книги из ГПНТБ / Эстеров, Я. Х. Буровзрывные работы на транспортном строительстве учебник

организационных перерывов в работе; в расчет вводят лишь неизбеж­ ные технологические перерывы. При определении эксплуатационной производительности учитывают неизбежные организационные переры­ вы в работе машины. Эта производительность буровых машин, при­ веденная к объему взрываемой породы, при комплексно-механизиро­ ванном выполнении скальных земляных или добычных работ должна приближаться к технической производительности ведущей машины комплекса (экскаватора).

Расчет приведенной производительности буровой машины делают по вместимости скважин (по ВВ), пробуриваемых за смену, и удель­ ному расходу ВВ на единицу объема взрываемой породы.

Сменная эксплуатационная производительность Яэс (м/смену) буровой машины (станка) зависит от скорости бурения v (м/мин) и

висимости от времени года (заправка машины и пуск двигателя в зим­ них условиях занимают больше времени, чем в летних) и характера объекта работы (временный, постоянный, отдаленный и т. п.), а также от типа двигателя буровой машины (электрический, дизельный, бен­ зиновый).

Величина коэффициента Квж может быть уточнена в зависимости от технологических показателей работы машин, определяемых соста­ вом'и длительностью операций, последовательно выполняемых в про­ цессе бурения.

Если известен годовой производственный план предпрития, то потребное число, буровых машин может быть найдено по их годовой выработке. Эту выработку определяют по расчетному числу дней работы машин в году, принимаемому равным 200 при односменной или 400 при двухсменной их работе.

При устройстве скальных выемок в условиях строительства дорог буровзрывные и погрузочно-транспортные работы можно выполнять комплексно, одновременно или последовательно. При одновременном их ведении сокращаются сроки производства работ, а потребность в буровых машинах определяют по максимальной сменной эксплуата­ ционной производительности экскаваторов. При последовательной организации разработки выемки вначале выполняют буровые и взрыв­ ные работы на всем участке выемки, а затем разрабатывают взорванную породу. Поэтому число буровых средств определяют по объему буровых работ на выемке и установленному сроку (темпу) их выполнения. При этом учитывают сменную выработку машин, выраженную в объеме взрываемой породы.

!■ Последовательная организация разработки скальной выемки, при которой все основные буровзрывные работы выполняют до начала экскаваторных работ, допустима лишь на небольших выемках или при наличии достоверных сведений о свойствах пород для безошибоч-

80

ного расчета взрыва для достижения требуемого качества дробления. Преимущество такой организации состоит в создании наилучших условий для длительной непрерывной работы буровых, экскаватор­ ных и транспортных средств без вывода их из забоя. Недостатком после­ довательного выполнения буровзрывных и экскаваторных работ являет­ ся снижение темпа земляных работ.

Основными расходуемыми материальными средствами при работе буровых машин являются буровой инструмент, некоторые особо изна­ шивающиеся детали машин и горюче-смазочные материалы.

Выбор типа и определение потребности шарошечных и других до­ лот и буровых штанг делают с учетом свойств породы, объема буровых работ и высоты уступа или средней глубины выемки.

Для разработки выемок в крепких породах, начиная с IX группы, диаметр скважин при шарошечном бурении следует принимать не более 150 мм, так как при большем диаметре по" условиям недостаточного

БТС-150 и БТС-2, снабженные инструментом для ударно-шарошечного бурения или машины БТС-75 и БТСМ.

Тип долота по оснащению шарошек следует принимать на основа­ нии данных, приведенных в § 15, с учетом строения и абразивности породы.

При шарошечном бурении изнашиваются, а иногда ломаются штан­ ги. Следует правильно работать с буровым инструментом, так как доля затрат на него достигает 50% стоимости бурения.

На месте работы буровых машин следует иметь запас шарошечных долот, коронок, штанг и горюче-смазочных материалов на срок от двух недель до двух месяцев в зависимости от отдаленности объектов работ, дорожных и климатических условий.

При выборе средств механизации бурения шпуров в мерзлых грун­ тах учитывают объем работ, число одновременно работающих экскава-

81

Торов й местные условия. Для обеспечения одновременной работы не­ скольких экскаваторов, расположенных в незначительном удалении друг от друга, в пределах 1 км, наиболее рационально использовать буровые машины БТС-60 или БТСМ. В комплекс с одиночно работаю­ щими экскаваторами целесообразно вводить также средства бурения малой механизации, например электроили пневмосверла на салазках или тележках.

