книги из ГПНТБ / Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

специального обжима, обматыванием конца огнепроводного шнура прорезиненной лентой, обвязыванием шпагатом в устье бумажной гильзы.

§ 142. Доставка ВМ к месту работы

ВМ переносят к месту работы в заводской упаковке, а также в исправных сумках или кассетах без охраны, но под наблюдением взрывника. ВВ и СВ переносят в отдельных сумках или кассетах. Порошкообразные аммиачно-селитренные ВВ можно переносить в жесткой таре. Детонаторы и боевики переносят только взрывники. При совместной переноске ВВ и СВ взрывник переносит не более 12 кг ВВ. В сумках и кассетах можно переносить до 20 кг ВВ без СВ. При переносе ВВ в заводской упаковке на расстояние не более 300 м и при удобном пути с малым подъемом можно переносить до 40 кг.

Перемещение ВМ по стволу шахты, в околоствольном дворе и надшахтном здании около ствола, а также погрузку и выгрузку производят только в присутствии взрывника, раздатчика, нагру­ жающих и разгружающих ВМ рабочих, рукоятчика, стволового и лица надзора. Ящики или мешки с ВМ должны занимать не бо­ лее 2/3 высоты клети. Детонаторы спускают в клети отдельно от ВВ. Спуск и подъем взрывников по стволу с ВМ производят вне очереди. Доставку ВМ по вертикальным или наклонным стволам, по гори­ зонтальным и наклонным выработкам производят со скоростью не более 5 м/с плавно, без толчков.

§ 143. Безопасность работ при механизированном заряжании шпуров, скважин и камер

Механизированное заряжание ВВ производят с помощью обору­ дования, допущенного Госгортехнадзором СССР к промышленным испытаниям или постоянному применению. К механизированному заряжанию допускаются патронированные, водонаполненные и рос­ сыпные гранулированные ВВ II группы и не содержащие в составе нитроэфиров, гексогена или тэна.

Транспортирование ВВ с помощью сжатого воздуха производится по токопроводящим или полупроводящим трубопроводам (шлангам), имеющим удельное электрическое сопротивление не более 10е Ом/см при обязательном заземлении всей зарядной системы.

Для предупреждения попадания в зарядное устройство или трубо­ провод посторонних предметов (куски породы, или металла) прием­ ные воронки бункеров, дозирующих устройств имеют металлические (не дающие при ударе искр) сетки и крышки. При заряжании ВВ не должно просыпаться или пылить. Разогрев поверхности узлов и деталей оборудования при работе зарядчиков с россыпными ВВ не должен превышать 60°. Скорость подачи натренированных ВВ по скважинам зарядчиками толкающего типа не должна превышать 0,6 м/с. Подачу боевиков в шпуры и скважины производят только

573

вручную. При электровзрыванпн боевпки подают после окончания заряжания, удаления зарядчиков.

Одним из наиболее опасных моментов при механизированном заряжании ВВ является образование и накопление значительных по величине потенциалов статического электричества. Как показалп специально поставленные опыты, при тренпи о трубы частиц ВВ в процессе пневмотранспортировапия электрический потенциал может достигать 30 кВ. Его разряд способен воспламенить огнепроводный шнур, привести к взрыву детонирующий шнур и капсюльдетонатор. Особо опасно это при электрическом способе взры­ вания.

Установлено, что электризуемость повышается с увеличением скорости транспортирования, дисперсности частиц ВВ, с уменьше­ нием его влажности. Это особенно относится к зарядчикам эжектор­ ного типа, в которых реализуется весьма высокая скорость движе­ ния ВВ.

Для предотвращения образования и накопления высоких потен­ циалов статического электричества при создании зарядных и иных устройств необходимо соблюдать следующие меры:

зарядные шланги необходимо изготавливать из проводящих материалов с таким расчетом, чтобы они обладали достаточно боль­ шим сопротивлением для блуждающих токов и высокой проводи­ мостью для стеканпя статического электричества;

шланги для заряжания шпуров и скважин, а также трубы для пневмотранспортпрования ВВ необходимо изготавливать из различных полимерных материалов (полиэтилен, полихлорвинил,

при применении для пневмозаряжания металлических трубопро­ водов необходимо укладывать их на изолирующие опоры, особенно в местах расположения подземных электрических кабелей;

при работе всех средств механизации, п в частности зарядных устройств, должны быть соблюдены огранпчеппя санитарных порм по содержанию пыли в воздухе — тротила не более 1 мг/м3, аммиачно-селитренных ВВ не выше 10 мг/м3, алюминиевой пудры

2 мг/м3.

