальным диаметром 40, 43 и 46 мм, в процессе бурения коронки изнашиваются и шпуры получаются несколько меньшего диаметра. В зависимости от объема взрываемого массива, свойств горных пород, бурят либо одиночные шпуры - дробление негабаритов, либо ряд шпуров – отбойка штучного камня, рыхление угольного пласта перед комбайновой выемкой, либо несколько рядов при отработке тонких пластов и жил. Несколько более сложная схема бурения и взрывания шпуров при проведении подземных выработок. Расстояние между шпурами должно быть таким, чтобы исключить повреждение соседних зарядов, взрываемых с замедлениями, и на практике составляет от 0,3 до 2-3 м.

Шпуры чаше всего заряжают вручную патронированным ВВ. При механизированной зарядке применяются россыпные, гранулированные взрывчатые вещества типа гранулита АС-8, с небольшим критическим диаметром.

При мгновенном взрывании применяется прямое инициирование заряда, боевик ставится первым от устья шпура. При разновременном взрывании нескольких шпуров, предпочтительнее обратное инициирование заряда, т.е. боевик помещается первым у дна шпура. Взрывание шпуровых зарядов производится огневым, электроогневым, электрическим способами, детонирующим шнуром или СИНВ-Ш.

Достоинства метода шпуровых зарядов – равномерное и мелкое взрывание горных пород, возможность применения в любых горно-геологических условиях, простота, высокая маневренность. Недостатки метода – высокие себестоимость и трудоемкость работ, из-за большого объем бурения, и необходимости заряжания и взрывания большого числа зарядов, а также сложность организации работ при необходимости отбойки значительных объемов горной массы.

Эффективность взрывных работ при шпуровом методе характеризуется удельным расходом ВВ, подвиганием забоя за взрыв и коэффициентом использования шпуров (КИШ). Коэффициентом использования шпуров называется отношение величины подвигания забоя за один взрыв к средней глубине шпуров. КИШ является одним из основных критериев качества взрыва, правильности выбранной схемы расположения шпуров и удельного расхода ВВ. Взрыв считается неудовлетворительным при КИШ менее 0,65 – 07, нормальным при КИШ 0,8 – 0,9, хорошим - при КИШ более 0,9. Величина КИШ зависит от от крепости пород, площади забоя, числа открытых поверхностей во взрываемом массиве, работоспособности ВВ, глубины шпуров, качества забойки шпуров, очередности взрывания зарядов и других факторов. Коэффициент использования шпуров существенно зависит от размеров врубовой полости, из-за чего выбору схемы расположения врубовых шпуровых шпуров (типу вруба) придается первостепенное значение.

130. Метод котловых зарядов.

Метод котловых зарядов. заключается в размещении в массиве, в так называемых котлах, сосредоточенных зарядов ВВ (300 – 2000 кг). Котлы образуются в процессе расширения скважин или шпуров при бурении или взрывном простреливании. Используется, преимущественно, в трещиноватых достаточно устойчивых породах, допускающих возможность взрывного образования котловых расширений. В приближенной к забою части скважины или шпура взрывают небольшие - прострелочные заряды ВВ. Стенки шпура или скважины разрушаются с образованием эллипсовидной полости – котла. Отбитая при взрыве горная порода осыпается в часть скважины ниже котла при вертикальном расположении скважины или удаляется механическим способом. Объем котла заполняется взрывчатым веществом при зарядке скважины, увеличивая массу заряда и создавая необходимую концентрацию ВВ на определенном участке.

Метод котловых зарядов применяется в условиях увеличенных сопротивлений по подошве скважинных зарядов, когда в скважине или шпуре не размещается расчетный заряд ВВ, при проходке полутраншей на косогорах, при взрывании прочных пород, расположенных над менее прочным полезным ископаемым, когда недопустим перебур скважины, а также для сотрясения сильнотрещиноватого массива горных пород.