Выбор рационального типа ручного перфоратора зависит от рода и объема буровых работ. Для бурения валунов и негабаритов, а также для работы на откосах выемок используют легкие ручные перфораторы и преимущественно коронки с одним лезвием (одноперые). Для буро­ вых работ при устройстве кюветов и канав целесообразно использо­ вать более производительные ручные перфораторы средней массы. Тип коронки в этом случае выбирают в зависимости от свойств пород.

При' бурении в плотных породах используют одноперые коронки, а в трещиноватых — крестовые и иксообразные. В очень крепких породах целесообразно применять коронки, армированные пластин­ ками твердого сплава ВК-15 или ВК-11В, а в менее крепких и в абра­ зивных породах — ВК-11.

Для снижения объема и увеличения скорости бурения при разбу­ ривании негабаритов и валунов применяют буры с головками диамет­ ром 22 мм. -

Для лучшего использования средств бурения скважин работу машин и станков организуют, как правило, в две смены. К трехсмен­ ной работе следует прибегать лишь при недостатке машин на данном объекте или в зимнее время, когда' длительные остановки машин ведут к большим простоям при пуске их в работу в начале, смены.

Бурение скважин при комплексном ведении разработки скальной породы на объекте следует намечать с опережением экскаваторных работ по времени не менее чем на неделю, а по размещению машин — не менее чем на 50 м, с тем чтобы зарядные работы можно было выпол­ нять, не прекращая земляных работ.

Способ и порядок перемещения буровых станков и машин в забоях карьеров и на участках выемок следует намечать с учетом подвижной способности станков и машин. Машины, работающие на разных по уров­ ню уступах, должны быть разведены друг от друга вдоль линии уступа не менее чем на 10 м.

Приемка и перебазирование средств для шарошечного бурения тре­ буют специальной подготовки, так как машины и станки имеют боль­ шую массу. Возможны три способа погрузки и выгрузки станков сред­ ней и большой массы: краном, тягачами (при наличии тупика) и сдвиж­ кой на высокую платформу (при выгрузке).

При выполнении погрузочно-разгрузочных работ следует строго придерживаться указаний, содержащихся в заводских инструкциях. Тяжелые станки транспортируют на трейлерах или при помощи тяга­ чей на жесткой тяге. При этом буровые штанги снимают и доставляют отдельно. Для перемещения тягачами приводные цепи гусеничного хода станка снимают. При спусках с уклоном от 15 до 35% станок удерживают канатами.

82

Машины БТС-150, БТС-75, БТСМ и станки 1СБУ-125 и т. п. грузят и выгружают в полном сборе. При наличии высокой платформы по­ грузку и,выгрузку машин производят собственным ходом. Так же мо­ жет быть организована погрузка и выгрузка машин в тупике, но с пред­ варительным устройством съезда.

Транспортировать машины БТС-150, БТС-75, БТСМ на расстояние 50 км и более следует на трейлерах соответствующей грузоподъемности.

При производстве бурения тяжелыми станками мачтового типа не­ обходима хорошая подготовка рабочих площадок и путей передвиже­ ния. В подготовку входит: выравнивание поперечного профиля проез­ дов и площадок до горизонтального очертания, придание им минималь­ ного продольного уклона (не более 10%), если рельеф местности не позволяет сохранить горизонтальность; укрепление слабых мест площа­ док и дорог, которые могут дать значительные просадки под гусени­ цами машины; устройство водоотводных канав; проверка мостов и пере­ прав; очистка пути передвижения от снега; установка оград и преду­ предительных надписей у опасных мест.

Передвигать станки и машины по хорошо спланированным рабочим площадкам можно с поднятой мачтой и буровым ставом. Это позволяет экономить время, затрачиваемое на вспомогательные операции.

После выполнения планировочных работ отмечают места зало­ жения скважин с обозначением глубины их и угла наклона. Не­ точное заложение скважин без соблюдения расчетной «сетки» неизбеж­ но ведет к ухудшению качества дробления породы.

До начала бурения машины и станки должны быть хорошо закреп­ лены от смещения.