Для уменьшения пыления необходимо за счет добавления воды поддерживать влажность ВВ 2—4% (при этом не снижается качество ВВ и появляется возможность увеличения плотности заряжания). Активно влиять на процесс пыления при заряжании можно за счет регулирования скорости транспортирования ВВ и воздушного по­ тока, зазором между зарядным шлангом и скважиной (шпуром), рас­ стоянием от конца шланга до заряда и т. д.

В процессе эксплуатации все машины и механизмы должны быть обеспечены квалифицированным техническим обслуживанием и кон­ тролем. В случае выхода из строя и ремонта оии должны быть тща­ тельно очищены от остатков ВВ.

574

§ 144. Отказы и выгорания зарядов ВВ при производстве взрывных работ н меры борьбы с ними

Выгорание (дефлаграция) заряда ВВ происходит в основном при замедлении процесса детонации или при полном его прекраще­ нии. При небольшой скорости взрывчатого превращения происходит, по существу, горение заряда. Горящие частицы ВВ в шпуре, а также в отбитом угле являются источником воспламенения метана взрыва угольной пыли, очагом пожаров в шахтах. Выгорание шпуровых зарядов представляет опасность в отношении с запаздыванием взрывов. Действительно, поскольку скорость горения ВВ невелика (мм/с или см/с), шпуровой заряд может выгорать сравнительно долго, в пределе до 10 мин. По мере горения процесс ускоряется и может перейти в детонацию. Это, в свою очередь, может послужить источ­ ником несчастного случая в забое шахты. Такие случаи неоднократ­ но имели место в горнодобывающей промышленности многих стран.

Исследованиями причин, вызывающих отказы и выгорания за­ рядов ВВ, и обеспечением устойчивой детонации в зарядах занима­ лись советские ученые 10. Б. Харитон, С. И. Рудаковский, И. Я. Пе­ тровский, Л. В. Дубнов, К. К. Андреев, А. И. Гольбиндер, Н. Л. Ро­ синский и др. В результате этих исследований установлено, что отказы и выгорания шпуровых зарядов могут происходить по раз­ личным причинам.

Влияние пересыпок из угольной и породной мелочи. Между пат­ ронами ВВ в момент заряжания или во время взрывания попадают куски породы, отколовшиеся от стенок шпура, или угольный штыб. При этом резко ухудшаются условия передачи детонации и возможен отказ или выгорание заряда.

Установлено, что если между патронами, составляющими шпу­ ровой заряд, имеются воздушные промежутки, то можно получить отказ. Это не подтвердило существовавшее ранее представление, согласно которому детонация заряда в шпуре при наличии прочной оболочки передается на значительно большее расстояние, чем на открытом воздухе. Исследования показали что, по крайней мере для предохранительных ВВ, расстояние передачи детонации в шпуре, как правило, меньше расстояния передачи детонации на открытом воздухе. Для устранения этой возможной причины отказов предпи­ сывается тщательная очистка (промывка) шпуров от буровой мелочи, а все патроны должны досылаться в шпур единой колонкой. В послед­ нее время для борьбы с выгораниями за счет пересыпок стали применять так называемые монозаряды.

Влияние радиального зазора. При детонации в шпуре (пли трубе

сдостаточно прочными стенками) цилиндрического заряда ВВ в воз­ душном зазоре между внутренней поверхностью шпура и патро­ нами ВВ образуется воздушная ударная волна. Эта волна движется

сопережением фронта детонации и производит уплотнение ^еще не детонирующего ВВ, так что к моменту подхода детонационной волны к некоторой точке заряда в ней будет существовать уплотненный

575

слой ВВ определенной толщины (рис. 298). Так как ударная волна на некотором начальном участке движется со скоростью, большей скорости детонации заряда, расстояние между фронтом ударной волны и фронтом детонации заряда некоторое время будет увеличи­ ваться. Вследствие этого будет увеличиваться и толщина уплотнен­

будет все время уменьшаться и наконец наступит момент, когда оно станет меньше критического для данных условий и произойдет отказ

ной способности зарядов ВВ, повышение плотности ВВ, увеличение диаметра патронов ВВ и применения таких ВВ и способов заряжа­ ния их, которые позволили бы заполнять ВВ все сечение шпуров.