Главным недостатком применения котловых зарядов является низкая управляемость результатами взрыва прострелочных зарядов. В зависимости от свойств породы котлы могут получиться либо чрезмерно большими или маленькими. В процессе взрыва прострелочного заряда могут обрушиться стенки скважины или шпура, и их приходится перебуривать. При взрыве котловых зарядов получается очень не равномерное дробление пород. В непосредственной близости к заряду породы переизмельчаются, а с удалением от заряда дробление ухудшается и возрастает выход негабаритов.

131. Забойка шпуров и скважин.

Для предотвращения бесполезного распространения энергии взрыва через устья взрывных выработок, свободное пространство в скважине или шпуре, камере, оставшееся после размещения ВВ частично или полностью заполняется инертными материалами. Этот процесс и сами материалы получили название забойки. Забойка препятствует свободному выходу взрывных газов из скважины. В качестве забойки следует применять материал, имеющийся на месте работ, удобный для равномерного расположения во взрываемых выработках или на заряде, не содержащий твердых тяжелых предметов (камней, кусков металла, и т.п.) - отходы обогатительных фабрик, песок. Чаще всего на открытых горных работах используют буровую мелочь. Засыпку забойки следует выполнять аккуратно, чтобы не повредить скважинные отрезки ДШ или ударно-волновых трубок СИНВ. Следует избегать взрывания зарядов без забойки, так как оно сопровождается повышенной интенсивностью ударной воздушной волны и увеличенным разлетом породы, недостаточным использованием энергии взрыва на дробление породы, преодоление СПП. Применение забойки значительно снижает разлет кусков и звуковой эффект при взрыве. Влияние забойки особенно сильно проявляется при использовании низкобризантных ВВ типа смесей АС-Д, и при верхнем инициировании зарядов. Применение забойки, повышает давление газов в месте взрыва, что в свою очередь улучшает взрывные характеристики взрывчатых вещнеств. Например, при взрывании без забойки большинство смесей АС-ДТ не детонирует в скважинах диаметром менее 100мм. Применение забойки позволяет осуществлять детонацию АС-ДТ в шпурах диаметром 25мм.

Механизация забоечных работ выполняется машинами ЗС-1 и ЗС-2М, грузоподъемностью соответственно 5 и 11 т, привозным забоечным материалом. Разгрузка бункеров ситемой шнеков. На базе погрузчика ТО-30 создана забоечная машина 2МЗШ, использующая для забойки буровую мелочь, остающуюся вокруг скважин.

Имеется опыт применения активной забойки скважин. Активная забойка состоит из инертного материала, в середине которого расположен один или несколько небольших зарядов ВВ общей массой около 3% массы скважинного заряда. Взрыв запирающего заряда производится одновременно со взрывом основного заряда. Активная забойка предназначена для повышения степени герметизации скважины, способствует увеличению продолжительности воздействия продуктов взрыва на разрушаемую среду.

Хорошим забоечным материалом для шпуровых зарядов служит песчано-глинистая смесь. Кускам которой, массой по 0,5кг, перед использованием придают цилиндрическую форму, досылают их в шпур и раздавливают на все сечение шпура. В угольных шахтах запрещается взрывание зарядов без забойки. На угольных шахтах широкое распространение получило применение гидрозабойки, способствующая не только более полному использованию энергии взрыва, но и снижающая концентрацию пыли и газов при производстве взрывов. В шпур вставляются полиэтиленовые ампулы, заполненные водой. Ампулы заводского изготовления, диаметром 35мм, длиной 30см, имеют заливочный, самозапирающийся клапан. Вблизи забоев устанавливается заливочные краны с трубкой диаметром 5-10мм.

132. Сущность метода камерных зарядов, достоинства и недостатки.