Для ухода за машиной (станком) в период ее работы ежесменно и еженедельно должно быть выделено специальное время. Для той же цели ежемесячно следует выделять не менее одного рабочего дня, а при трудных условиях работы — не менее одного дня на каждые 20 кален­ дарных дней работы машины.

В зимнее время для буровых машин дорожного типа желательно иметь вблизи объекта работы гаражную стоянку. Это сокращает еже­ дневные потери времени на пуск машин в действие и позволяет лучше их сохранить. При отсутствии гаражной стоянки необходимо предус­ матривать меры, обеспечивающие быстрый и безопасный пуск машин в начале смены.

Трубопроводы, шланги, кабели необходимо предохранять от пов­ реждений. Шланги должны иметь прочные соединения; скреплять их проволокой нельзя. Неплотности в соединениях воздушной сети следует своевременно устранять. Диаметры воздухопроводов и шлангов долж­ ны соответствовать объему потребляемого воздуха.

При использовании для работы буровых средств передвижных электростанций и компрессоров машинистов последних целесообразно включать в состав буровых бригад.

Организация в полевых условиях аварийного ремонта тяжелых буровых станков, а также ремонта и исправления отдельных деталей и узлов должна основываться преимущественно на замене соответст­

83

Р А З Д Е Л В Т О Р О Й

ВЗРЫВЧАТЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

Г л а в а V

ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА И СРЕДСТВА ВЗРЫВАНИЯ

§ 17. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Понятия о взрыве и взрывчатом веществе

Вз р ы в — явление, при котором происходит разрушение, дроб­ ление, отбрасывание и сотрясение окружающей среды, сопровождаемое сильным звуковым эффектом.

Причинами взрыва могут быть изменения физических услозий или химического состояния вещества. Взрывы баллонов с газом, паровых котлов имеют физический характер.

При взрыве химического характера происходит очень быстрое (мгно­ венное) превращение вещества в газы с выделением колоссального количества тепла, нагревающего эти газы до высокой температуры.

Сила и разрушительный эффект взрыва тем больше, чем быстрее протекает химическая реакция, выше температура и больше объем вы­ делившихся газов. В практике взрывных работ используют энергию химического превращения взрывчатых веществ.

Вз р'ы в ч а т ы м и называют вещества, химически мало устой­ чивые, способные под влиянием внешних воздействий очень быстро (в стотысячные доли секунды) превращаться в газообразные продукты, выделяя при этом большое количество тепла и оказывая на окружаю­ щую среду огромное давление.

При производстве взрывных работ применяют специальные промыш­ ленные взрывчатые вещества (ВВ).

Первым взрывчатым веществом был черный (дымный) порох; до середины XIX в. он был единственным взрывчатым веществом. В 1853 г. были получены ВВ большой мощности ■— динамиты, которые быстро заменили порох. В 1867 г. были изобретены аммиачноселитренные ВВ, получившие очень широкое распространение.

Кислородный баланс. Химические превращения взрывчатых ве­ ществ при взрыве в газообразные продукты происходят за счет реакции окисления без доступа кислорода воздуха. Поэтому в своем составе ВВ содержат компоненты, необходимые для такой реакции, т. е. горю­ чие — водород и углерод, и компоненты, богатые кислородом.

Кислородным балансом называют разность между количеством кислорода, находящегося в составе данного ВВ, и тем количеством

85

кислорода, которое необходимо для полного окисления всего углерода в углекислый газ, соединения водорода с образованием паров воды, а также для превращения всех других компонентов в газы. Кислород­ ный баланс может быть нулевым, положительным и отрицательным. В практике взрывных работ кислородный баланс взрывчатого вещества

чество кислорода в составе которых точно соответствует количеству, необходимому для полного окисления всех горючих компонентов. ВВ, имеющие нулевой кислородный баланс, при взрыве выделяют мак­ симальное количество тепла, а следовательно, и энергии.

П о л о ж и т е л ь н ы й к и с л о р о д н ы й ' б а л а н с имеют ВВ, количество кислорода в составе которых превышает дозу, необ­ ходимую для окисления горючих компонентов. Например, аммиачная селитра имеет положительный кислородный баланс (излишек кисло­ рода) + 20%. При взрыве ВВ с таким балансом образуются вредные газы —■окислы азота.