Влияние разновременности взрывания зарядов ВВ. В настоящее время в угольных шахтах многих стран мира широкое распростра­ нение получило короткозамедленное взрывание, которое обладает преимуществами перед мгновенным и многоприемными способами взрывания как по безопасности, так и по эффективности. Характер­ ная для этого метода разновременность взрывания шпуровых заря­ дов создает условия для динамического воздействия взрыва преды­ дущего заряда на шпуровые заряды последующих ступеней замедле­ ния. Это воздействие выражается в следующем. При прохождении ударной волны через соседний шпур на его внутренней поверхности наблюдается явление откола, в результате чего имевшийся ранее зазор между зарядом и стенкой шпура заполняется угольной ме­ лочью. Затем при смещении массива угольная мелочь запрессовы­ вается, а заряд и детонатор деформируются и переуплотняются. Длительность этих процессов, как установлено, около 2 мс.

576

В связи с этим большое значение приобретают явления уплотняемости порошкообразных ВВ и их критическая плотность.Вопросам уменьшения уплотняемости ВВ было посвящено много работ, но принятые меры не решили полностью проблемы, главным образом потому, что шпуровой заряд при взрыве подвергается слишком большим давлениям, при которых уплотняемость состава уже не играет существенной роли.

Так, исследованиями, проведенными Н. Л. Росинским в МакНИИ, показано, что при прохождении через шпур ударной волны в заря­ дах ВВ возникают давления до 300 кгс/см2, которые наблюдаются в течение 1—3 мс. При взрыве одиночных зарядов через 20 мс оста­ точное давление, как правило, не наблюдается на расстояниях свыше 0,4 м. При взрыве же зарядов в двух смежных шпурах, иниции­ руемых электродетонаторами мгновенного действия, остаточное да­ вление наблюдается часто и составляет довольно значительную ве­ личину (от 37 до 314 кгс/см2).

Таким образом, суммарное воздействие ударной волны, продук­ тов откола, статического давления газообразных продуктов взрыва и пластических деформаций массива на заряд ВВ в смежном шпуре приводит к тому, что плотность заряда может стать равной 1,6— 1.7 г/см3, при этом он может находиться под давлением от 20 до 300 кгс/см2 в течение времени, сопоставимого со временем взрывча­ того превращения. Большинство ВВ под действием этих факторов теряет детонационную способность, в результате чего происходят отказы детонации и появляется опасность выгорания отказавшей части шпурового заряда.

Интересно отметить, что спрессованный на прессе до плотности 1.7 г/см3 аммонит ПЖВ-20 при инициировании достаточно мощным детонатором устойчиво детонирует в зарядах диаметром 30 мм. В то же время отказавшие заряды, извлеченные из угольного мас­ сива и имеющие плотность 1,58—1,60 г/см3, не детонируют. Причи­ ной затухания детонации в последнем случае, как установлено рядом исследователей, является неравномерная по диаметру заряда плот­ ность ВВ, приводящая к значительному искажению фронта детона­ ционной волны.

Влияние трещиноватости массива. В трещиноватой среде про­ дукты взрыва одного заряда могут прорываться по трещинам к шпу­ ровому заряду последующей ступени замедления, причем трещины могут быть как естественного происхождения, так и образованными в результате взрыва. Исследования показали, что процесс трещинообразования при удалении на 0,6 м от взорванного заряда завер­

Продукты детонации, прорываясь по трещинам, оказывают дипамическое воздействие иа шпуровой заряд, приводя к таким дефор­ мациям отдельных патронов и всей колонки, что заряд теряет спо­ собность к детонацпп.

Рассмотренные явления могут иметь место и при мгновенном способе взрывания, так как разброс во времени срабатывания элек­ тродетонаторов мгновенного действия достигает величины 1—2 мс.