Метод камерных зарядов предусматривает размещение в массиве (в специальных камерах) сосредоточенных зарядов массой от нескольких десятков до сотен тонн. Он используется при массовых взрывах на выброс и сброс (в гористых условиях), для образования траншей, котлованов, плотин и т. п. Во взрываемом массиве проводят подготовительные подземные выработки, из которых зарезаются камеры для заложения зарядов ВВ. В качестве подготовительных выработок могут быть использоваться вертикальные или наклонные шурфы, горизонтальные штольни, штреки. Площадь поперечного сечения выработок составляет 1,2-2,5 м², горизонтальных – 1,8-6м². выбор типа, сечения и конфигурации подготовительных выработок производится в зависимости от конкретных горно-геологических условий места заложения камерного заряда. Метод камерных зарядов применяется перемещения энергией взрыва больших объемов горных пород, в случаях возможного использования любого качества их дробления.

Достоинством данного метода является возможность размещения большого количества ВВ в качестве концентрированного заряда, при ограниченном количестве зарядных выработок. Метод камерных зарядов находит применение при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в системах с принудительным обрушением руды и вмещающих пород.

133. Сущность метода малокамерных зарядов достоинства и недостатки.

Метод малокамерных зарядов (рукавов) заключается во взрывании зарядов, помещенных в горизонтальных или пологие выработки – рукава, сечением до 0,5х0,5м. Его применяют при относительно небольшом объеме взрывных работ в условиях, где использование других методов затруднено. Длина рукава должна составлять от 0,5 до 0,9 высоты взрываемого уступа, но не более 5м. Рукава заряжают гранулированными или порошкообразными ВВ. Длинна заряда не превышает 0,3 длины рукава. Оставшаяся часть заполняется забойкой. Сооружают рукава в мягких породах ручным инструментом (лопатой). В скальных породах методом простреливания шпуровых зарядов. В шпур заряжается порядка 20% заряда необходимого для рыхления и взрывается без забойки. Образовавшаяся после взрыва полость очищается и заряжается. Метод малокамерных нашел применение при зачистке скальных откосов выемок после массовых взрывов, при отбойке уступов в каменных карьерах. Метод малых камерных зарядов позволяет значительно уменьшить объем буровых работ за счет использования для проходки рукавов естественных некрепких прослоек во взрываемом массиве. Этот метод не нашел большого распространения по следующим причинам: небольшой выход взорванного грунта, приходящейся на один рукав; большая трудоемкость проходки рукавов в крепких скальных грунтах; повышенная опасность производства работ при проходке рукавов; увеличение дальности полета кусков при взрыве.

134. Дробление негабаритных кусков взрывными способами.

Метод наружных (накладных) зарядов состоит во взрывании зарядов, расположенных непосредственно на поверхности разрушаемого предмета. По классификации зарядов, накладные заряды относятся к наружным, сосредоточенным зарядам. Наружные заряды в отраслях промышленности применяют для штамповки, сварки и упрочнения металла, в строительстве для перебивания конструкций. Для дробления горных пород наружные заряды применяют в тех случаях, когда невозможно или не целесообразно производить бурение для размещения зарядов, чаще всего при дроблении негабаритов и валунов.

Дробление горных пород накладными зарядами целесообразно производить с применением бризантных взрывчатых веществ, обладающих большей мощностью и повышенной плотностью, чаще всего используется порошкообразный аммонит №6ЖВ. Форма наружного заряда должна быть по возможности плоской, толщина его должна быть не менее критического диаметра применяемого ВВ. Для аммонита № 6ЖВ составляет 10-13 мм. Заряд порошкообразного ВВ помещается в эластичную оболочку из бумаги, материи, полиэтилена, которая при креплении к поверхности разрушаемого предмета легко принимает его форму и обеспечивает плотное прилегание заряда. При дроблении негабаритных кусков и валунов заряд помещают на поверхности, примерно над центром, взрываемого куска. Для повышения эффективности наружные заряды по возможности прикрывают со всех сторон забоечным материалом, слой которого должен быть не меньше толщины заряда.

Величину наружных зарядов расчитывают по формуле. Q=K_нV кг, где K_н – удельный расход ВВ на дробление породы, для скальных пород в пределах 1,5 – 3,0 кг/м³; V – обьем куска м³. Несколько наружных зарядов взрывают мгновенно при помощи детонирующего шнура или электродетонаторов.