О т р и ц а т е л ь н ы й к и с л о р о д н ы й б а л а н с имеют ВВ, в состав которых входит количество кислорода, недостаточное для окисления всех горючих компонентов. Например,' тротил имеет отри­ цательный кислородный баланс—74%. При взрыве таких ВВ обра­ зуется много ядовитой окиси углерода.

Чувствительность взрывчатых веществ. Взрыв ВВ можно возбу­ дить различными внешними воздействиями: взрыванием небольшого заряда другого ВВ, механическим ударом, трением, нагревом или поджиганием. Это необходимо учитывать при работе с взрывчатыми

в зависимости от сорта,- состава и качества ВВ. В практике взрывных работ начальный импульс возбуждается взрывом капсюля-детонатора, электродетонатора, детонирующего шнура.

Начальный импульс выводит взрывчатое вещество из малоустойчи­ вого химического равновесия и вызывает химическое превращение находящейся в непосредственной близости небольшой части молекул ВВ. Дальше реакция идет за счет внутренней энергии, выделяемой при

Чувствительность ВВ зависит от его химического состава, внешней температуры (с ее повышением взрывоопасность возрастает), физи­ ческого состояния (с увеличением плотности, влажности, размера час­ тиц, как правило, чувствительность снижается), условий работы.

Вцелях безопасности при работе в состав высокочувствительных

ВВвводят примеси, понижающие их чувствительность (вода, масло, парафин), а для патронов ВВ используют специальные оболочки. Примеси называют ф л е г м а т и з а т о р а м и . Обволакивая час-

86

тицы ВВ, они понижают его чувствительность и до некоторой степени снижают скорость взрывчатого превращения. Однако предохранитель­ ные взрывчатые вещества (ПВВ) должны иметь при этом безотказную взрываемость. Наиболее чувствительны к внешним воздействиям гре­ мучая ртуть, азид свинца, тенерес, нитроглицериновые ВВ, дымный порох.

И с п ы т а н и е в з р ы в ч а т ы х в е щ е с т в н а ч у в с т ­

по вертикальным штангам которого с заданной высоты сбрасывают груз на навеску испытуемого ВВ, помещенного в специальном устрой­

Второй метод включает 25 испытаний, по которым определяют про­ цент случаев взрыва ВВ при свободном падении груза массой 10 кг с высоты 25 см. Сравнивая результаты испытаний, дают оценку чувст­ вительности испытуемого ВВ. Высокочувствительная к удару грему­ чая ртуть взрывается при падении груза с высоты 2 см, а аммиачная селитра взрывается при ударе с высоты 200 см.

Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь ВВ к т р е н и ю принято испыты­ вать на специальном приборе методом, основанным на истирании 0,03 г вещества с определенной скоростью под нагрузкой в течение 3 с. Массу трущего груза увеличивают до тех пор, пока не произойдет взрыв. Затем давление постепенно уменьшают, пока из шести опытов не будет ни одного с признаками разложения ВВ (вспышки или взрыва). Установленное таким образом давление и считают мерой чувствитель­ ности к трению.

вспышки.

Скорость взрывчатого превращения ^ (основы теории детонации)

Реакция химического превращения взрывчатых веществ может протекать с различной скоростью, в зависимости от которой происхо­ дит или быстрое (со скоростью несколько сотен метров в секунду) в з р ы в н о е г о р е н и е , при этом давление нарастает постепенно, или (при скорости в несколько тысяч метров в секунду) возникает явление д е т о н а ц и и , сопровождающееся развитием огромного давления. При неблагоприятных условиях может произойти в ы г о ­ р а й и е ВВ, т. е. реакция будет протекать настолько медленно, что

87

образующейся энергии не хватает для поддержания нормального про­ цесса превращения взрывчатого вещества. В этом случае образуется очень большое количество ядовитых газов и не происходит разрушения породы.