В связи с вышеизложенным большое значение для предотвраще­ ния выгорания имеет правильная отработка паспортов буровзрыв­ ных работ и разработка маловыгорающих ВВ с высокой критиче­ ской плотностью (способных детонировать при больших уплотне­ ниях).

С целью повышения детонационной способности ВВ при повышен­ ных плотностях во взрывчатые составы вводят твердые сенсибили­ заторы (гексоген, тэп и т. и.), а с целью уменьшения их горючести — такие добавки, как диаммонийфосфат, оксалат аммония и т. и.

Многие исследователи большое значение придают водяной за­ бойке в вопросе предотвращения выгораний: при возникновении горения в шпуре ампула гпдрозабойки прожигается и вода может погасить горящий заряд; если же этого ие произойдет, то гидро­ забойка легко выбрасывается из шпура продуктами горения, давле­ ние в шпуре резко падает и горение ВВ прекращается, так как боль­ шинство предохранительных ВВ способно устойчиво гореть лишь при некотором избыточном давлении — 13—40 кгс/см2.

Рассмотренные меры уменьшают вероятность выгорания шпуро­ вого заряда, но не могут пока гарантировать полную безопасность. Поэтому в наиболее опасных условиях работ прибегают к дополни­ тельным мерам безопасности, которые заключаются в инертизации атмосферы призабойного пространства, при этом предполагается, что при надежной инертизации даже выгорающий заряд не сможет воспламенить образовавшуюся после взрывания взрывчатую смесь газов и угольной пыли в призабойном пространстве. Инертизировать призабойное пространство можно несколькими способами:

за счет разбавления воздуха инертными газами (азот, углекислый газ и т. п.);

применением водяных завес, образуемых с помощью взрывов подвешенных полиэтиленовых мешков или рукавов с водой или обра­ зуемых специальными водяными форсунками;

распылением порошкообразных ингибиторов взрывом небольших зарядов ВВ;

применением высокократной воздушно-механической пены.

§ 145. Методы борьбы с выбросами породы при ведении взрывных работ на глубоких горизонтах

При ведении горных работ на глубоких горизонтах (более 800 м) наблюдаются существенные изменения физико-механических свойств и состояния массива горных пород.

578

Во время производства взрывных работ могут иметь место вы­ бросы породы. Отбитые взрывом куски породы теряют свою моно­ литную структуру и превращаются в массу, состоящую из отдельных тонких пластинок толщиной 0,5—3 мм и более. Вблизи геологиче­ ских нарушений, где весьма велики напряжения в породном массиве, при взрыве происходят выбросы значительной силы. На вышележа­ щих горизонтах такое явление в этих же породах не наблюдается.

В настоящее время у специалистов, работающих над решением проблем борьбы с выбросами, существует две точки зрения на меха­ низм выброса. Одна группа ученых считает, что выброс вызывает взрыв зарядов ВВ, который обусловливает перераспределение напря­ женной части породного массива. Другие полагают, что разрушение породы при выбросах определяется наложением динамического поля напряжений от взрыва зарядов ВВ на статическое поле, вызванное проявлением горного давления.

С этих позиций рассмотрим, как происходит выброс породы при производстве взрывных работ в забоях горных выработок. Приле­ гающая к забою порода, за исключением разгруженной ее зоны, находится в состоянии всестороннего объемного сжатия. При взрыве происходит перераспределение напряжений в породе и ее деформа­ ция вокруг шпура. С момента появления трещин, т. е. с образова­ нием новой свободной поверхности в массиве, порода из состояния объемного сжатия переходит в состояние двустороннего неравно­ мерного сжатия. В этот момент на границе вновь образованной по­ верхности происходит формирование волны разрежения и частичный переход потенциальной энергии объемного сжатия в кинетическую, вызывающую отрыв и перемещение породы от забоя. Причем можно предположить, что потенциальная энергия частично переходит в тепловую и рассеивается. Выдвинутая гипотеза позволяет в лабо­ раторных условиях провести исследования явления выброса пород

сучастием взрыва. Если в массиве пород, в которых производят выработку, имеются сопутствующие слои других пород, то обыкно­ венно пределом глубины выброса становится граница раздела породы

сразными физико-механическими свойствами. При этом величина

отраженной волны будет зависеть от того, насколько плотность взрываемых пород больше плотности сопутствующих. Примером этому могут служить выбросы пород до сопутствующих пластов при проведении квершлагов на шахте «Щегловская-Глубокая». Самый сильный выброс породы должен происходить в углах забоя, где напряжение пород на порядок больше, чем на остальных участках. Такое положение подтверждено выбросами породы на шахте «Ма- кеевка-Глубокая».

Если взрывание зарядов происходит в зоне пород, находящихся в ненапряженном состоянии, то их выброса не будет или вероятность их возникновения крайне мала, так как прилегающий массив породы, находящийся вблизи зоны взрыва, уже высвободил потенциальную энергию и статическое поле напряжений исчезло. Поэтому при про­ ведении выработки на некотором расстоянии ее от места выброса

нового выброса может не произойти. На практике после происшед­ шего выброса в течение нескольких проходческих циклов выбросов не наблюдается. Когда же выработка войдет в зону объемного все­ стороннего сжатия, можно снова ожидать выброс породы.

В настоящее время экспериментально доказано, что на вероят­ ность и силу выбросов оказывают существенное влияние располо­ жение шпуров, величина поперечного сеченпя и форма выработки, образуемой взрывными работами, и длина шпуров. Это позволяет сформулировать основные предварительные требования к параме­ трам буровзрывных работ в условиях выбросоопасных пород:

для снижения вероятности и силы выбросов породы шпуровые заряды необходимо располагать на мпнпмально возможной площади забоя н таким образом, чтобы выработка, образованная при их взрываипп по своей форме приближалась к эллипсу с осями, отно­ шение которых равно отношению компонентов напряжений нетро­ нутого массива, действующих в плоскости поперечного сечения выработки;

прп расширении выработки шпуры следует располагать в пре­ делах зоны трещинообразования, чтобы отторжение породного мас­ сива не приводило к перераспределению напряжений.

В соответствии с изложенными требованиями разработан способ стадийного веденпя буровзрывных работ в выбросоопасных песча­ никах. Суть этого способа состоит в том, что взрывание в забое подготовительной выработки, проводимой по выбросоопасной породе, пропзводптся в несколько стадий прп ступенчатой форме забоя.

В первой стадпп взрываются врубовые п вспомогательные шпуры независимо от величины поперечного сечения выработки. При этом возможны два вида врубов — прямой п клиновой.

Во второй стадии взрываются шпуровые заряды по оконтурнванию (раскоске) забоя. Число и расположение оконтуривающих шпуров определяется формой контура полости, образованной взры­ ванием врубовых п вспомогательных шпуров или спровоцированным ими выбросом.

Оконтуривающпе шпуры располагают в один ряд на расстоянии не более 0,5 м от контура полости. Установлено, что наименьшая вероятность развязывания выброса при взрывании оконтуривающих шпуров имеет место при расположении их с отставанием от забоя на расстоянии не менее 1 — 2 м. Такое расположение оконтурива­ ющих шпуров в большей степени позволяет обеспечить при их взры­ вании отторжение породного массива, расположенного в разгружен­ ной зоне, и тем самым снизить вероятность развязывания выброса.

Весьма эффективным для локализацпи выбросов является раз­ грузка породного массива посредством создания горизонтальной разгрузочной щели. Разгрузочная щель образуется последовательным выбуриванием скважин малого диаметра и глубиной около 5—7 м. Наблюдения за изменением напряженного состояния породного массива позволили установить, что впереди забоя щели имеет место сжатие породного массива, причем концентрация сжимающих напря-

580

жеиий возрастает с увеличением ширины щели. Непосредственно над щелью и под ней происходит расширение породного массива и, как следствие, разгрузка его. Деформация расширения затухает по мере удаления от щели, а затем на определенном расстоянии пере­ ходит в деформацию сжатия. Установлено, что в части зоны расши­ рения породного массива над и под щелью и зоны, непосредственно прилегающей к щели, снижение напряжения в породном массиве происходит ниже предела, при котором происходят выбросы породы. Разрушение породы любым способом в пределах этой зоны не вызы­ вает выбросов.