Явление детонации ВВ может быть объяснено на основе теории гид­ родинамики. При взрыве (от начального импульса) в точке иницииро­ вания заряда возникает у д а р н а я в з р ы в н а я в о л н а , которая проходит по ВВ и возбуждает бурную химическую реакцию с выделе­ нием большого количества тепла. Вызываемое ударной волной чрез­ вычайно быстрое (несколько километров в секунду) распространение реакции химического превращения ВВ называют детонацией. Ударную волну, распространяющуюся по заряду ВВ и самовосполняющуюся за счет энергии химической реакции превращения этого вещества, называют д е т о н а ц и о н н о й в о л н о й . Скорость распростра­

ВВ скачкообразно, т. е. с чрезвычайно резким изменением давления, плотности и температуры по фронту ударной волны. Распространяясь с огромной скоростью, волна приводит слой ВВ в сжатое состояние, вызывая этим нагрев его до высокой температуры. При этом возникает бурная химическая реакция с выделением большого количества тепла и образованием высокого давления. Энергия этой реакции поддержи­ вает детонационную волну, которая вызывает взрывчатое превращение впереди лежащих слоев ВВ.

При выходе в атмосферу создаются воздушная ударная и звуковая волны. Это сложное явление зависит от многих факторов: степени по­ тери тепла и давления при расширении продуктов реакции, однород­ ности ВВ и т. д.

Необходимым условием устойчивой детонации зарядов ВВ явля­ ются: достаточная мощность начального импульса, постоянство фи­ зико-химического состояния'ВВ (отсутствие слеживаемости, переув­

метра заряда ВВ, при уменьшении которого детонационного процесса не будет. Затухание детонации в заряде при диаметре, меньшем крити­ ческого, объясняется тем, что энергия химической реакции и давление при этом не восполняются. Величина критического диаметра зависит от состава и физического состояния ВВ, начального импульса, усло­ вий работ.

При увеличении диаметра заряда скорость детонации возрастает, но только тоже до определенного предела. Размер диаметра заряда ВВ., при увеличении которого детонация останется постоянной, назы­

сорта ВВ существуют определенные нормы этих показателей. Устой­ чивость детонации имеет большое значение для получения необходимого результата взрыва и безопасности ведения работ.

88

Взрыв ВВ может быть вызван действием на расстоянии ударной волны, возникшей при взрыве другого ВВ. Возбуждение взрыва одно­ го заряда (пассивного) от взрыва другого заряда (актийного), отделен­ ного от первого инертной средой, называют д е т о н а ц и е й ч е р е з ' в л и я н и е , или д е т о н а ц и е й н а р а с с т о я н и и .

Дальность передачи детонации зависит от мощности активного заряда, чувствительности пассивного заряда, свойств среды, разделяю­ щей заряды, направления детонации в активном заряде, материала оболочки, в которой помещены заряды. Из практики взрывных работ известно, что дальность передачи детонации через воду наибольшая, а через песок наименьшая. Возможность передачи детонации на рас­ стояние следует обязательно' учитывать при строительстве складов взрывчатых материалов (ВМ), транспортировании их и хранении, расчете зарядов. Испытание на передачу детонации от патрона к пат­ рону производят согласно требованиям Единых правил безопасности при взрывных работах^

§18. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Характеристика ВВ. При использовании промышленных ВВ боль­ шое практическое значение имеет их физико-химическое состояние: плотность, сыпучесть, пластичность, гигроскопичность, слеживаемость, водоустойчивость, влажность, расслаиваемость, эксудация, старение, химическая и физическая стойкость и др.

П л о т н о с т ь ю ВВ называют отношение массы ВВ к занимае­ мому им объему. Плотность ВВ и плотность заряжания имеют суще­ ственное значение для устойчивости детонации. Для сыпучих ВВ плот­ ность, полученную при свободной насыпке, называют насыпной, или г р а в и м е т р и ч е с к о й .

Для сплошных ВВ (жидких, прессованных, плавленых), когда между частицами вещества нет воздушных промежутков, плотность называют д е й с т в и т е л ь н о й . ;

' Каждый сорт ВВ имеет свои оптимальные значения плотности, при изменении которых ухудшается детонационная способность ВВ.

растанием ■разрушающего (дробящего) действия на окружающую среду.

Большое значение для эффекта взрыва и экономичности проводимых работ имеет п л о т н о с т ь з а р я ж а н и я , т. е. отношение массы заряда ко всему объему зарядной камеры (шпура, скважины), включая пустоты, например между патронами.

Отношение объема заряда ВВ к объему зарядной камеры (шпура, скважины) называют к о э ф ф и ц и е н т о м з а р я ж а н и я . Чем меньше этот показатель, тем меньше начальное давление газов взрыва. При взрывании крепких пород коэффициент заряжания (заполнения шпура или скважины) должен быть максимальным. Числовое значе­

89