Для предотвращения выбросов использовали также метод сни­ жения динамического воздействия энергии взрывчатого разложе­

тируют безопасность ведения работ, целесообразно создать техно­ логию производства работ, обеспечивающую работу без выбросов. По этой технологии наиболее перспективным методом борьбы с вне­ запным выбросом пород следует признать создание компенсационных защитных зон, гасящих выброс породы в забое. Технология произ­ водства горных работ при этом методе весьма проста. На незначи­ тельном расстоянии от забоя размещают металлический щит. Расстоя­ ние между щитом и забоем должно быть выбрано таким образом, чтобы порода, отбитая при взрыве, заполнила полностью компенса­ ционное пространство и полость, образованную взрывом. При вы­ бросе эта порода за счет коэффициента разрыхления будет уплот­ няться, гася скорость выброса. Следует отметить, что при этом методе весьма важно, чтобы в созданной компенсационной зоне не оста­ валось сквозных пустот ввиду того, что при наличии зазора даже в несколько сантиметров через это отверстие может произойти вы­ брос. Выброс породы при применении этого метода не представит опасности, так как он сможет распространяться только в пределах

и дегазации взрываемого угольного массива.

Сотрясательное взрывание применяют при проведении выработок по углю, при выемке угля в лавах, а также при проведении выработок по пластам, не опасным по выбросам, в местах геологических нару­ шений в случае проявления признаков внезапных выбросов угля и га­ за. Этот способ применяют также при вскрытии пластов, не опасных по выбросам угля и газа, но имеющих давление газа более 10 кгс/см2

581

и залегающих ыа глубине от поверхности более 300 м для условий Донбасса, Сучана и Тавричанского месторождения, более 150 м — для условий Кузбасса и Егоршииского месторождения и более 400 м — для условий Воркуты и Караганды.

Взрывные работы иа расстоянии 2 м и меиее со стороны кровли и 5 м со стороны почвы вскрываемых пологих пластов, опасных по внезапным выбросам угля или газа, а также на расстоянии 1 м от опасного или угрожаемого крутого пласта проводят при соблю­ дении требований, установленных для сотрясательного взры­ вания.

Для каждого забоя, где применяют сотрясательное взрывание, составляют инструкцию, устанавливающую порядок и технику производства сотрясательного взрывания п меры безопасности, на­ правленные па защиту людей от возможного выброса угля, породы и газа. К инструкции прикладывают паспорт буровзрывных работ, в котором устанавливают число шпуров, их расположение и глубину, способ инициирования зарядов, расход ВМ, длину забойки н другие параметры взрывания, при выполнении которых должна быть обеспе­ чена отбойка угля и породы по всему сечению забоя.

Еслп при сотрясательном взрывании не достигнуто достаточное разрушение угля н поэтому не представляется возможным получить правильную конфигурацию забоя, проводят повторное сотрясатель­ ное взрывание. Во избежание запоздалых выбросов угля и газа категорически запрещается выравнивание забоя и прирезка ручным инструментом.

Перед производством сотрясательного взрывания в подготови­ тельных выработках на крутых пластах, склонных к высыпанию, применяют опережающую крепь. При составлении паспортов буро­ взрывных работ в этих случаях верхний ряд шпуров располагают на расстоянии не менее 0,5 м от опережающей крепи.

Для ведения взрывных работ на опасных и склонных к выбросам пластах, а также при их вскрытии применяют только предохрани­ тельные ВВ, предназначенные для этих условий.

При пересечении опасных по выбросам пластов вертикальными стволами шахт, проходимыми с поверхности, допускается примене­ ние непредохранительных ВВ, но при содержании метана менее 1 %, причем забой ствола необходимо подтапливать водой на высоту не менее 20 см в наиболее выступающих частях забоя.

Инициирование зарядов осуществляется электродетонаторами мгновенного и короткозамедленного действия с общим временем замедления не более 135 мс. В породных забоях в вертикальных стволах и в случае применения водяных завес общее время замедле­ ния не может превышать 195 мс.

Взрывание зарядов при прохождении горизонтальных и наклон­ ных выработок необходимо производить за один прием мощными взрывными машинками, допущенными Госгортехнадзором СССР для использования в шахтах, опасных по газу или пыли. Запрещается при этом использовать переменный ток. Перед пересечением крутых

582